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高温诱导银灰杨花粉败育的细胞学机理研究

北京林业大学学报 2023年第5期45卷 25-34页

作者：李智群孔博程雪桐李亮张平冬林木资源高效生产全国重点实验室林木、花卉遗传育种教育部重点实验室树木花卉育种生物工程国家林业和草原局重点实验室北京林业大学生物科学与技术学院北京100083

【目的】研究高温处理对银灰杨小孢子发生的影响,揭示高温处理导致杨树花粉败育的细胞学机理,旨在完善高温处理诱导配子染色体加倍、选育林木三倍体的技术。【方法】本研究以银灰杨为试验材料,利用38℃和41℃的高温,对不同减数分裂时期... 详细信息

【目的】研究高温处理对银灰杨小孢子发生的影响,揭示高温处理导致杨树花粉败育的细胞学机理,旨在完善高温处理诱导配子染色体加倍、选育林木三倍体的技术。【方法】本研究以银灰杨为试验材料,利用38℃和41℃的高温,对不同减数分裂时期的银灰杨花粉母细胞进行3、6 h处理,研究处理温度、减数分裂时期以及持续处理时间对败育花粉比率的影响。在此基础上,通过比较未经高温处理和高温处理后银灰杨花粉母细胞减数分裂染色体行为、微管骨架动态变化以及减数后绒毡层细胞发育的差异,揭示高温处理诱导银灰杨花粉败育的细胞学机理。【结果】(1)减数分裂时期、处理温度、持续处理时间以及减数分裂时期与处理温度、减数分裂时期与持续处理时间的交互作用均对败育花粉比率具有极显著的影响。41℃高温于中期Ⅰ持续处理3 h的败育花粉比率最高,为(25.11±4.28)%。(2)与对照组相比,银灰杨雄花芽经高温处理后,花粉母细胞减数分裂微管骨架表现出不同程度的解聚,中期Ⅰ和中期Ⅱ的部分纺锤体微管缺失,致使后期Ⅰ和后期Ⅱ的同源染色体或姊妹染色单体分离异常,产生大量的落后染色体。这些落后染色体被遗弃在细胞质中,引起微核的产生,四分体时期形成多分体而导致花粉败育。(3)高温处理可导致银灰杨花药绒毡层退化延迟,但仍能正常开裂,释放出花粉粒,因此绒毡层延迟退化不是高温处理诱导银灰杨花粉败育的原因。【结论】高温处理诱导银灰杨花粉母细胞中期Ⅰ和中期Ⅱ的部分纺锤体微管缺失,致使后期Ⅰ和后期Ⅱ产生大量的落后染色体,引起大量多分体的产生,是高温处理诱导银灰杨花粉败育的细胞学机理。

关键词：银灰杨高温败育花粉减数分裂微管骨架绒毡层

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高温诱导银灰杨花粉败育的细胞学机理

高温诱导银灰杨花粉败育的细胞学机理

作者：李智群北京林业大学

学位级别：硕士

高温是一种高效的物理诱变剂,不但可以有效地诱导林木产生2n花粉,而且还可导致败育花粉的产生。然而,高温处理诱导林木产生败育花粉的细胞学机理还尚不清楚。本研究以银灰杨为实验材料,利用38℃、41℃高温对处于减数分裂不同时期的银灰... 详细信息

