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。     

小钻‘白城杨2号’小孢子发生及花粉大小变异

利用醋酸洋红染色压片技术,以温室水培小钻‘白城杨2号’(Populus×xiaozhuanica W.Y.Hsu et Liangcv.‘Baicheng-2’)为材料,对其小孢子发生过程中染色体行为及花粉大小变异进行研究。结果表明:(1)‘白城杨2号’小孢子母细胞减数分裂过程中染色体行为存在一定比例的异常现象,包括终变期单价体、中期Ⅰ染色体提前分离、后期Ⅰ和Ⅱ落后染色体和染色体桥、末期Ⅰ和Ⅱ微核、中期Ⅱ纺锤体定位异常以及胞质分裂异常等,这些异常现象的发生与‘白城杨2号’杂种起源有密切关系。(2)‘白城杨2号’小孢子母细胞减数分裂过程中核仁数目存在动态变化,末期Ⅰ和Ⅱ的子核中最多可看到8个小核仁,可能与杨属树种的多倍体起源有关,其染色体组中可能包含8对具核仁组织者区的染色体。(3)‘白城杨2号’产生空瘪花粉率为3.67%,饱满花粉直径在21.3～52.2μm之间,频率分布总体呈近似高斯分布,0.69%的花粉直径超过37μm,表明其可能产生少量未减数的2n花粉。     

黑芥与花椰菜体细胞杂种花粉母细胞的减数分裂不同步及染色体行为异常

本研究对黑芥与花椰菜体细胞杂种及其双亲的花粉母细胞减数分裂行为进行了观察和比较,结果表明黑芥与花椰菜的花粉母细胞减数分裂同步性很高,而其体细胞杂种表现出明显的减数分裂不同步,各杂种不同株系间减数分裂不同步的程度与跨度各异.减数分裂不同步发生是由于为部分花粉母细胞在减数分裂某一时期发生停滞或推迟,这一时期(或第一个停滞时期)主要发生在第一次减数分裂的前期.花粉母细胞发育虽不同步,但最后均完成减数分裂形成花粉粒,所形成的花粉粒的活性相差甚远.此外,研究结果还显示,体细胞杂种有着较高的减数分裂染色体行为异常频率,尤其是在中期Ⅰ后.主要表现为减数分裂中期Ⅰ的染色体的早迁、后期Ⅰ和后期Ⅱ的染色体滞后及染色体不均等分离、四分体时期的异常等现象.花粉粒的活性与减数分裂时期染色体行为异常程度有关,染色体行为异常及微核现象出现的频率越高,相对的花粉粒活力也越低.     

二倍体芒小孢子发生及雄配子体发育研究

该实验通过采集天然二倍体芒不同发育时期的幼穗,进行卡宝品红染色压片和石蜡切片制作,观察芒的花药发育过程,为芒的生殖生物学及其系统发育研究奠定理论基础。结果表明:(1)天然二倍体芒雄蕊3枚,雄蕊花药四室,花药壁由4层细胞组成,从外向内依次是表皮、药室内壁、中层、绒毡层,花药壁发育属于基本型;花药成熟时,中层和绒毡层降解消失,或者仅存痕迹,只剩表皮和纤维层细胞,但此时可观察到部分绒毡层降解延迟现象。(2)花粉母细胞减数分裂为连续型,成熟花粉粒为3-细胞型;花粉母细胞减数分裂后期Ⅱ出现染色体分裂不同步现象。(3)雄配子体发育过程中,同一花粉囊的花粉粒发育不同步;雌、雄配子体发育也不同步,且雄蕊先成熟。     

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。     

葡萄半不育花粉粒形态和细胞学观察及相关基因表达分析

以葡萄品种‘魏可’(可育)及其自交后代单株‘魏可实生-3’和‘魏可实生-12’以及品种‘钟山红’(雄性不育)为材料,对花器官特征、花粉萌发率、花粉粒形态以及小孢子发育过程的细胞学特征进行观察,并对绒毡层发育相关基因(DYT1、TDF1和MYB4)的表达进行分析,以初步鉴定葡萄半不育单株的不育特征,揭示花粉败育与基因调控的关系。结果显示:(1)‘魏可实生-3’和‘魏可实生-12’的花粉萌发率均在10%左右,属于半不育花粉;其雄蕊主要特征为花丝卷曲,花丝短于花柱,花药内花粉量少,花药中既有正常长球形花粉粒也有异常近球形花粉粒。(2)‘魏可实生-3’、‘魏可实生-12’没有明显的药室壁结构,小孢子母细胞稀少、疏松;‘魏可实生-3’双核期绒毡层未完全降解,绒毡层细胞中的营养物质滞留没有及时供应小孢子的发育,致后期部分小孢子败育;‘魏可实生-12’绒毡层细胞在单核早期就大部分降解而导致营养供应异常,使部分小孢子败育。(3)在减数分裂期,‘魏可’的绒毡层发育相关基因DYT1和TDF1的表达均最高,MYB4最低,‘钟山红’的3个基因的表达与‘魏可’相反,‘魏可实生-3’和‘魏可实生-12’的表达水平均在‘魏可’与‘钟山红’之间;单核早期以后,3个基因在‘魏可’的表达一直均较低,钟山红’的DYT1基因表达一直最高,其余2个基因均在最低水平,而‘魏可实生-3’的TDF1、MYB4基因在单核早期表达量最高,‘魏可实生-12’的TDF1在双核期表达量最高。研究表明,‘魏可实生-3’的花粉败育发生在单核晚期至双核期,‘魏可实生-12’的花粉败育发生在单核早期;部分药室绒毡层的异常降解,小孢子发育营养供应不均衡可能是导致其花粉半不育发生的原因;‘魏可实生-3’的绒毡层延迟降解与减数分裂期DYT1基因的表达量不足、单核期TDF1基因的过量表达以及MYB4基因在单核期的异常表达有关,而‘魏可实生-12’的绒毡层提前降解与减数分裂期DYT1基因的表达量不足而MYB4基因过量表达,以及双核期TDF1基因过量表达有关。     

