大白菜雄性不育系88—3花药和花粉发育的细胞形态学观察

大白菜雄怀不育两用系88－3的不育株,其开花时花药内无花粉粒,败育从小孢子母细胞至二核花粉粒皆有发生,高峰期在末期Ⅱ前后,小孢子母细胞不能进入减数分裂和小孢子母细胞不能完成减数分裂及孢子不能正常发育是雄性败育的主要形式;败育一旦发生便是急剧而彻底地解体或凝聚成一团是败育的共同点,中层组织、绒毡层组织及药隔维管束异常均是雄性败育的因素。     

水稻雄性不育系珍汕97A小孢子发育过程中的微管骨架

水稻（Oryza sativaL.)雄性不育系珍汕97A,保持系珍汕97B和恢复系测64三系小孢子发生过程的研究表明;恢复系测64小孢子母细胞细胞质浓,有明显的微管荧光围绕着细胞核。小孢子母细胞经两次减数分裂形成四分体。四分体和小孢子的微管从细胞核表面向胞质周缘延伸,形成放射性排列格局,花粉发育正常。细胞质中有少量点状微管荧光,保持系珍汕97B小孢子发生过程的细胞形态和微管结构与恢复系测64相似。但细胞质中的点状微管荧光多一些。雄性不育系珍汕97A小孢子发生早期,小孢子母细胞内出现液泡,核中染色质凝集,微管荧光很弱,没有清晰的微管丝结构。细胞质中有许多点状微管荧光等不正常现象。小孢子母细胞经过减数分裂形成的四分体也没有清晰的丝状微管结构。随后,所有的小孢子迅速败育,雄性不育系珍汕97A在小孢子母细胞发生的很早时期,微管结构就明显不正常。     

小麦粘类雄性不育系生化标记及小孢子细胞色素氧化酶同工酶研究

对4种同核异质小麦粘类非1BL/1RS雄性不育系、保持系和恢复系的幼苗叶片、乳熟期籽粒以及不育系、恢复系和F1小孢子发育四分体至三核期花药进行了细胞色素氧化酶（COD）同工酶聚丙烯酰胺凝腔电泳（PAGE）分析。结果表明：（1）幼苗叶片COD同工酶谱带可以标记4种不育系和保持系;乳熟期籽粒COD同工酶谱带可以将4种不育系、保持系及恢复系区别开。（2）COD在不育系小孢子败育时或败育之前（单核到二核期）酶量降低,面在三核期酶量升高。（3）相同胞质背景下引入不同核恢复基因或不同胞质背景下引入桢核恢复基因,F1小孢子COD同工酶谱带之间有差异。可以将不同发育时期COD同工酶谱带作为鉴别1种不育系以及不育系、保持系、恢复系（“三系”的可靠生化标记）。     

大白菜雄性败育的显微结构观察

通过对核质互作型雄性不育系169A和核雄性不育两用系88_3的细胞形态解剖学观察表明,两个不育系在开花时雄性细胞均表现100%的败育,花药的表皮细胞均具有生活力,但败育形式、时期、特点各异。169A败育发生于孢原细胞前后,以孢原细胞退化,或转变成薄壁细胞为主要特点。88_3败育从小孢子母细胞至二核花粉粒皆有发生,高峰期在四分体前后（约占80%）,小孢子母细胞不能进入减数分裂和不能完成减数分裂及小孢子不能正常发育是败育的主要形式,但败育特点均是败育一旦发生便是急剧而彻底的解体或凝集成一团。     

大白菜雄性败育的显微结构观察

通过对核质互作型雄性不育系169A和核雄性不育两用系88-3的细胞形态解剖学观 察表明,两个不育系在开花时雄性细胞均表现100%的败育,花药的表皮细胞均具有生活力,但败育形式、时期、特点各异。169A败育发生于孢原细胞前后,以孢原细胞退化,或转变成薄壁细胞为主要特点。88-3败育从小孢子母细胞至二核花粉粒皆有发生,高峰期在四分体前后（约占80%）,小孢子母细胞不能进入减数分裂和不能完成减数分裂及小孢子不能正常发育是败育的主要形式,但败育特点均是败育一旦发生便是急剧而彻底的解体或凝集成一团。     

