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。     

质核互作型红麻雄性不育系细胞学形态观察

为了掌握红麻质核互作型雄性不育系败育发生的时期、发生方式以及花粉发育过程,采用石蜡切片法观察其小孢子发育过程进行花粉发育时期的准确划分,为红麻杂种优势利用提供理论依据。花粉发育分为6个时期,发育天数在25-28天,不育系发生败育的主要时期为单核期。不育系和保持系均能形成四分体,但在单核期时,不育系的绒毡层退化严重,明显早于保持系,小孢子出现畸形,不能形成正常的花粉粒,导致最后败育。     

大豆质核互作雄性不育系NJCMSlA花粉败育的细胞学研究

利用光镜和透射电镜对(N8855×N2899)F1不育株和(N2899×N8855)F1可育株、BC1F1不育株、质核互作不育系NJCMSlA和保持系NJCMSlB进行小孢子发育的细胞学比较观察.结果表明,同一胞质在不同的回交世代败育途径和表现相似,主要发生在单核后期到二胞花粉早期:(N8855×N2899)F1与BC1F1不育花药在小孢子单核靠边期细胞质产生不正常空泡,至近成熟花粉时细胞质部分解体、收缩;NJCMSlA花粉败育发生在二胞花粉期,初期原生质内小液泡比保持系增多,原生质内未形成淀粉粒,在生殖细胞远离营养细胞后,胞质呈现紊乱,生殖核与营养核消失,外壁内层及内壁停止发育,液泡增大,原生质部分解体.分别与反交F1及保持系比较,处于二胞花粉时期的正交F1及不育系细胞色素氧化酶最快迁移活性带缺失,此特征带缺失与不育花药败育时期基本同步.     

光温敏核不育小麦ES－14花粉败育的细胞学研究

从花粉母细胞减数分裂期到花粉粒的形成和发育期，对光温敏核不育小麦ＥＳ－１４的雄性发育过程进行了细胞学研究。结果表明，ＥＳ－１４在减数分裂期间虽观察到异常现象，但绝大多数花粉母细胞能正常减数分裂，形成四分体。花粉粒发育到单核靠边期后，不能进行核分裂，发育停止，然后核解体，核物质分散在细胞内，花粉粒逐渐变形，不能形成二核和三核花粉粒。开花期花粉粒形状为三角形和不规则形，对碘－碘化钾溶液不呈蓝色反应，花粉败育率达１００％。花粉败育发生在单核靠边期以后，属配子体不育类型     

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。     

甘蓝型油菜双显性细胞核雄性不育系Shaan-GMS雄配子发育观察

采用常规压片与冰冻切片两种方法,观察甘蓝型油菜不育系Shaan-GMS的不育株与可育株小孢子母细胞减数分裂和小孢子发育过程,以阐明小孢子败育时期和细胞学特征。植株表型上,花期可育株与不育株花器官差异较大:不育株花丝较短,花药小且干瘪,微粉或无粉,淡黄色;细胞学观察结果显示不育株的花粉母细胞能够进行正常的减数分裂,形成四分体,但在单核期开始发生异常。主要表现为小孢子从四分体中释放后无法形成正常的小孢子外壁,随后小孢子外壁、内容物和绒毡层均提早降解,只剩下空壳与残渣,药室也随之萎缩变形,最终导致花粉败育。上述结果说明Shaan-GMS为单核败育类型,可能是一个细胞核雄性不育新材料。     

YS型小麦温敏雄性不育系A3017控温条件下的花粉育性比较

为了研究温敏不育系在可育和不育温度条件下的花粉发育情况，通过人工控温的方法对YS型小麦温敏不育系A3017-310和A3017-312减数分裂期分别处在不育和可育温度条件下的花粉育性进行了分析．结果表明，不育温度条件（12～16℃）下，花粉粒多数败育，I2-KI染色不着色，染色不均匀，约1／3花粉粒发育至单核中后期或双核早期发生败育，大部分花粉粒发育到二核后期或三核期发生败育（染败），两个系的花粉粒碘染败育率分别为98．7％和99．0％，花粉萌发势分别为0．7％和0．5％，花药不开裂、不散粉，自交结实率均为0；可育温度条件下（正常分蘖穗为18～22℃，再生分蘖穗为20～25℃），花粉粒多数正常，花药能正常开裂、散粉，花粉粒在这两种可育温度条件下碘染的败育率无差异，均约为20％．花粉萌发势随温度升高而增加，A3017—310由60．7％增为71.5％。A3017-312由27．4％提高为63．1％;自交结实率（国际法）为34．6％～113．7％。A3017—310和A3017—312株系来源于同一组合的F6代，它们在不同的可育条件下，育性恢复程度有所不同，表明YS型温敏不育系在育性转换为可育后控制自交结实的遗传机制较为复杂。     

