美味猕猴桃原生质体再生植株细胞遗传学研究 Ⅱ.性别性状变异和小孢子发生及其发育命运

对美味猕猴桃同一雌株叶原生质体再生植株进行了形态学、细胞学以及育性特性的比较研究,确认该体细胞无性系性别性状发生变异。其中６０％雄性再生植株退化的雌蕊仍保留不同程度的雌性化特征,但雌性全不育;小孢则能发育成有功能的雄配子体,但有一定的功能缺陷,再生雌株中Ｐ１组群性状特征与母株相似;Ｐ２线群花发育畸形,导致雌性不育或育性极差。细胞学研究表明,小孢子母细胞减数分裂时染色体异常行为对小孢子发生的影响不能     

水稻原生质体再生植株及后代的性状表现

获得了粳型水稻77-170品系原生质体再生植株(R_2)6个株系的206棵后代植株。对其中96株进行性状观察和细胞学染色体鉴定,发现再生植株子代在株高、剑叶和主穗长、单株有效穗数、每穗粒数、育性、生育期等性状上都产生了变异,除株高外其他性状在第2代遗传上不稳定,染色体倍性稳定(2_n=24)。对56株再生植株子代作酯酶、过氧化物酶同工酶测定,其酶谱谱带与对照实生株相似。     

白菜细胞核雄性不育花药的细胞化学观察

对一种由一对隐性基因控制的白菜细胞核雄性不育和可育株的花药进行了细胞学和组织化学研究。种子播种后,有1/4植株为不育株,其余的为可育株。通过对不育株和可育株花药发育的细胞学观察,确认不育花粉的败育发生在小孢子发育时期。用组织化学的方法研究了可育株和不育株花药发育过程中的多糖和脂类的分布动态,发现在减数分裂前,可育花药和不育花药的药隔细胞中都储藏了大量的淀粉粒。二者的差异仅是不育花药的绒毡层细胞液泡化明显。在减数分裂后的小孢子发育时期,可育花药的绒毡层细胞具有将药隔细胞中的淀粉粒多糖吸收并转化成脂类的功能,小孢子及以后的二胞花粉中也积累了大量的脂类储藏物质在不育花药中,虽然减数分裂后药隔细胞中的淀粉粒也都消失,但绒毡层细胞中的脂类物质相比很少,同时绒毡层细胞显示了明显的多糖反应,表明不育花药的绒毡层细胞将糖类转化为脂类的功能受阻。在小孢子的表面有些脂类物质,但在细胞质中却没有脂类积累。这一结果暗示在该种白菜细胞核雄性不育株中,由于花药绒毡层细胞转换多糖为脂类的功能失常,导致了小孢子的败育。     

猕猴桃胚乳植株过氧化物酶同工酶的研究

猕猴桃是雌雄异株植物,由雌株胚乳培养的再生植株仍有雌、雄性别分化现象。对已开花结果的胚乳植株生物学特性观察表明,与对照母株相比,胚乳植株在株形、叶片大小、果实形状及果实的主要营养成分含量上都有较大的变化。为了探明整体水平变化与分子水平变化的关系,我们观察了有代表性的3株开花、挂果的猕猴桃胚乳再生雌株,1株胚乳变异雄株与对照父、     

