花药绒毡层细胞程序性死亡研究进展

绒毡层作为花药壁最内层的特殊体细胞,与小孢子母细胞以及花药发育后期的小孢子直接相互作用,在花粉发育过程中起着至关重要的作用。花药绒毡层发育到一定阶段,绒毡层细胞需要经过一个细胞程序性死亡的降解过程为小孢子的发育提供营养和物质保证,而且绒毡层细胞降解的提前或者延迟都将导致雄性不育。近年来人们利用分子生物学手段已相继克隆到了一些与绒毡层细胞程序性死亡相关的基因,使人们对绒毡层的降解机制有了更深入的认识。本文旨在综述花药绒毡层细胞程序性死亡特征及其调控机制研究的最新进展。     

大白菜核不育花药绒毡层的异常细胞程序性死亡(PCD)导致小孢子败育研究

【目的】观察大白菜花药发育中绒毡层与小孢子的细胞形态,为研究大白菜核不育花药败育机理提供依据。【方法】以大白菜核不育近等基因系10L03为试材,采用石蜡切片法和TUNEL法对可育和不育花药的细胞结构进行观察。【结果】大白菜核不育花药败育起始于减数分裂期绒毡层结构异常,小孢子在四分体时期开始败育;不育发生后,伴随着绒毡层细胞异常膨大,严重空泡化,提前降解,小孢子变形干瘪而死亡;不育与绒毡层提前发生细胞程序性死亡(programmed cell death,PCD)有关,绒毡层PCD过程失控,导致绒毡层爆发性提前降解,影响绒毡层对小孢子进一步发育的营养供应。【结论】不育四分体不能及时释放单核小孢子而影响小孢子的进一步发育,是导致小孢子败育的直接原因。     

Anomalous changes in Ca2＋-ATPase distribution during the process of pollen abortion in Populus tomentosa Carr

为研究木本植物花粉败育过程中Ca2＋-ATPase的影响,本文利用氯化铈沉淀和电镜细胞化学方法,对不同育性毛白杨花药在小孢子发生发育过程中Ca2＋-ATPase进行了定位。结果表明：Ca2＋-ATPase在可育花药小孢子母细胞时期大量分布于小孢子母细胞质膜、液泡膜及内膜系统,花药内壁细胞内膜系统和绒毡层细胞质膜,随后Ca2＋-ATPase在上述细胞中均减少甚至消失,并于小孢子时期和成熟花粉时期分别在小孢子和花药内壁细胞中再次沉积;不育花药小孢子母细胞以及此时期绒毡层细胞质膜上并无明显Ca2＋-ATPase,花药表皮、药室内壁以及中层的Ca2＋-ATPase都高于同一时期的可育花药,其绒毡层细胞解体不完全。由上述结果推测：毛白杨不育花药内小孢子母细胞和药壁中Ca2＋-ATPase分布异常,影响细胞内钙离子的主动转运,可能导致钙离子异常累积,进而通过影响小孢子母细胞和药室内壁细胞的正常代谢、绒毡层细胞的及时降解而导致花粉败育。     

水稻小孢子发育过程中花药超微结构研究

【目的】水稻小孢子发育过程直接影响成熟花药的育性,进行系统的细胞学研究揭示不同发育时期的结构特征具有重要意义。【方法】结合形态观察与光镜分析,运用扫描电镜以及透射电镜技术,分别对小孢子发育过程中水稻花药外表皮角质层的发育过程以及内部细胞的形态发育进行了系统观察和分析。【结果】(1)在花粉发育过程中,绒毡层细胞结构变化最为明显。减数分裂前期,绒毡层细胞结构完整,随着减数分裂的进行,绒毡层细胞质浓缩,细胞内呈现空泡化,内质网清晰可见,此后逐渐消失。(2)空泡期早期花药表皮细胞外部逐渐增厚,最终形成具有保护功能且对花药正常发育至关重要的角质层。(3)乌氏体作为绒毡层细胞向雄配子体运输物资的直接通道,是在小孢子早期在绒毡层靠近雄配子体侧开始形成,参与绒毡层细胞内脂肪酸以及其他营养物质的运输。(4)在乌氏体形成的同时,小孢子外壁物质快速沉积,最后形成小孢子外壁结构。【结论】本研究观察了花药发育多个关键时期的细胞学特征,且发现了不同组织与功能相关的精细结构,对花药发育的研究具有指导作用。     

