“大團蜜露”桃雄性不育的細胞和生理特性研究.pdf

1、桃(Amygdalus persica L.)是自花結(jié)實的樹種。但目前栽培的一些桃品種花粉敗育,加之桃花粉發(fā)育期間異常高溫導(dǎo)致花粉發(fā)育不良,造成授粉受精不良影響了桃的產(chǎn)量和品質(zhì)。因此,為克服桃雄性不育給生產(chǎn)帶來的影響和利用雄性不育資源在改善品質(zhì)方面的潛在價值,本試驗以桃雄性不育品種“大團蜜露”和可育品種“錦繡”為材料,開展了桃雄性不育的細胞和生理特性研究。首先在研究桃花粉適宜萌發(fā)條件基礎(chǔ)上,對目前栽培桃品種的花粉量及其萌發(fā)特性進行了分析

2、,鑒定了“大團蜜露”等一些品種的雄性不育性,并對其花粉敗育的時期和特征進行了研究；其次,從亞細胞水平以及熒光物質(zhì)的分布等方面研究了“大團蜜露”花粉敗育的細胞學(xué)機制；另外從生理角度,分析了Ca2+及Ca2+-ATFase分布以及激素和多胺變化與其花粉敗育的關(guān)系；最后結(jié)合桃設(shè)施栽培中的高溫問題,研究高溫對花粉育性影響及其機理。
　　 1.桃花粉萌發(fā)適宜培養(yǎng)基為10％蔗糖+0.1％硼酸+1％瓊脂,培養(yǎng)條件為25℃下暗培養(yǎng)。桃花粉量、萌

3、發(fā)率、可萌發(fā)花粉量及花粉管生長長度在基因型間存在明顯的差異,其變化范圍分別為0～3500粒/花藥、0～89.33％、0～2696粒/花藥和0.17～1.56mm,出現(xiàn)頻率經(jīng)正態(tài)分布檢驗表明均不符合正態(tài)分布。對上述各項因子分別進行了聚類分析,可萌發(fā)花粉量少且花粉管生長速度慢的品種占45.65％,其中“大團蜜露”,為無花粉類型的雄性不育品種。通過可育的蟠桃品種“玉露”和不育水蜜桃品種“大團蜜露”進行雜交,后代雄性可育植株與不育植株的比例符合

4、1:1的規(guī)律,說明“大團蜜露”雄性不育性狀是一個隱性純合體。
　　 2.“大團蜜露”從花粉母細胞減數(shù)分裂到四分體小孢子從四分體中釋放出來,與“錦繡”沒有差異?！按髨F蜜露”桃的敗育起始于單核小孢子早期,表現(xiàn)為小孢子發(fā)育緩慢、畸形,細胞質(zhì)收縮,細胞核解體,逐漸解體成空殼,然后消失。
　　 3.在透射電鏡下,“錦繡”小孢子發(fā)生和發(fā)育過程中,線粒體結(jié)構(gòu)清晰,液泡膜完整,且含有豐富的內(nèi)質(zhì)網(wǎng)、核糖體和高爾基體等細胞器,在成熟的花粉內(nèi)

5、含有大量的淀粉粒；而“大團蜜露”在小孢子母細胞時期就出現(xiàn)包裹小孢子母細胞的胼胝質(zhì)厚薄不均勻；在四分體小孢子時期內(nèi)質(zhì)網(wǎng)分布較少,之后小孢子液泡膜破損,質(zhì)體、內(nèi)質(zhì)網(wǎng)等細胞器相繼解體或退化,線粒體隨之解體,最后細胞質(zhì)開始收縮、解體,小孢子內(nèi)僅留下細胞殘骸。
　　 “錦繡”桃在四分體小孢子時期小孢子形成了良好的原外壁。在雄配子體發(fā)育過程中,其外壁迅速發(fā)育。在花粉成熟時,花粉壁由薄的內(nèi)壁及由基足層、基柱棒、覆蓋層共同組成的外壁構(gòu)成；“大團

