甜椒雄性不育两用系小孢子发育的显微观察

以甜椒雄性不育两用系为试材,对不育株与可育株花粉母细胞减数分裂过程中染色体行为、花药和小孢子发育过程进行了研究。结果表明,不育株花粉母细胞减数分裂染色体行为未见异常,败育发生在四分小孢子形成之后。导致小孢子败育的原因与四分体胼胝质壁不适时解体和绒毡层细胞发育异常、延迟解体有关。     

棉属三染色体组(A、D、G)杂种的细胞遗传学研究

对棉属 A、D、G三个染色体组合成的三元杂种 [陆地棉× (亚洲棉×比克氏棉 ) ]及反交和回交后代 ,四元杂种 [(亚洲棉×比克氏棉 )× (陆地棉×夏威夷棉 ) ]进行了细胞学研究。结果表明 ,三元杂种 F1以及回交后代 BC4 F1分离出的不育株、四元杂种 F1不育的主要原因是花粉母细胞减数分裂异常 ,主要表现为 :大部分染色体为单价体 ,仅有少量配对成二价体 ,后期 两极分配不均匀 ,出现多极分离现象 ,并有落后染色体出现。末期出现大量多分孢子和不正常的四分孢子 ,从而不能形成正常的花粉粒。三元杂种回交后代 BC4 F1中的部分可育型 ,花粉母细胞进行减数分裂时 ,大部分染色体都能联会配对 ,仅个别为单价体 ,因而形成的花粉粒仅部分正常。 BC4 F1的可育型花粉母细胞进行减数分裂时 ,染色体配对正常 ,表明育性恢复 ,结实正常。此外 ,四元杂种花粉母细胞进行减数分裂时 ,在后期 形成了染色体“桥”     

高粱A6型细胞质雄性不育系花粉母细胞减数分裂行为的观察和分析

高粱(Sorghum bicolor L. Moench)细胞质雄性不育(CMS)有7种类型,即A₁~A₆和9E。本研究以A₆型细胞质雄性不育系A₆Tx398和相应保持系B₆Tx398为材料,对A₆型雄性不育发生的花粉母细胞减数分裂过程染色体行为进行了观察分析。与正常发育的保持系比较,A₆CMS花粉母细胞减数分裂染色体行为,在粗线期之前,光学生物显微镜下未观察到差别。从双线期开始,直到末期II观察到各种各样的异常现象。即A₆CMS花粉母细胞染色体数目比B₆ (2n=20)多一倍,前期I染色体数目为2n=40,在一个细胞中可看到20对同源染色体;后期I同源染色体在移向两极时出现染色体滞后和暂时不分离现象;花粉母细胞末期I未发生胞质分裂形成二分体,致使在前期II可看到有40条姊妹染色体,并以环形、分散形和X型分散于一个细胞中;末期II,在一个细胞内形成2个、3个或4个数目不等的染色体团,个别的可以形成染色体数目不等的三分体,而不形成四分体。A₆型CMS花粉母细胞减数分裂过程中染色体行为的异常,使其不能完成正常的减数分裂过程形成四分体,导致小孢子败育。     

水稻减数分裂异常突变体osmd的表型分析及基因定位

减数分裂是有性生殖生物繁殖的基础,减数分裂和受精过程的正常进行保证了有性生殖生物配子体和合子体世代交替,并维持了遗传物质的稳定性。因此发现和克隆减数分裂相关基因可为进一步理解减数分裂调控过程提供研究基础。通过正向遗传学方法,筛选一个水稻减数分裂相关突变体并将其命名为osmd(Oryza sativa meiosis defect)。对其生长过程、花器官、花粉育性进行观察分析;通过DAPI,FISH染色对其进行染色体行为分析;并对该突变体进行遗传分析、基因定位和候选基因分析。结果表明,与野生型相比,osmd突变体营养生长过程正常,花器官以及雌蕊形态正常,但是成熟期花药不饱满,花粉粒不能被I2-KI染色。对突变体osmd花粉母细胞减数分裂过程观察发现,在粗线期染色体不能完全配对、终变期出现单价体、二分体时出现滞后染色体、四分体时期出现多个微核。通过FISH试验确定osmd突变体同源染色体不能正常配对。遗传学分析表明,osmd突变体不育表型由一个单核隐性基因控制;通过图位克隆将osmd的突变位点定位到10号染色体上的2个Indel分子标记Chr10-312和Chr10-1003-3之间,该区间共有900 kb,有133个开放阅读框。该区间内一个已知水稻减数分裂相关基因OsPAIR3编码区序列无变化。由此推测Os MD是一个未报道的参与水稻减数分裂同源染色体配对过程的蛋白。     