甘蓝型油菜CMS212A与GMS1665A雄蕊败育的细胞学比较

通过石蜡切片对甘蓝型油菜CMS212A和GMS1665A败育过程进行观察,发现CMS212A花药败育发生在孢原细胞时期,没有造孢细胞和花粉囊的分化,其败育机制较为复杂。而1665A花药进入减数分裂时期绒毡层膨大,使营养物质运抵小孢子母细胞过程受阻,使小孢子母细胞因营养缺乏而死亡。同时,胼胝质酶没有适时的降解胼胝质使小孢子细胞无法正常释放,少数释放出的小孢子也因畸形而无法形成正常的花粉粒而解体。后期绒毡层出现液泡化,挤压药室直至其消失,导致完全败育。     

毛白杨花粉败育过程中Ca^2＋-ATPase的异常变化

为研究木本植物花粉败育过程中Ca2+ ATPase的影响,本文利用氯化铈沉淀和电镜细胞化学方法,对不同育性毛白杨花药在小孢子发生发育过程中Ca2+ ATPase进行了定位。结果表明:Ca2+ ATPase在可育花药小孢子母细胞时期大量分布于小孢子母细胞质膜、液泡膜及内膜系统,花药内壁细胞内膜系统和绒毡层细胞质膜,随后Ca2+ ATPase在上述细胞中均减少甚至消失,并于小孢子时期和成熟花粉时期分别在小孢子和花药内壁细胞中再次沉积;不育花药小孢子母细胞以及此时期绒毡层细胞质膜上并无明显Ca2+ ATPase,花药表皮、药室内壁以及中层的Ca2+ ATPase都高于同一时期的可育花药,其绒毡层细胞解体不完全。由上述结果推测:毛白杨不育花药内小孢子母细胞和药壁中Ca2+ ATPase分布异常,影响细胞内钙离子的主动转运,可能导致钙离子异常累积,进而通过影响小孢子母细胞和药室内壁细胞的正常代谢、绒毡层细胞的及时降解而导致花粉败育。      

不育枸杞花药营养物质代谢与花粉败育的关系

[目的]研究不育枸杞花药营养物质代谢与花粉败育的关系,为拘杞不育系花粉败育机制研究提供理论依据。[方法]运用半薄切片和细胞化学染色技术,对枸杞不育系和可育系花药营养物质积累和分布状况进行观察和比较分析。[结果]与可育系相比,不育系花药减数分裂后,淀粉粒在药隔薄壁组织中骤减,表皮和药室内壁中的淀粉粒也大幅减少,绒毡层没有脂质积累;绒毡层和四分孢子先后发生液泡化,进入解体过程。[结论]药隔维管束多糖供应下降,导致绒毡层细胞糖脂转化机制发生紊乱,由此引发了绒毡层提前进入细胞程序性死亡过程,四分孢子因营养匮乏,最终解体。     

西瓜隐性核型雄性不育两用系的细胞学研究

对西瓜DT2-1隐性核型雄性不育系的花药发育过程进行了细胞学观察。结果表明,不育株花药发育在孢子母细胞减数分裂前期,小孢子母细胞减数分裂异常,不能形成四分体;药室内壁、中层、绒毡层细胞无明显界限,绒毡层细胞异常、多层、体积小、排列紧密,影响绒毡层细胞与小孢子母细胞之间物质、能量和信息的传递,导致四分体不能正常分离产生四分小孢子,进而不能形成正常的花粉粒而导致败育。     

棉花晋A不育系小孢子发育的超微结构研究

对晋A细胞质雄性不育系小孢子发育的超微结构观察发现,晋A不育系在造孢细胞增殖时期即表现出败育迹象。绒毡层细胞质膜断裂破碎,细胞质解体,线粒体、质体等细胞器解体,绒毡层细胞提前解体退化,并可看到明显的细胞质和细胞核浓缩现象。因此,我们认为,小孢子败育过程中绒毡层细胞解体是一种与细胞程序性死亡(PCD)有关的有序过程。     

金花茶Camellia chrysantha(Hu)Tuyama 小孢子囊、小孢子和雄配子体的发育

详细报导了金花茶小孢子囊、小孢子和雄配子体的发育过程。幼嫩花药的横切显示花药的外侧由一层表良、一层药室内壁、 1—2层中层和一层绒毡层细胞组成;内为5—8个由孢原细胞转化成的小孢子母细胞。小孢子的发育具双子叶植物的一般特征。绒毡层腺质;小孢子四分体四面体形;花粉粒在成熟时具二细胞。 在扫描电镜下观察、花粉粒为拟三孔沟的;小孢子壁形成时开始在绒毡层内切线壁出现的球状体到花粉粒成熟时仍有一部分附着于花粉粒表面。 由小孢子母细胞到小孢子的形成过程,在不同的花药,同一花药的不同花粉囊,甚至在同一个花粉囊内都显示不同步现象。 在偏光显微镜下证实小孢子形成后细胞内开始有淀粉累积,生殖细胞形成时累积最多。到生殖细胞向营养细胞内移动时逐渐消失而转化为其它的贮藏物。 染色体数目为n=x=15,     