小胡杨花粉母细胞减数分裂染色体行为研究

采用常规压片法对小胡杨花粉母细胞减数分裂过程染色体行为及花粉特性进行了研究.结果表明:小胡杨花粉母细胞减数分裂过程中表现出极强的异质性,减数分裂各时期异常细胞出现率均超过70%.其中,终变期存在大量单价体、后期观察到落后染色体,证明小胡杨的两个亲本亲缘关系较远.小胡杨花粉母细胞减数分裂过程高频率异常现象(后期I落后染色体71.87%,染色体桥8.13%;末期Ⅰ有77.18%的微核细胞;后期Ⅱ有85.60%的异常细胞等)的发生直接导致其大部分花粉发育异常(99.48%),表现出远缘杂种的败育特性.     

胡杨小孢子发生及微管骨架变化与异常研究

利用压片法和间接免疫荧光结合DAPI(4′,6-diamidino-2-phenylindole)染色法,对胡杨小孢子母细胞减数分裂过程中微管骨架变化和染色体行为进行观察研究。结果表明:（1）胡杨小胞子母细胞减数分裂进程中染色体行为正常,其中:偶线期可观察到单价体,中期Ⅰ会出现落后染色体,末期Ⅰ和末期Ⅱ的核仁呈现动态变化。（2）胡杨小孢子发生过程中细胞内微管骨架呈动态变化过程,其中:中期Ⅱ形成平行纺锤体以及三极纺锤体;末期Ⅱ未观察到典型的成膜体结构,同时型胞质分裂受子核间辐射微管系统调节,通过胞质向心收缩而发生,胞质分裂后形成四边形和四面体型四分体。（3）胡杨小孢子母细胞减数分裂过程中还存在各种异常细胞学现象,其中:中期Ⅱ平行纺锤体发生融合;中期Ⅱ 和后期Ⅱ孢母细胞两个纺锤体间的胞质会出现裂沟;四分体时期存在三分体和二分体,并产生天然2n花粉和连体花粉。     

紫斑牡丹栽培品种小孢子发育过程的细胞遗传学研究

本文对紫斑牡丹栽培品种的花平细胞减数分裂过程进行了系统研究,结果发现紫斑牡丹品种约６８．９６％的花平细胞在减数分裂过程表现正常,约有３１．０４％的花粉母细胞在减数分裂的比线期、中期Ⅰ、后期Ⅰ、中期Ⅱ、后期Ⅱ及四分体时期观察到染色体行为异常。本实验表明,在小孢子形成过程中,多数小孢子发育政党,但有约３１．０４％的花粉母细胞减数分裂异常,导致了花粉的败育。     

珍稀濒危植物夏蜡梅的减数分裂观察

首次研究了夏蜡梅小孢子母细胞的减数分裂过程,并观察了花粉粒育性. 后期Ⅰ,末期Ⅰ和后期Ⅱ均观察到少量染色体异常行为的发生,但整个过程基本正常.花粉粒活性也大都正常.人为的因素可能是夏蜡梅濒危狭域的原因.     

毛百合小孢子发生和雄配子体发育过程的解剖学研究

在显微水平上对毛百合小孢子发生和雄配子体的发育过程与不同发育阶段花蕾的外部形态的相关性进行了研究.结果显示:毛百合每个花药具4个花粉囊,小孢子母细胞减数分裂属连续型,小孢子在四分体中的排列属左右对称型,也有少数四面体型.成熟花粉粒属2-细胞型,并有1个萌发沟.花粉囊壁由4层细胞构成,即表皮、药室内壁、中层、绒毡层.绒毡层细胞为腺质,出现多核现象.研究发现花蕾大小与小孢子各发育时期密切相关.     

