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.     

梨远缘花粉原位萌发及生长特性

应用荧光标记方法对梨远缘花粉在‘丰水’和‘噢嗄二十世纪’柱头上萌发及花粉管生长特性进行观察,结果表明:(1)梨远缘花粉均能在柱头上萌发,但其萌发率不同,授粉后24 h,在‘丰水’柱头上‘红叶桃’花粉萌发率最高,达62.8%,而‘盖县大李’花粉萌发率仅为12.0%,各种远缘花粉在‘丰水’柱头萌发率均高于‘噢嗄二十世纪’柱头。(2)各种远缘花粉管在梨柱头或花柱内生长情况也有差异,‘红叶桃’等核果类花粉管在梨柱头上均表现为扭曲、盘绕等现象,不能穿过柱头;‘红星’和‘红富士’花粉管虽然有少量穿过柱头,但不能进一步在花柱内生长,表现为扭曲变形、先端膨大等不亲和性现象。因此,梨与远缘果树杂交不亲和在柱头上就已发生,这与梨自交不亲和反应发生在花柱内的现象不同。     

拟南芥授粉前后花粉与乳突细胞的超微结构

利用透射电子显微镜技术,对自交亲和植物拟南芥授粉前后花粉和乳突细胞的超微结构进行了观察。发现花粉和柱头乳突细胞一些未经报道的超微结构特征,可能与拟南芥花粉和乳突细胞的识别及花粉管生长相关:(1)成熟花粉中,电子透明的、体积较大的小液泡(直径200～1000nm)呈均匀分布。部分小液泡内含有多层膜状结构物质,推测可能是膜的一种储存形式,与花粉萌发时大量出现的小囊泡有关。(2)花粉萌发时,小液泡由均匀分布变为不均匀分布。(3)授粉前后的乳突细胞顶端和侧端的内壁上有明显的壁内突结构,粘附的花粉开始萌发时的乳突细胞壁内突处可观察到直径50～100nm的小泡存在,表明拟南芥乳突细胞具有一定的分泌功能。     

百合远缘杂交花粉萌发及花粉管生长过程观察

利用荧光显微镜对百合远缘杂交组合Bernini×Pollyanna花粉萌发及花粉管生长过程进行观察研究,结果显示,授粉后3~30 h内花粉萌发形成花粉管,且花粉管生长速度由快到慢,48~51 h内花粉管停止生长,花粉管最后深入到花柱的1/3处,并观察到一些异常的花粉管形态;花粉管生长过程中还伴随着一系列的胼胝质反应,出现的部位依次是乳突细胞、花粉管、花柱通道细胞、胚珠中的胚囊.结果表明该杂交组合不亲和.研究认为Berni-ni柱头乳突细胞是阻碍Pollyanna花粉管生长的第一道屏障,花柱通道细胞是抑制花粉管在花柱内生长的第二道屏障.     

芥菜型油菜与白菜正反杂交的胚胎学研究

利用荧光技术对芥菜型油菜（Brassica juncea）与白菜（B．pekinesis）种间正反杂交后花粉萌发和花粉管生长过程进行了观察。结果显示：芥菜型油菜与白菜正交授粉后,花粉在柱头上能正常萌发,多数花粉管沿花柱到达胚珠完成受精,且受精方式有珠孔受精、合点受精和中部受精,少量花粉管生长不正常,出现花粉管顶端膨大扭曲,花粉管分支等异常现象;反交授粉后,花粉在柱头上萌发时柱头乳突细胞产生强烈胼胝质反应,影响花粉管生长,只有少量花粉管通过花柱到达胚珠完成受精。用石蜡切片技术观察了正反杂交后杂种的胚胎发育,正交杂种胚胎发育较早,胚和胚乳生长较正常,杂种胚一般均能发育至成熟;反交杂种胚发育至心型期便不能继续发育,胚乳也停滞在游离核阶段并最终败育。综合分析表明,芥菜型油菜与白菜正反杂交都存在一定程度的受精不亲和性。     

芥菜型油菜与白菜正反杂交的胚胎学研究

利用荧光技术对芥菜型油菜(Brassica juncea)与白菜(B. pekinesis)种间正反杂交后花粉萌发和花粉管生长过程进行了观察。结果显示: 芥菜型油菜与白菜正交授粉后, 花粉在柱头上能正常萌发, 多数花粉管沿花柱到达胚珠完成受精, 且受精方式有珠孔受精、合点受精和中部受精, 少量花粉管生长不正常, 出现花粉管顶端膨大扭曲, 花粉管分支等异常现象; 反交授粉后, 花粉在柱头上萌发时柱头乳突细胞产生强烈胼胝质反应, 影响花粉管生长, 只有少量花粉管通过花柱到达胚珠完成受精。用石蜡切片技术观察了正反杂交后杂种的胚胎发育, 正交杂种胚胎发育较早, 胚和胚乳生长较正常, 杂种胚一般均能发育至成熟; 反交杂种胚发育至心型期便不能继续发育, 胚乳也停滞在游离核阶段并最终败育。综合分析 表明, 芥菜型油菜与白菜正反杂交都存在一定程度的受精不亲和性。     

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。     

细胞松弛素B和鬼笔环肽对梨花粉萌发和花粉管生长的影响

以砂梨(Pyrus pyrifoliaNakai)品种今村秋(Imamuraaki)和丰水(Hosui)为材料,分别用光学显微镜和荧光显微镜观察了离体和半活体条件下微丝骨架解聚剂细胞松弛素B(cytochalasin B,CB)和稳定剂鬼笔环肽(phalloidin)对梨花粉萌发和花粉管生长的影响.结果表明:(1)低浓度(10μg/mL)鬼笔环肽能促进花粉萌发和花粉管生长,但高浓度对花粉萌发和花粉管的生长具有抑制作用;CB抑制花粉萌发和花粉管生长,且抑制效应随其浓度的增加而增强.(2)鬼笔环肽处理柱头后进行自花授粉,可明显促进自花花粉萌发和花粉管的生长,而CB处理柱头后异花授粉则抑制异花花粉萌发及其花粉管生长.可见,微丝骨架参与了梨花粉萌发和花粉管生长过程,并参与了梨自交不亲和反应的调节.     

内蒙古居群抗寒西伯利亚杏繁殖生态学研究

对内蒙古居群抗寒西伯利亚杏的12个种源同一树龄的102株进行雌蕊败育率、花粉量、花粉活力、柱头可授性及自交不亲和性进行研究,以明确西伯利亚杏主产地资源的花期生物学特性和繁殖特性,为杏杂交育种和资源利用提供理论依据。结果表明:(1)有86.27%的西伯利亚杏雌蕊败育率低于90%;73.53%的西伯利亚杏单朵花花粉量在1×104～5×104之间;86.27%的西伯利亚杏花粉活力低于50%,且寿命较短。(2)花苞在将开未开时,柱头已经具备一定的可授性,开花后1～4d内柱头可授性保持较高水平,第5天开始有下降趋势。(3)荧光显微观察结果显示,授粉后16h时,96.08%的杏花花粉管在花柱上部;授粉后24h时,74.51%的杏花花粉管仍在花柱上部;授粉后48h时,35.29%的杏花花粉管到达花柱中部;授粉后80h时,花粉管到达花柱下部的杏花约50%,但受精胚珠数为0。研究认为,西伯利亚杏基本为自交不亲和。     

