授粉对水稻柱头蛋白质合成及钙离子富集的影响

应用非平衡等电聚焦和双向电泳技术,在不同水稻品种开花前后发育早期的雌蕊柱头中,发现两类5种电泳特性相似的主要多肽;在自交或杂交亲和授粉后并无明显变化;而在杂交不亲和授粉后,柱头中出现分子量为17．5kD,等电点为8．5的新带,可能与杂交不亲和授粉后的识别反应有关。在成熟柱头表面有大量钙离子富集,在幼嫩柱头表面却未发现;用成熟花粉强迫自交授粉,可诱导钙离子在幼嫩柱头表膜富集,说明钙离子的富集不但与柱头的成熟而且也与花粉的接触有关。     

青花菜自交不亲和特性的荧光鉴定

利用亲和指数和荧光显微测定法对青花菜高代自交材料进行自交不亲和特性的快速鉴定。利用蕾期和花期授粉进行亲和指数测定。荧光显微观察发现自交亲和材料与不亲和材料蕾期授粉花粉能够正常萌发,花粉管穿越柱头乳突细胞到达子房完成授粉受精过程;自交不亲和材料花期授粉后花粉与柱头乳突细胞表面发生强烈胼胝质反应,花粉在柱头上不能萌发,即使有少量萌发,其花粉管生长也不正常,最终不能伸入柱头。荧光显微观察法结果准确、方便,受外界环境条件影响较小,且与亲和指数法鉴定结果相一致,可有效应用于青花菜自交不亲和特性的快速鉴定,从而加速新品种选育进程。     

荞麦亲和与不亲和授粉后柱头和花粉管中ATP酶的超微细胞化学定位

利用磷酸铅沉淀技术对荞麦(Fagopyrum esculentum Month.)pin型植株分别进行亲和授粉和不亲和授粉后的柱头、花粉粒、花粉管进行了ATPase的超微细胞化学定位。结果表明(1)亲和授粉和不亲和授粉后0.5h,柱头细胞的ATPase活性反应水平较低或基本无酶活性;柱头表面、柱头上附着的花粉粒内ATPase活性在不亲和授粉时较低,亲和授粉时较高,花粉粒内ATPase主要定位于线粒体和精子细胞;(2)授粉后1.5h,不亲和授粉的柱头细胞及花粉管的ATPase活性均较低,花粉管停止生长,细胞质开始解体;而亲和授粉的柱头细胞及花粉管的ATPase活性均较高,ATPase主要定位于柱头细胞的质膜、胞基质以及花粉管的壁、质体的膜、高尔基体、线粒体上。根据不同时期不同部位ATPase活性的差异,我们认为荞麦发生自交不亲和时,花粉管在花柱中停止生长不仅是因为花粉管得不到花柱中的营养物质而引起的,可能也与花粉管自身物质代谢发生障碍有关。     

荞麦亲和与不亲和授粉后柱头和花粉管中ATP酶的超微细胞化学定位

利用磷酸铅淀淀技术对荞麦（Fagopyrum esculentum Monch.)pin型植株分别进行亲和授粉和不亲和授粉后的柱头、花粉粒、花粉管进行了ATPase的超微细胞化学定位。结果表明（1）亲和授粉和不亲和授粉后0.5h,柱头细胞的ATPase活性反应水平较低或基于无酶活性;柱头表面、柱头上附着的花粉粒内ATPase活性在不亲和授粉时较低,亲和授粉时较高,花粉粒内ATPase主要定位于线粒体和精子细胞;（2）授粉后1.5h,不亲和授粉的柱头细胞及花粉管的ATPase活性均较低,花粉管停止生长,细胞质开始解体;而亲和授粉的柱头细胞及花粉管的ATPase活性均较高,ATPase主要定位于柱头细胞的质膜、胞基质以及花粉管的壁、质体的膜、高尔基体、线粒体上。根据不同时期不同部位ATPase活性的差异,我们认为荞麦发生自交不亲和时,花粉管在花柱中停止生长不仅是因此花粉管得不到花柱中的营养物质而引起的,可能也与花粉管自身物质代谢发生障碍有关。     