辣椒细胞质雄性不育花药败育及淀粉粒分布的细胞学观察

用PAS反应对辣椒细胞质雄性不育系8214A和保持系8214B花药中的淀粉粒分布进行研究.在减数分裂前,保持系花药与不育系花药的结构和淀粉粒分布相似.保持系花药减数分裂后,药壁绒毡层细胞开始液泡化并体积增大,在药隔薄壁细胞中积累了许多较小的淀粉粒;在小孢子晚期,绒毡层细胞退化,在药隔薄壁细胞中淀粉粒体积增大;在二胞花粉时期,随着花粉大液泡的消失花粉中出现淀粉粒;花粉成熟时,其细胞质中积累了丰富的淀粉粒.不育系花药减数分裂后,由于药室腔的空间不能扩大,四分体被挤压在一起,最终四分体小孢子败育.不育花药的维管组织发育正常,但较多的淀粉粒积累在药隔薄壁细胞中.该种辣椒雄性不育系中.花粉的败育发生在四分体时期.绒毡层细胞结构异常可能影响糖类物质向药室的正常转运.该种辣椒雄性不育系的绒毡层异常与花粉败育有关.     

细胞质雄性不育水稻幼穗和花药的呼吸酶活性研究

研究珍汕97A和珍汕97B的雌雄蕊原基形成期、花粉母细胞形成期和花粉母细胞减数分裂期的幼穗及单核期、二核期和三核期的花药中呼吸代谢三羧酸循环（TCA）的苹果酸脱氢酶（MDH）和异柠檬酸脱氢酶（IDH）及戊糖途径（PPP）的磷酸葡萄糖脱氢酶（G6PDH）、磷酸葡萄糖酸脱氢酶（6PGDH）和5一磷酸核糖异构酶（RSPI）的活性。结果表明：可育花药的5种酶活性皆高于同期不育花药;而幼穗中,TCA途径中的MDH和IDH在不育系与保持系之间无差异,PPP途径的G6PDH和6PGDH及R5PI则保持系高于不育系。这说明不育系中PPP发生的变化早于TCA途径,PPP途径的改变可能与小孢子败育有着更为直接的关系。     

云南紫稻细胞质雄性不育系花药发育过程中Ca2+的分布特点

运用焦锑酸钾沉淀法研究了云南紫稻细胞质雄性不育系和保持系花药在发育过程中Ca^2 的分布特点。结果表明,保持系的花粉母细胞和小孢子的胞质内部基本无Ca^2 的沉淀,后期花粉外壁出现Ca^2 的沉淀;保持系早期的绒毡层细胞形态正常,胞内有少量Ca^2 沉淀,后期绒毡层细胞开始凋亡,胞质凝集,胞内出现大量Ca^2 的颗粒。不育系花粉母细胞在减数分裂时期败育,胞质液泡化,内部出现大量Ca^2 的沉淀;不育系绒毡层细胞形态正常,胞内无Ca^2 的沉淀。绒毡层与花粉母细胞、小孢子之间出现大量Ca^2 颗粒。探讨了不育系花药花粉母细胞中以及与绒毡层细胞之间Ca^2 的异常积累与雄性不育的关系。     

百合科山韭小孢子发生及雄配子体发育

利用石蜡切片对葱属植物山韭(Allium senescens L.)的小孢子发生及雄配子体形成进行了研究.结果表明:山韭花药具4个药室,花药壁由表皮、药室内壁、中层和绒毡层4层细胞组成,属分泌型绒毡层.小孢子母细胞减数分裂的胞质分裂为连续型.成熟花粉为二胞型,偶见三胞型.在小孢子母细胞减数分裂和单核小孢子中出现许多异常行为,如染色体拖曳,落后染色体和后期桥,以及产生微核等,这可能是导致花粉败育的原因之一.     

大白菜新型细胞质雄性不育系6w-9605A的育性鉴定和花药败育的细胞学观察

采用石蜡切片技术,研究了大白菜(Brassica campestris L.ssp.pekinensis)细胞质雄性不育系6w-9605A及其保持系6w-9605B的花药发育过程的细胞形态学特征,确定不育系花药败育时期及方式,并对不育系6w-9605A进行花器官观察和育性鉴定.结果表明:保持系6w-9605B花药发育正常;不育系6w-9605A花药发育受阻于孢原分化时期,占总败育花药的66.7％,不形成花粉囊和花粉粒,属于无花粉囊型败育;另外33.3％的败育花药可形成花粉囊,小孢子均受阻于单核靠边期或者二胞期,败育特点为绒毡层细胞异常肥大,挤压小孢子,导致小孢子和绒毡层解体;6w-9605A的不育性稳定、彻底,不育株率和不育度均为100％.     

