雄性不育和雄性能育小麦(Triticum aestivum L.)花药和花粉发育的细胞形态学观察

本工作是小麦雄性不育杂种优势利用研究项目的一部分。从细胞形态学的角度,研究小麦细胞质雄性不育系及其保持系花药和花粉的发育,为探索雄性不育性的机理提供资料。应用石蜡切片法,对小麦“早熟1号”和“北京8号”细胞质雄性不育系及其保持系花药的发育过程进行了观察,得到如下的结果:(1)不育系花粉的败育,在发育的各个时期都发生,但败育的关键时期是在小孢子发育后期,具大液泡的小孢子不能进入配子体发育阶段。(2)不育系花药和花粉的发育,在小孢子发育早期以前,90%以上与保持系相似,是正常的;少数表现异常而导致败育。异常现象有:药室合并;小孢子母细胞解体,绒毡层发育正常;小孢子母细胞互相粘连,形成多核的原生质团;解体的小孢子母细胞与绒毡层融合形成多核的原生质团;药室中除正常发育的小孢子母细胞或小孢子外,还出现异常的巨型细胞;绒毡层提早在小孢子发育早期解体,形成多核的原生质困;绒毡层肥大生长。     

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.     

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.     

红菜薹雄性不育系花药败育的细胞形态学观察

采用石蜡切片技术,在光学显微镜下系统研究了红菜薹(Brassica campestris L.ssp．chinensis L.var．utilis TsenetLee．)波里马胞质雄性不育系(Polima CMS)、红菜薹萝卜胞质雄性不育系(Ogura CMS)及相应保持系花药发育过程的细胞形态学特征。观察结果表明：红菜薹Polima CMS花药发育受阻于孢原细胞阶段,不形成花粉,属无花粉型,此不育系花药不形成绒毡层和中层;而红菜薹Ogura CMS花药败育发生于小孢子母细胞期或四分体时期,表现为绒毡层细胞异常,挤压四分体,导致四分体和绒毡层同时解体而败育。     

大果白刺雄性不育系的细胞学研究

利用石蜡切片法对大果白刺花药进行细胞学研究,探讨雄性不育系发生败育的时期和方式以及雄性败育与药壁组织间的关系.结果表明:不育系小孢子母细胞形成前期,花药各部分结构发育正常.随着绒毡层的异常解体,多种异常现象相继出现,包括小孢子母细胞液泡化,中层、药室内壁、药隔细胞液泡化,细胞畸形,药壁细胞非正常解体等.退化后整个花药萎缩干瘪,不能开裂,无花粉.因此,大果白刺雄性不育系的绒毡层生理异常并提前退化是导致雄性不育的主要原因.     

雄性不育与可育楸树花发育的细胞学比较研究

楸树（Catalpa bungei C.A.Meyer.）属紫葳科(Bignoniaceae)梓树属(Catalpa),落叶乔木,是我国特有的珍贵优质用材树种。本文用石蜡切片法对可育株和雄性不育株楸树的大、小孢子发生及雌、雄配子体发育过程进行了详细地比较观察。结果表明：可育株和不育株楸树雌蕊的发育基本相同,胚珠倒生,薄珠心,单珠被,胚囊发育为蓼型。可育株雄蕊花药四室,药隔薄壁组织发达;异型绒粘层,由药壁绒粘层和药隔绒粘层组成;花药壁表皮细胞在小孢子母细胞减数分裂前后开始径向伸长加厚,直到花药开裂并不降解,这可能与花药开裂有关;成熟花粉为四合花粉。雄性不育株花药的早期发育到次生造胞细胞时期与可育雄蕊的相同,小孢子母细胞减数分裂前绒毡层发育不充分;四分体时期,绒毡层细胞高度液泡化,细胞质稀薄,已提前降解,小孢子四分体因绒毡层结构和功能异常而不能正常发育,因此楸树雄性不育为结构型雄性不育。     

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％.     