黄瓜花粉母细胞减数分裂及其雄配子体发育的细胞学研究

以南方型和北方型两个生态型黄瓜为材料,用改良的染色和制片方法,较为系统的研究了黄瓜花粉母细胞(PMC)减数分裂及其雄配子体的发育过程。结果表明：①黄瓜减数分裂属于同时型胞质分裂,双线期染色体具有明显的交叉节并呈现出较易识别的棒状或环状形态,在末期Ⅰ和末期Ⅱ有多核仁和核仁融合现象;②在四分体时期的小孢子成十字交叉形(decussate type),而非四边形(isobilateral type);③雄配子体发育过程中观察到两核居中期的特殊现象,在核居中期小孢子只有一层壁,而在核靠边期小孢子出现了两层壁;④黄瓜的成熟花粉粒属于两核花粉粒。     

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。     

云南松小孢子发生及雄配子体形成

本文详述了云南松花粉母细胞的减数分裂、小孢子发生及雄配子体形成过程。在研究中发现:花粉母细胞在减数分裂中有明显的不同步现象;有少数发育畸形的小孢子;在减数分裂后期Ⅰ有染色单体桥及染色体片断出现;雄配子体发育过程中核分裂的方向异常;染色体数目2n=24与其它报道一致。     

水稻亚种间杂种F1半不育小孢子发生的细胞学观察

利用石蜡切片和染色体压片法对水稻亚种间半不育杂种F1及其亲本的小孢子母细胞减数分裂过程进行细胞学观察.结果显示:亲本及杂种F1的花药壁发育正常,但部分F1的小孢子母细胞减数分裂异常,形成不均等的二分体和异常的四分体;其染色体在中期Ⅰ分散在赤道板两旁或远离赤道板,形成单价体;在后期Ⅰ和后期Ⅱ产生大量落后染色体或染色体桥.研究表明,部分花粉母细胞减数分裂中期和后期染色体行为异常可能是造成杂种F1花粉半不育的主要原因.     

黄顶菊小孢子发生与雄配子体发育的研究

利用常规石蜡切片技术,观察了黄顶菊小孢子发生及雄配子体发育过程.结果表明:(1)花药具4个花粉囊,花药肇发育为基本型,由4层细胞构成一表皮、药室内壁、中层和绒毡层,绒毡层属于变形型,其细胞为双核;(2)从孢原细胞出现到二细胞花粉粒形成,同一花药四个花粉囊的发育不同步;(3)孢原细胞为单孢原起源;小孢子母细胞减数分裂为连续型,形成的四分体为四而体型排列;(4)成熟花粉粒为二细胞型,三个萌发孔,花粉外壁具有明显的刺,偶尔观察到巨大花粉;(5)小孢子母细胞时期,花药壁中层毗邻绒毡层的一面产生外绒毡层膜,包被绒毡层和小孢子母细胞.     

羽衣甘蓝花粉母细胞减数分裂及雄配子体发育观察

采用常规压片法对羽衣甘蓝花粉母细胞减数分裂及雄配子体发育进行了细胞学观察,结果显示:羽衣甘蓝减数分裂类似甘蓝种,细胞质分裂为同时型,四分体以正四面体型或十字交叉型为主;终变期有9个二价体,此时可进行染色体计数;中期Ⅰ和Ⅱ少数细胞中可见赤道板外染色体,后期Ⅰ和Ⅱ存在落后染色体,四分体时期可观察到少量含微核的异常四分体;单核靠边期时花蕾长度约为2.0~2.2 mm,小孢子经过发育最终成为3-细胞型花粉并具3个萌发孔,成熟花粉中败育花粉比率为1.3%.     

药蒲公英减数分裂异常行为探讨

对药蒲公英减数分裂各期进行了观察,研究得出药蒲公英花蕾直径大小与花粉母细胞减数分裂各期之间的关系(花蕾直径在2-7mm时为减数分裂期)。并发现药蒲公英减数分裂中出现许多异常行为。如后期桥和落后染色体;药蒲公英花粉粒空瘪,这些异常行为的原因是减数分裂过程中有倒位和重复缺失等染色体结构变异出现以至形成双着丝点染色体。减数分裂过程的异常行为也说明药蒲公英是多倍体。     

不同倍性水稻亚种间杂种小孢子发生的细胞学观察

利用塑料半薄切片对水稻同源四倍体亚种间杂种F1及其对应的二倍体杂种F1小孢子母细胞减数分裂过程的细胞学变化进行观察研究.结果表明,同源四倍体水稻亚种间杂种造孢细胞期和小孢子母细胞期已经表现出较高频率的异常;减数分裂过程中,小孢子母细胞出现异常更加复杂,主要包括小孢子母细胞液泡化和退化两大类,这些异常是导致杂种花粉败育和花粉低育性的重要原因之一;此外,绒毡层异常也是导致杂种的花粉育性降低的因素.二倍体杂种小孢子母细胞在减数分裂过程的异常类型与水稻同源四倍体亚种间杂种基本相似,其绒毡层异常频率较低,对其花粉低育性影响不大.     

蓼科羊蹄减数分裂过程的观察

首次对蓼科酸模属植物羊蹄（Rumex japonicus Houtt．）进行了花粉母细胞减数分裂观察。减数分裂后期Ⅰ和后期Ⅱ存在染色体桥、染色体断片和落后染色体等异常现象,统计各时期畸形率都低于5％。随机统计花粉粒活性,成熟率达到95％。羊蹄的减数分裂过程基本正常,也证实了羊蹄的体细胞染色体数目2n=2x=100是可信的。