Metabolism of reactive oxygen species in cotton cytoplasmic male sterility and its restoration

To elucidate reactive oxygen species (ROS) metabolism of cotton cytoplasmic male sterility and the effects of restorer gene on the metabolism of ROS, the metabolism changes in the production and scavenging of ROS and gene expression related to ROS-scavenging enzymes were investigated in the anther mitochondria of CMS line, maintainer line and hybrid F₁. During the abortion preliminary stage (sporogenous cell division stage), anthers of CMS line had a little higher superoxide (O₂ ⁻) production rate and hydrogen peroxide (H₂O₂) and malondialdehyde (MDA) contents than those of maintainer or hybrid F_1. Simultaneously, a little higher ROS contents might serve as a signal to increase the activity of superoxide dismutase (SOD) in anthers of CMS line to reduce the ROS damage to the anther development. But at the abortion peak (pollen mother cell meiosis stage), anthers of CMS line had extraordinarily higher ROS contents and lower ROS-scavenging enzymic activities compared with the hybrid F₁, during which the ROS contents and ROS-scavenging enzymic activities in hybrid F₁ were approximate to those of maintainer line. The expression of Mn-sod and apx mRNA in anther of CMS line was obviously inhibited when ROS produced with a great deal during anther abortion, however the gene expression in hybrid F₁ kept normal with the maintainer. Excessive accumulation of O₂^·−, H₂O₂ and MDA, significant reduction of ROS-scavenging enzymic activities and lower gene expression level of ROS-scavenging enzyme were coinstantaneous with male cells death in anthers of CMS line. But when the restorer gene was transferred into CMS line, excessive production of ROS could be eliminated in the anthers of hybrid F₁. The restorer gene likely plays an important role in keeping the dynamic balance between the production and elimination of ROS.     

Differences on the microsporogenesis and tapetal development of male fertile and cytoplasmic male sterile pepper (Capsicum annuum L.)

To clarify the time and cause of pollen abortion, differences on the microsporogenesis and tapetum development in the anthers of male fertile maintainer line and cytoplasmic male sterile (CMS) line pepper were studied using transmission electron microscopy. The results showed that CMS line anthers appeared to have much greater variability in developmental pattern than male fertile maintainer line ones. The earliest deviation from normal anther development occurred in CMS line anthers at prophase I was cytomixis in some microspore mother cells (MMCs), and vacuolisation in tapetal cells. Then, MMCs in CMS line anthers developed asynchronously and a small part of ones at the different stage degenerated in advance appearing to have typical morphological features of programmed cell death (PCD). Most MMCs could complete the meiosis, but formed non-tetrahedral tetrad microspores with irregular shape and different size and uncertain number of nuclei, and some degenerated ahead of time as well. Tapetal cells in CMS line anther degenerated during meiosis, and were crushed at the tetrad stage, which paralleled the collapse of pollens. Pollen abortion in CMS line anthers happened by PCD themselves, and the premature PCD of tapetal cells were closely associated with male sterility.     

萝卜CMS不育系与保持系小孢子发生的细胞学研究

研究了萝卜胞质雄性不育系A2、A4及其相应保持系B2、B4的小孢子发生与花药壁发育的细胞学特征.结果表明,不育系A2的绒毡层细胞在四分体时期出现异常,小液泡增多,至单核期汇合形成大液泡,绒毡层细胞异常膨大;小孢子外壁染色浅,细胞壁受到破坏,最后与绒毡层一同降解.不育系A4在减数分裂期即表现出异常,绒毡层异常肥大;花药发育后期,小孢子外壁亦染色较浅;绒毡层细胞融合形成细胞团块侵入药室挤压小孢子,两者一同降解.     

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。     

不结球白菜同源四倍体Pol CMS及其保持系花药发育的解剖学研究

以秋水仙素人工诱变获得的不结球白菜同源四倍体Pol CMS及其保持系为材料,采用石蜡切片法研究其花药发育过程.结果显示:四倍体Pol CMS与保持系花药发育差异明显,不育系花药发育受阻于孢原细胞分化期,不形成药室,属无花粉囊型.极少数温敏型花药能产生1~2个花粉囊,但四分体时期绒毡层提早退化,导致成熟小孢子数目减少.四倍体保持系花药发育过程与二倍体基本一致,同一时期的可育小孢子四倍体比二倍体大,二倍体花粉粒都为3个萌发孔,而四倍体多为4个萌发孔.四倍体保持系同一花粉囊中花粉粒发育有不同步现象,花粉粒败育频率比二倍体高.研究表明,不结球白菜同源四倍体Pol CMS比其二倍体Pol CMS不育更彻底,更具应用性.     

