Reproduction in Spinacia Oleracea L. : ultrastructural aspects of pistil development, pollination and fertilization

Ontwikkeling en samenstelling van de zaadknopDe ontwikkeling en differentiatie van de integumenten, nucellus en de megagametofyt resulteert in spinazie in een ortho-amphitrope zaadknop. In het nucellus worden vier verschllende weefsels onderscheiden: het geleidend weefsel, het oorspronkelijke chalazale weefsel, het uiteindelijk chalazaal "proliferating" weefsel en het laterale weefsel. De cellen van de onderscheiden weefsels hebben overeenkomstige als ook sterk verschillende eigenschappen, die gerelateerd zijn aan de positie binnen het geheel en aan hun functie.De integumenten vertonen verschillen in hun ontwikkeling. Het buiten integument omvat 3-5 cellagen met daartussen intercellulaire holten van variabele grootte. Het binnen integument wordt gevormd door twee zich verschillend ontwikkelende cellagen. Het plasmodesmaal contact tussen deze twee cellagen vermindert en is verdwenen bij volgroeidheid.Demegagametofyt heeft vIak na de coenocytische periode plasmodesmata in de chalazale celwand tussen de chalazale antipode en de aangrenzende nucelluscellen.De localisering van reservemateriaal, zoals zetmeel, andere polysacchariden, proteinen en lipiden, is bestudeerd in de zich ontwikkelende zaadknop om de voedingsbaan naar de embryozak en het embryo vast te stellen. In de jonge zaadknop gaat de aanvoer van voedingsstoffen via het oorspronkelijk chalazale weefsel naar de zich ontwikkelende vrouwelijke gametofyt en het geleidend weefsel , waarbij opslag vooral in dit laatste plaatsvindt.Tijdens de groei van de zaadknop ontwikkelt het uiteindel ijk chalazaal "proliferating"weefsel zich waarbij dit het oorspronkelijk chalazaleweefsel wegdrukt en de transportfunctie ervan overneemt. Hiermee gaan veranderingen gepaard in de waargenomen hoeveelheden reservematerialen. De opslag van zetmeel neemt sterk toe in het buiten integumenten in de cellen, die de baan van oorspronkelijke chalazale cellen - embryozak omgeven. Na de bevruchting wordt dit zetmeel geleidelijk afgebroken.Proteinen worden vooral aangetroffen in de weefsels die betrokken zijn bij de groei en penetratie van de pollenbuis naar de embryozak.Ontwikkeling van de embryozakVanaf de vorming van de coenocyt toont de ontwikkel ing van de embryozak twee fasen: de eerste start met de vorming van de cellen en gaat tot het bereiken van de uiteindelijke grootte van de cellen. Nu begint de tweede fase, die loopt tot het stadium waarop de embryozak bevruchtingsrijp is. Gedurende de eerste fase zijn de dimensies, oppervlakten en volumen van de verschillende cellen en celonderdelen gemeten en met elkaar vergeleken. De celvergroting is in hoofdzaak het gevolg van vacuolisatie. Het protoplasma van de antipoden blijkt nauwelijks toe te nemen, terwijl dat van de synergide verzesvoudigd en dat van de eicel en de centrale cel ongeveer vertienvoudiqd. Gedurende de tweede fase ontwikkelen de cellen tot hun uiteindelijke ulstrastructuur.Bij de vorming van de cellen biijkt kwalitatief de samenstelling van iedere cel ongeveer gelijk: een kern met een onregelmatige vorm, veel ER en ribosomen, de nodige mitochondriën en dictyosomen, weinig plastiden en geen lipid. De ontwikkeling en differentiatie van de onderscheiden cel typen geschledt verschillend voor zowel de wanden als hun plasmatische onderdelen.De antipoden bereiken hun functionele structuur snel, leven korstondig en degenereren volgens een vast patroon.De eicel groeit eerst zeer snel, vervolgens langzaam en ondergaat in het volgroeide stadium niet lang voor de bevruchting een hernieuwde vermeerderingsactiviteit van mitochondrien.Deontwikkelling van synergiden en centrale cel is geleidelijk. Voor de bevruchting degenereert een van de synergiden, terwijl in de centrale cel de poolkernen talrijke kernuitlopers