辣椒雄性不育材料H9A小孢子败育机理

运用光学、电子显微技术及生化指标测定法, 对辣椒（Capsicum annuum）雄性不育材料H9A及其保持系H9B小孢子不同发育时期进行细胞形态学观察及生化特性分析。结果表明, 雄性不育材料H9A的小孢子败育发生在单核前期, 由于绒毡层细胞极度膨胀, 四分体受挤压后破裂并降解, 无法形成正常的单核花粉粒, 属于孢子体败育。不育材料花蕾中的过氧化物酶活性从四分体时期开始明显高于保持系, 保持系游离脯氨酸含量从单核小孢子期开始明显高于不育材料; 不育材料小孢子发育各时期的可溶性蛋白含量都明显低于保持系, 但丙二醛含量均高于保持系。     

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。     

辣椒雄性不育材料小孢子发生的细胞形态学观察

用石蜡切片技术,在光学显微镜下观察了辣椒雄性不育材料1A及其保持系1B的小孢子发育过程和各时期的形态特征.结果表明,雄性不育材料1A的小孢子败育发生在四分体至单核花粉粒时期,此时绒毡层细胞异常肥大,四分体受到挤压后破裂并降解,无法形成正常的单核花粉粒.扫描电镜观察结果表明,保持系1B的花粉粒结构完整,表面有3个明显的萌发沟;而雄性不育材料1A的成熟花粉粒形状不规则,空瘪,有部分花粉粒解体,败育比较彻底,说明该雄性不育材料在辣椒育种工作中有较高的利用价值.     

宁夏枸杞雄性不育材料小孢子发生的细胞形态学观察

采用常规显微制片法,在光学显微镜下观察了宁夏枸杞雄性不育材料'YX-1'与可育材料'宁杞1号'的小孢子发生过程和各时期的形态特征.结果表明:不育材料'YX-1'小孢子发育受阻于四分体时期,无法形成正常的单核花粉粒,败育的特征是四分体胼胝质壁不能适时降解,四分孢子在胼胝质壁内液泡化、核质收缩降解,绒毡层细胞异常肥大增生,推迟解体.压片结果表明,不育材料'YX-1'四分孢子形状不规则、空瘪、解体,败育比较彻底.     

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.     

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％.     

大白菜胞质雄性不育系RC7及其保持系的细胞学和蕾期基因表达差异分析

以大白菜雄性不育材料RC7及其保持系B7为材料,通过对两材料花药发育过程进行细胞学观察,并利用cDNA-AFLP技术分析两材料花蕾的基因表达差异,以明确RC7发生雄性败育的时期和方式,为大白菜CMS的分子机理研究提供依据。结果显示:(1)细胞学观察发现,大白菜雄性不育材料RC7及其保持系B7的小孢子母细胞减数分裂属同时型,小孢子在四分体中的排列属四面体型,保持系B7花药的绒毡层属于腺质型;不育材料RC7在四分体时期绒毡层细胞内出现大的液泡,呈现败育征兆,单核期绒毡层解体,中层退化,小孢子核开始解体、败育,属于单核花粉败育型。(2)对两材料蕾期基因的cDNA-AFLP差显比较分析表明,共获得了23条阳性差异片段,其中在不育系RC7花蕾中特异表达的有8条,在保持系B7花蕾中特异表达有10条,两系中共有条带5条。(3)对不育系中特异表达的8条谱带进行Blast搜索发现,H1与拟南芥光合反应蛋白基因有较高的一致性,H26与拟南芥钙调磷酸酶类磷酸酯酶家族蛋白质的部分序列存在90%的一致性,属于细胞信号转导基因;对来自保持系的10条谱带的差异片段功能以及一致性进行比对分类发现,它们包括糖代谢基因、蛋白质的合成与运输基因、乙烯诱导基因、电子传递和能量途径基因、未知或假定蛋白等。研究表明,大白菜雄性不育材料RC7可能是由于绒毡层细胞液泡化和径向肥大,小孢子受挤压后破裂降解,不能形成正常的成熟花粉粒而败育;乙烯诱导基因(H29)在保持系中特异表达,在不育系中沉默,表明不育系中缺乏乙烯相关基因。     

