塔羅科血橙新系(Citrus sinensis Osbeck)有性生殖過(guò)程及無(wú)核機(jī)理探討.pdf

1、有性生殖是植物生活史中最關(guān)鍵的環(huán)節(jié),也是人們一直關(guān)注的研究熱點(diǎn)。其研究涉及較多的學(xué)科領(lǐng)域,主要包含授粉、受精、胚胎發(fā)育等一系列重要事件。塔羅科血橙新系是由中國(guó)農(nóng)科院柑橘研究所從意大利品種塔羅科血橙實(shí)生苗珠心系后代中選育出來(lái)的優(yōu)變無(wú)性系,具有無(wú)核、果大、晚熟、質(zhì)優(yōu)、抗寒等特點(diǎn)。目前基于該品種的相關(guān)研究報(bào)道較少,僅有少量關(guān)于栽培技術(shù)的研究,其有性生殖相關(guān)的研究尚屬空白;而偶然的研究發(fā)現(xiàn),塔羅科血橙新系人工自交能產(chǎn)生較多的種子,這與天然自交的

2、結(jié)果有極大的差異。因此,揭示其有性生殖過(guò)程、探明其無(wú)核機(jī)理,將對(duì)塔羅科血橙新系乃至柑橘生殖生物學(xué)的相關(guān)研究都有重要的科學(xué)意義,也對(duì)無(wú)核新系的生產(chǎn)實(shí)踐有重要的參考意義。本研究以塔羅科血橙新系為試材,通過(guò)雌雄配子發(fā)育、授粉受精過(guò)程及雜種后代鑒定等研究,以揭示其有性生殖過(guò)程及無(wú)核機(jī)理。其主要的研究結(jié)果如下:
　　 通過(guò)連續(xù)石蠟切片,對(duì)塔羅科血橙新系花藥的發(fā)育進(jìn)行觀察。結(jié)果表明:塔羅科血橙新系的花藥呈蝶形,具有4個(gè)花粉囊,藥室由內(nèi)到外分

3、為絨氈層(1-2層細(xì)胞)、藥室內(nèi)壁(單層細(xì)胞)和中層(2-3層細(xì)胞)3層組織構(gòu)成,囊壁外由單層的表皮層細(xì)胞包裹。在花藥發(fā)育的過(guò)程中,存在絨氈層退化延遲和退化不徹底;部分單核期小孢子無(wú)法發(fā)育到雙核期:少數(shù)小孢子超前發(fā)育成成熟花粉等異?，F(xiàn)象,這些異?，F(xiàn)象影響到小孢子成熟的過(guò)程。
　　 利用改良小孢子涂片法對(duì)塔羅科血橙新系小孢子母細(xì)胞減數(shù)分裂的過(guò)程進(jìn)行了觀察。結(jié)果表明:減數(shù)分裂過(guò)程中存在的大量的異常情況,雙線期和終變期存在單價(jià)體(63

4、.93%)、三價(jià)體(21.46%)和多價(jià)體(26.94%)等聯(lián)會(huì)異常;中期Ⅰ存在染色體落后(13.27%);后期I存在染色體落后(1.78%)、不均等分裂(8.28%)和染色體橋(12.72%);末Ⅰ存在不均等分裂(4.63%)和染色體落后(1.85%);中Ⅱ存在染色體落后(4.17%);四分體時(shí)期存在二分體(2.99%)和三分體(5.79%)。同時(shí)還發(fā)現(xiàn)多倍化細(xì)胞分裂的少數(shù)過(guò)程,并發(fā)現(xiàn)在多倍化的細(xì)胞中期存在聯(lián)會(huì)的異?，F(xiàn)象。在諸多異常的

5、現(xiàn)象中,聯(lián)會(huì)異常的高頻出現(xiàn),甚至無(wú)法觀察到正常聯(lián)會(huì)的9對(duì)二價(jià)體的現(xiàn)象最為突出,并且推斷染色體聯(lián)會(huì)異常是導(dǎo)致塔羅科血橙新系花粉低育性的主要原因。
　　 對(duì)小孢子的發(fā)育過(guò)程觀察表明,塔羅科血橙新系雄性配子可以完成整個(gè)發(fā)育過(guò)程形成成熟的花粉粒,并最終在花粉管中形成2個(gè)精細(xì)胞。
　　 通過(guò)掃描電子顯微鏡對(duì)塔羅科血橙新系的成熟花粉掃描觀察發(fā)現(xiàn),正常的花粉成長(zhǎng)球形或近圓形,長(zhǎng)圓形花粉大小約為27μm×19μm;近圓形花粉大小約為25

