细胞周期包含G1,S,G2和M四个时相,其中,S期内典型的细胞学事件是细胞核DNA的复制。在大多数细胞的增殖过程中,细胞周期的四个时相是连续进行的。但在配子发生过程中,细胞周期时相却在成熟的精、卵细胞中出现了停滞。在哺乳动物中,成熟的精细胞停滞于G1期,而成熟的卵细胞则停滞在减数分裂II。受精激活了卵细胞,并使其完成减数分裂而形成合子,来自精、卵细胞的细胞核DNA将在合子中启动复制而加倍。然而,在被子植物中,成熟精、卵细胞的细胞周期时相究竟停滞在哪一个时期?目前并无定论。利用DAPI染色,已有的研究结果表明:在大麦和水稻中,精、卵细胞在受精前位于G1期;而在拟南芥和烟草中,精、卵细胞则在受精前位于G2期。这些不同的实验结果促使我们在本研究中利用EdU染色法重新探究了烟草、拟南芥和蓝猪耳成熟精、卵细胞的细胞周期时相,获得了如下结果:(1)利用DAPI染色结合激光共聚焦显微术,本研究测量了蓝猪耳精细胞及合子发育过程中的核DNA含量变化。荧光统计结果显示:在精细胞发育过程中,总荧光值增加了约7倍;而在合子发育过程中,与成熟卵细胞相比,成熟合子的总荧光值增加了约70%。即使精细胞发育过程中出现了DNA复制,在总荧光值的变化水平上,也仅应出现1倍左右的增加。这些结果表明DAPI染色并不适合测量配子发生过程中的DNA含量变化。(2)以烟草早期花粉为实验材料,本研究确认了EdU染色法能检测到生殖细胞中的核DNA复制。在三次独立的实验中,1-3%的生殖细胞中出现EdU染色信号,而在花粉营养细胞中,从未观察到EdU染色信号。(3)利用EdU染色法,本研究调查了烟草、拟南芥和蓝猪耳精细胞发育过程中是否会出现核DNA复制的现象。对七个时期烟草花粉管中的精细胞进行EdU染色的结果显示:这些精细胞无一呈现EdU染色信号(n=531、504、507、524、504、569、572);相似地,EdU染色信号也未出现于四个发育时期的拟南芥精细胞(n=699、592、573、508)和三个发育时期的蓝猪耳精细胞(n=703、551、522)中。这些结果暗示这三个物种的精细胞在发育过程中并没有复制核DNA。(4)利用EdU染色法,本研究也调查了拟南芥、蓝猪耳卵细胞在发育过程中是否会出现核DNA复制的现象。结果显示:在对1876个拟南芥早期卵细胞和2213个晚期卵细胞进行EdU染色后,并无一个卵细胞呈现EdU染色信号;同样地,EdU染色信号也并不存在于蓝猪耳早期(n=2613)和晚期(n=4301)卵细胞中。这些结果表明卵细胞在发育过程中也没有出现核DNA复制。(5)精、卵细胞都未发生核DNA复制的实验结果提示拟南芥和蓝猪耳合子发育过程中可能会出现核DNA的复制。事实上,利用EdU染色法,本研究确实观察到了拟南芥和蓝猪耳合子发育过程中的核DNA复制。具体而言,在所观察的705个拟南芥合子中,7个合子呈现明显的EdU染色信号;在3119个蓝猪耳合子中,12个合子呈现明显的EdU染色信号。(6)为提供合子核DNA复制的其它证据,本研究构建了拟南芥转基因标记系Pro HTR2:CDT1A(C3)-td Tomato。观察结果表明:该基因系能有效标记处于S和G2期的根尖细胞;实时跟踪显示荧光蛋白在细胞核中的积累始于细胞从G1期进入了S期之后。因此,结合实时观察,该标记系能被用来指示细胞周期时相中的S期。综上所述,本研究的结果显示:在烟草、拟南芥和蓝猪耳的配子发生过程中,并未出现细胞核DNA复制的现象;与此相应的是,核DNA复制现象仅出现于合子发育过程中。这些结果表明,至少对拟南芥和蓝猪耳这两个物种而言,它们的受精模式是属于G1期配子参与的受精。