杉木雄性不育株与可育株的过氧化物酶同工酶和呼吸强度的比较研究

本文对杉木（Ｃｕｎｎｉｎｇｈａｍｉａｌａｎｃｅｏｌａｔａ（Ｌａｍｂ．）Ｈｏｏｋ．）雄性不育株与可育株在小孢子发生和发育过程中的雄球花和叶进行过氧化物酶同工酶和呼吸强度的研究。结果表明：可育株雄球花在其小孢子发生和发育过程中有三个呼吸高峰,可划分为７个时期－－花芽分化期、小孢子囊分化和造孢细胞形成期、造孢细胞＂休眠＂期、小孢子母细胞形成和减数分裂期、四分体时期、雄配子体形成期、撒粉期。而不育株只出现前二个呼吸峰和前５个时期,在小孢子母细胞形成后,呼吸强度降至低谷,导致能量供应短缺和减数分裂异常,引起败育。不育株叶在其造抱细胞＂休眠＂期无呼吸峰出现可能与其败育有关。不耷株雄球花过氧化物酶同工酶酶谱明显不同于可育株。作者认为：杉木雄性不育是由核不育基因和细胞质不育基因共同调控的结果,调控过氧化物酶同工酶表达可能有三种不同的遗传功能。过氧化物酶对呼吸作用有一定影响,但各种过氧化物酶同工酶并非等效。     

白菜细胞核雄性不育花药的细胞化学观察

对一种由一对隐性基因控制的白菜细胞核雄性不育和可育株的花药进行了细胞学和组织化学研究。种子播种后,有1／4植株为不育株,其余的为可育株。通过对不育株和可育株花药发育的细胞学观察,确认不育花粉的败育发生在小孢子发育时期。用组织化学的方法研究了可育株和不育株花药发育过程中的多糖和脂类的分布动态,发现在减数分裂前,可育花药和不育花药的药隔细胞中都储藏了大量的淀粉粒。二者的差异仅是不育花药的绒毡层细胞液泡化明显。在减数分裂后的小孢子发育时期,可育花药的绒毡层细胞具有将药隔细胞中的淀粉粒多糖吸收并转化成脂类的功能,小孢子及以后的二胞花粉中也积累了大量的脂类储藏物质。在不育花药中,虽然减数分裂后药隔细胞中的淀粉粒也都消失,但绒毡层细胞中的脂类物质相比很少,同时绒毡层细胞显示了明显的多糖反应,表明不育花药的绒毡层细胞将糖类转化为脂类的功能受阻。在小孢子的表面有些脂类物质,但在细胞质中却没有脂类积累。这一结果暗示在该种白菜细胞核雄性不育株中,由于花药绒毡层细胞转换多糖为脂类的功能失常,导致了小孢子的败育。     

大麦和普通小麦杂种再生植株的形态和染色体变化

从大麦和普通小麦杂种一代的幼穗外植体得到愈伤组织,它们在继代培养18个月后仍保持高频率分化植株的能力。共得2,000余株再生植株,其中一部分移到土中后形成1,24.2个穗子,约有30％的穗子发生了形态变异。有少数穗子结实,共得种子104粒。对19株再生植株进行的细胞学检查表明,11株有28个染色体,8株的染色体组成发生了变化,包括染色体缺失、混倍体和染色体断裂。讨论了体细胞变异的原因和用组织培养方法获得能育双二倍体的可能性。     

小伞山羊草(Aegilops umbellata)恢复基因向小麦的转移

鉴定了小伞山羊草(Ae.umbellulata)6条染色体的中国春添加系对T型细胞质雄性不育系育性的影响,发现UAD能较好地恢复T型不育系的育性,表明染色体A上携带有育性恢复基因。添加染色体A在提莫菲维细胞质背景中通过雄配子的传递率为15.6%。同时进一步证明中国春不含有恢复基因。 在体细胞染色体数为42的331个不育系与UAD的杂种衍生后代中选到18个可育株,并对部分植株进行了细胞学鉴定。其中040-5、061-1和061-4与中国春的杂种F_1的育性分离和染色体配对情况表明它们是含有来自小伞山羊草染色体A上的恢复基因的杂合易位系。     

