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胚胎发生是开花植物生命进程中极其重要的发育阶段，涉及到很多细胞学事件，包括细胞分裂和细胞扩张等。微管骨架作为这些基本细胞学事件的重要调控者，参与了植物胚胎发育过程。但微管骨架在胚胎发生过程中的具体功能和潜在作用机制有待深入了解。本研究综合利用细胞生物学、遗传学和生物化学的手段，解析拟南芥胚胎发育进程中微管的功能和作用机制。 微管各项功能的实现依赖于其特定的胞内组织和动态特性，因此对胚胎细胞中微管骨架的空间排布和动态进行观察显得非常重要。为此，本研究首先构建了在拟南芥KNOLLE基因启动子驱动下，EGFP和动物MAP4的微管结合结构域MBD的融合表达质粒，并通过农杆菌转化获得了拟南芥转基因植株。由于胚胎深埋于母性组织中，对于胚胎细胞显微成像造成了一定的物理障碍。为了克服这个问题，本研究运用了活体胚胎剥离母体组织的方法。碘化丙啶染色的结果表明机械操作对三角形期后的胚胎细胞造成的伤害不是很严重，而且剥离的胚胎在体外可以存活较长时间，这为后续活体胚胎细胞的微管骨架组织和动态观察提供了条件。显微镜观察发现融合蛋白EGFP-MBD能够清晰标记不同胚胎发育时期胚胎细胞中的微管骨架，这为对不同发育时期胚胎细胞中微管的组织和动态进行观察和定量分析提供了条件。为了分析胚胎细胞中微管的组织和排布，本研究对不同胚胎细胞中的微管密度和微管与细胞长轴的角度进行测定。结果发现，分裂旺盛的胚胎细胞中微管密度相对要高;并且基本组织和维管组织细胞中的微管在胚胎发育的过程中由横向排布逐渐趋向于交错状排布。为了验证能否检测微管的稳定性，采取了外施微管解聚剂oryzalin的处理。结果发现随着处理时间的延长，胚胎细胞中的微管逐渐出现片段化并发生解聚，这表明外施oryzalin处理能够帮助鉴定胚胎细胞中微管的稳定性。此外，本研究在转盘共聚焦激光显微镜下对单根微管的行为进行了追踪，并对单根微管的动态参数进行了测定。结果发现不同原基细胞中微管的动态特性不同，其中根原基细胞中的微管更加动态。以上结果表明能够对活体胚胎细胞中的微管组织和动态进行观察和定量分析。有意思的是，发现胚胎子叶原基细胞中的微管比幼苗叶片表皮细胞中的微管动态要低，暗示胚胎细胞中微管形成特定的动态特性以迎合胚胎发育程序的需要。 为了理解拟南芥胚胎细胞中微管的组织和动态调控机制，本研究对微管成核组织者γ-微管蛋白环状复合体(γTuRC)的功能展开了研究。其中选择了γTuRC成员拟南芥γ-微管蛋白复合体蛋白5(AtGCP5)进行研究是由于AtGCP5在过去对拟南芥胚胎发育缺陷突变体的系统性鉴定过程中已经被命名为EMB1427。因此，本研究以胚胎缺陷基因EMB1427(AtGCP5)为切入点，通过对其在胚胎细胞中微管成核和组织过程中的功能进行研究来揭示微管在胚胎发育中的功能和作用机制。EMB1427的缺失导致了胚胎发育滞后，而且胚胎细胞变得膨大、不规则，从而导致了胚胎形状异常，胚胎发育的上下、辐射和左右对称性都分别受到了破环。进一步的观察发现emb1427突变体心形期、鱼雷期和子叶期胚胎各原基的细胞中周质微管的排布均发生异常，大部分细胞中微管呈现出很规律的平行排布，其中一些细胞中的微管表现为辐射状排布。此外，在emb1427突变体胚胎分裂期细胞中发现有多条早前期微管带、纺锤体微管不集中以及成膜体微管斜向排布等现象，导致了细胞分裂面的错误摆放。根据这些结果推测emb1427突变体胚胎细胞中各种微管列阵排布的异常导致了突变体胚胎发育过程中细胞形态以及分裂的异常。同时发现emb1427突变体根出现了与胚胎类似的细胞学表型，如出现了膨大不规则的细胞形态以及错误摆放的分裂面。由于根尖容易进行微管的免疫荧光标记实验，这为对emb1427突变体细胞中微管列阵的异常进行定量分析提供了条件。和野生型相比，emb1427突变体根尖分裂期细胞中，早前期微管带数目增多、纺锤体微管呈现放射状、成膜体微管列阵膨大以及斜向摆放等异常的比例明显升高。与之对应的是，发现在根尖分裂期细胞中EMB1427与纺锤体微管和成膜体微管共定位。为了进一步揭示emb1427突变体细胞中微管组织的缺陷，考虑到γTuRC具有使微管成核的功能，本研究对幼苗叶片表皮铺板细胞中新生微管起始生长的过程进行了追踪，结果发现emb1427突变体细胞中在已有微管上新生微管成核的角度明显要小，表明EMB1427功能缺失影响了γTuRC的功能。接着，本研究通过观察EMB1427功能缺失对γTuRC其中一个核心亚基AtGCP2的量以及存在状态造成的影响阐明EMB1427功能缺失如何影响γTuRC的功能。结果发现EMB1427功能缺失突变体中AtGCP2的蛋白含量显著下降、含有AtGCP2的颗粒数目和大小明显下降，暗示EMB1427功能缺失影响了γTuRC其它成员的稳定性以及γTuRC的组装和维持。 综上所述，本论文实现了对拟南芥活体胚胎细胞中微管的组织和动态进行观察，为未来研究各种微管相关突变对胚胎发育的影响奠定了方法学基础。同时发现拟南芥AtGCP5通过调控γTuRC的组装和（或）稳定性控制胚胎细胞微管骨架组织，进而调控胚胎发育。本研究加深了人们对植物γTuRC组装和作用机制的理解，同时也增进了人们对胚胎发育细胞学控制机制的理解。