การปฏิสนธิคู่ ( Double fertilizationหรือdouble fertilisation ) เป็นกลไกการปฏิสนธิที่ซับซ้อนของพืชดอกกระบวนการนี้เกี่ยวข้องกับการรวมตัวของแกมีโทไฟต์ เพศเมีย หรือเมกะแกมีโทไฟต์ซึ่งเรียกอีกอย่างว่าถุงเอ็มบริโอกับแกมีตเพศ ผู้สองตัว (สเปิร์ม) กระบวนการเริ่มต้นเมื่อละอองเรณูเกาะติดกับผิวเกสรตัวเมียของคาร์เพลซึ่งเป็นโครงสร้างสืบพันธุ์เพศเมียของดอกไม้พืชดอก ละอองเรณูเริ่มงอก (เว้นแต่จะมีกลไกการไม่เข้ากันเองที่เกิดขึ้นในเกสรตัวเมียในพืชชนิดนั้นๆ) ก่อตัวเป็นท่อละอองเรณูที่แทรกซึมและทอดยาวลงไปตามก้านเกสรตัวเมียไปยังรังไข่โดยอาศัยสัญญาณทางเคมีที่ปล่อยออกมาจากไข่ ปลายของท่อละอองเรณูจะเข้าไปในรังไข่โดยแทรกผ่าน ช่อง ไมโครไพล์ในออวูลและปล่อยสเปิร์มสองตัวเข้าไปในถุงเอ็มบริโอ (เมกะแกมีโทไฟต์)

ถุงเอ็มบริโอที่เจริญเต็มที่ของไข่ที่ยังไม่ได้รับการผสมพันธุ์จะมี 7 เซลล์และ 8 นิวเคลียส เรียงตัวในรูปแบบ 3+1+3 (จากบนลงล่าง) คือ เซลล์แอนติโพดัล 3 เซลล์ เซลล์กลาง 1 เซลล์ (มี 2 นิวเคลียส) เซลล์ไซเนอร์จิด 2 เซลล์ และเซลล์ไข่ 1 เซลล์ สเปิร์มหนึ่งตัวจะผสมกับเซลล์ไข่ และสเปิร์มอีกตัวจะรวมกับนิวเคลียสขั้ว ทั้งสอง ของเซลล์กลางขนาดใหญ่ในเมกะแกมีโท ไฟต์ สเปิร์ม แฮพลอยด์และไข่แฮพลอยด์จะรวมกันเพื่อสร้าง ไซโกต ดิพลอยด์กระบวนการนี้เรียกว่าซิงกามีในขณะที่สเปิร์มอีกตัวและ เซลล์กลาง ดิพลอย ด์จะ รวมกันเพื่อสร้างเซลล์เอนโดสเปิร์มปฐมภูมิไตร พลอยด์ (การรวมตัวสามครั้ง) พืชบางชนิดอาจสร้าง นิวเคลียส โพลีพลอยด์ได้ จากนั้นเซลล์ขนาดใหญ่ของแกมีโทไฟต์จะพัฒนาไปเป็นเอนโดสเปิร์มซึ่งเป็นเนื้อเยื่อที่อุดมไปด้วยสารอาหารที่หล่อเลี้ยงเอ็มบริโอที่กำลังเจริญเติบโต รังไข่ซึ่งล้อมรอบไข่จะพัฒนาเป็นผล ซึ่งทำหน้าที่ปกป้องเมล็ดและอาจทำหน้าที่กระจายเมล็ดด้วย^{[ 1 ]}

นิวเคลียสของเซลล์แม่สองเซลล์ตรงกลาง (นิวเคลียสขั้ว) ที่มีส่วนในการสร้างเอนโดสเปิร์ม เกิดขึ้นจากการแบ่งเซลล์แบบไมโทซิสจากผลผลิต ไมโอซิสเดียวเดียวกันกับที่ก่อให้เกิดไข่ การมีส่วนร่วมของฝ่ายแม่ในการกำหนดองค์ประกอบทางพันธุกรรมของเอนโดสเปิร์มไตรพลอยด์นั้นมีเป็นสองเท่าของฝ่ายสเปิร์ม

