光敏核不育水稻花粉發(fā)育的細(xì)胞學(xué)研究與PCD檢測(cè).pdf

1、光敏核不育水稻農(nóng)墾58S(PSGMS)具有在長(zhǎng)日高溫下雄性不育，短日低溫下可育的特點(diǎn)，是培育雜交稻的重要育種資源，也是研究植物雄性不育機(jī)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(zhǎng)日和短日條件下花粉和花藥壁的發(fā)育過(guò)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(xì)胞學(xué)特征；同時(shí)還比較了農(nóng)墾58S和農(nóng)墾58N在長(zhǎng)日條件下，不同遺傳背景造成育性差異的細(xì)胞學(xué)特點(diǎn)。通過(guò)TUNEL檢測(cè)，探索了絨氈層細(xì)胞的PCD的進(jìn)程

2、以及與花粉敗育的關(guān)系。本試驗(yàn)從細(xì)胞學(xué)角度確定了雄性敗育的起始時(shí)期和穩(wěn)定出現(xiàn)的異常表現(xiàn)，為全面認(rèn)識(shí)光敏核不育水稻雄性不育的機(jī)理，以及克隆不育基因提供細(xì)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(zhǎng)日條件下的農(nóng)墾58N，花藥壁和花粉的發(fā)育過(guò)程正常，具有相同的發(fā)育特征。造孢細(xì)胞時(shí)期，花粉囊壁的4個(gè)層次形成，此后絨氈層細(xì)胞逐漸增大體積并形成多核，細(xì)胞形態(tài)結(jié)構(gòu)清晰完整，一直維持到花粉母細(xì)胞減數(shù)分裂后小孢子釋放時(shí)，在

3、單核花粉時(shí)期絨氈層開(kāi)始退化，通常在二細(xì)胞時(shí)期完全解體。花粉母細(xì)胞減數(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(lái)形成單核花粉，經(jīng)過(guò)2次有絲分裂形成正?？捎?細(xì)胞成熟花粉(含2個(gè)精子和1個(gè)營(yíng)養(yǎng)細(xì)胞)。觀察到少數(shù)農(nóng)墾58S花藥中有6個(gè)花粉囊的形成，藥隔組織中形成2個(gè)維管束等異?，F(xiàn)象。 2．長(zhǎng)日條件下農(nóng)墾58S的花粉和花藥壁的發(fā)育與正?？捎幕ǚ酆突ㄋ幭啾?，出現(xiàn)了明顯的細(xì)胞學(xué)異常現(xiàn)象。農(nóng)墾58S雄性敗育起始于花粉母細(xì)胞形成期，

4、主要表現(xiàn)是絨氈層細(xì)胞出現(xiàn)細(xì)胞質(zhì)空泡化、細(xì)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(xì)胞雖然有少數(shù)出現(xiàn)異常，但大多數(shù)能夠通過(guò)減數(shù)分裂，花粉敗育持續(xù)進(jìn)行，終結(jié)于單核晚期，形成典敗型花粉；絨氈層細(xì)胞雖然提前降解，但解體過(guò)程緩慢，一直持續(xù)到花粉發(fā)育后期，致使單核花粉無(wú)法得到發(fā)育所需要的各種營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)而敗育。 我們?cè)诖罅坑^察的基礎(chǔ)上，統(tǒng)計(jì)出農(nóng)墾58S水稻在長(zhǎng)日條件下花粉不同發(fā)育時(shí)期異常率的分布，找出了主要異常類(lèi)型?；ǚ勰讣?xì)胞形成期6

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

6、細(xì)胞啟動(dòng)了PCD進(jìn)程。農(nóng)墾58S長(zhǎng)日條件下，在花粉母細(xì)胞時(shí)期，檢測(cè)到絨氈層細(xì)胞的核DNA片段化，標(biāo)志著絨氈層細(xì)胞PCD的發(fā)生比正?？捎ㄋ幪嵩缌?-3個(gè)發(fā)育階段；在一些花粉母細(xì)胞中也檢測(cè)到DNA片段化的信號(hào)；在農(nóng)墾58S的單核期，還檢測(cè)到藥隔維管束細(xì)胞的PCD信號(hào)。 4．穎花長(zhǎng)度與花粉發(fā)育時(shí)期具有一定的相關(guān)性。本文測(cè)量了農(nóng)墾58N水稻的穎花長(zhǎng)度，并與其內(nèi)部發(fā)育階段相對(duì)應(yīng)，得到二者的具體對(duì)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(zhǎng)日條件下雄性敗育起始于花粉母細(xì)胞形成期，在發(fā)育過(guò)程中持續(xù)進(jìn)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(xì)胞過(guò)早的PCD有關(guān)，提前啟動(dòng)細(xì)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(wú)法形成外壁；因配子體與孢子體細(xì)胞的互作，敗育的單核花粉不能正常行使功能，使絨氈層細(xì)胞無(wú)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(lèi)型，花粉敗育主要由絨氈層細(xì)胞功能異常所