高温是一种高效的物理诱变剂,不但可以有效地诱导林木产生2n花粉,而且还可导致败育花粉的产生。然而,高温处理诱导林木产生败育花粉的细胞学机理还尚不清楚。本研究以银灰杨为实验材料,利用38℃、41℃高温对处于减数分裂不同时期的银灰杨花粉母细胞分别3、6 h持续处理,研究温度、减数分裂时期、持续处理时间对败育花粉比率的影响。在此基础上,通过比较未经高温处理的对照组中银灰杨花粉母细胞与高温处理组中银灰杨花粉母细胞在减数分裂过程中染色体行为、微管骨架动态变化、绒毡层细胞发育以及Pt Actin基因的表达差异等,试图揭示高温诱导银灰杨产生败育花粉的机理。主要研究结果如下:(1)处理温度、减数分裂时期以及持续处理时间显著影响败育花粉的产生。38℃或41℃的高温处理银灰杨雄花芽后,可诱导产生一定比例的败育花粉,败育花粉比例介于9.45-25.11%之间,其中,花粉母细胞发育至双线期时,处理产生的败育花粉比率最高。处理温度、减数分裂时期、持续处理时间、处理温度与减数分裂时期以及处理温度与持续处理时间的交互作用均对败育花粉比率具有极显著的影响。41℃高温处理的败育花粉比率显著高于38℃的处理;双线期败育花粉比率显著高于细线期、粗线期、终变期以及中期Ⅰ;持续处理6 h的败育花粉比率显著高于3 h的处理。(2)高温处理诱导银灰杨花粉母细胞产生落后染色体。银灰杨花粉母细胞经38℃高温持续处理3 h、6 h后,两个处理组均出现了明显的异常现象,减数分裂后期Ⅰ和后期Ⅱ均能够观察到一定数量的落后染色体。银灰杨雄花芽经38℃高温下持续处理3 h、6 h后,减数分裂后期I产生的落后染色体条数的范围分别为1-13、1-28条之间,具有落后同源染色体的花粉母细胞分别占花粉母细胞总数的40.7±3.1%以及55.3±4.2%。后期II产生落后染色体的数目分别介于1-20、1-23条之间,具有落后姊妹染色单体的花粉母细胞分别占花粉母细胞总数的33.3±8.0%、48.7±3.1%。四分体时期产生一定数量的多分体。(3)高温处理诱导银灰杨花粉母细胞减数分裂微管解聚。银灰杨雄花芽经过38℃高温持续处理3、6 h后,花粉母细胞减数分裂过程中的微管荧光强度明显减弱,微管骨架出现了不同程度的解聚。减数分裂中期Ⅰ和中期Ⅱ的纺锤体微管解聚尤其明显。当花粉母细胞减数分裂进入后期Ⅰ或后期Ⅱ时,由于纺锤体微管的有效牵引作用变弱,同源染色体或姊妹染色单体的移动速度明显变慢,致使花粉母细胞发育至后期Ⅰ或后期Ⅱ时,染色体的分离出现异常,致使大量落后染色体的产生,形成非整倍性小孢子。(4)高温处理诱导银灰杨花粉母细胞Pt Actin显著下调表达。银灰杨雄花芽经过38℃高温持续处理3 h、6 h后,其花粉母细胞中Pt Actin基因的相对表达量分别为9.2±0.9%、13.7±1.2%,显著低于对照组中Pt Actin基因的表达量。这说明38℃的高温处理显著影响了银灰杨花粉母细胞减数分裂过程中的微丝骨架。(5)高温处理诱导银灰杨花粉母细减数分裂时期绒毡层细胞退化延迟。银灰杨雄花芽经过38℃高温持续处理3、6 h后,其花药内壁表面绒毡层细胞的程序性退化规律与对照组相似,均需要经历一个由厚到薄的过程,直至最后消失。但高温处理组四分体形成6 d后,花药内壁表面仍然可观察到一薄层绒毡层细胞,而对照组药内壁表面绒毡层已完全消失,说明高温处理导致了花药绒毡层细胞的退化的延迟。四分体形成8 d后,随着高温处理组花药内壁表面的绒毡层细胞的完全消失,花药亦能成熟开裂,释放出少量成熟花粉和大量的败育花粉,说明高温处理导致的花药绒毡层退化延迟可能不是花粉败育的直接原因。综上所述,高温处理诱导银灰杨花粉母细胞微管骨架解聚,引起中期Ⅰ和中期Ⅱ的部分纺锤体微管缺失,导致后期Ⅰ和后期Ⅱ产生落后染色体,四分体时期形成多分体可能是高温处理导致银灰杨花粉败育的细胞学机理。