厚轴茶雄性不育株花药败育的生物学特性和细胞学研究

为明确厚轴茶(Camellia crassocolumnaH. T. Chang)雄性不育株花器发育形态、花药和花粉败育时期及兵细胞学特征,利用体视显微镜、石蜡切片技术、染色体制片和DAPI染色法,对厚轴茶雄性不育株和可育株开花迚程、花器形态、花药发育过程、花粉母细胞减数分裂及小孢子发育过程比较观察。结果显示,厚轴茶花属于完全花,花药其四室、呈蝶形,花药壁发育为基本型,绒毡层细胞其双核,于四分体时期形成分泌型细胞,单核花粉期开始降解,花粉母细胞经过减数分裂Ⅰ、减数分裂Ⅱ和胞质分裂后形成四面体型四分体,小孢子呈三角形,成熟花粉为二细胞型花粉。花蕾发育早期,不育株雄蕊发育正常,与可育株无明显差异。花蕾发育后期,不育株花丝弯曲,花药粘连、干瘪、褐化、坏死,不裂药。不育株减数分裂期绒毡层细胞异常增生、排列混乱,单核至双核花粉期绒毡层延迟降解。不育株花粉母细胞减数分裂过程中存在环状单价体、滞后染色体、染色体桥、染色体缺失、不均等分离、微核和多分体等异常现象。不育株小孢子胞质紊乱,单核期花粉粒相互粘附,花粉壁皱缩变形,花粉细胞质和细胞核模糊不清,成熟花粉细胞空瘪凹陷。研究结果表明,厚轴茶雄性不育花器形态属雄蕊萎缩型和花药异常型,花药发育受阻于减数分裂至单核花粉期,存在花粉母细胞败育型和单核败育型。单核花粉期是兵花药败育的主要时期。花药绒毡层异常发育和延迟降解,花粉母细胞减数分裂染色体行为异常,小孢子和花粉粒发育异常可能是兵花药败育的主要原因。     

特异同源三倍体水稻材料SAR-3细胞学研究

以特异同源三倍体水稻材料SAR-3中15个株系为研究材料, 对同源三倍体减数分裂中染色体行为, 特别是染色体分离方式进行了研究. 结果表明: 同源三倍体SAR-3花粉母细胞减数分裂中期Ⅰ染色体形成单价体、二价体和三价体; 后期Ⅰ染色体分离遵守随机分配规律, 但有一定比例整倍性二分体出现; 后期Ⅰ、后期Ⅱ染色体落后是形成单倍性     

陆地棉、亚洲棉与比克氏棉杂种F1及回交后代的育性研究

三元杂种 [(亚洲棉×比克氏棉 )×陆地棉 ]及其反交的回交后代在性状上发生疯狂分离 ,在育性上分离出 3种类型 :可育型、不完全可育型、不育型。对这 3种类型及三元杂种F1减数分裂及其花粉的形成过程观察表明 ,三元杂种F1及回交后代的不育型 ,不育的根本原因在于减数分裂中期染色体不能正常配对 ,引起部分染色体滞后及染色体不均等分配 ,从而产生多分孢子和微核 ,最终导致不育花粉的产生 ;不完全可育型 ,大部分染色体联合配对成二价体 ,仅个别为单价体 ,这些单价体在后期随机向两极分离 ,产生的二分孢子有的正常 ,有的不正常 ,进而形成的花粉粒仅个别正常 ;可育株染色体配对正常 ,因而形成的花粉粒可育     

三元杂种及回交后代的遗传性状和细胞学研究

三元杂种[陆地棉×(亚洲棉×比克氏棉)]的回交后代BC4F1发生疯狂分离,在各个性状上都表现出特殊的变异类型,在育性上分离出三种类型可育株,部分可育株,不育株。对这三种类型和三元杂种F1花粉母细胞减数分裂的观察表明,三元杂种F1及回交后代的不育株减数分裂表现异常,大多染色体不能联会配对,以单价体的形式存在,且有落后染色体、三价体、四体环的出现,在末期形成了不正常的四分孢子和多分孢子,这是不育的主要原因;部分可育株,大部分染色体联会配对成棒状二价体,个别为单价体;可育株染色体配对正常,能形成可育的花粉粒。     