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。     

‘马哈利’樱桃雄性不育细胞学观察

运用常规石蜡切片技术,以‘马哈利’樱桃雄性不育株和可育株的花芽为试验材料,对其小孢子和雄配子体的发育过程进行观察研究,运用扫描电镜对其花药和花粉进行观察,并分析‘马哈利’樱桃雄性不育的花粉发育过程及其发生原因。结果显示:(1)不育株与可育株的花粉发育形态在花粉母细胞时期没有差别,均可形成正常四分体。(2)四分体时期之后,不育株的绒毡层细胞膨大并向药室中央挤压,接着与小孢子粘连在一起,小孢子因得不到发育所需要的物质和空间而和绒毡层一起降解消失。(3)扫描电镜观察表明:不育株花药和花粉均呈现干瘪萎缩的形状,可育株花药四腔形状明显,花粉清晰可见萌发沟。研究表明,马哈利樱桃种内存在雄性不育系类型,‘马哈利’樱桃雄性不育与绒毡层细胞异常膨大和提前程序性死亡有关,进而造成了小孢子的异常发育并发生败育现象,研究结果对于樱桃杂交育种亲本选择以及樱桃苗木繁育生产具有重要的理论指导意义。     

甜椒胞质雄性不育雄配子发育的解剖学和超微结构研究

运用石蜡切片和电子显微镜超薄切片方法观察了甜椒(Capsicum annuum L．)细胞质雄性不育系8A和保持系8B雄配子发育过程。结果表明：不育系和保持系都能正常进行减数分裂,绒毡层细胞无明显差异,形成了正常的四分孢子。在四分体单核居中期后,不育系的绒毡层细胞异常膨大并伸进药室,挤压花粉粒,同时绒毡层细胞提前降解,不育系单核晚期花粉粒开始崩出内含物。致使不育系的雄配子在双核花粉粒形成之前就完全裂解,不能发育成正常的花粉粒。此外,超薄切片还观察到不育系花粉粒在单核早期绒毡层细胞线粒体空泡化,这种变化表明雄性不育的遗传缺陷包括在花药发育早期发生的线粒体结构变化。     

不结球白菜新种质P70-203雄性不育细胞质类型的鉴定

本研究根据OguraCMS、PolimaCMS的不育性状相关的线粒体基因序列设计特异引物,对不结球白菜雄性不育系新种质P70-203及其保持系P60-27-1进行PCR分析.研究结果表明,Polima引物P3/P4,P5/P6在不育系与可育系中均无扩增条带;Ogura引物P1/P2在不育系中扩增出750 bp的特异片段,但可育系中无扩增条带.将扩增的特异条带回收并测序,将得到的测序结果在NCBI中进行Blastn同源性比较,结果与青花菜Ogura(登录号:EU604643)和萝卜Ogura(登录号:AB055438)细胞质雄性不育同源性均达到99%.从分子角度初步推测:该雄性不育系新种质P70-203具有Ogura细胞质.     

细胞质雄性不育白菜败育过程中激素和多胺含量的变化

通过对胞质雄性不育白菜败育过程中叶片和花药组织中IAA、ZRs、GAs、ABA和Put、Spd、Spm含量及IAA／ZRs比值的变化研究,发现IAA、GA、多胺尤其是Spd含量的小足,ZRs、ABA的盈积以及IAA／ZRs比值的失衡导致了白菜雄性不育系小孢子的败育。     

棉花ms5ms6雄性不育两用系发育过程中POD同工酶分析

为了在生长发育前期简便快速地区分棉花雄性不育A、B两用系的不育株和可育株,采用同工酶分析方法,对POD同工酶进行研究。结果表明,不同器官之间POD同工酶带数及其带的强度存在差异,其中花药的酶带最多、带的强度最高;子房的酶带最少,带的强度最低。同一器官不同发育时期POD同工酶也存在差异,其中在花药发育时期POD同工酶带数及其带的强度差异明显,尤其在单核期和二核期两种不同叶型的两用系A比B分别减少1或2条带。因此,在开花之前根据花药POD同工酶的差异,易于区分A、B两用系中的不育株和可育株。     