ในการศึกษาที่ดำเนินการในปี 2551 ของพืชArabidopsis thalianaได้มีการบันทึกการเคลื่อนย้ายของนิวเคลียสเพศผู้ภายในแกมีตเพศเมีย โดยการหลอมรวมกับนิวเคลียสเพศเมีย เป็นครั้งแรกโดยใช้ การถ่ายภาพ ในร่างกายนอกจากนี้ยังมีการระบุยีนบางส่วนที่เกี่ยวข้องกับกระบวนการเคลื่อนย้ายและการหลอมรวมอีกด้วย^{[ 2 ]}

มีรายงาน หลักฐานการปฏิสนธิคู่ในGnetalesซึ่งเป็นพืชเมล็ดที่ไม่ออกดอก^{[ 3 ]}

การปฏิสนธิแบบคู่ถูกค้นพบเมื่อกว่าศตวรรษที่แล้วโดยSergei Nawaschinในเคียฟ [ ^{4 ]}และLéon Guignardในฝรั่งเศสแต่ละคนค้นพบโดยอิสระจากกัน^{[ 5 ]} Lilium martagonและFritillaria tenellaถูกนำมาใช้ในการสังเกตการปฏิสนธิแบบคู่ครั้งแรก ซึ่งทำโดยใช้กล้องจุลทรรศน์แบบใช้แสงแบบคลาสสิก^{เนื่องจาก}ข้อจำกัดของกล้องจุลทรรศน์แบบใช้แสง จึงมีคำถามมากมายที่ยังไม่ได้รับคำตอบเกี่ยวกับกระบวนการปฏิสนธิแบบคู่ อย่างไรก็ตาม ด้วยการพัฒนาของกล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอนคำถามหลายข้อจึงได้รับคำตอบ ที่โดดเด่นที่สุดคือ การสังเกตที่ทำโดยกลุ่มของ W. Jensen แสดงให้เห็นว่าแกมีตตัวผู้ไม่มีผนังเซลล์และเยื่อหุ้มพลาสมาของแกมีตอยู่ใกล้กับเยื่อหุ้มพลาสมาของเซลล์ที่ล้อมรอบอยู่ภายในละอองเรณู^{[ 6 ]}

รูปแบบการปฏิสนธิคู่ที่พื้นฐานกว่ามากเกิดขึ้นในการสืบพันธุ์แบบอาศัยเพศของพืชเมล็ดเปลือยในอันดับ Gnetales ^{[ 3 ]}โดยเฉพาะอย่างยิ่ง เหตุการณ์นี้ได้รับการบันทึกไว้ในทั้งEphedraและGnetumซึ่งเป็นกลุ่มย่อยของgnetophytes ^{[ 7 ]}ในEphedra nevadensisเซลล์สเปิร์มที่มีนิวเคลียสคู่หนึ่งจะถูกฝากเข้าไปในเซลล์ไข่ หลังจากการปฏิสนธิครั้งแรก นิวเคลียสของสเปิร์มตัวที่สองจะถูกเบี่ยงเบนไปปฏิสนธิกับนิวเคลียสของไข่เพิ่มเติมที่พบในไซโตพลาสซึมของไข่ ในพืชเมล็ดส่วนใหญ่ นิวเคลียส 'ช่องด้านล่าง' ตัวที่สองนี้มักจะไม่มีประโยชน์ในการทำงาน^{[ 8 ]}ในGnetum gnemonนิวเคลียสของไข่อิสระจำนวนมากมีอยู่ในไซโตพลาสซึมของเพศเมียภายในแกมีโทไฟต์เพศเมีย หลังจากที่ท่อละอองเรณู แทรกซึมเข้าไปในแกมีโทไฟต์เพศเมียที่เจริญเต็มที่แล้ว ไซโตพลาสซึมของเพศเมียและนิวเคลียสอิสระจะเคลื่อนที่ไปล้อมรอบท่อละอองเรณู นิวเคลียสของสเปิร์มสองนิวเคลียสจะถูกปล่อยออกมาจากเซลล์สเปิร์มที่มีสองนิวเคลียส จากนั้นนิวเคลียสของสเปิร์มทั้งสองจะรวมกับนิวเคลียสของไข่อิสระเพื่อสร้างไซโกตที่สามารถมีชีวิตได้สองตัว ซึ่งเป็นลักษณะที่เหมือนกันระหว่างวงศ์Ephedra และ Gnetum [ ^{9 ] ใน}ทั้งสองวงศ์ เหตุการณ์การปฏิสนธิครั้งที่สองจะสร้างเอ็มบริโอ แบบดิพลอยด์เพิ่มเติม เอ็มบริโอส่วนเกินนี้จะถูกทำแท้งในภายหลัง ทำให้เกิดการสร้างเอ็มบริโอที่เจริญเต็มที่เพียงหนึ่งตัว^{[ 10 ]}ผลผลิตจากการปฏิสนธิเพิ่มเติมในEphedraไม่ได้หล่อเลี้ยงเอ็มบริโอหลัก เนื่องจากแกมีโทไฟต์เพศเมียมีหน้าที่ในการจัดหาสารอาหาร^{[ 9 ]}กระบวนการปฏิสนธิคู่แบบดั้งเดิมในจิมโนสเปิร์มส่งผลให้มีนิวเคลียสแบบดิพลอยด์สองนิวเคลียสอยู่ในเซลล์ไข่เดียวกัน ซึ่งแตกต่างจาก สภาพในแอง จิโอสเปิร์มซึ่งส่งผลให้เซลล์ไข่และเอนโดสเปิร์มแยก ออกจากกัน ^{[ 11 ]}การวิจัยเชิงเปรียบเทียบระดับโมเลกุลเกี่ยวกับจีโนมของG. gnemonเผยให้เห็นว่าพืชกลุ่มเนโทไฟต์มีความสัมพันธ์ใกล้ชิดกับพืชสนมากกว่าพืชดอก^{[ 12 ] [ 13 ] [ 14 ]}การปฏิเสธสมมติฐานแอนโทไฟต์ ซึ่งระบุว่าพืชกลุ่มเนโทไฟต์และพืชดอกเป็นกลุ่มพี่น้อง นำไปสู่การคาดการณ์ว่ากระบวนการปฏิสนธิคู่เป็นผลมาจากการวิวัฒนาการแบบลู่เข้าและเกิดขึ้นอย่างอิสระในกลุ่มเนโทไฟต์และพืชดอก^{[ 15 ]}