枸杞单倍体花粉败育的细胞学观察

为揭示枸杞单倍体不育特性,对可育的宁杞1号和花药培养获得的单倍体的花药进行细胞学观察。结果表明:在花粉母细胞时期,宁杞1号和单倍体的花药发育没有明显差异,减数分裂后两者都顺利形成四分体。宁杞1号的四分体可以释放出小孢子,同时绒毡层细胞能够为其提供营养并发育为成熟的花粉粒。而单倍体的花药在四分体时期虽然也能释放出小孢子,但绒毡层细胞提前降解使释放出来的小孢子不能发育为成熟的花粉粒,导致单倍体花粉败育。     

樱桃萝卜核质互作雄性不育系细胞学形态观察

利用石蜡切片法,结合光学显微镜技术对樱桃萝卜核质互作雄性不育系不育株和对应保持系可育株的花药发育过程进行细胞形态学观察,观察结果表明:不育株与可育株在花粉母细胞时期差别不大;不育株的花药小孢子母细胞进入减数分裂期后,可以形成正常的四分体,绒毡层出现排列异常,单核小孢子期绒毡层细胞液泡化,绒毡层细胞向中间挤压小孢子,小孢子因得不到足够的空间和营养来源,最终在开花前发生败育导致小孢子完全解体.     

毛白杨花粉败育过程中胼胝质的异常分布变化

采用苯胺蓝染色的方法,对育性良好的无性系1319及花粉败育雄株BM-1的花药发育过程中胼胝质的分布及变化进行了观察.结果表明,育性良好的花药中,胼胝质首先在小孢子母细胞角隅处沉积；随后,较厚的胼胝质壁分布于四分体细胞间以及细胞周围,随着胼胝质的解体,小孢子释放到药室中,游离小孢子外围无明显胼胝质分布;小孢子发育形成成熟花粉,花药绒毡层解体,内壁加厚开裂,胼胝质分布于残留的绒毡层以及内壁.与育性良好的花药相比,败育花药的胼胝质合成量减少并呈现明显分布异常.小孢子母细胞时期无明显胼胝质合成;胼胝质主要沉积于四分体细胞间且细胞外围胼胝质分布量减少；小孢子发育至成熟花粉,药室绒毡层沉积较多胼胝质而内壁无明显胼胝质分布.透射电镜结果显示,毛白杨无性系1319花粉外壁发育正常,而毛白杨不育雄株BM-1仅产生少量饱满花粉,且其花粉外壁发育不完全.从而说明胼胝质的异常合成与分布是毛白杨花粉败育的原因之一.     

红王子锦带小孢子发育与花器形态相关性研究

本文采用常规石蜡切片法观察了红王子锦带小孢子不同发育时期的细胞学特征,探讨了小孢子发生和雄配子体的发育过程与不同发育阶段花器形态的相关性。研究结果表明:红王子锦带每个花药具4个花粉囊,花药壁由表皮、药室内壁、中层、绒毡层组成。小孢子四分体属四面体型,绒毡层发育属腺质型,出现多核现象。成熟的花粉粒属2-细胞型,具有3个萌发孔,花粉外壁具有针刺状结构。红王子锦带小孢子发育时期与花器形态具有一定的相关性:小孢子处于四分体时花蕾长度0.5cm,花药0.3cm,花药绿色,花瓣为紫红色。红王子锦带同一花蕾小孢子发育存在一定程度的渐续性即不同步。     

盾叶薯蓣小孢子发生及雄配子体发育的研究

观察了盾叶薯蓣小孢子发生以及雄配子体形成过程。结果表明:盾叶薯蓣雄蕊6枚,花药具4个小孢子囊,花药壁发育方式为基本型,由表皮、药室内壁、中层和绒毡层组成,绒毡层为腺质型。小孢子母细胞在减数分裂后胞质分裂为同时型,小孢子四分体排列多为四面体形,偶为交叉型;成熟花粉为2细胞型花粉粒。在盾叶薯蓣小孢子发生、雄配子体形成及花药壁发育过程中未见败育或其他异常现象。     