A cDNA Clone of BcHSP81-4 from the Sterility Line (Pol CMS) of Non-heading Chinese Cabbage (Brassica campestris ssp. chinensis)

BcHSP81-4 gene, a member of heat shock proteins, was identified from a suppression subtractive hybridization cDNA library in non-heading Chinese cabbage (Brassica campestris ssp. chinensis Makino). The deduced amino acid sequence of the BcHSP81-4 cDNA revealed that it has high homology to other plant organelle isoforms and similar homology to both cytoplasmic and prokaryotic HSP90s. To study the regulation of gene expression, BcHSP81-4 genes in maintainer and sterility lines were monitored at different development stages and at different stress treatments. Real-time PCR was used for quantification of BcHSP81-4 mRNA. These results indicate that BcHSP81-4 is not responsive to heat shock at least at 35°C, while it is very responsive to salt and cold stress. And high expression of BcHSP81-4 in the bud of sterile line suggests that it may play prominent roles in sterility of pol CMS in non-heading Chinese cabbage.     

辣椒雄性不育系与保持系花药POD、SOD和EST同工酶表达差异研究

利用辣椒质核互作雄性不育材料,采用聚丙酰胺凝胶垂直板电泳技术,研究了在花药发育不同时期,甜椒和辣椒核质互作雄性不育系及其保持系POD、SOD和EST同工酶的差异.结果表明:不育系与保持系,在花药发育的不同时期POD同工酶表达种类及表达活性之间存在差异,其中甜椒不育系在减数分裂期POD同工酶的活性非常低,辣椒雄性不育系在减数分裂期及花粉成熟期分别多一条POD特征带.不育系与保持系之间SOD同工酶的表达活性及其表达种类无明显差异.在减数分裂期和花粉成熟期,甜椒和辣椒不育系与保持系花药EST同工酶酶带均存在明显的差异.     

白菜OguCMS相关MYB家族新基因BcMYBogu的克隆与特征分析

为研究CMS核质互作的分子机理, 将甘蓝型油菜(Brassica napus L.)和白菜(B. campestris L. ssp. chinensis Makino)杂交并连续回交6代获得白菜OguCMS, 在与保持系花药细胞学比较的基础上, 运用cDNA-AFLP筛选得到白菜OguCMS早、中期花蕾提早表达的MYB-like差异片断, 利用RACE克隆得到该片断的cDNA全长, 命名为BcMYBogu(GenBank 登录号: EF127861), 对其氨基酸序列和表达特征进行研究。结果表明, 白菜OguCMS绒毡层在四分体后增生, 高度液泡化, 导致小孢子花粉外壁异常, 细胞质同外壁分离并降解; 花药变白; BcMYBogu具有典型的MYB DNA结合域—W残基和SH[AL]QKY[RF]基序; 系统进化分析显示BcMYBogu与AtMYB26, AtMYB32和AtMYB4等聚类在同一分枝; RT-PCR分析表明BcMYBogu在莲座叶、花茎和花蕾中均有表达, 但在OguCMS花蕾中表达量显著上升。由此推测BcMYBogu是一个新的与白菜OguCMS相关的MYB家族新成员。     

不同倍性不结球白菜Pol CMS及保持系生理生化特性比较

对二、四倍体不结球白菜Pol CMS及其保持系花蕾和薹叶进行生理生化特性比较分析,结果表明:不育系花蕾中可溶性蛋白、可溶性糖、脯氨酸含量均显著低于保持系,且各指标在不育系中四倍体低于二倍体,而在保持系中则四倍体高于二倍体;不育系MDA含量,POD、SOD、CAT活性均高于保持系,不育系中四倍体均高于二倍体.而保持系中四倍体均低于二倍体;薹叶中MDA含量,POD、SOD、CAT活性均为不育系高于保持系,不育系中四倍体高于二倍体;POD、EST同工酶显示不育系与保持系间均具特异酶带,但不同倍性间并无差异.