光敏核不育水稻花粉發(fā)育的細胞學(xué)研究與PCD檢測.pdf

1、光敏核不育水稻農(nóng)墾58S(PSGMS)具有在長日高溫下雄性不育，短日低溫下可育的特點，是培育雜交稻的重要育種資源，也是研究植物雄性不育機理的良好試材。本研究應(yīng)用石蠟切片技術(shù)和半薄切片技術(shù)，觀察了58S在長日和短日條件下花粉和花藥壁的發(fā)育過程，比較了相同遺傳背景下育性受光周期調(diào)控而表現(xiàn)出的不同細胞學(xué)特征；同時還比較了農(nóng)墾58S和農(nóng)墾58N在長日條件下，不同遺傳背景造成育性差異的細胞學(xué)特點。通過TUNEL檢測，探索了絨氈層細胞的PCD的進程

2、以及與花粉敗育的關(guān)系。本試驗從細胞學(xué)角度確定了雄性敗育的起始時期和穩(wěn)定出現(xiàn)的異常表現(xiàn)，為全面認識光敏核不育水稻雄性不育的機理，以及克隆不育基因提供細胞學(xué)證據(jù)。 主要研究結(jié)果如下： 1．短日條件下的農(nóng)墾58S和長日條件下的農(nóng)墾58N，花藥壁和花粉的發(fā)育過程正常，具有相同的發(fā)育特征。造孢細胞時期，花粉囊壁的4個層次形成，此后絨氈層細胞逐漸增大體積并形成多核，細胞形態(tài)結(jié)構(gòu)清晰完整，一直維持到花粉母細胞減數(shù)分裂后小孢子釋放時，在

3、單核花粉時期絨氈層開始退化，通常在二細胞時期完全解體?；ǚ勰讣毎麥p數(shù)分裂形成小孢子四分體，隨后小孢子從四分體中釋放出來形成單核花粉，經(jīng)過2次有絲分裂形成正?？捎?細胞成熟花粉(含2個精子和1個營養(yǎng)細胞)。觀察到少數(shù)農(nóng)墾58S花藥中有6個花粉囊的形成，藥隔組織中形成2個維管束等異常現(xiàn)象。 2．長日條件下農(nóng)墾58S的花粉和花藥壁的發(fā)育與正常可育的花粉和花藥相比，出現(xiàn)了明顯的細胞學(xué)異?，F(xiàn)象。農(nóng)墾58S雄性敗育起始于花粉母細胞形成期，

4、主要表現(xiàn)是絨氈層細胞出現(xiàn)細胞質(zhì)空泡化、細胞核模糊等異常形態(tài)，預(yù)示其退化解體提前發(fā)生；花粉母細胞雖然有少數(shù)出現(xiàn)異常，但大多數(shù)能夠通過減數(shù)分裂，花粉敗育持續(xù)進行，終結(jié)于單核晚期，形成典敗型花粉；絨氈層細胞雖然提前降解，但解體過程緩慢，一直持續(xù)到花粉發(fā)育后期，致使單核花粉無法得到發(fā)育所需要的各種營養(yǎng)物質(zhì)而敗育。 我們在大量觀察的基礎(chǔ)上，統(tǒng)計出農(nóng)墾58S水稻在長日條件下花粉不同發(fā)育時期異常率的分布，找出了主要異常類型?；ǚ勰讣毎纬善?

5、0％左右的農(nóng)墾58S花粉囊的絨氈層細胞出現(xiàn)形態(tài)異常；多數(shù)花粉囊內(nèi)花粉母細胞減數(shù)分裂過程正常，但19％的花粉囊內(nèi)花粉母細胞出現(xiàn)原生質(zhì)稀薄空泡化、細胞之間粘連等異?，F(xiàn)象。 3．TUNEL的原位檢測結(jié)果顯示，農(nóng)墾58N長日條件下在花藥和花粉發(fā)育早期，未檢測到絨氈層等藥壁細胞和花粉母細胞的DNA片段化，即沒有出現(xiàn)細胞程序性死亡(Programed Cell Death，PCD)，在單核花粉中期檢測到絨氈層細胞的PCD信號，表明此時絨氈層

6、細胞啟動了PCD進程。農(nóng)墾58S長日條件下，在花粉母細胞時期，檢測到絨氈層細胞的核DNA片段化，標志著絨氈層細胞PCD的發(fā)生比正?？捎ㄋ幪嵩缌?-3個發(fā)育階段；在一些花粉母細胞中也檢測到DNA片段化的信號；在農(nóng)墾58S的單核期，還檢測到藥隔維管束細胞的PCD信號。 4．穎花長度與花粉發(fā)育時期具有一定的相關(guān)性。本文測量了農(nóng)墾58N水稻的穎花長度，并與其內(nèi)部發(fā)育階段相對應(yīng)，得到二者的具體對應(yīng)關(guān)系，為相關(guān)研究的田間取材提供形態(tài)學(xué)依據(jù)

7、。 結(jié)論：光敏核不育水稻農(nóng)墾58S在長日條件下雄性敗育起始于花粉母細胞形成期，在發(fā)育過程中持續(xù)進行，終結(jié)于單核晚期，形成典敗型花粉；花粉敗育與絨氈層細胞過早的PCD有關(guān)，提前啟動細胞凋亡的絨氈層不能合成和分泌孢粉素等物質(zhì)，使單核花粉無法形成外壁；因配子體與孢子體細胞的互作，敗育的單核花粉不能正常行使功能，使絨氈層細胞無法快速解體，最終單核花粉在發(fā)育后期崩解死亡。農(nóng)墾58S屬于孢子體雄性不育類型，花粉敗育主要由絨氈層細胞功能異常所