湖南农业大学学报（自然科学版） ２０１４年２月第４０卷第１期 Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｈｕｎａｎ Ａ ￣ｒｉｃｕｌｔｕｒａｌ Ｕｎｉｖｅｒｓｉ ，（Ｎａｔｕｒａｌ Ｓｃｉｅｎｃｅｓ），Ｆｅｂ．２０１４，４０（１）：１３－１８ ＤＯＩ：１０．１３３３１／ｊ．ｃｎｋｉｊ．ｈａｕ．２０１４．０１．００３ 投稿网址：ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．ｈｕｎａｕ．ｎｅｆｆｑｋｓ 不同类型雄性不育苎麻细胞学机理研究 薛丽君 ，邢虎成 ， ，马艳玲 （１．湖南农业大学苎麻研究所，湖南长沙４１０１２８；２．湖南省种质资源创新与资源利用重点实验室，湖南长沙 ４１０１２８） 摘 要：为探明苎麻雄性不育材料和可育材料在花芽分化和花药发育上的差异，选取不可育材料雄化萎缩型同青 ５号、花被不开裂型弯子苎麻、花粉不育型黄，，Ｊ－ｍｒ和可育材料中苎１号（对照），采用常规石蜡切片技术对其进行 雄花花芽发育形态比较。结果表明：３种雄性不育苎麻花芽发育较可育苎麻中苎１号快，在花芽发育到０．３～０．５ ｃｍ 时，已完成了雌、雄蕊的分化。参照可育苎麻材料的花芽分化和花药发育，推测３种雄性不育材料不育的原 分 别为园青５号花芽在分化出花药和花丝后，花药不会继续分化形成花粉囊，而是变形萎缩甚至消失形成空腔；弯 子苎麻在花粉分化阶段花被木质化严重；黄小叶花粉囊不破裂，花粉粒颜色逐渐变深，花丝发育异常。 关键词：苎麻；雄性不育；细胞学；石蜡切片观察 中图分类号：￥５６３．１０１ 文献标志码：Ａ 文章编号：１００７—１０３２（２０１４）０１—００１３—０６ Ｃｙｔｏｌｏｇｉｃａｌ ｍｅｃｈａｎｉｓｍ ｏｆ ｓｔｅｒｉｌｉｔｙ ｉｎ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ｔｙｐｅｓ ｏｆ ｍａｌｅ ｓｔｅｒｉｌｅ ｒａｍｉｅ ＸＵＥ Ｌｉ－ｊｕｎ ，ＸＩＮＧ Ｈｕ—ｃｈｅｎｇ ＇ ，ＭＡ Ｙａｎ—ｌｉｎｇ （１．Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ ｏｆ Ｒａｍｉｅ，Ｈｕｎａｎ Ａｇｒｉｃｕｌｕｒｔａｌ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｃｈａｎｇｓｈａ ４１０１２８，Ｃｈｉｎａ；２．Ｈｕｎａｎ Ｐｒｏｖｉｎｃｉａｌ Ｋｅｙ Ｌａｂｏｒａｔｏｒｙ ｏｆ Ｃｏｒｐ Ｇｅｒｍｐｌａｓｍ Ｉｎｎｏｖａｔｉｏｎ ａｎｄ Ｕｔｉｌｉｚａｔｉｏｎ，Ｃｈａｎｇｓｈａ ４１０１２８，Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｏ ｉｎｖｅｓｔｉｇａｔｅ ｔｈｅ ｄｉｆｆｅｒｅｎｃｅｓ ｉｎ ｆｌｏｗｅｒ ｂｕｄ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｔｉｏｎ ａｎｄ ａｎｔｈｅｒ ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ ｂｅｔｗｅｅｎ ｍａｌｅ ｓｔｅｒｉｌｅ ａｎｄ ｆｅｒｔｉｌｅ ｍａｔｅｒｉａｌｓ ｏｆｒａｍｉｅ，ｍａｌｅ ｓｔｅｒｉｌ ｒａｍｉｅ ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ ｍａｌｅ ｌｆｏｗｅｒ ａｔｒｏｐｈｉｃ ｔｙｐｅ（Ｙｕａｎｑｉｎｇ Ｎｏ．５），ｍａｌｅ ｌｆｏｗｅｒ ｉｎｄｅｈｉｓｃｅｎｔ ｔｙｐｅ（Ｗａｎｚｉ ｒａｍｉｅ），ｐｏｌｌｅｎ ｓｔｅｒｉｌｉｙｔ ｔｙｐｅ（Ｈｕａｎｇｘｉａｏｙｉｅ）ａｎｄ ｆｅｒｔｉｌｅ ｒａｍｉｅ Ｚｈｏｎｇ Ｚｈｕ Ｎｏ．１（ｃｏｎｔｒｏ１）ｗｅｒｅ ｓｅｌｅｃｔｅｄ ｔｏ ｃｏｍｐａｒｅ ｔｈｅ ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ ｏｆ ｍａｌｅ ｆｌｏｗｅｒ ｂｕｄｓ ｂｙ ｐａｒａｆｉｎ ｓｅｃｔｆｉｏｎ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ．Ｔｈｅ ｒｅｓｕｌｔｓ ｓｈｏｗｅｄ ｔｈａｔ ｆｌｏｗｅｒ ｂｕｄｓ ｏｆ ｍａｌｅ ｓｔｅｒｉｌ ｒａｍｉｅ ｄｅｖｅｌｏｐ ｆａｓｔｅｒ ｔｈａｎ Ｚｈｏｎｇｚｈｕ Ｎｏ．１．Ｗｈｅｎ ｔｈｅ ｆｌｏｗｅｒ ｂｕｄｓ ａｒｅ ０．３—０．５ ｃｍ ｌｏｎｇ，ｔｈｅ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｔｉｏｎ ｏｆ ｐｉｓｔｉｌ ａｎｄ ｓｔａｍｅｎ ａｒｅ ｃｏｍｐｌｅｔｅｄ．Ｉｔ ｉｓ ｓｐｅｃｕｌａｔｅｄ ａｃｃｏｒｄｉｎｇ ｔｏ ｔｈｅ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｔｉｏｎ ｏｆ ｌｏｗｅｒ ｆｂｕｄｓ ａｎｄ ａｎｔｈｅｒ ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ ｏｆ Ｚｈｏｎｇ Ｚｈｕ Ｎｏ．１ ｔｈａｔ ｔｈｅ ｃａｕｓｅ ｏｆ ｍａｌｅ ｓｔｅｒｉｌ ｆｏｒ Ｙｕａｎｑｉｎｇ Ｎｏ．５ ｗａｓ ａｆｔｅｒ ｄｉｆｅｒｅｎｔｉａｔｉｏｎ ｏｆ ａｎｔｈｅｒ ａｎｄ ｆｌａｍｅｎｔ，ａｎｔｈｅｒ ｗｏｕｌｄｎ’ｔ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｔｅ ｔｏ ｆｏｒｍ ｐｏｌｌｅｎ ｓａｃ，ｂｕｔ ｕｎｄｅｒｇｏ ａｔｒｏｐｈｙ，ｏｒ ｅｖｅｎ ｄｉｓａｐｐｅａｒ ａｎｄ ｆｏｒｍ ｃａｖｉｔｙ；ｆｏｒ Ｗａｎｚｉ Ｒａｍｉｅ，ｔｈｅ ｃａｕｓｅ ｗａｓ ｓｅｒｉｏｕｓ ｌｉｇｎｉｉｅｄ ｐｅｒｉｆａｎｔｈ ｉｎ ｔｈｅ ｓｔａｇｅ ｏｆ ｐｏｌｌｅｎ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｔｉｏｎ，ｆｏｒ ｈｕａｎｇｘｉａｏｙｉｅ ｔｈｅ ｕｎｒｕｐｔｕｒｅｄ ｐｏｌｌｅｎ ｓａｃ， ａｂｎｏｒｍａｌ ｉｎｔｕｍｅｓｃｅｎｃｅ ｏｆ ｉｌｆａｍｅｎｔ ａｎｄ ｔｈｅ ｄａｒｋｅｎｅｄ ｃｏｌｏｕｒ ｏｆｐｏｌｌｅｎ ｇｒａｉｎ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｒａｍｉｅ；ｍａｌｅ ｓｔｅｒｉｌｉｔｙ；ｃｙｔｏｌｏｇｙ；ｐａｒａｆｉｎ ｆｓｅｃｔｉｏｎ ｏｂｓｅｒｖａｔｉｏｎ 自２０世纪初以来，在各种作物上已先后发现了 性不育研究始于２０世纪６０年ｆ＇Ｃｌ 。目前，发现有２ 雄性不育现象。利用雄性不育已经生产了水稻、棉 花、油菜、甘蓝等作物的杂交种 。中国苎麻雄 种雄性不育类型：①由细胞核控制的雄性不育 ； ②核一质互作雄性不育 。 收稿日期：２０１３￣）５－２８ 基金项目：国家自然科学基金青年项目（３１１０１０９８）；湖南省自然科学基金青年项目（１１ＪＪ４０２５） 作者简介：薛ｇｇ．，￣（ｉ１９９０－－），女，甘肃平凉人，硕士研究生，主要从事作物遗传育种研究，ｘｕｅｌＯｕｎ０１２８＠１６３．ｃｏｍ； 通信作者，ｘｈｃｓｏｌｄｉｅｒ ＠１６３．ｃｏｍ １４ 湖南农业大学学报（自然科学版）刘飞虎等 ］报道了蛋白质和氨基酸等的差异可 能是导致苎麻雄性不育的原因。宋军等［９ １０］报道物 质（可溶性糖、淀粉、可溶性蛋白质和游离脯氨酸） 代谢和同工酶代谢差异是不育系、恢复系之间的主 要差异。段继强等【ｌｌＪ报道不育系嘶 基因的序列 变异和（或）异常表达可能与苎麻细胞质雄性不育关 系密切。 笔者所在课题组对黑皮蔸ＭＳ系列和大叶绿ＭＳ 系列等２１份雄性不育种质进行了田问观察、花粉活 力测定、自交种子发芽试验和天然杂交种子发芽试 验，结果将湖南农业大学苎麻研究所收集的２ １份苎 麻种质归为４类，即雄花萎缩型、雄花不开裂型、 花粉不育型、待定型Ｉ１ 。在此基础上，笔者对雄花 萎缩型、雄花不开裂型、花粉不育型雄性不育株的 花芽分化和花药发育过程进行观察，并与可育材料 进行比较，分析不育系的花药败育时期和发育特 点，旨在为探索苎麻雄性不育的机理及今后将苎麻 不育种质应用于生产实践提供参考数据。 １材料与方法 １．１ 供试苎麻 雄性不育材料雄花萎缩型种质圆青５号、花被 不开裂型种质弯子苎麻和花粉不育型种质黄小叶。 雄性可育材料中苎ｌ号。以上材料均来自湖南农业 大学耘园试验基地，栽培时间为３年以上，每种质 １小区，不设重复，常规管理。 １．２方法 １．２．１取样与固定 从孕蕾期开始取样，直到开花为止，放于青霉 素小瓶中，用ＦＡＡ（５０％￣醇８９ ｍＬ＋６ ｍＬ冰醋酸＋５ ｍＬ福尔马林＋５ ｍＬ甘油）固定，于４℃冰箱中保存。 每次取样记录花芽大小、取样时间并给样本编号ｆ表 １）。由于不同品种苎麻开花时间不同，因此本试验 是以花芽长度作为取样的标准。 １．２．２石蜡切片观察 固定的材料采用常规石蜡切片法制成永久切 片，切片厚度９ ｇｍ，番红一固绿染色，中性树胶封 片，在奥林巴斯ＢＸ５１型光学显微镜下观察并拍照。 ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．ｈｕｎａｕ．ｎｃｔ／ｑｋｓ ２０１４年２月 表１ 取样时间及花芽长度 Ｔａｂｌｅ １ Ｓａｍｐｌｉｎｇ ｔｉｍｅ ａｎｄ ｌｆｏｗｅｒ ｂｕｄ ｓｉｚｅ ２结果与分析 ２．１ 雄性可育中苎１号雄花的形成与发育 雄花花芽由茎下部叶腋的副芽形成。雄花花芽 分化分为花序分化期、花被形成期、雌雄蕊形成期 和雌雄蕊分化期。花序分化时，副芽顶端细胞分裂 加快，使尖端横径加宽，形成花序原始体，它可分 化出花序轴和许多分支轴，在花轴分支的周围会分 化出５～９个小突体，即为雄花的原始体（图１＿Ａ）。继 续分化，花的原始体继续膨大，其基部产生花被原 基突起，逐渐向花的顶部伸长，形成花蕊的一种保 护机构（图１＿Ｂ）。当花被伸长并向顶部包围时，呈圆 锥状的花原基中央突起就是雌、雄原始体，以后圆 锥状的中央突起形成雌蕊原始体，而圆锥状的基部 出现４个小突起，即为雄蕊原始体（图ｌ—ｃ）。苎麻雄 花中的雌蕊珠心原始体，并不随着整个花的发育继 １８ 湖南农业大学学报（自然科学版）育系Ｇｓ１４－１雄蕊发育受阻于雌雄蕊原基分化期或花 药形成初期，可能与取样时间和花的大小有关。 绒毡层细胞为小孢子发育提供营养物质＿２…，并 在减数分裂后适时分泌胼胝质，使小孢子分离。绒 毡层提前解体而无法给小孢子的发育提供营养物 质，会导致花粉失去膏Ｉ生，而在减数分裂后，绒毡 层没有适时的分泌胼胝质使小孢子分离，也会导致 花粉败育 。本试验中花粉不育型黄小叶小孢子败 育可能是花药发育过程中绒毡层异常导致的。另外 在开花时，花被上部展开，花丝弹直，将药室弹开， 花粉粒外扬，在试验中看到雄性不育苎麻黄小叶中 花丝发育异常，这是否会导致苎麻雄性不育需要进 一步研究。 植物雄性不育系花药中的维管束出现异常现 象，在番茄、小麦、高粱、水稻等作物中均有报道， 并认为药隔维管束出现的异常现象与花粉的败育 有一定关系。此外，维管束是植物体的输导组织， 如发育不良则直接影响物质的交换和运转，从而影 响小孢子的发育【２引。在本试验中，观察到花被不开 裂型弯子苎麻的维管组织出现木质化现象，可以认 为维管组织的异常现象是造成花粉败育的原因之 一。雄花萎缩型园青５号的败育也可能与维管束异 常有关。维管束异常可能导致花药在发育过程中缺 乏某种物质而发生畸变。 本研究从形态学方面阐述了苎麻雄性不育材 料雄花花芽的发育特点，要进一步探索苎麻雄性不 育的细胞学机理则要从绒毡层、细胞核、减数分裂、 四分体等方面做更细致的观察。 参考文献： ［１］ 朱四元，陈金湘．棉花雄性不育系的选育及不育机理 的研究进展［Ｊ］．江西棉花，２００４，２６（１）：１１—１６． ［２］ 徐一兰，唐海明，官春云．油菜细胞质雄性不育的分 子生物学及杂种优势利用研究进展【Ｊ】．作物研究， ２００６，２０（５）：４４６—４５２． ［３］ 章清杞，张艳华．水稻雄性不育及不育基因定位研究 进展［Ｊ］＿亚热带农业研究，２００９，５（２）：７８—８３． ［４］ 方智远，孙培田，刘玉梅，等．甘蓝显性雄性不育系 的选育及其利用［Ｊ］．