6、μm×23μm。具有4條萌發(fā)溝,極面觀4瓣裂圓形,見4溝和孔;赤道面觀呈長(zhǎng)圓形或近圓形,見1～2溝和孔,溝狹長(zhǎng),中部可見突出的孔膜;溝長(zhǎng)約為18μm。表面具細(xì)網(wǎng)裝紋飾,網(wǎng)眼呈圓形,較淺且大小不一;網(wǎng)脊平寬光滑。根據(jù)埃爾德曼的NPC分類系統(tǒng),塔羅科血橙新系屬于N4P4C5型。同時(shí)還發(fā)現(xiàn)存在大量的畸形花粉(48.3%),并將畸形花粉歸結(jié)為萌發(fā)溝分布異常、表面不均等塌陷、碗碟形和楊桃形4種類型。并推測(cè)這是前期發(fā)育異常所致。
　　 通過(guò)

7、去壁低滲-火焰干燥法制片確定塔羅科血橙新系體細(xì)胞為二倍體(2n=2x=18),表明其無(wú)核非倍性所致;且進(jìn)一步利用流式細(xì)胞術(shù)對(duì)其花粉相對(duì)DNA含量測(cè)定發(fā)現(xiàn),相對(duì)DNA含量與對(duì)照均呈正態(tài)分布,含量曲線基本一致,表明塔羅科血橙新系所產(chǎn)生花粉多為n配子,而其無(wú)核不全由異常雄配子造成。
　　 塔羅科血橙新系平均單個(gè)花藥的花粉含量為1.24×104粒,按照每朵花22～24個(gè)花藥計(jì)算,每朵花有2.7×105～3.0×105?；ǚ?相對(duì)較低。通

8、過(guò)I2-KI染色其活力為36.8%,而離體萌發(fā)率為0.61%,也即每朵花有萌發(fā)力的花粉僅為1664.08～1815.36,顯著低于其他有核的品種,屬于低育型的花粉。推測(cè)花粉活力低下是塔羅科血橙新系無(wú)核原因之一。
　　 通過(guò)連續(xù)石蠟切片,對(duì)塔羅科血橙新系胚囊觀察發(fā)現(xiàn),塔羅科血橙新系的子房分為10-11個(gè)心室,每室內(nèi)有4-6個(gè)胚珠分兩排縱向平行排列倒生于心室內(nèi)。成熟的胚珠呈蓼型,由株柄、珠心、胚囊和兩層珠被構(gòu)成。此外塔羅科血橙新系的

9、成熟子房中,有胚囊退化現(xiàn)象發(fā)生,推測(cè)部分雌配子的敗育也是塔羅科血橙新系無(wú)核原因之一。
　　 通過(guò)塔羅科血橙新系花藥開裂和花柱粘液的觀察,發(fā)現(xiàn)花藥在開花1天后才有部分花藥開裂釋放花粉;柱頭在開花前2天至開花當(dāng)天具有較高的可授性,而1天后就表現(xiàn)出較明顯風(fēng)干跡象,可授性降低;此外,通過(guò)花粉原位萌發(fā)試驗(yàn)觀察發(fā)現(xiàn),人工授粉的柱頭上萌發(fā)的花粉量遠(yuǎn)高于天然授粉;而其人工自交和雜交后,其花粉在授粉后2d均可以完成穿柱過(guò)程。表明塔羅科血橙新系的花

10、粉育性雖然較低,但是具有完成授粉受精過(guò)程的潛力。此外,對(duì)塔羅科血橙新系自然授粉和人工授粉發(fā)現(xiàn),自然授粉的塔羅科血橙新系單個(gè)果實(shí)平均種子數(shù)為0.33粒,表現(xiàn)出了較好的無(wú)核形狀;但是在進(jìn)行人工自交或雜交授粉時(shí),單果平均種子數(shù)為4粒以上。由此推斷,自然授粉狀況下,花藥開裂遲而柱頭粘液風(fēng)干較快使可授性降低,是影響人工授粉和天然授粉種子產(chǎn)生數(shù)量差異的原因之一,也是塔羅科血橙新系無(wú)核的重要原因。
　　 綜上所述,塔羅科血橙新系雌、雄配子在發(fā)