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。     

新型玉米细胞质雄性不育材料泰玉D2花粉败育的细胞学研究

通过光学显微镜观察泰玉D2不育系的花药发育进程,探明新型细胞质雄性不育材料泰玉D2花粉败育的细胞学机理。研究发现,花药绒粘层在二分体时期发生异常,小孢子在单核前期开始败育,至单核后期完全解体,花药发育后期不育系药腔中只观察到少量的小孢子残体,花药壁的4层细胞依然存在,绒粘层细胞已经彻底液泡化, 占据了药腔的整个空间,花粉成熟期不育系花药维管束消失。泰玉D2不育系花药绒粘层在二分体时期成辐射状膨大,小孢子在单核期败育,花粉败育完全,属无花粉类型。     

K型小麦雄性不育系育性敏感时期核糖核酸酶活性及可溶性蛋白质含量的变化

为了探讨核糖核酸酯及可溶性蛋白质与小麦育性的关系,以1B/1R类和非1B/1R类K型小麦雄性不育系及保持系为材料,对花粉发育过程中倒二叶和花药中核糖核酸酶活性、可溶性蛋白质含量进行了研究.结果表明,不育系花药中核糖核酸酶活性在二核期之前显著高于保持系,呈上升趋势,二核期以后急剧下降,不育系花药中可溶性蛋白质含量在二核期显著下降,明显低于保持系.不育系叶片中的核糖核酸酶活性与相应的保持系差异显著,不育系和保持系叶片中可溶性蛋白质含量在整个生育期变化没有花药中可溶性蛋白质含量变化明显.两类不育系间核糖核酸酶活性和蛋白质含量差异显著.由此说明,不育系雄蕊的核糖核酸酶活性异常升高致使可溶性蛋白质含量显著下降,导致细胞生理代谢紊乱,可能是花粉败育的重要原因,而不育系花粉败育的关键时期可能是二核期.     

5种细胞质雄性不育小麦败育过程中活性氧代谢保护酶的响应

为了解异质雄性不育小麦败育过程中活性氧代谢中几种保护酶的变化特点,以5种小麦雄性不育系U116A、Ju116A、Va116A、C6116A、K116A及其相应保持系116B为材料,分析了小麦雄性不育系在花药不同发育时期的过氧化物酶(POD)、过氧化氢酶(CAT)、超氧化物歧化酶(SOD)活性与保持系的差异。结果表明,不育花药的POD活性自单核早期后均比同一发育时期的可育花药高;自单核晚期开始,不育系CAT活性总体上呈下降趋势,而可育系则呈升高趋势;受试材料花药中SOD活性总体呈上升趋势,且不育系高于保持系。经差异分析,不育系U116A、Ju116A、Va116A、C6116A的败育关键期是单核晚期,而K116A的败育关键期则是单核晚期至二核期。以上结果说明,5种异质小麦雄性败育时期有所不同,并且雄性育性与POD、CAT和SOD活性密切相关。     

几类小麦雄性不育系育性敏感时期可溶性蛋白质和ATP酶活性的分析

为了研究K型和YS型小麦雄性不育系雄性不育的生化机制,用Native-PAGE凝胶电泳技术对稀盐缓冲液提取的不育系及其保持系育性敏感期旗叶和小穗中的可溶性蛋白进行了分析,并对不育系和保持系小穗质膜和液泡膜H+-ATP酶活性进行了比较.结果显示,1B/1R类K型不育系3314A和非1B/1R类K型不育系732A的同型保持系732B的旗叶在二核期和三核期均出现一分子量大小相同的特异性条带.对小穗的电泳结果显示,1B/1R类K型不育系3314A和非1B/1R类K型不育系732A单核期与其同期相应保持系相比,表达了一些特异性的蛋白.而YS型光温敏不育系A3017二核期和三核期比单核期多出现了特异蛋白条带.这些小穗中表达的特异蛋白可能与育性相关.另外,通过对质膜和液泡膜H+-ATP酶活性测定表明,不育系小穗单核期ATP酶活性较高,尤其是不育系液泡膜H+-ATP酶活性在单核期均明显偏高.     

芥菜型油菜细胞质雄性不育系 6 - 102A的细胞学观察

对芥菜型油菜细胞质雄性不育系6 - 102A的花药发育过程进行了显微观察,并与6 - 102B (保持系)和8 - 602A ( tour CMS)进行比较,结果表明:不育系6 - 102A败育彻底,败育可能发生在雄蕊原基分化时期,其主要特 点是雄蕊原基偏离正常的分化轨道,形成花瓣原基,不形成花药,着生雄蕊的位置长出小花瓣,败育时期和方式与 现有报道的油菜细胞质雄性不育不同。保持系6 - 102B的花药发育正常; 8 - 602A败育发生于孢原细胞时期至四 分体时期,主要是孢原细胞时期。     

兰州核不育小麦不育基因的遗传研究

利用石蜡切片显微观察、雄性不育基因遗传分析和缺体定位等方法．对兰州核不育小麦不育基因进行了遗传研究,以明确该不育基因的遗传学特性。显微观察发现,兰州核不育小麦不育系257A的不育花药各壁层组织在不同发育时期没有明显的结构发育异常现象,但不育花药的绒毡层及中层组织有延迟解体的趋势。257A与中国春等小麦品种的杂交F1结实率、F2和F1BC1代育性分离比率调查结果表明,该突变体材料不育性是受一对隐性核基因控制．不育性遗传稳定,不受小麦品种细胞质以及光、温等生态因子变化的影响。缺体分析将不育基因定位在4B染色体上。     