玉米新选细胞质雄性不育系小孢子发育的细胞学观察及DNA甲基化分析

细胞质雄性不育在高等植物中普遍存在,是杂种优势利用的重要工具,为推动植物杂种优势的利用发挥了重要作用。文章以本课题组前期新选的玉米细胞质雄性不育系A1、A2及保持系18(红)为材料,利用石蜡切片技术对不育材料小孢子发育过程进行细胞学观察,采用高效液相色谱法(HPLC)对不同发育时期的叶片及不同发育时期的雄穗DNA进行甲基化分析,从细胞学和表观遗传学角度了解不育系A1、A2的败育机制。结果表明：不育材料A1、A2小孢子发生败育的主要时期为四分体时期至单核小孢子中期。在不育系A2中还存在另一种败育方式,即在花粉母细胞时期表现出败育特征。甲基化分析结果表明,保持系18(红)的叶片DNA甲基化水平从苗期到拔节期迅速上升,而不育系A1、A2叶片DNA甲基化水平基本保持不变;保持系雄穗DNA甲基化水平表现为从花粉母细胞时期到双核期逐渐升高,而不育材料A1、A2从花粉母细胞时期到双核期的雄穗DNA甲基化水平表现为先上升后下降的趋势,达到最高峰的时期均出现在小孢子发育的四分体时期。从小孢子发育的细胞学观察结果可以发现,小孢子败育的主要时期往往具有较高的甲基化水平,推测DNA甲基化水平变化可能与不育材料A1、A2的花粉败育有关。     

芝麻核雄性不育系ms86-1微粉发生的细胞学观察

芝麻(Sesamum indicum)核雄性不育系ms86-1姊妹交后代表现为可育、部分不育(即微粉)及完全不育(简称不育)3种类型。不同育性类型的花药及花粉粒形态差异明显。Alexander染色实验显示微粉植株花粉粒外壁为蓝绿色, 内部为不均一洋红色, 与可育株及不育株花粉粒的染色特征均不相同。为探明芝麻微粉发生机理, 在电子显微镜下比较观察了可育、微粉、不育类型的小孢子发育过程。结果表明, 可育株小孢子母细胞减数分裂时期代谢旺盛, 胞质中出现大量脂质小球; 四分体时期绒毡层细胞开始降解, 单核小孢子时期开始出现乌氏体, 成熟花粉时期花粉囊腔内及花粉粒周围分布着大量乌氏体, 花粉粒外壁有11–13个棱状凸起, 表面存在大量基粒棒, 形成紧密的覆盖层。不育株小孢子发育异常显现于减数分裂时期, 此时胞质中无脂质小球出现, 细胞壁开始积累胼胝质; 四分体时期绒毡层细胞未见降解; 单核小孢子时期无乌氏体出现; 成熟花粉时期花粉囊腔中未发现正常的乌氏体, 存在大量空瘪的败育小孢子, 外壁积累胼胝质, 缺乏基粒棒。微粉株小孢子在减数分裂时期可见胞质内有大量脂质小球, 四分体时期部分绒毡层发生变形, 单核小孢子时期有部分绒毡层开始降解; 绒毡层细胞降解滞后为少量发育进程迟缓的小孢子提供了营养物质, 部分小孢子发育为正常花粉粒; 这些花粉粒比较饱满, 表面有少量颗粒状突起, 但未能形成覆盖层, 花粉囊腔中及小孢子周围存在少量的乌氏体。小孢子形成的育性类型与绒毡层降解是否正常有关。     

