“大團(tuán)蜜露”桃雄性不育的細(xì)胞和生理特性研究.pdf

1、桃(Amygdalus persica L.)是自花結(jié)實(shí)的樹(shù)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(lái)的影響和利用雄性不育資源在改善品質(zhì)方面的潛在價(jià)值,本試驗(yàn)以桃雄性不育品種“大團(tuán)蜜露”和可育品種“錦繡”為材料,開(kāi)展了桃雄性不育的細(xì)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(duì)目前栽培桃品種的花粉量及其萌發(fā)特性進(jìn)行了分析

2、,鑒定了“大團(tuán)蜜露”等一些品種的雄性不育性,并對(duì)其花粉敗育的時(shí)期和特征進(jìn)行了研究；其次,從亞細(xì)胞水平以及熒光物質(zhì)的分布等方面研究了“大團(tuán)蜜露”花粉敗育的細(xì)胞學(xué)機(jī)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(wèn)題,研究高溫對(duì)花粉育性影響及其機(jī)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(zhǎng)長(zhǎng)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(yàn)表明均不符合正態(tài)分布。對(duì)上述各項(xiàng)因子分別進(jìn)行了聚類(lèi)分析,可萌發(fā)花粉量少且花粉管生長(zhǎng)速度慢的品種占45.65％,其中“大團(tuán)蜜露”,為無(wú)花粉類(lèi)型的雄性不育品種。通過(guò)可育的蟠桃品種“玉露”和不育水蜜桃品種“大團(tuán)蜜露”進(jìn)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(shuō)明“大團(tuán)蜜露”雄性不育性狀是一個(gè)隱性純合體。
　　 2.“大團(tuán)蜜露”從花粉母細(xì)胞減數(shù)分裂到四分體小孢子從四分體中釋放出來(lái),與“錦繡”沒(méi)有差異。“大團(tuán)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(xì)胞質(zhì)收縮,細(xì)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(guò)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(xì)胞器,在成熟的花粉內(nèi)

5、含有大量的淀粉粒；而“大團(tuán)蜜露”在小孢子母細(xì)胞時(shí)期就出現(xiàn)包裹小孢子母細(xì)胞的胼胝質(zhì)厚薄不均勻；在四分體小孢子時(shí)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(xì)胞器相繼解體或退化,線粒體隨之解體,最后細(xì)胞質(zhì)開(kāi)始收縮、解體,小孢子內(nèi)僅留下細(xì)胞殘骸。
　　 “錦繡”桃在四分體小孢子時(shí)期小孢子形成了良好的原外壁。在雄配子體發(fā)育過(guò)程中,其外壁迅速發(fā)育。在花粉成熟時(shí),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(tuán)

6、蜜露”在四分小孢子時(shí)期胞內(nèi)分布的細(xì)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(shí)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?。弧板\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(tuán)蜜露”從單核小孢子產(chǎn)生后熒光沒(méi)有明顯增加,強(qiáng)度顯著低于對(duì)照品種,隨之出現(xiàn)變形和相互粘連等異常表現(xiàn)。
　　 “

7、大團(tuán)蜜露”和“錦繡”小孢子母細(xì)胞時(shí)期的絨氈層均表現(xiàn)出細(xì)胞質(zhì)收縮,細(xì)胞間和內(nèi)切相面形成了許多空腔,細(xì)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(kù)結(jié)構(gòu)；四分體時(shí)期,“錦繡”絨氈層內(nèi)分泌小泡和槽庫(kù)結(jié)構(gòu)的內(nèi)質(zhì)網(wǎng)進(jìn)一步增多,并向藥室分泌大量的鳥(niǎo)氏體。而“大團(tuán)蜜露”絨氈層細(xì)胞內(nèi)產(chǎn)生了大量的小液泡,并吞噬細(xì)胞內(nèi)含物；在小孢子剛形成時(shí),“大團(tuán)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(xì)胞器.而后“錦繡”細(xì)胞質(zhì)變得稀薄,細(xì)胞器逐漸解體,在小孢子