杀雄剂SQ 1诱导的小麦生理型雄性不育系交替氧化酶基因(AOX1)的表达分析

为了揭示小麦生理型雄性不育败育过程与交替氧化酶（AOX1）基因表达的关系,利用荧光定量技术分析了小麦交替氧化酶基因家族AOX1基因（AOX1a和AOX1c）在K型遗传型不育系[ms（Kots）-90-110]、K型不育系和恢复系杂交后经多代回交选育的可育系（BC5F1）以及杀雄剂SQ-1诱导的BC5F1小麦生理型雄性不育系的旗叶和花药（单核期、二核期、三核期）中的表达情况。结果表明,AOX1a基因在供试可育系（BC5F1）和遗传型不育系[ms（Kots）-90-110]中的表达规律一致,都表现为旗叶中的表达量较少,花药单核期表达量最高,二核期和三核期表达量下降;SQ-1诱导的生理型不育系中AOX1a基因在旗叶中表达量也最少,花药单核期表达量最高,二核期表达量减少,但三核期略呈上升;与其他2个材料相比较,生理型不育系的单核期AOX1a基因的表达量极显著增加,二核期极显著降低。AOX1c基因在3个材料各时期的表达规律一致,都表现为先升后降;但在表达量上,可育系与生理型不育系各时期的表达量两者几乎没有差异,遗传型不育系中的单核期表达量极显著低于可育系和生理型不育系。推测,AOX1a基因在生理型不育系单核期和二核期的异常表达,可能影响了花药发育过程中抗氰呼吸途径,导致呼吸代谢紊乱,引起花药败育;AOX1c基因没有参与生理型不育的代谢调节。     

水稻空间诱变雄性不育新种质的细胞学研究

通过对空间诱变产生的雄性不育新种质WS-3-1 及其亲本特籼占13和一般品种IR36花粉形成发育过程的深入研究,发现WS-3-1 是一份无花粉型的雄性不育新种质,不育性稳定,不受光温条件影响。其败育机理是花药中层在小孢子母细胞早间期开始液泡化,过早降解,引起绒毡层过早退化,使绒毡层无法正常行使功能,导致小孢子母细胞粘连并在二分体时期解体,无法形成花粉。初步认为空间致变作用是明显的,会诱导一些特殊的变异。     

短光低温不育水稻宜DS花粉败育的细胞学观察

从细胞学的角度，对比了短光低温不育水稻宜DS不育和可育材料的花粉发育过程。结果得到，短光低温不育水稻宜DS在减数分裂期和单核花粉期均出现异常现象，但花粉败育主要发生在单核花粉期，属于典败类型：同时不育宜DS花粉败育过程中的异常表现常伴随着花药绒毡层细胞的异常活动，绒毡层细胞出现提前解体现象，认为不育宜DS的花粉败育可能与绒毡层细胞的异常密切相关。     

玉米细胞质雄性不育系JnA的育性遗传分析及分组鉴定

通过对玉米细胞质雄性不育系JnA的花药、花粉形态观察,恢保关系鉴定,F2代育性分离观察及F1代花粉碘液染色镜检,初步确定JnA应属于S组细胞质雄性不育。从JnA×恢313的F2出现少量不育株和半恢株的情况看,JnA不育性的恢复既受主效基因控制,又受微效多基因控制。细胞学观察发现,JnA的败育时期发生在单核晚期至二核花粉期,败育发生与绒毡层解体异常有关。     

小麦 TaWRKY51基因的克隆及其参与SQ-1诱导小麦花粉败育过程的表达模式研究

为进一步深入解析化学杂交剂SQ-1诱导小麦花粉败育的机理,本研究从SQ-1诱导的生理型雄性不育系PHYMS-1376及其对照可育系CK-1376各时期花药转录组测序筛选出差异表达基因TraesCS1D02G362900.1,与小麦基因组数据库比对发现,该基因编码的氨基酸与 TaWRKY51同源度为97%,说明该差异表达基因为 TaWRKY51对其进行生物信息学分析、亚细胞定位、转录激活活性与花药表达模式研究,结果表明, TaWRKY51开放阅读框全长663 bp,可编码220个氨基酸,含有WRKY结构域和锌指结构,分子量约为23.34 kD,等电点为6.42;启动子区包含与光响应、茉莉酸甲酯响应、脱落酸响应等7类顺式作用元件,且TaWRKY51蛋白被定位在细胞核内,具有一定的转录激活活性;与CK-1376相比,PHYMS-1376植株花药中 TaWRKY51的表达量在5个发育时期均高于CK-1376,且在四分体时期、单核晚期、二核期和三核期与CK-1376的差异均达极显著水平,表明该基因与PHYMS-1376花粉败育密切相关。