白藓雄配子体形成及花器腺点解剖学特征观察

采用石蜡切片法、TTC法,对白藓的花器特征、雄配子体形成过程、花部腺点显微特征及花粉活力进行了研究。结果表明:白藓花序为总状花序,每花包含10枚雄蕊,长度不一致,每一雄蕊包括4个花粉囊。减数分裂胞质分裂属同时型,小孢子四分体为四面体型,成熟的花粉粒为2-细胞型,花粉活力偏低。花器腺点的头部具有分泌功能。     

碎米桠小孢子发生与雄配子体发育

采用半薄切片和石蜡切片法对碎米桠小孢子发生及雄配子体的发育进行了研究。结果表明:1)碎米桠的花药具有4个花粉囊,花药壁有4层结构,从外到内依次是表皮、药室内壁、中层和绒毡层,花药壁的发育属于双子叶型;2)药室内壁呈纤维状加厚,绒毡层为分泌型绒毡层;3)小孢子母细胞减数分裂过程中胞质分裂为同时型;4)四分体小孢子呈四面体形排列,成熟花粉为2-细胞型,具有6个萌发沟。研究发现,碎米桠小孢子发生和雄配子体发育特征与多数已经研究的唇形科的基本一致。     

春萝卜小孢子发生和雄配子体发育过程的解剖学研究

在显微水平上对春萝卜( Raphanus sativus L. )小孢子发生和雄配子体发育过程及其与不同发育阶段花蕾外部形态的相关性进行了研究。结果表明：春萝卜有6枚雄蕊,4强2弱,每个花药具4个花粉囊,成熟花粉粒属3细胞型并有3个萌发沟;花粉囊壁发育属双子叶型,由4层细胞构成,即表皮、药室内壁、中层和绒毡层,绒毡层细胞为腺质,二核,小孢子母细胞减数分裂的胞质分裂为同时型;植株花蕾大小在0.5～1.0mm时雄蕊孢原细胞开始分化,花蕾长4～6mm时,形成成熟的雄配子体。3.5-4.5mm的花蕾处于单核中期,可作为花药培养或小孢子培养的选材依据。     

Cytological mechanisms of 2n egg formation in a diploid genotype of Medicago sativa subsp. falcata

Summary Gametes formed without meiosis in alfalfa would be useful in basic and applied research. Therefore, the cytological analysis of macrosporogenesis of a diploid plant of Medicago sativa subsp. falcata (L.) Arcangeli (named PG-F9), previously selected as a good 2n egg producer, was conducted. A stain-clearing technique was applied which also allowed the analysis of microsporogenesis to be performed. Two mechanisms of 2n egg formation were determined: absence of the second meiotic division (mechanism of the SDR type) and apomeiosis. In particular, it is noteworthy that 2n eggs produced via apomeiosis should retain the same parental genotype, because apomeiotic cells give rise directly to the female gametophyte without undergoing meiosis. The presence of binucleate female gametophytes in the ovules at an early stage of development confirmed the presence of apomeiosis in PG-F9. These abnormalities concerned only macrosporogenesis; in fact, the analysis of microsporogenesis showed the production of normal tetrads of microspores after normal meiosis. Possible application of the discovered mechanisms of 2n egg production in breeding research are discussed.     

三叶半夏(Pinellia ternata)雄配子败育的遗传分析

从减数分裂过程, 小孢子发育和染色体数目与组成三方面探讨了三叶半夏雄配子败育的原因。 三叶半夏(Pinellia ternata)体细胞染色体数目2n=90, 其减数分裂异常, 多数同源染色体能配对形成二价体, 部分同源染色体呈单价体形式或配对成多价体。 减数分裂的各时期都能观察到导致遗传物质不均衡分离的异常结构, 如落后染色体     

高粱A3细胞质雄性不育发生的细胞学观察及分析

以不育系A₃晋粱5号和相应保持系B₃晋粱5号为材料,对A₃不育系花药发育及雄配子形成过程进行了细胞学观察和分析。结果表明,与A₁、A₂型CMS不同,A₃ CMS孢母细胞减数分裂正常,从四分体形成到幼龄花粉粒发育阶段都未观察到不同于B₃晋粱5号的异常现象。A₃晋粱5号花药经石蜡包埋切片观察,在造孢细胞期、减数分裂前间期及减数分裂期,均未观察到异常现象,不育系花粉母细胞能完成正常的减数分裂过程,四分体正常游离,绒毡层发育正常。但在成熟的花药中,观察到所有的花粉粒皱缩、凹陷、变形。在开花前约1周内的花粉粒成熟期,不育系花粉粒蔗糖—淀粉代谢途径受阻,花粉粒壁上无淀粉粒沉积。A₃ CMS小孢子败育发生在小孢子形成晚期的花粉粒成熟期。     

Development of the male gametophyte of an infertile plant Armoracia rusticana Gaertn.

