未授粉子房和胚珠离体培养诱导植物雌核发育研究进展

未授粉子房和胚珠培养离体诱导雌核发育的研究已近半个世纪,目前共有20科40余种种子植物的未授粉子房或胚珠离体培养诱导了雌核发育,但成功获得雌性单倍体的植物只有10科25种2变种。本文重点对离体雌核发育的胚胎学的研究资料进行综述,包括离体条件下胚珠中胚囊的发育状况、雌核发育的模式、雌性单倍体形成的途径以及自发胚乳的离体诱导并指出该领域研究中存在的问题,进一步在研究方法上提出了设想和建议。     

一个高频率的活体-离体胚胎发生研究系统

通过对受精后烟草(Nicotiana tabacumL.)胚珠的体外培养,建立了一个简便、实用、高频率的胚胎发生研究系统。采用MS培养基附加6%蔗糖,然后换以2%蔗糖对烟草胚珠进行培养,结果受精后胚珠在体外可以完成正常的胚胎发生并可直接萌发成幼苗。追踪观察表明,合子体外胚胎发生过程中关键发育事件,如合子休眠期间的定向生长、一次不对称分裂的完成、胚柄的形成和解体、胚的分化等过程均可在体外重现。体外培养形成的胚珠及胚胎在形态上与自然状态下形成的胚珠及胚胎几乎没有差异。此体系操作简单,稳定性好,且关键发育事件的时空调控与自然胚胎发育进程相吻合。     

北京地区油松胚珠发育时期的确定

采用显微观察法对北京地区不同发育时期的油松胚珠进行解剖结构观察,以确定北京地区油松胚珠的发育时期。结果表明,北京地区油松胚珠的发育历时13个月(从2003年4月~2004年5月),具体时期为:2003年4月12日为胚珠分化期,4月21日左右为大孢子母细胞时期,5月至8月为游离核时期,2003年8月至2004年2月为胚珠休眠期,2004年4月15日左右进入雌配子体细胞化时期,4月21日左右为颈卵器原始细胞活动期,5月8日左右为中央细胞分裂期,5月14日左右为成熟颈卵器时期。本研究结果中油松胚珠经历的发育阶段与前人的研究基本一致,但在时间上存在差异,而且北京地区比辽宁兴城地区油松胚珠发育时期平均提前了大约20~30 d。     

油松胚珠发育研究中的蛋白质组技术

油松是中国特有的树种,具有重要的造林和绿化价值。但是油松胚珠败育是油松种子生产和繁殖面临的一个严重的问题,因此研究油松胚珠的发育机理和败育原因具有重要的理论和实践意义。双向电泳和质谱技术结合研究基因表达的蛋白质组技术正越来越广泛地应用到植物研究中,我们将该技术应用到油松胚珠发育的研究中,比较了两种蛋白质提取的方法,发现蔗糖提取方法比传统的TCA方法更适合于油松蛋白质的制备。将电泳分离得到的蛋白点用肽质量指纹图谱的方法进行鉴定,得到了满意的结果,优化了蛋白质质谱鉴定的条件。     

云南草寇花序内不同部位的性分配

两性花植物花序内的性分配常存在差异,资源竞争、结构效应、交配环境(雌雄异熟、传粉者定向访花行为等)或授粉不均匀等几种假说可以解释这种现象。为验证上述假说,该研究以云南草寇两种表型(雄先熟型和雌先熟型)为材料,分析了其花序内不同部位(基部、中部和顶部)的每花花粉数、胚珠数、花粉/胚珠比、结实率和结籽率,花序内传粉者的定向访花行为,以及人工辅助授粉和去花处理对结实率和结籽率的影响。结果表明:两种表型花序内每花花粉数不随部位而变化,每花胚珠数、结实率和结籽率由基部到顶部依次降低,每花花粉/胚珠比由基部到顶部依次增加,表明顶部花存在偏雄的性分配。人工辅助授粉后,结实率、结籽率仍由基部到顶部依次降低,表明授粉不均匀假说不能解释云南草寇花序内不同部位结实率、结籽率的差异。去除基部和中部花后,顶部花人工辅助授粉条件下的结实率、结籽率与基部花人工辅助授粉条件下的结实率、结籽率无差异,表明云南草寇花序内不同部位结实率、结籽率的差异主要由资源竞争引起。雌先熟表型每花花粉数、花粉/胚珠比高于雄先熟表型,表明两种表型存在性分配差异。传粉者主要先访问云南草寇基部的花,然后向顶部移动。云南草寇花序内顶部偏雄的性分配可能是由资源竞争和传粉者定向访花造成的。     

云锦杜鹃的开花动态与繁育系统研究

对3个云锦杜鹃种群的开花动态和传粉方式等野外定位观测结果显示:花芽在花朵开放后形成雏 形,经过8～9月的生长后成形,次年4月复苏,形成含6～12朵花的总状伞形花序,5月初开花,花期接近25 d。花生命周期为5～8d,其中种群G的周期最短,平均为5.8d,主要原因是光照时间长,湿度相对较低,花形 态较小。开花后第二天到第三天,花药开裂,散出粘连成串的花粉,悬挂在花柱的中上部,同时柱头进入可授 期;第五天到第六天,花瓣与花托分开并前移到花柱,使花柱倒垂,花粉串能粘附到柱头上。根据人工授粉试 验和花粉落置观察的结果,云锦杜鹃的繁育系统为混合交配型,自然条件下为花后自花授粉,主要借助花瓣脱 落来传播花粉;但根据杂交指数估算和花粉-胚珠比测定,云锦杜鹃的繁育系统为异交,自交亲和,需要传粉 者,说明云锦杜鹃可能是由虫媒传粉向自花传粉演化。     

枸杞新品系NQ-2开花生物学研究

为探讨枸杞新品系NQ-2纯系种植结实率低的原因,采用TTC法、联苯胺—过氧化氢法、花粉—胚珠比、杂交指数和套袋试验等方法,对NQ-2花粉活力、柱头可授性及繁育系统等进行了研究。结果表明:NQ-2单花花期为3~4 d,花后8 h散粉结束,开花当天花粉活力最高,花粉寿命可持续9 d以上;开花前一天柱头已具可授性,开花第1天柱头可授性最强,开花第3天柱头基本失去可授性;枸杞新品系NQ-2平均花粉-胚珠比8615,OC I=4,结合人工授粉实验结果确定其繁育系统为专性异交。自交不亲和是导致NQ-2纯系种植落花落果结实率低的主要原因。     

香石竹开花结实生物学研究

通过田间观察,运用TTC法、联苯胺-过氧化氢法、杂交指数、花粉-胚珠比和套袋实验等方法,对香石竹的开花状态及繁育系统进行了研究。结果表明:在人工栽培条件下,香石竹种群可周年开花,单株花期35～61d,单花花期9～15d;花粉在开花第1～5天具有活力,柱头在开花第4～12天具可授性,第8～11天可授性最强;杂交指数为5,P/O值为307.84～790.52,结合坐果率结果,判断其繁育系统属于异交,部分自交亲和,需要传粉者。     

植物雌性单倍体的离体诱导

对单倍体的用途和来源作了简略的概括。回顾了通过离体诱导获得雌性单倍体的研究历程,并分析了这一方法的优势。离体诱导雌性单倍体的效果受到供体植株的基因型、供体植株的生理状态、胚囊发育时期、材料预处理、花器附属物、培养基、培养方式、培养条件等一系列因素的影响。对这些影响因子的有关研究进行了系统的总结。在雌性单倍体的个体发育方面,对一些有代表性的实验结果进行了总结。