8、發(fā)育后期,“錦繡”絨氈層細(xì)胞內(nèi)僅有油體等結(jié)構(gòu),并呈極性分布。而“大團(tuán)蜜露”絨氈層細(xì)胞內(nèi)內(nèi)含物豐富,細(xì)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(yùn)用細(xì)胞化學(xué)定位法,對(duì)雄性不育的“大團(tuán)蜜露”和可育的“錦繡”桃花藥發(fā)育過(guò)程中Ca2+進(jìn)行了定位。“大團(tuán)蜜露”在小孢子母細(xì)胞膜表面積累的Ca2+沉淀顆粒明顯比“錦繡”少.在四分體時(shí)期,“錦繡”小孢子表面積累了大量的Ca2+沉淀顆粒,而“大團(tuán)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(xì)胞質(zhì)中。隨著小孢子形成和進(jìn)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(tuán)蜜露”小孢子中的Ca2+沉淀顆粒則更多地分布在細(xì)胞質(zhì)以及一些細(xì)胞器上,然后小孢子開(kāi)始收縮解體.說(shuō)明“大團(tuán)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(xì)胞開(kāi)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(xì)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(xì)胞內(nèi)部也逐漸有Ca2+的分布。而不育“大團(tuán)蜜露”小孢子產(chǎn)生之前,絨氈層中Ca2+沉淀顆粒明顯比對(duì)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(xì)胞膜、內(nèi)壁以及液泡膜和線粒體等細(xì)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(xì)胞膜以及內(nèi)壁上.而“大團(tuán)蜜露”四分小孢子細(xì)胞膜沒(méi)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(jiàn)Ca2+-ATPase黑色顆粒,在其小孢子解體過(guò)程中也沒(méi)有Ca2+-ATPase的分布?！按髨F(tuán)蜜露”從小孢子母細(xì)胞時(shí)期開(kāi)始,在絨氈層細(xì)胞膜和液泡膜等細(xì)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(wú)明顯差異。
　　 5.從花粉母細(xì)胞到花藥成熟期,“大團(tuán)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(shì),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(shí)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(tuán)蜜露”的2.74～4.97、3.75～3.91和2.20～3.03倍。對(duì)不同類(lèi)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(duì)與相對(duì)含量都高于同形態(tài)的Put和Spm。
　　 從花粉母細(xì)胞到花藥成熟期,“大團(tuán)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?jī)H為“錦繡”同期的14.45％和17.38％；而“大團(tuán)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(tuán)蜜露”花藥中ABA的含量分別是“錦繡”的3.08和3.79倍。
　　 6.對(duì)“錦繡”花芽進(jìn)行高溫處理,與對(duì)照相比,35℃高溫處理1h對(duì)

14、花粉量影響不顯著,隨著處理時(shí)間增加,花粉量、萌發(fā)率以及花粉管生長(zhǎng)量顯著下降,5h高溫處理的花粉量?jī)H為對(duì)照的1.9％,且基本不萌發(fā)；5h高溫處理部分花粉母細(xì)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(xì)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(xì)胞染色淺,絨氈層提前解體。說(shuō)明絨氈層不能為小孢子的發(fā)育提供營(yíng)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(xì)胞和四分體時(shí)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(shí)期后急速下降。3h和5h高溫處理后的整個(gè)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(shì)。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(duì)和相對(duì)含量都要高于Spm,表明Spm對(duì)高溫的敏感及其對(duì)花粉發(fā)育的作用。
　　 從花粉母細(xì)胞到花藥成熟期,隨著35℃高溫處理時(shí)間的延長(zhǎng)花藥中IAA含量呈現(xiàn)出下降的趨勢(shì),在單核花粉和花藥成熟期5h高溫處理花藥中IAA含量?jī)H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(shì),在單核花粉期0h高溫處理花藥中ABA含量?jī)H為5h處理的16.33％。