Horseradish, Armoracia rusticana , is propagated vegetatively through root cuttings. It is described as a male-sterile plant as it does not form seeds or only develops them in small quantities. This study discusses the anatomical structure of anthers and the events throughout meiosis up to the formation of a male gametophyte. Microscopic observations have shown that the anatomical structure of the anther wall of A. rusticana is typical of the whole family of Brassicaceae , and all its layers are properly developed and fully functional. Meiosis in the sporogenous tissue proceeds correctly and leads to the formation of microspores. Also the configurations of the cytoplasmic skeleton are typical of plants with simultaneous cytokinesis. Further development, however, exhibits many abnormalities. A majority of the cells formed in the sample studied were dysfunctional uninucleate microspores with apparent symptoms of degeneration of the cytoplasm and organelles. Binucleate pollen grains, in which mitosis did occur, constituted only 10% of the cells analysed. Anatomical and cytological observations of male sterility in A. rusticana indicated inhibition of development at the microspore, stage which was manifested by cytoplasm degeneration with a low number of membranes and a scarce amount of starch in proplastids. Usually, in the prolonged microspore stage and in the young pollen no mitosis occurs at the time of anthesis. Cytological disorders may, to a great extent, limit the number of functional bicellular male gametophytes. Both in microspores and in pollen grains, there is exceptionally little starch in plastids.     

甘蓝型油菜温敏细胞核雄性不育系160S花药败育的形态学特征和细胞学研究

明确甘蓝型油菜温敏核雄性不育系160S花器形态变化、花药败育的时期和细胞学特征,初步探究败育的原因,为深入研究不育系160S的内在分子调控机制提供理论基础,也对其在油菜两系杂交育种中的实际应用具有指导意义。本研究在15℃和28℃条件下培养试验材料160S,利用体式显微镜分别观察花发育形态特征;采用醋酸洋红染色方法观察各时期小孢子发育形态;通过石蜡切片和苏木精-伊红染色对可育植株(MaleFertile/160S-MF)和不育植株(MaleSterile/160S-MS)花药细胞学特征进行显微观察;TUNEL染色法检测花药发育各时期绒毡层细胞凋亡情况。160S-MF在15℃表现为可育,雄蕊正常发育,成熟的花药呈黄色,形态饱满,正常开裂,表面一层有活性的花粉附着在上面;28℃条件下, 160S-MS花朵的雌蕊、萼片与160S-MF花朵无差异,但花瓣变小,花丝变短,雄蕊明显退化,花药干瘪呈黄褐色,无花粉粒附着在花药上,表现出雄性完全不育。160S-MF的小孢子能正常发育为成熟有活力的花粉。而160S-MS由于雄蕊完全败育,未观察到小孢子和花粉粒。160S-MS花药在造孢时期和花粉母细胞时期与160S-MF无明显差异,但在减数分裂期,160S-MS花药绒毡层形态和结构出现异常,绒毡层细胞排列不整齐,细胞空泡化,伴随提前解体。同时花粉母细胞发育受阻,无四分体结构形成,最终在减数分裂期完成前形成空的花粉囊。TUNEL检测发现, 160S-MS花药绒毡层细胞在减数分裂期开始凋亡。本研究结果表明, 160S属花粉母细胞败育型不育系,败育时期发生在减数分裂期,绒毡层异常降解,绒毡层未向腺质型转化,不能提供花粉母细胞发育所需要的营养物质,致使花粉母细胞发育受阻无法形成四分体结构,从而导致小孢子无法形成,花药形成空的花粉囊,产生雄性不育。     

利用基因工程创造植物雄性不育的策略

利用基因工程创造植物雄性不育系是近年来发展的新技术。根据花粉败育的原理,利用花药细胞绒毡层、绒毡层线粒体、胼胝质壁、细胞减数分裂过程等花粉形成过程中的不同环节,采取外源细胞毒素基因、分子伴侣、反义RNA技术、提早降解胼胝质、扰乱线粒体与细胞核之间的信息交流和细菌影响花粉小孢子发育等策略,使花粉不能正常形成,从而产生不育花粉,达到产生雄性不育的目的。并提出了基因工程创造植物雄性不育系可能存在的问题及其应用前景。