野生及栽培盾叶薯蓣（Dioscorea zingiberensis）的性别特征观察

对野生和栽培盾叶薯蓣(Dioscorea zingiberensis C. H. Wright)的性别特征及变异状况进行了观察,并对栽培盾叶薯蓣母根状茎和子根状茎萌发植株的性别特征进行了比较.观察结果显示,在湖北武当山6个样地717株野生盾叶薯蓣中共有155株开花植株,其中雌株、雄株和雌雄同株分别有60、94和1株,雌雄株比例1 ∶ 1～1 ∶ 3,平均雌雄株比例1 ∶ 1.57,每个根状茎一般具有1支缠绕茎.2004年至2006年的观察结果显示,2004年153株栽培盾叶薯蓣基株中雄株、雌株和雌雄同株分别有78、62和13株;2005年存活的基株中雌株和雄株数量明显减少,雌雄同株数量大幅增加,雄株、雌株和雌雄同株分别有35、19和88株;2006年成活的137株基株中有80株开花,其中雄株、雌株和雌雄同株分别有38、9和33株,雌株和雌雄同株数量大幅下降.随栽培年限的增加,每个基株的缠绕茎数由1～2支增加至5～6支.栽培过程中盾叶薯蓣的性别有较大幅度变异,雄株和雌株多数转变为雌雄同株,反向转变却较少,雄株和雌株间相互转变也较少.2005年存活并开花的基株中共有100株发生变异,在2006年有13株返变回原性别,有26株保持了2005年变异的性别,有11株变异为另一种性别;雄株、雌株和雌雄同株3年的总变异率分别达到80.77%、100.00%和46.14%.子根状茎萌发植株的性别与母根状茎有较大差异,总变异率达到约50%,其中母根状茎为雄性的其子根状茎萌发植株的性别总变异率最高(59.09%).研究结果表明,野生盾叶薯蓣可能以有性繁殖为主要繁殖方式,性系统简单清晰;栽培盾叶薯蓣复杂的性系统及大幅度的性别变异可能是由外部环境因子的影响造成的.     

用同工酶鉴定太谷核不育小麦授粉后籽粒育性的初探

太谷核不育小麦系由显性雄性不育单基因(简称Tal)控制的杂合体,它的异交后代总是分离出不育株和可育株两种等比(1:1)的类型。为了探索显性雄性核不育的分子遗传机理,许多学者已对它进行了细胞学及生理、生化方面的研究:如小孢子不同发育时期的显微观察;不育株和可育株花药内游离氨基酸成份的比较分析及脯氨酸代谢上的变化;同工酶     

大白菜与结球甘蓝异源三倍体小孢子植株的获得与鉴定

以6个不同基因型的大白菜四倍体(AAAA,2n=4x=40)品系9401、9402、9403、9404、9405、9406为母本,结球甘蓝二倍体(CC,2n=2x=18)自交系9501为父本配制杂交组合得到的6个杂种一代为试材,进行了游离小孢子培养研究,成功诱导出胚状体,获得了再生植株,并对部分再生株进行了染色体数鉴定和性状调查。结果表明:不同组合小孢子胚胎发生能力不同,各组合产胚率均较低;小孢子再生植株中,染色体数为18的个体所占比例最大,达46.7%;小孢子植株减数分裂行为复杂,终变期除二价体和单价体外,还有三价体等联会形式;小孢子植株性状表现各异。     

基因工程雄性不育烟草及其温度敏感性

将含有抗溴苯腈基因bxn和雄性不育基因的重组载体pTA29-Barnase/bxn导入农杆菌(Agrobacterium tumefaciens)后转化烟草(Nicotiana tabacum L.),得到33个转基因植株。在27℃/23℃培养的16株中,有7株表现部分不育,另9株全部可育。而在20℃/15℃培养的17株中,12株表现不育,5株表现部分不育。部分不育的植株上同时开放可育花朵和不育花朵,不过其中的不育花朵中的花粉萌发活力很低。将在20℃/15℃条件下表现不育的12个不育株从20℃/15℃温室移至27℃/23℃温室后30d左右,其中9株表现程度不同的育性恢复现象:5株表现部分可育,另4株表现完全可育;但仍有3株表现雄性不育。雄性不育花朵的花丝变短,花药皱瘪,不散粉。细胞学观察证明,转基因植株的花药绒毡层降解提早于四分体时期,至单核小孢子时期降解殆尽。     