vormen, die gedeeltelijk fuseren.De structurele veranderingen in ieder cel type zijn gerelateerd aan hun mogelijke functies. Opslag en afbraak van reservemateriaal wordt verklaard. In de bijna rijpe embryozak is het aanbod groter dan nodig; dit leidt tot opsIag in de vorm van zetmeel . Dit geschiedt achtereenvolgend in de eicel, centrale cel en synergiden en tenslotte ook nog iets in de antipoden. Wanneer de zaadknop volgroeid is stopt de aanvoer wegens het niet meer functioneren van de aanvoerweg. Het zetmeel wordt geleidelijk afgebroken, beginnende in de meest chalazale cel. Ten tijde van de bevruchting is het vooral de eicel die nog zetmeel bezit.Stempel en stijIHet receptieve gedeelte van de stamper bestaat uit 4 large stempels. Het bovenste gedeelte van een stempel bevat uitsluitend papilcellen met een breed centraal deel en een smal spiraliserend staartgedeelte. Het onderste gedeelte bezit bovendien nog cylindrische parenchymcellen. In iedere stempel wordt een centrale zone gevormd, allereerst door de staartgedeelten, later samen met de smalle parenchymatische cellen. In de stijl komen deze centrale zones bijeen en fuseren tot één zone van geleidend weefsel. Aan de basis buigt dit geleidend weefsel af in de richting van de micropyle. De intercellulairen tussen de verschillende cellen van de stempel en van de stijl verschillen sterk in grootte en in electronen-dichtheid van hun matrix.Pollenbuisgroei in stempel en stijl.De kieming geschiedt binnen 10-20 minuten na bestuiving, terwijl de Pollenkitt reeds binnen 7-10 minuten met de pellicula van de stempelpapil fuseert. De pollenbuls dringt door de pellicula en de aarigetaste cuticula en groeit via de buitenste wandlaag naar de basis van de papil en vervolgt zijn weg via intercellulairen. De pollenbuisgroei door stempel en stijl veroorzaakt geen structurele veranderingen in de aangrenzende cellen. In de stijl kan de pollenbuisgroei ook via celwanden en/of tussen celwand en plasmamembraan door. In alle gevallen bereikt de pollenbuis de ruimte tussen buiten integument en vruchtwand. Soms groeit een pollenbuis eerst nog een periode via de cellen van de vruchtwand. Een afsluitende cuticula ontbreekt op deze plaats aan de binnenzijde van de vruchtwand. Ongeveer 6 uur na bestuiving bereiken de eerste pollenbuizen de micropyle.Penetratie in de zaadknopIndien de zaadbeginsels nog niet volgroeid zijn, kunnen pollenbuizen dit nucellus niet penetreren en klusteren dien tengevolge in en om de micropyle tesamen. Wanneer de zaadknop volgroeid is, blijkt bestuiving uitscheiding van "substanties" vanuit de synergiden te stimuleren. Deze uitscheiding leidt tot aantasting van de longitudinale middenlamellen van het nucellus dat tussen de embryozak en de micropyle gelegen is. Uiteindelijk wordt ook de nucellaire cuticula nabij de micropyle aangetast. Vanaf dit tijdstip kunnen pollenbuizen het nucel lusweefsel penetreren. De pollenbuisgroei geschiedt aanvankelijk uitsluitend intercellulair en vervolgens via wegen, overeenkomstig aan die in de stijl. Meerdere pollenbuizen kunnen de embryozak bereiken, naar slechts één pollenbuis penetreert de degenererende synergide via het faden-apparaat. Spermacellen, vegetatieve kern en pollenbuis cytoplasma met vele karakteristieke amyloplasten worden via een terminale opening geloosd in de degenererende synergide.BevruchtingDe fusie van de gameten vinct 7-9 uur na de bestuiving plaats,waarbij blijkbaar geen of zeer weinig organellen van de spermacellen zijn betrokken. Celfusie vindt plaats tussen spermacel en eicel, respectievelijk centrale cel, waarbij de desbetreffende membranen fuseren. De fusie tot zygotekern geschiedt snel , de fusie tot endospermkern is veel geleidelijker. De eerste mitotische deling is in de endospermkern 16-17 uurna de feitelijke bevruchting voltooid, terwijI dan de zygotekern nog in de aanloopfase verkeerd.