不育枸杞花药营养物质代谢与花粉败育的关系

[目的]研究不育枸杞花药营养物质代谢与花粉败育的关系,为枸杞不育系花粉败育机制研究提供理论依据。[方法]运用半薄切片和细胞化学染色技术,分别进行多糖（含淀粉粒）、脂类和蛋白质的染色鉴定,对枸杞不育系和可育系花药营养物质积累和分布状况进行观察和比较分析。[结果]不育系与可育系花药半薄切片经组织化学染色后,多糖PAS反应呈阳性,红色,淀粉粒为红色颗粒。脂类苏丹黑B染色呈阳性,黑色颗粒。蛋白质考马斯亮蓝染色呈阴性。表明枸杞不育系与可育系一样,花药发育过程中积累储存的营养物质是淀粉粒和脂滴,没有储藏形式的蛋白质。与可育系相比,不育系花药减数分裂后,淀粉粒在药隔薄壁组织中骤减,表皮和药室内壁中的淀粉粒也大幅减少,绒毡层没有脂质积累;绒毡层和四分孢子先后发生液泡化、进入解体过程。[结论]可育系药隔维管束多糖营养供应充足,绒毡层细胞多糖转化、合成等活动旺盛。而不育系药隔多糖供应在减数分裂后急剧减少,使得绒毡层细胞多糖含量减少,导致绒毡层细胞多糖转化、合成脂质等营养物质的机制发生紊乱。由此引发了绒毡层提前进人细胞程序性死亡过程,四分孢子因营养匮乏,最终解体。     

檫木花粉发育过程的解剖学研究

采用石蜡切片技术对檫木花粉的发育过程进行了解剖观察.结果表明:檫木花两性,具4药室,腺体马蹄形,药囊瓣裂.单核小孢子核大,位于中央,随着小孢子液泡化,分化出2个大小不等的核,最后形成具有营养核和生殖核的成熟二细胞型花粉粒.扫描电镜下观察其成熟花粉粒为圆球形,外壁布满刺状突起,花粉粒不具萌发孔.花药壁完全分化时,由外到内依次是表皮、药室内壁、中层和绒毡层,花药壁发育为基本型;表皮细胞1层,发育过程中始终存在;药室内壁在花药成熟时形成带状纤维层加厚;中层细胞、绒毡层细胞,在花粉粒发育成熟时退化消失.花粉粒形成过程中出现空腔花粉、花粉粒降解的现象,导致花粉异常,直接影响檫木的花粉质量和活力,从而影响结实.     

金花茶Camellia chrysantha(Hu) Yuyama小孢子囊、小孢子和雄配子体的发育

详细报导了金花茶小孢子囊、小孢子和雄配子体的发育过程，幼嫩花药的横切显示花药的外侧由一层表皮，一层药室内壁，1－2层中层和一层绒毡层细胞组成，内为5－8个由孢原细胞转化成的小孢子母细胞，小孢子的发育具双子叶植物的一般特征，绒毡层腺质；小孢子四分体四面体形；花粉粒在成熟时具二细胞。在扫描电镜下观察、花粉粒为拟三孔沟的，小孔子壁形成时开始在绒毡层内切线壁出现的球状体到花粉粒成熟时仍有一部分附着于花粉粒表面。由小孢子母细胞到小孢子的形成过程，在不同的花药，同一花药的不同花粉囊，甚至在同一个花粉囊内部显示不同步现象。在偏光显微镜下证实小孢子形成后细胞内开始有淀粉累积，生殖细胞形成时累积最多，到生殖细胞向营养细胞内移动时逐渐消失而转化为其它的贮藏物。染色体数目为h=x=15。     

科技短波

华中农大找到控制水稻育性基础开关在水稻育性调控分子机制上,华中农业大学研究人员找到并鉴定了一个调控水稻花药壁绒毡层降解的关键基因、细胞程序性死亡抑制子API5。这项最新     

转真姬菇热激蛋白HmHSP70基因烟草花粉败育的细胞学观察

采用扫描电镜和石蜡切片方法观察野生型烟草和转基因不育烟草的花药及其横切结构,研究真姬菇热激蛋白HmHSP70导致烟草雄性核不育的机理,结果表明:转基因不育烟草花粉的小孢子和花药壁发育异常,小孢子无法进行有丝分裂而降解,而绒毡层细胞和中层细胞过度分裂不降解,药室遭到严重挤压,是导致花粉败育的主要原因.