水稻离体育性变异研究

对野败型不育系珍汕97A、保持系珍汕97B、恢复系IR24、IR26、泰引1号、明恢63、红莲型不育系红源A、包台型不育系包源A、光敏核不育系农垦58s、温敏核不育系W6154s等10个水稻材料的幼穗在不同的培养基上培养、再生植株及对其后代进行育性鉴定,探讨了体细胞无性系变异中雄性不育突变发生的机率以及影响离体筛选雄性不育变异体的因素, 结果表明：在5个材料 (珍汕97B、红源A、包源A、W6154s和IR26)中共获得了29例雄性不育变异株, 其中R1代有24株, R2代有5株。在R1代, 共获得2*!368株再生植株, 雄性不育变异的频率为1.02%(0.96%～1.08％)。在珍汕97B和泰引1号R2代各发现一个株系分离出雄性不育和育性正常植株。出现不育株系的频率分别为2.22％和1.89％。水稻花粉败育类型可分为无花粉、典败、圆败和染败4种类型。同时, 还发现了不育花粉败育类型之间可以相互转换这一现象,在IR26和明恢63 R1代再生植株中, 各发现一株嵌合体。在泰引1号和珍汕97B R2代再生植株中分离出不育株。在影响离体筛选雄性不育变异体的因素中, 基因型的差异是主要的,在所试10个材料中,除农垦58s、IR24、泰引1号和珍汕97A,都有雄性不育变异株产生。外植体的脱分化对产生雄性不育变异是必需的, 在这一过程中,2,4-D起决定性的作用。随着继代时间的延长,发生雄性不育变异的频率也随之提高。雄性不育变异频率在R2代高于R1代。     

太谷核不育小麦花药内游离脯氨酸和总氨基酸含量的变化及其与育性的关系

本文对显性单基因控制的太谷核不育小麦不同发育阶段的可育株和不育株的花药及雌蕊内游离肺氨酸和游离总氨基酸的含量进行了分析。结果表明:(1)在小孢子母细胞减数分裂期,不同育性花药之间游离脯氨酸的含量无明显差异,且含量较低。(2)在小孢子单核初期,可育花药内游离脯氨酸的含量显著高于不育花药,是不育花药的7倍,比减数分裂期增加20倍,高达其干重的1.65％,占其游离总氨基酸的50％。(3)在雌蕊中,游离脯氨酸的含量远远低于花药,不同育性植株之间差异不很明显。(4)关于游离总氨基酸的含量,在花药中减数分裂期,不同育性植株之间无明显差异;在小孢子单核初期,可育株高于不育株。在雌蕊中,相应于小孢子单核初期时,可育株稍高于不育株,受精后迅速趋于一致,但整个变化幅度不大。     

细枝柃性别表达特性及资源分配

已有的资料将柃木属(Eurya)描述为严格的雌雄异株植物, 性别变异现象极为少见。目前仅在柃木(E. japonica)和钝叶柃(E. obtusifolia)等少数种类中报道过两性花的存在。近几年笔者发现细枝柃(E. loquaiana)存在性别变异现象, 性别变异株上具有不同性别类型的花。该文从单花和植株水平分析了细枝柃的性别表达特性, 并对不同类型花的花部构件生物量分配进行比较分析。结果表明, 细枝柃具有6种类型的花, 从单花水平上看, 细枝柃性别有雌性、雄性及两性3种类型; 细枝柃性别在植株水平上体现较为复杂, 有雌株, 雄株, 雌花和两性花同株, 雄花和两性花同株, 雌雄异花同株及雌花、雄花、两性花同株6种类型; 在细枝柃花部构件生物量分配中, 雄花(包括雄株花和变异株雄花)花部构件生物量分配中雄蕊生物量的分配低于雌花(包括雌株花和变异株雌花)中雌蕊生物量的分配; 两性花中, 雄蕊生物量分配低于雌蕊, 这是其优化资源分配的手段, 进而获取最大适合度收益。     