被子植物早期近交衰退与晚期自交不亲和

被子植物自交后结籽率的降低通常由早期近交衰退(early-acting inbreeding depression)与晚期自交不亲和(self-incompatibility)导致.早期近交衰退是严格的合子后的作用机制,通常由多位点隐性有害基因的纯合导致,并在合子发育成成熟种子的过程中发生.发生在柱头表面或花柱中的自交不亲和是合子前的作用机制,而发生在子房内的晚期自交不亲和(late-acting ovarian self-incompatibility)可在合子前或合子后发生作用,与早期近交衰退很难区分.在合子前的子房内自交不亲和机制下,尽管花粉管能生长到子房甚至穿透胚珠,但通常不能形成合子.合子后的子房内自交不亲和能形成合子,但由于自交不亲和通常由单位点控制,合子败育集中发生在受精作用后的很短时间内.基于早期近交衰退和子房内自交不亲和的这种差异,己有研究提出了8种区分方法.通过解剖学方法观察授粉后生物学过程,比较自交和异交先后授粉和自交授粉处理的结籽率,以及通过一元线性回归模型考察自交和异交处理下成熟种子和败育种子数之和是否保持恒定,可以区分是合子前还是合子后过程导致的自交后种子产量降低.通过全同胞间杂交实验判断败育的遗传基础是单基因控制还是多位点有害隐性等位基因的纯和,可以区分合子后自交不亲和机制与早期近交衰退;或者通过这两种不同遗传基础导致的种子大小等表型性状的差异来区分.     

激光、高压静电场克服羽衣甘蓝自交不亲和及其分子机制的研究

利用激光、高压静电场对自交不亲和的羽衣甘蓝的花粉进行处理,以期克服其自交不亲和。通过对处理后的花粉的表面结构和蛋白酶活性及其萌发情况的研究,进一步分析激光、高压静电场的生物效应。同时利用分子生物学手段Northern杂交技术,检测了经激光、高压静电场处理的花粉,在授粉后柱头上SLG和SRK基因表达的差异,以探讨激光、高压静电场对生殖反应作用的分子机制。结果表明:通过适宜剂量的激光、高压静电场处理,羽衣甘蓝的花粉萌发率提高,成熟花粉水溶性总蛋白,α-淀粉酶活力,总淀粉酶活力均不同程度的提高,同时自交亲和指数和结籽率提高。从花粉的表面结构的电镜显微观察分析,花粉壁的雕纹受到了伤害,网脊线有轻微断裂,网眼变大。授粉后,取不同时间间隔的柱头样品提取总RNA,利用Northern杂交技术检测SLG和SRK基因的表达量,授粉后24 h激光处理和高压静电场处理与对照比较,SLG和SRK基因的表达量均降低。     

中国部分野生百合自交和组内及组间杂交亲和性研究

以百合属(Lilium)4个组13种野生百合为试验材料,配置80个杂交组合,分析中国野生百合自交、组内及组间杂交的亲和性.采用延迟授粉和切割柱头两种授粉方式和胚拯救技术,以克服受精前、后的障碍,提高育种效率.结果显示:百合自交亲和性存在一定差异,大花卷丹(L.leichtlinii)和兰州百合(L.davidi‘ unicdor cotton')自交不亲和;卷瓣组组内杂交在所配置的杂交组合中,仅有3个组合[垂花百合(L.c ernuum)×细叶百合(L.pumilum)、兰州百合×垂花百合以及兰州百合×大花卷丹]通过延迟授粉获得杂交胚,并通过组培获得杂交苗;卷瓣组与钟花组组间杂交亲和性较好.研究表明,对于大多数的杂交组合,延迟授粉比切割柱头对克服受精前障碍有效;而对于绝大多数的自交和杂交组合,组培能有效克服受精后障碍,并获得子一代苗.     

欧报春二型花柱的繁育特性研究

二型花柱植物通常具有自交不亲和性,在不同植物中所表现的可育性不同。欧报春(Primula vulgaris)是典型的二型花柱植物,为了探究欧报春的繁育特性,通过温室栽培,对欧报春的长花柱和短花柱的花部特征、花粉和花柱形态、花粉活力、柱头可授性、花粉/胚珠比、杂交指数、杂交亲和性、花粉管观察进行研究。结果表明,(1)长花柱和短花柱的花冠直径、花冠筒长度、柱头高度、花药高度和花筒中部直径均表现出两型性;(2)花粉和柱头观察发现花粉极轴长、花粉赤道轴长、花柱直径、柱头乳突细胞和花粉数量均有差异;(3)长花柱的花粉/胚珠比为384.20,短花柱为369.70,属于兼性异交类型;长花柱和短花柱的花粉活力和柱头可授性能在较长时间内维持较高活力;(4)长花柱杂交指数值为5,短花柱为4,表明繁育系统类型为异交,部分自交亲和,需要传粉者;6种授粉组合均能结实,异型花间授粉的结实数明显高于同型自花授粉和异株同型授粉;短花柱为母本的异型花间授粉组合亲和性优于其他组合;欧报春存在自交不亲和性,长花柱的自交不亲和性低于短花柱。     