6、蜜露”在四分小孢子時期胞內(nèi)分布的細胞器少,形成不完整的原外壁,或質(zhì)膜和原外壁分離等不良現(xiàn)象。在單核小孢子時期,外壁發(fā)育緩慢,壁上不能沉積孢粉素,形成了只有局部有基柱層的外壁,且較正常孢子的外壁??；“錦繡”小孢子外壁的熒光物質(zhì)隨雄配子體的發(fā)育而逐漸增多,在單核小孢子后期,小孢子外壁上除萌發(fā)的孔溝外沉積了均勻的熒光物質(zhì)?！按髨F蜜露”從單核小孢子產(chǎn)生后熒光沒有明顯增加,強度顯著低于對照品種,隨之出現(xiàn)變形和相互粘連等異常表現(xiàn)。
　　 “

7、大團蜜露”和“錦繡”小孢子母細胞時期的絨氈層均表現(xiàn)出細胞質(zhì)收縮,細胞間和內(nèi)切相面形成了許多空腔,細胞內(nèi)高爾基體和分泌小泡增多,內(nèi)質(zhì)網(wǎng)膨脹形成槽庫結(jié)構(gòu)；四分體時期,“錦繡”絨氈層內(nèi)分泌小泡和槽庫結(jié)構(gòu)的內(nèi)質(zhì)網(wǎng)進一步增多,并向藥室分泌大量的鳥氏體。而“大團蜜露”絨氈層細胞內(nèi)產(chǎn)生了大量的小液泡,并吞噬細胞內(nèi)含物；在小孢子剛形成時,“大團蜜露”與“錦繡”一樣出現(xiàn)結(jié)構(gòu)清晰的內(nèi)質(zhì)網(wǎng)、線粒體等細胞器.而后“錦繡”細胞質(zhì)變得稀薄,細胞器逐漸解體,在小孢子

8、發(fā)育后期,“錦繡”絨氈層細胞內(nèi)僅有油體等結(jié)構(gòu),并呈極性分布。而“大團蜜露”絨氈層細胞內(nèi)內(nèi)含物豐富,細胞內(nèi)分布有大量的質(zhì)體和淀粉粒,呈現(xiàn)出延遲解體的特征。
　　 4.運用細胞化學(xué)定位法,對雄性不育的“大團蜜露”和可育的“錦繡”桃花藥發(fā)育過程中Ca2+進行了定位?！按髨F蜜露”在小孢子母細胞膜表面積累的Ca2+沉淀顆粒明顯比“錦繡”少.在四分體時期,“錦繡”小孢子表面積累了大量的Ca2+沉淀顆粒,而“大團蜜露”的Ca2+沉淀顆粒更多地

9、分布在胼胝質(zhì)以及小孢子的細胞質(zhì)中。隨著小孢子形成和進一步發(fā)育,在“錦繡”小孢子的液泡、內(nèi)壁部位均積累了Ca2+沉淀顆粒,而“大團蜜露”小孢子中的Ca2+沉淀顆粒則更多地分布在細胞質(zhì)以及一些細胞器上,然后小孢子開始收縮解體.說明“大團蜜露”小孢子中Ca2+的異常分布與其花粉敗育有關(guān)。從小孢子母細胞開始,“錦繡”花藥絨氈層Ca2+沉淀顆粒主要分布在徑切向面和內(nèi)切向面,并不斷地向細胞間隙和藥室分泌。隨著小孢子的產(chǎn)生和發(fā)育,Ca2+沉淀顆粒分布

10、的量逐漸增多,細胞內(nèi)部也逐漸有Ca2+的分布。而不育“大團蜜露”小孢子產(chǎn)生之前,絨氈層中Ca2+沉淀顆粒明顯比對照要少；小孢子產(chǎn)生后,絨氈層表面Ca2+分布較“錦繡”多。
　　 “錦繡”四分小孢子膜上分布著少量Ca2+-ATPase,少量分布在線粒體和小液泡膜上；隨著小孢子產(chǎn)生和發(fā)育,小孢子細胞膜、內(nèi)壁以及液泡膜和線粒體等細胞器膜上Ca2+-ATPase分布逐漸增多；隨著花粉發(fā)育成熟,花粉內(nèi)膜上Ca2+-ATPase分布減少,主

