甘蔗属热带种与滇蔗茅远缘杂交F_1代花粉母细胞减数分裂及花粉败育研究

采用染色体压片法研究甘蔗属热带种与滇蔗茅远缘杂交F1代花粉母细胞减数分裂过程及染色体行为,显微观察结果显示:在终变期观察到单价体、二价体和四价体;分裂中期Ⅰ、后期Ⅰ、中期Ⅱ和后期Ⅱ均出现落后染色体;中期Ⅱ形成"八"字形纺锤丝、后期Ⅱ二分体2个子细胞染色体不同步分离;四分体时期观察到三分体、微核、大小不等的四分体以及多面体等异常细胞;同一小花的3个花药中几个不同时期的分裂相同时存在。进一步应用DAPI荧光染料进行染色观察,结果表明,大多数小孢子在单核时期就发生皱缩变形。该结果说明减数分裂过程异常染色体行为和异常细胞分裂是导致杂交F1代花粉完全败育的主要原因。花粉败育时期为小孢子母细胞时期、四分体时期和单核小孢子时期。     

水稻花粉发育过程及其分期

以籼稻品种IR36为材料,采用塑料半薄切片技术、新鲜花药整体观察及游离的雄性细胞观察方法,对水稻花粉发育全过程及其药壁组织的情况进行了系统的研究,初步将这一过程划分为8个时期,即小孢子母细胞形成期、小孢子母细胞减数分裂期、小孢子早期、小孢子中期、小孢子晚期、二胞花粉早期、二胞花粉晚期和成熟花粉期。并证实了花粉自然发育过程中不存在收缩期。在这一发育过程中,绒毡层出现3种明显不同的发育形态,这些形态特点对于判断花粉发育阶段具有重要的参考价值及辅助作用。     

大豆光敏雄性不育系88-428BY花粉败育的细胞学观察

以长日照条件下雄性可育株88-428为对照,对其短日照条件下雄性不育株88-428BY小孢子发育全过程进行观察.结果发现:(1)88-428BY有三个败育时期,单核小孢子中期为败育的关键时期.一是减数分裂期,在双线期后期出现严重的配对松弛现象,细胞异常率达99%;而在减数分裂其它各时期不正常比率较少,仅为2%-6%.整个减数分裂期约导致近9%的花粉母细胞败育;二是单核小孢子中期,出现花粉细胞质稀薄式解体、药壁组织提前加厚、药壁层次不清的败育现象,此期败育的花粉达89.3%;三是二胞花粉晚期,无淀粉或淀粉积累不完全,导致近10%的花粉败育.(2)败育度,细胞学上败育率达100%,因为笔者所采的花蕾均在第五节位以上,此与形态学上第五节位上无荚果形成是一致的.     

高粱A2类型CMS A2V4败育过程的细胞学研究

以A2V4/B2V4为材料,对A2类型雄性不育系的减数分裂过程中染色体行为和花药发育过程中绒毡层的变化进行了细胞学观察研究。结果表明:高粱A2V4 CMS的染色体行为,在前期Ⅰ至中期Ⅰ无任何异常现象,从后期Ⅰ开始,染色体行为出现各种异常现象,同源染色体在走向两极时出现滞后或部分不分离、或在后期Ⅱ姐妹染色体不分离造成细胞内染色体多倍化,以致形成两极染色体数目不等、在一个细胞内有几个染色体团或核、三分体和“T”型、直线型排列的四分体;花药发育过程中也有大量异常现象,药室的绒毡层细胞不形成或提前解体,药室内的花粉母细胞不发育或小孢子液泡化,绒毡层细胞发育异常,出现巨型化而挤满整个药室或绒毡层细胞虽发育正常,但花粉母细胞发育异常,在造孢细胞时期即开始出现变形现象,随后发生粘连退化,绝大部分花粉母细胞不能完成正常的减数分裂过程而形成四分体,所有这些异常现象最终导致小孢子退化。     

F型小麦雄性不育系小孢子发育的细胞学观察

为明确F型小麦雄性不育系雄性败育的细胞学机理,以西农979为对照,采用醋酸洋红染色制片等方法观察花粉母细胞减数分裂、小孢子发育过程及成熟花粉粒育性表现,并套袋自交,于成熟期统计结实率。结果发现,F型小麦雄性不育系仅有2.15%的花粉母细胞减数分裂Ⅱ异常,其余绝大多数花粉母细胞减数分裂正常,但小孢子由单核期进入二核期后,生殖核和营养核先后降解,导致无核小孢子的出现,其比率为77.04%。成熟花粉粒经1% I₂-KI染色后显示异常的花粉粒比率高达94.8%,其中包括圆败、典败和染败类型,但以染败型为主。F型小麦雄性不育系套袋自交结实率为2.5%。上述三方面的研究结果彼此相符,据此认为,小孢子由单核期进入二核期后,生殖核和营养核先后降解导致无核小孢子的产生是F型小麦雄性不育系雄性败育的主要细胞学原因。     