配子体自交不亲和植物花粉S基因研究进展

配子体自交不亲和植物的自交不亲和性是由雌蕊自交不亲和因子和花粉自交不亲和因子相互作用的结果。目前已经分离和鉴定了雌蕊自交不亲和基因及其表达产物。最近从金鱼草、Prumusdulcis、梅等植物中分离的F-box基因,它具有花粉S基因特点,即在花药、成熟的花粉和花粉管中特异表达;在基因位置上,与S-RNase基因紧密连锁;不同物种或同一物种不同品种F-box基因间核苷酸和氨基酸序列上存在高度多态性。通过分子生物学方法和杂交授粉试验证明所分离的F-box基因是花粉自交不亲和基因,但目前尚未分离出该类基因相应的表达蛋白。主要综述了配子体自交不亲和植物花粉自交不亲和基因的发现、基因的结构、雌蕊自交不亲和因子和花粉自交不亲和因子相互作用的模型。     

羊蹄甲种间杂交不亲和初探

通过花粉活力测定和荧光显微技术对南非羊蹄甲与湖北羊蹄甲种间杂交不亲和原因进行了探讨.结果发现,花粉活力不是限制杂交不亲和的主要因子;通过荧光观察发现,南非羊蹄甲的花粉可以在湖北羊蹄甲的柱头上萌发生长,但伴有大量异常现象出现,表现为授粉后柱头的乳突细胞立即出现胼胝质反应,花粉管在柱头上盘绕,生长弯曲折叠,顶端膨大,异常变细,或先端沉积胼胝塞而中途停止生长,初步推断杂交后花粉管生长的异常行为是种间杂交不亲和的主要原因;从杂交后胚囊处的胼胝质反应看,杂交不亲和原因也有可能是雌雄配子体未能结合,或能正常受精,但受精后胚和胚乳发育不协调导致雌蕊脱落而不能得到种子.     

菊花自交不亲和性初步研究

以菊花品种杂交为对照,通过自交亲和指数、受精作用及自交有性过程荧光显微镜观察,对菊花自交不亲和性进行了研究。结果表明:菊花自交难以结实,具不亲和性;菊花自交不亲和的反应部位在雌蕊柱头,表现为花粉粒粘附少、萌发率低及诱导胼胝质生成,花粉管在柱头上出现各种异常现象而难以进入花柱。     

青篱柴通过促进亲和花粉生长而提高传粉精确性

异型花柱植物的适应意义在于提高亲和花粉的传递, 从而促进异交, 但是有不少研究发现柱头上落置了大量不亲和花粉。目前, 很少有人研究柱头是否有利于亲和花粉的萌发和花粉管伸长, 以及通过去雄处理排除花内和植株内不亲和花粉干扰从而验证二型花柱植物是否可以促进异交。本研究以亚麻科青篱柴属(Tirpitzia)的二型花柱植物青篱柴(T. sinensis)为研究对象, 分居群调查了青篱柴长、短柱型的植株数量, 测量不同柱型的花粉与柱头大小以及观察其表面纹饰, 测定不同开花时间长、短柱型的柱头活性与花粉活力, 统计自然状态下柱头上落置的不同表型花粉比例, 进一步统计花内、株内去雄和自然对照下柱头上落置的不同表型花粉比例, 计算型间、型内和混合授粉花粉管长度和花粉萌发率, 人工授粉检测其是否型内异交不亲和与自交不亲和。结果表明, 自然居群中长、短柱型青篱柴植株数量没有显著性差异; 短柱型青篱柴花粉体积显著大于长柱型, 且二者花粉表面纹饰不同, 但不同柱型的柱头表面积与表面纹饰无差异; 青篱柴开花第一天的花粉活力显著高于开花第二天, 而柱头活性在开花前两天无显著性差异; 自然状态下柱头上落置的不亲和花粉比例显著高于亲和花粉; 在长柱型青篱柴中, 花内和株内去雄显著提高了柱头上亲和花粉的落置比例; 柱头上授型内花粉, 其花粉萌发率和花粉管的长度都显著低于授型间花粉; 授粉结果表明青篱柴为型内异交不亲和与自交不亲和。二型花柱植物通过促进亲和花粉的萌发和花粉管的伸长而有利于型间授粉, 从而显著提高其传粉精确性。     