11、要分布在細胞膜以及內(nèi)壁上.而“大團蜜露”四分小孢子細胞膜沒有Ca2+-ATPase的分布,隨小孢子產(chǎn)生和發(fā)育質(zhì)膜上依然未見Ca2+-ATPase黑色顆粒,在其小孢子解體過程中也沒有Ca2+-ATPase的分布?！按髨F蜜露”從小孢子母細胞時期開始,在絨氈層細胞膜和液泡膜等細胞器分布有大量的Ca2+-ATPase,隨小孢子產(chǎn)生和發(fā)育絨氈層中Ca2+-ATPase減少,隨絨氈層解體而逐漸消失。Ca2+-ATPase在絨氈層的分布部位和數(shù)量與“

12、錦繡”無明顯差異。
　　 5.從花粉母細胞到花藥成熟期,“大團蜜露”和“錦繡”花藥中游離態(tài)、可溶結(jié)合態(tài)和束縛態(tài)多胺含量的變化都呈現(xiàn)先上升后下降趨勢,游離態(tài)和束縛態(tài)多胺的最大值出現(xiàn)在單核期,而結(jié)合態(tài)多胺的峰值在四分體時期.從四分體至花藥成熟期“錦繡”花藥中游離態(tài)、結(jié)合態(tài)和束縛態(tài)多胺含量分別是“大團蜜露”的2.74～4.97、3.75～3.91和2.20～3.03倍。對不同類型的多胺含量比較發(fā)現(xiàn),可育品種“錦繡”花藥中游離態(tài),結(jié)合態(tài)

13、和束縛態(tài)Spd的絕對與相對含量都高于同形態(tài)的Put和Spm。
　　 從花粉母細胞到花藥成熟期,“大團蜜露”花藥中IAA含量持續(xù)下降,在單核花粉期和花藥成熟期花藥中IAA含量僅為“錦繡”同期的14.45％和17.38％；而“大團蜜露”花藥中的ABA含量則平穩(wěn)上升,在四分體和單核花藥期,“大團蜜露”花藥中ABA的含量分別是“錦繡”的3.08和3.79倍。
　　 6.對“錦繡”花芽進行高溫處理,與對照相比,35℃高溫處理1h對

14、花粉量影響不顯著,隨著處理時間增加,花粉量、萌發(fā)率以及花粉管生長量顯著下降,5h高溫處理的花粉量僅為對照的1.9％,且基本不萌發(fā)；5h高溫處理部分花粉母細胞減數(shù)分裂后不能形成正常的四分體,而形成二分體、三分體以及多分體.隨著胼胝質(zhì)的解體,出現(xiàn)了多核小孢子。高溫處理后小孢子細胞質(zhì)收縮解體,隨后小孢子壁也解體；高溫處理的花藥壁細胞染色淺,絨氈層提前解體。說明絨氈層不能為小孢子的發(fā)育提供營養(yǎng)物質(zhì),使小孢子的發(fā)育受阻,造成小孢子降解。
　

15、　 在花粉發(fā)育的早期即花粉母細胞和四分體時期,1h高溫處理后花藥中游離態(tài)和結(jié)合態(tài)Put、Spa和Spm含量持續(xù)升高,四分體時期后急速下降。3h和5h高溫處理后的整個花粉發(fā)育期花藥中游離態(tài)、可溶結(jié)合態(tài)和束縛態(tài)多胺含量逐漸減少,而0h和1h處理則呈現(xiàn)先升后降的變化趨勢。在四分體和單核花粉期,0h處理花藥中游離態(tài)和束縛態(tài)多胺含量分別是5h處理的3.39～6.34和3.53～4.36倍,Oh處理單核花粉期花藥中結(jié)合態(tài)多胺含量為5h處理的5.5

16、9倍。在高溫脅迫下,3h和5h花藥中Sod和Put的絕對和相對含量都要高于Spm,表明Spm對高溫的敏感及其對花粉發(fā)育的作用。
　　 從花粉母細胞到花藥成熟期,隨著35℃高溫處理時間的延長花藥中IAA含量呈現(xiàn)出下降的趨勢,在單核花粉和花藥成熟期5h高溫處理花藥中IAA含量僅為0h處理的12.4％和22.29％。ABA含量的變化呈現(xiàn)與IAA相反的趨勢,在單核花粉期0h高溫處理花藥中ABA含量僅為5h處理的16.33％。