การปฏิสนธิคู่ในหลอดทดลองมักใช้เพื่อศึกษาปฏิสัมพันธ์ระดับโมเลกุล รวมถึงแง่มุมอื่นๆ ของการรวมตัวของเซลล์สืบพันธุ์ในพืชดอก อุปสรรคสำคัญประการหนึ่งในการพัฒนาการปฏิสนธิคู่ในหลอดทดลองระหว่างเซลล์สืบพันธุ์เพศผู้และเพศเมียคือการจำกัดอสุจิไว้ในท่อละอองเรณูและไข่ไว้ในถุงเอ็มบริโอ การรวมตัวของไข่และอสุจิที่ควบคุมได้นั้นประสบความสำเร็จแล้วในต้นฝิ่น^{[ 16 ]}การงอกของละอองเรณูการเข้าสู่ท่อละอองเรณู และกระบวนการปฏิสนธิคู่ทั้งหมดได้รับการสังเกตว่าดำเนินไปตามปกติ อันที่จริง เทคนิคนี้ได้ถูกนำมาใช้เพื่อผลิตเมล็ดในพืชดอกหลายชนิดและได้รับการตั้งชื่อว่า “การปฏิสนธิในหลอดทดลอง” ^{[ 17 ]}

แกมีโทไฟต์เพศเมีย หรือ เมกาแกมีโทไฟต์ ที่มีส่วนร่วมในการปฏิสนธิแบบคู่ในพืชดอกซึ่งเป็นแฮพลอยด์ เรียกว่า ถุงเอ็มบริโอ (embryonic sac) ถุงนี้พัฒนาอยู่ภายในออวูล (ovule) ซึ่งถูกห่อหุ้มด้วยรังไข่ (ovary) ที่ฐานของคาร์เพล (carpel ) ล้อมรอบเมกาแกมีโทไฟต์ด้วยเยื่อหุ้ม (integument) หนึ่งหรือสองชั้นซึ่งก่อให้เกิดช่องเปิดที่เรียกว่าไมโครไพล์ (micropyle ) เมกาแกมีโทไฟต์ ซึ่งโดยปกติเป็นแฮพลอยด์กำเนิดมาจากเซลล์แม่เมกาสปอร์ (megaspore mother cell) (โดยปกติ เป็นดิพลอยด์ ) หรือที่เรียกว่า เมกาสปอโรไซต์ (megasporocyte) ลำดับเหตุการณ์ต่อไปจะแตกต่างกันไปตามชนิดของพืช แต่ในพืชส่วนใหญ่ เหตุการณ์ต่อไปนี้จะเกิดขึ้น เมกาสปอโรไซต์จะ undergoes meiosis ทำให้เกิดเมกาสปอร์แฮพลอยด์สี่เซลล์ มีเพียงหนึ่งในสี่เมกาสปอร์เท่านั้นที่จะอยู่รอด เมกะสปอร์นี้จะ undergoes การแบ่งเซลล์แบบไมโทซิสสามรอบ ส่งผลให้เกิดเซลล์เจ็ดเซลล์ที่มีนิวเคลียสแฮพลอยด์แปดนิวเคลียส (เซลล์ตรงกลางมีนิวเคลียสสองนิวเคลียส เรียกว่านิวเคลียสขั้ว) ปลายด้านล่างของถุงเอ็มบริโอประกอบด้วยเซลล์ไข่แฮพลอยด์ที่อยู่ตรงกลางระหว่างเซลล์แฮพลอยด์อีกสองเซลล์ที่เรียกว่าไซเนอร์จิดไซเนอร์จิดทำหน้าที่ดึงดูดและนำทางท่อละอองเรณูไปยังเมกะกาเมโทไฟต์ผ่านทางไมโครไพล์ ที่ปลายด้านบนของเมกะกาเมโทไฟต์มีเซลล์แอนติโพดัลสามเซลล์

แกมีโทไฟต์เพศผู้ หรือไมโครแกมีโทไฟต์ ที่มีส่วนร่วมในการปฏิสนธิแบบคู่ จะอยู่ภายในละอองเรณู แกมีโทไฟต์เหล่านี้เจริญเติบโตภายในไมโครสปอแรนเจียม หรือถุงละอองเรณูของอับเรณูบนเกสรตัวผู้ แต่ละไมโครสปอแรนเจียมประกอบด้วย เซลล์แม่ ไมโครสปอร์ แบบดิพลอยด์ หรือไมโครสปอโรไซต์ แต่ละไมโครสปอโรไซต์จะ undergoes meiosis ทำให้เกิดไมโครสปอร์แบบแฮพลอยด์ 4 เซลล์ ซึ่งแต่ละเซลล์สามารถพัฒนาไปเป็นละอองเรณูได้ ไมโครสปอร์จะ undergoes mitosisและcytokinesisเพื่อสร้างเซลล์สองเซลล์แยกกัน คือ เซลล์สร้างสเปิร์มและเซลล์ท่อ เซลล์ทั้งสองนี้รวมกับผนังสปอร์ประกอบกันเป็นละอองเรณูที่ยังไม่เจริญเต็มที่ เมื่อแกมีโทไฟต์เพศผู้เจริญเติบโตเต็มที่ เซลล์สร้างสเปิร์มจะผ่านเข้าไปในเซลล์ท่อ และเซลล์สร้างสเปิร์มจะ undergoes mitosis ทำให้เกิดเซลล์สเปิร์มสองเซลล์ เมื่อละอองเรณูเจริญเต็มที่แล้วอับเรณูจะแตกออก ปล่อยละอองเรณูออกมา ละอองเรณูถูกพัดพาไปยังเกสรตัวเมียของดอกไม้อื่นโดยลมหรือสัตว์ช่วยผสมเกสร และถูกวางลงบนยอดเกสรตัวเมีย เมื่อละอองเรณูงอก เซลล์ท่อจะสร้างท่อละอองเรณู ซึ่งจะยืดออกและขยายไปตามก้านเกสรตัวเมียที่ยาวของคาร์เพลและเข้าไปในรังไข่ ซึ่งเซลล์สเปิร์มจะถูกปล่อยออกมาในเมกะกาเมโทไฟต์ จากนั้นจึงเกิดการปฏิสนธิแบบคู่^{[ 18 ]}

• การปฏิสนธิ
• แกมีต
• เมกะสปอร์
• โอโอสเฟียร์
• ไข่
• เรณู