利用氨基酸分析快速测定甘蓝自交不亲和性

利用氨基酸分析方法,对甘蓝（ＢｒａｓｉｃａｏｌｅｒａｃｅａＬ．ｖａｒ．ｃａｐｉｔａｔａ）自交不亲和系与亲和系的柱头和花粉蛋白质进行了研究。结果表明,自交不亲和系与亲和系的柱头和花粉氨基酸组分有显著差别。柱头中苏氨酸和酪氨酸含量以及花粉中甘氨酸和丙氨酸含量可以作为评价自交不亲和性的指标。鉴定标准：自交不亲和系柱头中苏氨酸含量高于０．２２３％,酪氨酸含量高于０．３８５％;花粉中甘氨酸含量高于１．５９３％,丙氨酸含量高于１．４６４％。亲和系柱头中苏氨酸含量低于０．１８５％,酪氨酸含量低于０．１６４％;花粉中甘氨酸含量低于１４７０％,丙氨酸含量低于１００６％     

芸苔属自交不亲和细胞信号转导的研究进展

在芸苔属植物的自交不亲和细胞信号转导过程中,信号分子-SCR配体是由花粉粒产生的,被柱头乳突细胞SRK受体识别后,进行细胞内信号转导.这对受体-配体是两个由S位点编码的且高度多态的蛋白质,它们决定着自交不亲和反应.配体是位于花粉粒表面的一个小的胞被蛋白,由SCR基因编码;受体是位于柱头乳突细胞原生质膜上的跨膜的蛋白质激酶,由SRK基因编码.在自交授粉过程中,配体SCR和受体SRK的相互作用激活了受体SRK,被激活的SRK通过其下游组分ARC1介导底物的泛肽化,然后泛肽化的底物在蛋白酶体/CSN中被降解,从而导致了自交不亲和性反应.这些降解的底物可能是促进花粉水合、萌发和花粉管生长的雌蕊亲和因子.主要针对芸苔属自交不亲和细胞信号转导作一综述.     

白菜自交不亲和性的荧光测定

通过亲和指数法及荧光显微观察对白菜的自交不亲和性进行了测定。结果表明,白菜自交不亲和的反应部位在柱头,自花授粉后柱头表面产生明显的胼胝质反应。两种观测法的结果相吻合,荧光显微镜观察法准确、方便,可应用于白菜自交不亲和系的育种实践。     

芸苔属自交不亲和细胞信号转导的研究进展

在芸苔属植物的自交不亲和细胞信号转导过程中,信号分子-SCR配体是由花粉粒产生的,被柱头乳突细胞SRK受体识别后,进行细胞内信号转导。这对受体-配体是两个由S位点编码的且高度多态的蛋白质,它们决定着自交不亲和反应。配体是位于花粉粒表面的一个小的胞被蛋白,由SCR基因编码;受体是位于柱头乳突细胞原生质膜上的跨膜的蛋白质激酶,由SRK基因编码。在自交授粉过程中,配体SCR和受体SRK的相互作用激活了受体SRK,被激活的SRK通过其下游组分ARC1介导底物的泛肽化,然后泛肽化的底物在蛋白酶体/CSN中被降解,从而导致了自交不亲和性反应。这些降解的底物可能是促进花粉水合、萌发和花粉管生长的雌蕊亲和因子。主要针对芸苔属自交不亲和细胞信号转导作一综述。     

