Reproduksi seksual melibatkan gamet jantan dan betina. Gamet jantan (sperma) terbentuk didalam serbuk sari yang berada didalam antera, melalui dua tahap perkembangan, yaitu mikrosporogenesis (pembentukan microspora atau serbuk sari) dan mikrogametogenesis (pembentukan gamet jantan). Gamet betina (sel telur) terbentuk di dalam ovulum, tepatnya dalam kantong embrio, melalui proses makrosporogenesis (pembentukan makrospora) dan makrogametogenesis (pembentukan gamet betina).
Pembentukan gamet jantan diawali dengan perkembangan mikrosporangium yang berada didalam antera. Lapisan sel bagian dalam (hipodermis) antera membentuk sel-sel sporogen yang kemudian berkembang menjadi sel induk mikrospora (diploid = 2N). Sel induk mikrospora ini jumlahnya dapat mencapai ratusan bahkan ribuan dalam satu mikrosporangium.
Pembentukan Gamet Jantan
Sel-sel induk mikrospora kemudian membelah secara meosis. Masing-masing sel induk mikrospora menghasilkan empat sel haploid (1N) yang menempel satu sama lain, disebut terrad. Setelah memisahkan, ke empat sel tersebut masing-masing berkembang menjad mikrospora/serbuk sari. Struktur serbuk sari sangat bervariasi. Berdasarkan jumlah dan bentuk pori (lubang) dipermukaannya. Serbuk sari dibedakan menjadi :
- Serbuk sari berpori satu (uni-porata/kolpata) yaitu serbuk sari yang mempunyai satu pori, dapat berupa lubang bulat (pori) atau cekungan panjang (kolpata) misalnya padi, salak.
- Serbuk sari berpori tiga (tri-porata/kolpata) serbuk sari yang mempunyai tiga pori berbentuk lubang bulat atau cekungan panjang (misalnya mentimun, jati).
- Serbuk sari berpori banyak (poli-porata/kolpata) yaitu serbuk sari yang mempunyai banyak pori berbentuk lubang bulat atau cekungan panjang (misalnya Ipomoea).
- Serbuk sari tidak berpori (Inaperturate): exine mudah pecah, tetapi intine biasanya tebal dan kuat (misalnya Populus, Cinnamomum).
Setelah serbuk sari matang, inti sel membelah sehingga terbentuk dua sel (bi-seluler), yaitu sel generatif yang lebih kecil dan sel vegetatif yang lebih besar. Serbuk sari beberapa tanaman mencapai fase dua sel ini pada saat antera pecah (predominan pada famili yang lebih primitif). Sel generatif membelah dan membentuk dua gamet jantan (sperma) didalam tabung serbuk sari yang terbentuk ketika serbuk sari berkecambah. Pada spesies yang menghasilkan serbuk sari tiga sel (tri-seluler), pembelahan sel generatif terjadi sebelum perkecambahan serbuk sari bahkan sebelum antera pecah dan serbuk sari mengandung tiga sel, yaitu satu sel vegetatif dan dua gamet akan memasuki tabung serbuk sari didahului oleh inti sel vegetatif. Hasil penelitian menunjukkan serbuk sari dua sel memerlukan waktu yang lebih lama apabila dikecambahkan secara in vitro dan lebih tahan disimpan (viabilitasnya tiak cepat turun) dibandingkan serbuk sari tiga sel.
Pengelolaan serbuk sari yang mencakup panen, pengolahan, dan penyimpanan serbuk sari, banyak dikembangkan untuk memproduksi benih hibrida, terutama pada tanaman monosius (misalnya Arecaceae: kelapa sawit, kurma; Cucurbitaceae; mentimun, melon_, dan jga tanaman hermaprodit (Solanaceae: cabai, tomat). Tujuan pengelolaan serbuk sari yang utama adalah untuk mencegah terjadinya penyalahgunaan plasma nutfah, apabila produksi benih hibrida akan dilakukan oleh pihak lain, misalnya bekerjasama dengan produsen/penangkar benih. Dalam sistem seperti ini produsen/penangkar hanya perlu menanam tanaman tetua betina, sedangkan tetua jantan disediakan pemulia dalam bentuk sediaan serbuk sari, bukan tanaman tetua jantan. Bagi produsen/penangkar benih, sistem ini dapat meningkatkan efisiensi penggunaan lahan karena produsen/penangkar tidak perlu menyisihkan sekitar 20% lahannya untuk menanam tetua jantan. Pengelolaan serbuk sari yang mencakup penyimpanan juga menjamin ketersediaan serbuk sari sewaktu-waktu diperlukan. Oleh karena itu, serbuk sari harus dipanen pada saat viabilitasnya tinggi dan dipertahankan tetap tinggi selama pengolahan dan penyimpanan sampai saat akan digunakan.