小报春不同授粉组合亲和性研究

利用小报春‘红星’、‘紫霞’、‘罗兰香’3个品种分别设置8种授粉组合,统计了不同授粉组合的结实情况和单果种子数量,并对‘红星’品种部分授粉组合的花粉萌发与花粉管伸长过程进行荧光显微观察。结果显示:(1)3个品种的结实率和单果种子数量均表现为异型植株授粉>长花柱同型异株授粉、长花柱自交>短花柱同型异株授粉、短花柱自交,不同授粉组合间单果种子数量差异极显著,异型植株授粉类型结实率均达到100%,单果种子数量为44～181粒,显著高于自交组合和同型异株杂交组合;以异型致死花粉作为蒙导对短花柱同型异株授粉组合的结实有一定促进作用,但对长花柱同型异株授粉组合的结实没有一致的促进作用;3个品种中‘红星’的结实率和单果种子数量最高。(2)荧光显微观察表明,异型授粉组合花粉在柱头上大量萌发并在花柱中伸长,授粉144h后花粉管开始进入子房;同型授粉组合授粉12h后花粉开始萌发,但直到授粉后144h花粉管还没有进入花柱;自交授粉组合授粉后144h仍无花粉萌发。实验结果说明,小报春存在明显的自交不亲和性,且短花柱类型的自交不亲和性比长花柱类型强。     

枇杷少核株系花粉管生长差异研究

以‘大五星’枇杷退化种子少核株系‘川农1号’(C1)为试材,以‘大五星’枇杷自花授粉为对照,采用荧光显微技术,对枇杷少核株系自花、异花授粉后花粉管生长情况进行观察。结果表明:(1)C1株系异花授粉后花粉能在柱头上萌发,并伸入中央花柱道,在授粉后48h左右到达花柱基部。(2)C1株系自花授粉后,花粉萌发与花粉管的伸长速度相对于异花授粉滞后,自花授粉后36h大多数花粉管到达花柱的中上部并停止生长,且伴随产生花粉管顶端形态异常、荧光异常明亮等现象,最终只有极少数花粉管能到达花柱基部。研究表明,C1株系为配子体自交不亲和,C1株系的自交不亲和性是引起其少核的重要原因之一。     

梨自花与异花授粉后花粉胞内游离Ca2+分布的变化

利用低温荧光标记和激光共聚焦显微技术研究了砂梨自花与异花授粉后至花粉萌发期间花粉胞内游离Ca^2 分布的变化过程。结果表明亲和授粉后花粉萌发孔附近的Ca^2 浓度没有降低,但是随着授粉后时间的延长,萌发孔附近的Ca^2 梯度因花粉胞内游离Ca^2 浓度整体增大而消失,并又随后胞内游离Ca^2 浓度又不均匀下降,至萌发前在萌发孔附近的Ca^2 梯度又重新建立,而不亲和花粉则没有这种特征性的变化。研究还表明Ca^2 参与梨自交不亲和反应过程中花粉与柱头识别的初始反应和梨花粉的萌发过程。     

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.     

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。     

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。     

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.     

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。     

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。     

簇枝补血草花的二态性及繁育系统研究

白花丹科被列为异型花柱较多的科,该文以补血草属簇枝补血草为材料,通过对野外居群的花部特征、花期物候和繁育系统等研究,探讨花部形态多态性及其对生殖的影响。簇枝补血草具有两种类型植株,具玉米状柱头和A型花粉的植株称为C型植株;具乳头状柱头和B型花粉的植株称为P型植株,且A/B型花粉的大小、外壁纹饰不同。单花发育过程中两型植株的花萼、雌蕊大小差异明显,随着花的成熟差异逐渐消失。两型植株都为雌蕊高于雄蕊,柱头探出式雌雄异位;C型植株的花期较P型植株长约2 d。一天当中,A型花粉活力高峰期为13:00,B型花粉在11:00和15:00都表现为高峰期;玉米状柱头可授性最强时期在13:00～15:00,乳头状柱头则在15:00。两型花粉可育性在盛花期最高,终花期时B型花粉可育性明显高于A型。荧光染色观察发现花粉萌发和花粉管的生长速度都为:异型授粉＞同型授粉,B型花粉在乳头状柱头上不能完成受精。此外,人工授粉实验也表明异型授粉结实率显著高于同型,P型植株经同型授粉结实现象并不明显,存在少量无融合生殖。研究表明簇枝补血草花部具二态性,繁育系统为兼性异交,其中乳头状柱头对A型花粉亲和,对B型花粉不亲和,但玉米状柱头却对A/B型花粉都亲和,这打破了该科的异型自交不亲和的例证。