关键词：银灰杨高温败育花粉减数分裂微管绒毡层

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水稻雄性不育的花粉败育途径

中国农业科学 1978年第3期 1-7页

作者：湖南师范学院生物系湖南省长沙市农科所湖南师范学院生物系水稻杂优组湖南省长沙市农科所水稻组

植物的雄性不育,一般都是由于花粉在形成途中发生败育而造成的。遗传性雄性不育的花粉败育过程受一定的遗传机制所控制,雄性不育的遗传基础不同,花粉败育的途径也不同。因此,研究花粉败育的途径,会有助于揭示雄性不育的遗传机制。目前... 详细信息

植物的雄性不育,一般都是由于花粉在形成途中发生败育而造成的。遗传性雄性不育的花粉败育过程受一定的遗传机制所控制,雄性不育的遗传基础不同,花粉败育的途径也不同。因此,研究花粉败育的途径,会有助于揭示雄性不育的遗传机制。目前我国在水稻雄性不育的花粉败育途径研究方面,已经做了大量的工作,积累了丰富的材料。下面,把我们几年来的工作进行初步的总结,供进一步研究参考。

关键词：水稻雄性不育典败可恢复性野生稻栽培稻败育花粉不育系花粉败育

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梅花品种花粉形态初步研究

北京林业大学学报 1995年第S1期17卷 143-145,183-184页

作者：康素红包满珠黄燕文陈龙清华中农业大学林学系武汉430070

品种是人们长期培育的成果,是重要的种质资源,对它的研究、保护和利用具有十分重要的意义.近年来人们对品种资源的研究也多见报导.陈俊愉对品种的传统形态分类进行了系统研究;褚孟嫄对一些果梅品种的同工酶及花粉形态进行了研究;

关键词：花粉形态初步研究品种资源栽培品种同工酶败育花粉梅花果梅品种加厚三角锥

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梅花品种花粉可育性及其与育种的关系探讨

北京林业大学学报 1995年第S1期17卷 146-148页

作者：包满珠张永春黄燕文肖传明张春英曲来娥华中农业大学林学系武汉430070

梅花是我国人民钟爱的传统名花.经过数千年的栽培和人工选择,梅花品种数量日渐增多.据估计,全国现有梅花品种将近300个,仅武汉中国梅花研究中心就有品种150个左右.品种既是人类育种的成果,又是育种的原始材料,可用来培育新品种.近年来,... 详细信息

梅花是我国人民钟爱的传统名花.经过数千年的栽培和人工选择,梅花品种数量日渐增多.据估计,全国现有梅花品种将近300个,仅武汉中国梅花研究中心就有品种150个左右.品种既是人类育种的成果,又是育种的原始材料,可用来培育新品种.近年来,对梅的杂交育种工作正方兴未艾,张启翔等对梅花进行了一系列杂交工作,利用梅花品种同山桃。

关键词：中国梅花品种数可育性关系探讨杂交育种败育花粉育种工作新品种人工选择研究中心

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同核异质水稻雄性不育系花粉和花药发育的细胞形态学观察

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作物学报 1980年第4期 225-230页

作者：徐树华武汉大学生物学系

本文是分析比较同核异质的水稻雄性不育系“红莲—华矮15”和“野败—华矮15”的花粉和花药发育过程中的细胞形态学表现。实验结果表明:同为水稻华矮15的细胞核,经过核代换而转育到不同类型的细胞质中,虽经过多代的回交和培育,但二者在... 详细信息

本文是分析比较同核异质的水稻雄性不育系“红莲—华矮15”和“野败—华矮15”的花粉和花药发育过程中的细胞形态学表现。实验结果表明:同为水稻华矮15的细胞核,经过核代换而转育到不同类型的细胞质中,虽经过多代的回交和培育,但二者在花粉和花药发育过程中,细胞形态学上的表现是存在差异的。

