功能性雌雄异株植物玉叶金花雄性不育的细胞学研究

• 作 者: 白秀峰
• 机 构: 中国科学院大学
• 出 处: 中国科学院研究生院 中国科学院大学
• 发表日期: 2011年期
• 关键词: 玉叶金花 功能性雌雄异株 雄性不育 小孢子

异型花柱是一种遗传控制的花柱高度多态现象，具有交互式雌雄异位特征，是植物有效地避免自交、促进精确异交传粉的一种机制，主要包括二型花柱与三型花柱。功能性雌雄异株是二型花柱破损后其中一个重要的进化方向，长柱花行使雌性功能，短柱花行使雄性功能。但是，目前关于功能性雌雄异株的细胞学研究较少。玉叶金花隶属于茜草科玉叶金花属，为缠绕藤本或小灌木，广泛分布于我国南方各省。本研究在课题组前期对玉叶金花大小孢子发育过程的石蜡切片观察的基础上，运用形态学、透射电镜、扫描电镜、免疫单克隆抗体标记等技术，对玉叶金花小孢子发育过程的超微结构特征及相关营养物质和壁物质分布模式进行了详细的研究，主要结果如下：　　
1、通过形态学观察，发现玉叶金花交互式雌雄异位特征弱，表现为不典型的二型花柱。MTT染色及人工体外培养长柱花粉均无活力或不萌发，短柱花花粉活力高。扫描电镜观察发现长短花柱头裂片大小存在二型性，均为湿型柱头，乳突细胞等微特征没有二型性。人工授粉发现玉叶金花短柱花自交及型内异交零结实率。因此，进一步证明玉叶金花长柱花表现为雌性功能，短柱花为雄性功能，是典型的功能性雌雄异株。　　
2、通过透射电镜观察小孢子发育过程的超微结构特征，进一步证明了长柱花花粉败育。长柱花小孢子从四分体向游离小孢子发育过程出现超微结构异常现象。绒毡层细胞器解体时期较短柱早，但细胞外形结构破坏较短柱迟。长短柱花绒毯层解体均出现核染色质凝集或趋边化，细胞器液泡化等现象。绒毡层超微结构特征及核酸酶活性检测均证明长短柱花绒毡层解体为细胞程序化死亡。　　
3、对玉叶金花小孢子发育过程的免疫荧光组织化学观察，结果发现长柱花四分体外壁胼胝质分布极少，与短柱花存在明显差异。由于胼胝壁分布模式以及绒毡层解体的异常，引起多糖、脂类、类黄酮、果胶质以及阿拉拍半乳糖蛋白转运至小孢子及随后的花粉细胞壁与花粉外被的构建产生影响，从而引起玉叶金花长柱花雄性不育。