一个新小麦不育材料的形态特征及细胞学研究

对一个新小麦不育材料（代号：0176）的植株形态特征、花粉母细胞减数分裂过程及结实率进行了研究。结果表明,“0176”开花时颖壳张开持续时间较长,花粉粒表现不育;根尖细胞有丝分裂正常,但花粉母细胞减数分裂过程出现异常,中期Ⅰ出现染色体易位、后期Ⅰ出现染色体落后、末期Ⅰ和末期Ⅱ出现染色体落后及多极分布现象,末期Ⅱ出现了三分体、五分体、七分体、八分体等。“0176”自交结实率为零,但异交结实率较高,为68.5%～74.0%。说明该不育材料的不育性是由减数分裂异常引起的。     

栽培大豆(Glycine max)与野生大豆(Glycine soja)、半野生大豆(Glycine gracilis)杂交的杂种F_1代减数分裂行为的研究

本文研究了栽培大豆绥农4号等5个品种和1个品系分别与野生大豆、半野生大豆杂交,杂种F_1代花粉母细胞减数分裂的行为。以染色体组亲和指标,终变期二价体的交叉频率,鉴定杂交亲本的亲缘关系。 观察结果表明,杂交亲本和大部分杂种F_1代花粉母细胞减数分裂行为是正常的,减数分裂中期Ⅰ为20个二价体。11个亲本中期Ⅰ环状二价体占多数,少数为棒状二价体。有少数花粉母细胞出现二价体联会消失现象,中期Ⅰ没有单价体,后期Ⅰ和减数分裂Ⅱ均正常,四分孢子中无微核出现。杂交亲本中期Ⅰ环状二价体和棒状二价体的数目有差异,说明不同亲本的亲和力不同。 13个杂交组合F_1代的减数分裂行为有差异,染色体配对不稳定,二价体表现过早分离。如杂交组合中期Ⅰ二价体数在18—20之间,联会消失二价体数目较少。二价体数在5—20个之间,联会消失的二价体数目最多为15个。后期Ⅰ出现少数落后染色体,四分孢子内有少数微核。     

一种甘蓝型油菜双隐性细胞核雄性不育的细胞学观察

本研究利用涂片和切片两种方法,对甘蓝型油菜双隐性细胞核雄性不育两用系的不育株与可育株小孢子母细胞的减数分裂和小孢子发育的细胞学进行了观察。结果表明, 不育系从减数分裂时期就开始发生异常，出现了染色体桥，花粉母细胞分裂不同步等现象，随后形成大小不等的四分体或多分体，小孢子释放以后没有开始花粉壁的形成,并且细胞质逐渐降解,最后只剩下降解后的残渣，药室也随之萎缩变形。     

杏李新品种‘风味玫瑰’小孢子发生及雄配子体发育的研究

利用常规石蜡切片技术,对杏李的小孢子发生及雄配子体发育过程进行解剖学研究。结果表明:(1)花药壁由外到内分别为表皮、药室内壁、中层和绒毡层。绒毡层发育类型为腺质绒毡层;(2)小孢子母细胞减数分裂过程中的胞质分裂类型为连续型,小孢子四分体排列方式为正四面体型;(3)成熟花粉粒为2-细胞型;(4)部分花药囊内单核居中期的小孢子存在胞质不规则过度收缩、绒毡层离散脱落的异常现象,部分二核花粉粒细胞质稀薄,该现象可能会导致花粉活力降低。     

水稻光温敏核雄性不育系培矮64S 花粉败育的细胞学机理

 采用半薄切片及薄切片技术, 对水稻光温敏核雄性不育系培矮64S 与正常水稻品种IR36 的花粉形成发育过程进行了比较研究。结果表明, 小孢子母细胞减数分裂之前, 培矮64S 与IR36 的发育过程基本相似。但从减数分裂开始, 培矮64S 的雄性性细胞出现一些异常变化, 并最终发育至二胞花粉早期败育。这些变化主要发生在两个阶段: (1) 减数分裂前期,约半数的小孢子母细胞的胞质出现异常, 游离核糖体稀少, 并具有不发育线粒体和大量泡状内质网。这类异常的小孢子母细胞在随后的发育中逐渐液泡化并最终解体。(2) 早期小孢子形成之后, 几乎所有小孢子外壁均发育异常, 表层与里层之间界限不清, 缺少中间透明带, 同时内壁没有形成。但是, 在花粉发育的整个过程中, 培矮64S 与IR36 绒毡层的发育和降解过程基本相似。据此认为, 培矮64S 的花粉败育可能是由小孢子母细胞或花粉外壁的异常发育造成的, 而不是由绒毡层发育引起的。     