关键词：花粉败育同核异质水稻雄性不育系败育花粉花药发育花粉发育二胞花粉野生稻细胞形态学

水稻“红莲—华矮15”不育系及其保持系的花粉发育细胞学观察

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武汉大学学报(自然科学版) 1979年第2期 79-85页

作者：徐树华

本实验是杂交水稻基础理论研究工作的一部分。应用花粉压片法,主要是石蜡切片法,配合组织化学方法,对水稻红莲一华矮15不育系及其保持系的花粉发育过程,进行了细胞学观察。结果表明:1.红莲-华矮16不育系花粉败育主要发生于二核花粉期。2... 详细信息

本实验是杂交水稻基础理论研究工作的一部分。应用花粉压片法,主要是石蜡切片法,配合组织化学方法,对水稻红莲一华矮15不育系及其保持系的花粉发育过程,进行了细胞学观察。结果表明:1.红莲-华矮16不育系花粉败育主要发生于二核花粉期。2.生殖核与营养核相继崩溃、解体,形成只剩下花粉壁的“园败”型花粉。生殖核败育,营养核尚有部分机能或败育较迟,形成含有淀粉粒的“染败”型花粉。少数花粉在二核期以前败育,剩下不规则形状的花粉壁,形成所称的“典败”型花粉。

关键词：不育系生殖核营养核红莲花粉败育花粉发育水稻雄性不育败育花粉花粉期开花期细胞学生物学

广选三号雄性不育系着色花粉与育性关系的探讨

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广西师范大学学报(哲学社会科学版) 1975年第11期 18-21页

作者：广西师院生物系杂交水稻科研小组

利用碘化钾溶液鉴别花粉发育过程中的育性,这是过去在植物学中通常采用的方法。近年来,我国开展群众性的水稻“三系”的科研活动,对水稻雄性不育花粉育性的鉴定,也常用这种方法。所谓典败花粉,园败花粉、正常花粉等,就是根据花粉遇碘化... 详细信息

利用碘化钾溶液鉴别花粉发育过程中的育性,这是过去在植物学中通常采用的方法。近年来,我国开展群众性的水稻“三系”的科研活动,对水稻雄性不育花粉育性的鉴定,也常用这种方法。所谓典败花粉,园败花粉、正常花粉等,就是根据花粉遇碘化钾后是否着色而定。在一定时间内,低世代的雄性不育材料,如果有着色花粉便淘汰了。

关键词：花粉败育育性花粉发育植株不育系败育花粉

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香榧小孢子叶球的发育及花粉超微结构研究

浙江大学学报(理学版) 1987年第3期 343-347页

作者：余象煜李平林亚康

香榧Torreya grondis *** Lindl.小孢子叶球发生于当年生新枝的叶腋内,8月末出现小孢子叶突起,9月形成小孢子囊,10月到第二年的3月初小孢子母细胞大量形成,3月中旬,小孢子母细胞减数分裂,4月上旬是单核花粉期,4月中旬是二核花粉期。在... 详细信息

香榧Torreya grondis *** Lindl.小孢子叶球发生于当年生新枝的叶腋内,8月末出现小孢子叶突起,9月形成小孢子囊,10月到第二年的3月初小孢子母细胞大量形成,3月中旬,小孢子母细胞减数分裂,4月上旬是单核花粉期,4月中旬是二核花粉期。在花粉的发育过程中不形成原叶体细胞。不良的温度影响花粉的正常发育,从而形成大量的败育花粉。败育花粉通常比正常花粉要小一些,充满淀粉粒,花粉壁薄,细胞中线粒体、内质网少,线粒体嵴发育不良,核质浓缩成几团,生理活性低,糖的代谢受阻。此外,还见到一些膜状溶酶体,使花粉中的原生质体发生自溶。

关键词：香榧小孢子叶球败育花粉膜状溶酶体