Pembentukan Gamet Betina
Serbuk sari dengan viabilitas tinggi dapat diperoleh apabila panen dilakukan pada waktu yang tepat. Setelah bunga mekar tetapi sebelum antera pecah umumnya merupakan waktu panen serbuk sari yang terbaik, karena perkembangan serbuk sari sudah mencapai maksimum dan tidak terkontaminasi oleh serbuk sari lain. Panen serbuk sari setelah antera pecah menghasilkan serbuk sari yang sedikit karena sebagian telah terhambur ke luar dan ada kemungkinan sudah terkontaminasi oleh serbuk sari lain.
Prosedur pengolahan serbuk sari cukup sederhana. Pada bunga hermaprodit (misalnya mentimun dan tomat), segera setelah panen, antera dipisahkan dari bagian bunga yang lain dan dikeringkan dalam ruang ber -AC (sekitar 18 derajat selama 24 jam) untuk mengeringkan antera agar pecah. Ekstraksi serbuk sari dari antera dilakukan setelah antera pecah dengan cara mengocok dalam botol yang diberi saringan, sehingga sebuk sari terpisah dari bagian-bagian antera. Serbuk sari yang diperoleh kemudian dikeringkan dalam desikator yang telah diisi dengan silica gel atau MgCL. Setelah serbuk sari cukup kering dimasukkan dalam botol kecil (vial) untuk disimpan. Beberapa penelitian menunjukkan bahwa ultra freezer (-80 derajat C) atau deep Freezer (-20derajat C dan Freezer (-5 derajat C) dapat memperlambat penurunan viabilitas. Semakin rendah suhu ruang simpan, semakin baik dalam mempertahankan viabilitas.
Viabilitas serbuk sari akan memengaruhi produksi benih. Semakin tinggi viabilitas, semakin tinggi biji yang terbentuk dari penyerbukan menggunakan serbuk sari tersebut. Oleh karena itu, serbuk sari yang telah disimpan perlu diuji viabilitasnya sebelum digunakan dalam penyerbukan. Pengujian viabilitas serbuk sari dapat dilakukan dengan pewarnaan (misalnya aceto carmin, aniline blue, kalium yodida, tetrazolium, dan lain-lain). Serbuk sari yang dapat menyerap pewarna dikategorikan sebagai serbuk sari yang viabel. Pengujian juga dapat dilakukan dengan cara mengecambahkannya dalam media pengecambah (misalnya Brewbaker an Kwack , PGM, sukrosa, dan lain-lain). Serbuk sari yang menghasilkan tabung serbuk sari minimum sepanjang diameternya dikategorikan sebagai serbuk sari yang viabel.
Pembentukan gamet betina terjadi pada ovulum yang diawali dengan terbentuknya sel-sel sporogen dari lapisan dalam ovulum. Salah satu dari sel-sel sporogen tersebut kemudian berkembang menjadi sel induk megaspora. Megasporogenesis diawali dengan pembelahan meiosis pada sel induk megaspora sehingga menghasilkan empat sel megaspora haploid (1N) yang disebur tetrad. Pada sebagian besar tanaman, tiga sel megaspora mengalami degenerasi, sehingga hanya tersisa satu sel megaspora fungsional. Selanjutnya megaspora fungsional membelah secara mitosis tiga kali berturut-turut menghasilkan dua, empat dan delapan inti dalam kantong embrio.
Tiga inti bergerak menuju daerah kalaza dan membentuk dinding sel sehingga terbentuk tiga sel antipodal. Tiga inti yang lain menuju mikropil membentuk dinding sel sehingga terbentuk dua sel sinergid dan satu sel telur, sedang dua inti yang lain tetap ditengah dan tidak membentuk dinding sel, disebut inti polar, yang merupakan inti sel sentral. Kondisi seperti ini dinyatakan sebagai kantong embrio yang masak.