甘蓝型油菜-埃塞俄比亚芥种间杂交非整倍体后代的遗传

非整倍体Nj04-089为甘蓝型油菜(Brassica napus L.)与埃塞俄比亚芥(B. carinata A. Br.)种间杂交后代中获得的附加系。为分析Nj04-089的遗传特性,利用显微镜对Nj04-089自交后代的根尖细胞染色体进行计数、对花粉母细胞染色体分裂行为进行观察,并采用PCR、GISH和Southern杂交等技术对Nj04-089的2个连续自交后代的附加染色体进行了遗传分析。结果显示：这两个连续自交世代根尖细胞染色体数2n=37～51条;花粉母细胞减数分裂的中期染色体构型分别为(0-4)Ⅰ+ (16-23)Ⅱ+ (0-2)Ⅲ 和 (0-8)Ⅰ+ (14-24)Ⅱ+ (0-4)Ⅲ + (0-1)Ⅳ,且观察到染色体桥、染色体落后、分裂周期不同步等异常行为。PCR、GISH和Southern杂交结果表明在该非整倍体后代中未检测到芸薹属B组染色体或大的片段,推测非整倍体附加的染色体并非整条或大片段B组染色体。       

同源四倍体水稻花粉的发育特征

利用激光扫描共聚焦显微技术观察了同源四倍体水稻紫粳 4x花粉的发育过程及其败育时期和方式。在成熟花粉中正常花粉只占45.5％,还有54.5％的花粉在发育过程中发生败育。在小孢子母细胞减数分裂过程中出现了一些异常现象,如染色体不能正常配对、形成异常二分体及二分体分裂不同步等现象。绝大部分花粉败育发生在单核小孢子期和二胞花粉晚期。在败育花粉中典败花粉粒占21.4％,圆败花粉粒占5.0％,染败花粉粒占28.1％。导致紫粳 4x花粉败育的原因可能是由于其染色体数目加倍,在减数分裂过程中有些染色体不能正常配对,从而进行异常分裂造成的。     

水稻长粒和短粒品种稃片的发育及细胞学差异

 以籼稻长粒品种明恢63和短粒品种川7为材料,利用石蜡制片技术研究了水稻稃片发育过程,并比较长粒和短粒品种稃片发育的细胞学差异。结果表明,小花原基时,稃片纵向各区段均匀分裂,随着发育的进行,稃片上部细胞最早停止分裂,基部细胞分裂结束最晚。至花粉母细胞末期,稃片细胞结束分裂。花粉母细胞减数分裂期,稃片细胞开始进入快速伸长生长阶段,至小孢子晚期稃片长度达到最大值,而且稃片的中、基部细胞对其长度的贡献大于上部细胞。长粒和短粒水稻稃片发育过程基本一致,但长粒和短粒水稻内稃薄壁细胞数目在稃片发育过程中,始终存在极显著差异,细胞长度在稃片长度定形时并没有明显区别。稃片达终长度时,长粒品种内稃薄壁细胞数目比短粒品种多60.98％,而中、基部细胞长度仅增加1.81％和8.05％。因此,细胞数目是导致水稻长粒和短粒品种稃片长度差异的主要因素。     

温敏雄性不育小麦BNS366花粉败育的细胞学观察

为了明确温敏雄性不育小麦BNS366雄性败育的细胞学机理,采用醋酸洋红染色法观察减数分裂和小孢子发育过程,用1%I2-KI溶液染色进行花粉育性统计;以温敏不育系BNS和常规品种扬麦13作为对照。结果表明,BNS366的减数分裂和小孢子发育过程与BNS完全一致,即:在减数分裂过程中,中期Ⅰ染色体出现滞后现象,在形成二分体和四分体时细胞质分裂不均匀,出现三孢现象;小孢子发育过程中,只观察到单核靠边期,最后核物质解体出现空孢现象。而扬麦13在减数分裂过程中染色体表现正常,小孢子发育过程中,观察到单核期→双核期→三核期。开花期,BNS366和BNS花粉均表现典败和圆败,扬麦13可育。减数分裂表现出的异常行为是导致BNS366花粉败育的原因之一,单核靠边期是其败育的关键时期。     