桔梗花粉母细胞减数分裂及雄性败育的细胞生理学研究

以桔梗不育系PA及其保持系PB为试验材料,采用石蜡切片和改良苯酚品红染色压片法对花粉母细胞减数分裂和雄配子体发育过程进行比较,探讨桔梗雄性不育系小孢子形成过程和败育发生的细胞生理学机理。结果表明:(1)桔梗保持系PB花粉母细胞减数分裂的细胞质分裂为同时型,同一花药减数分裂较同步;在中期Ⅰ和中期Ⅱ,少数细胞中可见赤道板外染色体;四分体以四面体为主,成熟花粉粒为二核花粉。(2)不育系PA花粉母细胞减数分裂后期Ⅰ开始出现异常,表现为细胞质形态改变,末期Ⅱ之后细胞质不能分裂,形成异常四分体,胼胝质壁不能溶解,四分体难以释放出游离小孢子而被降解,导致败育。(3)在发育过程中,桔梗不育系花蕾游离脯氨酸、可溶性蛋白含量低于保持系,而SOD活性、丙二醛含量均高于保持系。(4)桔梗不育系PA及其保持系PB花粉母细胞减数分裂和雄配子体发育过程存在明显差异,桔梗雄性败育过程大体可分为4个阶段,即后期Ⅰ细胞质异常、末期Ⅱ之后细胞质不能分裂、四分体难以释放游离小孢子、四分体被降解仅残留碎片。研究认为,桔梗不育花蕾(开花前)生长发育过程中,体内活性氧代谢紊乱、丙二醛积累及游离脯氨酸等"物质代谢损亏"可能是引起桔梗雄性败育的原因。     

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。     

长春蒲公英雄性不育株形态学观察与败育细胞学研究

在长春蒲公英(Taraxacum junpeianum Kitam.)株群中发现雄性不育现象,为研究其败育机理及特点,探寻其不育基因,采用形态观察法、石蜡切片技术和染色体压片法,对长春蒲公英野生型及其雄性不育株的花药发育过程和花粉母细胞减数分裂过程进行了观察。结果表明:(1)长春蒲公英雄性不育株花药中部发红、干瘪、无花粉散出。与野生型比较,雄性不育株雄蕊更短,子房更窄,种子形态更加狭长;(2)长春蒲公英雄性不育株败育时期为四分体到单核小孢子前期,败育方式为小孢子自身异常发育,绒毡层异常分解,互相粘连败育;(3)长春蒲公英雄性不育株花粉母细胞减数分裂二分体时期出现落后微核,随后产生极少四分体,并且四分体产生大量染色体桥,小孢子营养物质流失,彻底败育。因此,长春蒲公英雄性不育株败育彻底、稳定,并且有种的特点。小孢子自身异常发育和绒毡层异常分解是导致败育的主要原因。     

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     

辣椒雄性不育系葡萄糖-6-磷酸脱氢酶基因的克隆及表达分析

为了深入研究辣椒雄性不育与能量代谢之间的关系,该研究以辣椒近缘物种番茄的葡萄糖-6-磷酸脱氢酶基因(G6PDH)同源序列为基础,采用电子克隆的方法克隆出辣椒CaG6PDH基因。利用荧光定量PCR技术,对辣椒雄性不育系9704A与其保持系9704B花蕾发育的不同阶段,以及保持系9704B不同组织(茎、叶、花、果皮、胎座、种子)中CaG6PDH基因进行表达分析。结果表明:两系中获得的CaG6PDH基因的编码序列一致,全长1 533bp,编码510个氨基酸残基;辣椒CaG6PDH基因在保持系不同组织中表达量存在差异,胎座中表达量最高,茎中表达量最低;辣椒CaG6PDH基因的表达量在花蕾发育的不同阶段雄性不育系均高于保持系,此种差异在小孢子发育的单核期与成熟期尤为明显,这种差异可能使雄性不育系能量代谢供应出现异常,从而影响小孢子的正常发育而导致雄性败育。     

Improvement in efficiency of microspore culture to produce doubled haploid lines of Ethiopian mustard