新型抗除草剂棉花不育系Yu98-8A1的培育及鉴定

通过连续回交,将抗除草剂基因EPSPS-G6转育花粉败育彻底（无微量花粉,不育度达100%）的棉花单基因隐性控制的核不育系Yu98-8A,进而培育成抗除草剂核不育系Yu98-8A1。对该转育不育系花冠表型测量观察表明,与同质系正常可育株比较,不育株花冠较小, 不育株子房直径略大于可育株,花柱长和花柱外露长度均明显高于同质系正常可育株,花柱头外露为其最显著的表型特征;显微观察显示,不育系Yu98-8A1小孢子败育主要是在四分体形成后的小孢子发育期。小孢子败育特征表现为花粉粒无内含物、无刺突产生,最后解体、退化。PCR分子鉴定表明,抗除草剂基因EPSPS-G6转育入Yu98-8A1,除草剂抗性试验表明,该转育不育系可抗质量百分比浓度达0.3%的草甘膦。该抗除草剂核不育系的培育在棉花杂种优势利用方面有重大利用价值。     

棉花转基因恢复系杂种F1小孢子发生的细胞学观察

对转gst基因棉花恢复系浙大强恢"配制的杂种F1(三系杂交棉)的成熟花药和花粉育性进行了研究.结果表明,在花药的长、宽、鲜重和成熟花粉粒的育性方面,浙大强恢"所配的F1和保持系DES-HAB277"接近,无显著性差异,但比受体恢复系DES-HAF277"所配的F1分别提高47.7%、61.8%、28.5%和39.6%.以不育系DES-HAMS277"和保持系DES-HAB277"的花药为对照,对浙大强恢"和受体恢复系所配的F1的小孢子发生进行了细胞学观察发现,不育系小孢子败育主要发生在造孢细胞增殖期和小孢子母细胞形成期,且在减数分裂期彻底败育,不能形成四分体;受体恢复系所配的F1在小孢子发生和雄配子形成的各个发育时期都有部分败育,平均败育率约为20%,且主要发生在小孢子母细胞减数分裂期和小孢子单核期;而浙大强恢"所配的F1与保持系一样,花药的发育、小孢子的发生以及雄配子的形成均正常.研究结果从细胞形态学方面证明gst基因对三系杂交棉具有防止部分小孢子败育和提高花粉育性的功能.     

高羊茅花粉母细胞减数分裂及其雄性不育的细胞生理学研究

为探讨高羊茅雄性不育株A22013189的小孢子发育过程及其败育的生理学机理,以可育株189为对照,对其结实能力、花粉活力、花粉母细胞减数分裂进程中的染色体行为及生理生化特征进行研究。结果表明:(1)不育株A22013189花粉数量少,花粉粒空瘪皱褶,自交不结实,在杂交中作父本获得杂交后代的可能性极小。(2)从减数分裂前期Ⅰ至四分体时期,不育株A22013189花粉母细胞存在大量落后染色体、染色体桥和断片、微核、单价染色体、不均等分离、染色体分裂不同步、游离染色体、三分体、60°纺锤体、染色体缺失等异常现象,初步分析这些小孢子异常分裂是导致高羊茅花粉败育的细胞学原因之一。(3)不育株A22013189的可溶性蛋白质、可溶性糖含量在整个发育时期都显著低于同期可育株189;苗期至造孢细胞期,A22013189游离脯氨酸含量与可育株189无显著差异,但减数分裂期至花粉成熟期,A22013189游离脯氨酸含量却显著低于同期可育株189;苗期至造孢细胞期,A22013189丙二醛含量显著低于同期可育株189,但小孢子进入减数分裂期后,A22013189丙二醛的增加速度和积累量明显高于同期可育株189。研究发现,高羊茅雄性不育株花粉母细胞减数分裂染色体行为异常,生长发育过程存在物质能量代谢降低,有害物质积累现象。研究结果对于高羊茅败育机理研究及杂交育种亲本选择有重要的理论指导意义。