水稻红莲型细胞质雄性不育系小孢子发育过程中的花药蛋白质分析(英文)

水稻不育系的不育机理至今尚未搞清。本工作对红莲型不育系小孢子发育过程中花药蛋白质的变化进行了分析,为从分子水平阐明其不育机理奠定基础。分别在不育系（A）、保持系（B）、杂种一代（F1）和恢复系（R）的花粉母细胞单核、二核及三核四分体时期取花药,匀浆、反复离心制备上清液、定量后,做不连续Bis－Acr凝胶电泳、染色,观察其蛋白电泳条带的变化。结果见Fig．1＆2和Tab．1：大多数主要的、表达量大的蛋白质在二核期前后（花粉败育时期）,没有明显变化,这些蛋白与败育无关。条带X、XI随着小孢子发育过程出现变化,但它们在A、B、F1和R中的表达行为变化一致,也与败育无关。条带Ⅰ、Ⅱ在不育系中不表达,条带Ⅲ为不育系所特有,条带Ⅳ在单核期以后出现,条带Ⅶ在二核期受到抑制,它们均可能与育性有关。A、F1中均有条带Ⅴ表达,说明该编码基因是由不育系遗传到F1中的,它与育性无关;而R、F1系中均有条带Ⅵ、Ⅷ表达,该编码基因可能是由恢复系遗传到F1中的,可能涉及F1的育性恢复。     

Quantitative Proteomic Analysis of CMS-Related Changes in Honglian CMS Rice Anther

Honglian (HL) cytoplasmic male sterility (CMS) is one of the rice CMS types and has been widely used in hybrid rice production in China. The CMS line (Yuetai A, YTA) has a Yuetai B (maintainer line, YTB) nuclear genome, but has a rearranged mitochondrial (mt) genome consisting of Yuetai B. The fertility of hybrid (HL-6) was restored by restorer gene in nuclear genome of restorer line (9311). We used isotope-code affinity tag (ICAT) technology to perform the protein profiling of uninucleate stage rice anther and identify the CMS-HL related proteins. Two separate ICAT analyses were performed in this study: (1) anthers from YTA versus anthers from YTB, and (2) anthers from YTA versus anthers from HL-6. Based on the two analyses, a total of 97 unique proteins were identified and quantified in uninucleate stage rice anther under the error rate of less than 10%, of which eight proteins showed abundance changes of at least twofold between YTA and YTB. Triosephosphate isomerase, fructokinase II, DNA-binding protein GBP16 and ribosomal protein L3B were over-expressed in YTB, while oligopeptide transporter, floral organ regulator 1, kinase and S-adenosyl-l-methionine synthetase were over-expressed in YTA. Reduction of the proteins associated with energy production and lesser ATP equivalents detected in CMS anther indicated that the low level of energy production played an important role in inducing CMS-HL.     

红麻细胞质雄性不育系与保持系花药活性氧代谢差异比较

以红麻细胞质雄性不育系L23A及其保持系L23B为材料,比较其花药淀粉及可溶性糖含量变化并分析呼吸速率、活性氧产生速率、丙二醛(MDA)含量以及活性氧清除酶(POD、SOD)含量变化,来探讨活性氧伤害与红麻雄性不育的关系。结果表明:在小孢子发育的单核期,不育系呼吸速率与保持系差异不明显,但不育系花药O^-₂·含量高于保持系; 在双核期,不育系的呼吸速率明显低于其保持系,但不育系花药O^-₂·含量与保持系花药相近; 不育系在单核期和双核期的呼吸速率几乎没有变化,而保持系同一时期的呼吸速率呈明显增高趋势; 在不育系败育过程中,药隔维管组织中的大颗粒淀粉含量几乎不变,且不育系花药中的可溶性糖含量在单核期和双核期均低于保持系。推测是由于不育系花药中抗氰呼吸降低,一方面导致花药物质代谢和能量代谢的紊乱,不育系花药不能利用药隔组织中的淀粉粒,另一方面不能有效将细胞内过多电子通过抗氰呼吸传至O₂,引致不育花药中O^-₂·升高,从而导致MDA含量在单核期和双核期均高于保持系,同时POD的活性在单核期及双核期均低于保持系,而SOD活性在单核期高于保持系,在双核期则低于保持系。不育系花药在发育中,花药O^-₂·和MDA过量积累,以及SOD和POD酶活性降低,导致活性氧产生与清除失去平衡,花粉败育。     

新型小麦胞质不育系花粉败育的细胞学观察

观察了１种新型小麦细胞质雄性不育素（ＣＭＳ）－（野生二粒小麦）中国春ＣＭＳ花药和花粉败育的细胞学过程,结果表明;（１）不育系在小孢子发育至单核晚期以前,除了雄蕊心皮化发生率（３７．２％）较高外,其花药和花粉发育绝大多数与同核保持系相似,是正常的,仅少量表现异常而导致败育,异常现象主要有：雄蕊心皮化。药室合并,药壁组织喙状突起,绒毡层异常,小孢子母细胞粘连,减数分裂异常,小孢子异常等。（２）不育系花