园艺学报，１９９７，２４（３）：２４９—２５４． ［５】吴刚，孙焕良，伍波，等．苎麻不育特性的研究现状 与展望［Ｊ］．作物研究，２００７，８７（Ｓ１）：６９０—６９２． ［６］ 罗来尧．苎麻杂种优势利用的初步研究［Ｊ］．中国麻作， ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．ｈｕｎａｕ．ｎｅｔ／ｑｋｓ ２０１４年２月 １ ９８４（３）：２３－２７． ［７］ 刘飞虎，梁雪妮，张寿文，等．苎麻雄性不育系育性 鉴定和遗传分析［Ｊ］．中国麻作，２０００，２２（１）：７－１０． ［８］ 刘飞虎，梁雪妮．苎麻雄性不育系生理生化特点初步 研究［Ｊ］．中国麻作，２０００，２２（３）：１７—２１． ［９］ 宋军，张中华，丁明忠，等．苎麻雄性不育材料的两 种同工酶初步分析［Ｊ］．中国麻业科学，２００８，３０（３）： １４１－１４３． ［１０］宋军，张中华，潘光堂．苎麻雄性不育材料的生理生 化特性初探［Ｊ］．热带亚热带植物学报，２００７，１ ５（５）： ４２８－４３２． ［１１】段继强，李建永，杜光辉，等．苎麻线粒体基因Ｃｏｘ 和ａｔｐＡ与细胞质雄性不育相关性分析［Ｊ］＿中国农业科 学，２００９，４２（２）：４３４—４４５． ［１２］邢虎成，揭雨成，周清明，等．苎麻雄性不育种质的 鉴定分类研究【Ｊ］．中国农学通报，２０１１，２７（１５）： １０６－１ｌ１． ［１３］张建奎，董静，宗学凤，等．温光敏核雄性不育小麦 雄性败育的细胞学观察［Ｊ］．植物遗传资源学报，２００９， １０（３）：４１１＿１４１８． ［１４］伊六喜，张辉，贾霄云，等．雄性不育和可育亚麻的 生殖期形态学与细胞学比较［Ｊ］．内蒙古农业科技， ２０１ １（６１：２１—２５． ［１５］苏小俊，高军，袁希汉，等．萝卜雄性不育系的花器 性状和形态学研究［Ｊ］．江苏农业科学，２００８（２）： １３３－１３５． ［１６］胡静静，赵静，沈向．黄金梨雄性不育的细胞学研究 ［Ｊ］．中国农学通报，２０１０，２６（２）：１８５—１８８． ［１７］莫宁捷，吕长平，成明亮，等．菏泽牡丹引种到长沙 地区后的花芽分化［Ｊ］．湖南农业大学学报：自然科学 版，２００８，３４（２）：１９３—１９５． ［１８］吕长平，成明亮，莫宁捷．长沙地区芍药花芽形态分 化研究［Ｊ］．湖南农业大学学报：自然科学版，２００９， ３５（２１：１４２－１４４，１５４． ［１９］熊少斌，杜威，龙波，等．苎麻雄性不育系与保持系 花药发育的比较观察［Ｊ］．云南大学学报：自然科学版， ２０１ １，３３（６）：７３５—７３９． ［２０］聂明建，王国槐，朱卫平．甘蓝型油菜３种类型雄性 不育系花药败育的细胞学研究［Ｊ］．中国农业科学， ２００７，４０（７）：１５４３—１５４９． ［２１］田英，李云翔，秦垦，等．宁夏枸杞雄性不育材料小 孢子发生的细胞形态学观察 西北植物学报，２００９， ２９（２）：２６３—２６８． ［２２］徐树华．水稻雄性不育系及其保持系颖花输导组织的 比较观察［Ｊ］．中国农业科学，１９８４，８（２）：１４—１８． 责任编辑：罗维 英文编辑：罗维