新牧Ⅰ号杂花苜蓿异交机制与自花粉的生殖干扰

通过控制试验和荧光观测等手段对新牧Ⅰ号杂花苜蓿Medicago varia Martyn'Xinmu No.1'柱头可授期与最佳授粉时间、自花粉的堵塞效应、花粉萌发与花粉管生长状况等进行研究,结果显示:(1)苜蓿柱头可授期与单花寿命具高度的同步性,在单花开放的第1天授粉,传粉效率最高,结果率达65.170%±2.01%(P<0.01),为柱头的最佳授粉时期;在单花开放后第4天授粉,其结果率仍达34.25%±6.73%.(2)自花授粉比异花授粉有着较低的花粉萌发率和花粉管生长速度;清除柱头自花粉后再授异花粉,其结荚率/花序和英内种子粒数由原来的51.760%±5.37%和2.11±0.18粒,提高到72.31%±6.24%(P<0.01)和3.46±0.25粒(P<0.01),自花粉对柱头的堵塞效应非常明显.(3)在繁育系统中,苜蓿采取了雌雄异熟和自交不亲和两套机制来避免自交,但是由于其独特的花结构,即使雄蕊先熟,在保证苜蓿异交机制中也没有起到有效的作用,而其典型的自交不亲和系统,虽然保证了苜蓿较低的自交率,却无法避免自花粉的生殖干扰.     

露珠杜鹃繁育系统及杂交亲和性

为种质资源保护和乡土园林树种推广提供技术支持,对野生露珠杜鹃（Rhododendron irroratum）繁育系统和杂交亲和性进行研究,试验包括开花生物学特性,繁育系统特性,与高山杜鹃优良园艺品种杂交授粉,荧光显微镜观察授粉花粉萌发及花粉管生长过程,以及坐果率和结实率统计。结果表明（：1）露珠杜鹃开花时间为4月下旬到5月下旬,花粉活力与柱头可授粉性随开花时间的延长逐渐下降。（2）杂交指数（OCI）为3,P/O值为343.47。（3）主要传粉者为膜翅目中华蜜蜂（Apis cerana）,繁育系统为兼性异交型,自交亲和,需要传粉者,属虫媒花。（4）人工控制授粉发现不存在无融合生殖,能自动自花授粉,异株异花、同株异花、自花授粉坐果率分别为46.96%、45.03%、37.16%,人工授粉平均坐果率与自然传粉坐果率基本一致。（5）露珠杜鹃作为亲本进行人工杂交授粉表现出杂交不亲和,母本花粉管中存在胼胝质栓塞,导致花粉管不能延伸至子房。通过观察发现,露珠杜鹃杂交亲和难点在于花粉管生长过程。     

花粉——雌蕊相互作用的分子基础

显花植物授粉过程包含了花粉与雌蕊一系列复杂的细胞间相互作用。花粉在柱头上必须发生粘附与水合作用后才能萌发,花粉胞被蛋白可能在粘附机制中起主要作用,而水孔蛋白调节了花粉的水合过程;花粉管在花柱引导组织中定向生长,受引导组织胞间质、向化性物质及细胞粘附机制等因素的影响,也与花粉受体及子房有关。在植物的自交不亲和性反应中,配子体型自交不亲和性反应主要是由自交不亲和基因蛋白产物降解花粉RNA或以Ca^2 介导的信号级联反应实现的;孢子体型自交不亲和性反应则依赖于干性柱头以及雌蕊的S受体激酶及S位点糖蛋白与花粉S基因配体之间的相互作用。     

新牧I号杂花苜蓿异交机制与自花粉的生殖干扰

通过控制试验和荧光观测等手段对新牧I号杂花苜蓿Medicago varia Martyn‘XinmuNo.1＇柱头可授期与最佳授粉时间、自花粉的堵塞效应、花粉萌发与花粉管生长状况等进行研究,结果显示：（1）苜蓿柱头可授期与单花寿命具高度的同步性,在单花开放的第1天授粉,传粉效率最高,结荚率达65.17%&#177;2.01%（P〈0.01）,为柱头的最佳授粉时期;在单花开放后第4天授粉,其结荚率仍达34.25%&#177;6.73%。（2）自花授粉比异花授粉有着较低的花粉萌发率和花粉管生长速度;清除柱头自花粉后再授异花粉,其结荚率/花序和荚内种子粒数由原来的51.76%&#177;5.37%和2.11&#177;0.18粒,提高到72.31%&#177;6.24%（P〈0.01）和3.46&#177;0.25粒（P〈0.01）,自花粉对柱头的堵塞效应非常明显。（3）在繁育系统中,苜蓿采取了雌雄异熟和自交不亲和两套机制来避免自交,但是由于其独特的花结构,即使雄蕊先熟,在保证苜蓿异交机制中也没有起到有效的作用,而其典型的自交不亲和系统,虽然保证了苜蓿较低的自交率,却无法避免自花粉的生殖干扰。