水稻 (Oryza sativa L.)花粉及花药壁发育的超微结构研究

 运用透射电子显微镜技术,系统观察了水稻花粉及其花药壁层的发育过程,发现了一些新的现象：(1)小孢子母细胞减数分裂期间,伴随核内染色体变化的同时细胞质发生了“改组”现象,主要表现为核糖体分布密度的规律性变化,这标志着孢子体向配子体的转变。(2) 小孢子外壁的发育始于四分体晚期,最早表现在四分孢子质膜上沉积了少量的壁物质。随后沉积增多,至小孢子早期即形成初生外壁。此后外壁发育迅速,到小孢子晚期外壁已基本发育完成。(3)小孢子中期,小孢子细胞核的双层核膜局部分开,并逐渐扩张成一个“大泡”。核膜扩张在这一时期是一种普遍现象。(4)在花粉发育过程中,绒毡层细胞结构发生明显变化：小孢子母细胞形成之初,绒毡层细胞结构完整,内质网极少;随着减数分裂的进行,绒毡层胞质浓缩,细胞内出现“空腔”,内质网丰富;到了小孢子中期,仍有较多堆叠的内质网,此后逐渐消失。表明内质网在绒毡层的发育中起着重要的物质合成及运输作用。(5)花粉完全成熟时,花药中层细胞的壁以及绒毡层的外切向壁紧贴在一起,形成了一叠合的“壁”结构。     

澳洲坚果花芽分化的形态学观察

据对澳洲坚果的花芽分化形态学观察结果：花芽分化初期正常,小花分化是从外往内。其生殖器官属于适于异花传粉的雌雄蕊异长型;花芽分化过程中在花托中部、花被、药隔周围等均出现了大量的后含物;花序发育过程中出现了大量脱落的小花;花粉囊结构正常,花粉母细胞为连续性减数分裂;四分体解体后绝大多数单核花粉粒异常,花粉囊内仅约1／9花粉粒正常发育,另有约1／9花粉粒死亡;剩余的7／9花粉粒均为残片。残片周围均环有胼胝质壁。后期花粉囊有大量中空败育的花粉粒,从形态解剖学的角度来看,这是澳洲坚果结实率低的最重要的原因之一。     

薄壳山核桃‘Shaoxing’和‘Pawnee’花粉活力及储藏特性研究

以薄壳山核桃‘Shaoxing’和‘Pawnee’的花粉为材料,采用MTT染色法对其4个散粉时期的花粉活力及不同储藏条件下的花粉活力变化进行了研究,筛选出最佳花粉收集时期和最佳储藏条件。结果表明：（1）‘Shaoxing’和‘Pawnee’不同散粉时期花粉活力由高到低变化规律都为：散粉盛期>散粉初期>即将散粉期>散粉末期。（2）‘Shaoxing’和‘Pawnee’各散粉期的花粉活力随阴干时间的延长而下降,其中‘Shaoxing’盛花期、‘Pawnee’散粉初期的花粉在0~4 d的短时间阴干储藏下降速率最慢,96 h后分别仍有45.70%和64.31%;（3）低温、干燥的储藏条件有利于‘Shaoxing’和‘Pawnee’花粉活力的保持,2个品种的花粉在不同储藏条件下都表现为：?80 ℃密封干燥>?80 ℃密封>4 ℃密封干燥>4 ℃密封>常温密封干燥>常温密封,其中2个品种的花粉在?80 ℃条件储藏30 d后活力仍保持在60%以上,而常温条件储藏30 d后的花粉活力低于20%,储藏80 d就完全失去活力。     

K型小麦雄性不育系绒毡层结构变化及相关基因的表达分析

为揭示K型小麦雄性不育系的败育时期和败育机制,以K型小麦雄性不育系K519A及其保持系519B为材料,采用半薄和超薄树脂切片法对花药绒毡层进行显微和亚显微结构观察,并对孢粉素转运相关基因RAFTIN1和绒毡层细胞降解相关基因APs在不同生育时期的表达模式进行分析。结果表明,与保持系相比,不育系花药绒毡层在四分体时期提前降解,部分绒毡层细胞脱离中层侵入药室内,发育至二核和三核期绒毡层细胞只剩下细胞轮廓和少量附着的乌氏体。不育系小孢子细胞壁在单核期开始增厚,是同时期保持系小孢子细胞壁厚度的2.35倍,发育至二核期小孢子细胞壁继续增厚,但三核期不育系小孢子细胞壁比保持系小孢子细胞壁薄,仅是保持系花粉粒细胞壁厚度的89%,并且三核期不育系花粉粒出现畸形和质壁分离的异常现象。自小孢子母细胞时期至单核期,不育系中RAFTIN1和APs基因的相对表达量都显著高于保持系,但在二核期不育系中的相对表达量显著低于保持系。推测K型小麦雄性不育系K519A的败育可能发生在四分体期和二核期。RAFTIN1和APs基因的表达模式与细胞学观察结果相契合,故推测这两个基因很可能参与了K型不育系K519A的不育过程。