Factors affecting microspore embryogenesis of Ethiopian mustard (Brassica carinata A. Braun) were evaluated, including flower bud length, pollen developmental stage, and microspore density. An embryogenic frequency of 300 embryos per Petri plate was observed with NLN (Nitsch-Lichter-Nitsch) medium supplemented with 13% sucrose, 3.0–3.4-mm-long buds, and a plating density of 65,000 microspores/ml. About 65% of the microspores from buds 3.0–3.4-mm long were at the late uninucleate stage. Microspore-derived embryos were successfully transferred to solid medium for germination. After 4 wk, the resulting plantlets were transplanted to a soilless potting mixture and grew well under greenhouse conditions.     

辣椒胞质雄性不育系和保持系内源激素含量的比较

以2个辣椒品系(199807、199803)的胞质雄性不育系和相应保持系为实验材料,采用酶联免疫吸附法(ELISA)测定IAA、(Z ZR)、GA3和ABA等内源激素含量,用气相色谱分析仪测定乙烯(ETH)释放量,对辣椒胞质雄性不育系和相应保持系内源激素含量变化规律进行研究.实验结果表明:在四分小孢子之前,花药中的IAA含量不育系显著高于保持系,在四分小孢子时期花药和花蕾中的IAA含量出现转折,到花粉粒成熟期的花蕾和花药以及开花期叶片中的IAA含量均是不育系显著低于保持系;小孢子各发育时期花药以及花期叶片中GA3含量均是不育系高于保持系,但花粉粒成熟期化蕾中GA3含量为不育系低于保持系;小孢子不同发育时期的花药以及花期叶片中ABA含量始终足不育系显著高于保持系,而花粉粒成熟期花蕾中ABA含量不育系与保持系没有显著差异;花粉粒成熟期的花蕾和花期叶片中ETH释放量表现为不育系显著高于保持系.同时,花粉粒成熟期的花蕾、花药和叶片中IAA/ABA、(Z ZR)/ABA、GA3/ABA、IAA/GA3、(Z ZR)/GA3等5个激素的比值均有不育系低于保持系的趋势.本实验结果说明辣椒的育性表现与花器和叶片等组织中内源激素的含量变化有关,花药和花期叶片中IAA亏缺、GA3和ABA增加以及化蕾和叶片中ETH过度产生,都有可能导致辣椒雄性不育.     

细胞质雄性不育水稻幼穗和花粉发育期的蛋白酶活性变化

水稻细胞质雄性不育系珍汕97A,在花粉母细胞形成期以后可溶性蛋白含量迅速降低。单核期仅为花粉母细胞形成期的56％,二核期和三核期分别为花粉母细胞形成期的36．4％和30．3％。保持系珍汕97B虽在花粉母细胞形成期后可溶性蛋白含量降低,但在二核期则有所增高,表现为鞍形变化过程。在花粉母细胞形成期后,珍汕97A的酪蛋白水解酶活性增高,单核期为前一时期的1倍,而珍汕97B的酶活性增幅较小。第一次枝梗分化期珍汕97A的内肽酶活性较珍汕97B高,而雌雄蕊形成期两者的酶活皆降低。整个发育期中珍汕97A的内肽酶活性较珍汕97B高15％至55．5％。珍汕97A在幼穗第一次枝梗分化期时氨肽酶活性较珍汕97B高。第二次枝梗分化期后,不育系和保持系的氨肽酶活性均下降。但花粉母细胞形成期后,珍汕97A的氨肽酶活性迅速增高,三核期达最高水平,这可能意味着此时大量蛋白质被水解。蛋白酶类抑制剂的实验表明,在雌雄蕊形成期后不育系和保持系含有半胱氨酸型氨肽酶和约10％含金属型氨肽酶;而在三核期,保持系的氨肽酶则主要为半胱氨酸型。不育系三核期含有的BAPA内肽酶包括半胱氨酸型、丝氨酸型,以及部分含金属酶类;而保持系三核期的内肽酶仅为丝氨酸型。不育系肽酶类型的变化,可能反映酶基因编码的去抑制。