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苏铁类是现存最古老的种子植物之一,被地质学家誉为“植物活化石”。它起源于古生代的二叠纪,在中生代三叠纪开始繁盛,到侏罗纪达到鼎盛,几乎遍布当时的整个地球,到白垩纪晚期后由于被子植物的兴起才开始衰落。现存苏铁类植物只有三科11个属。苏铁属CycasL.是苏铁科唯一的一个属,同时化石证据表明,苏铁科是现存苏铁类植物中最古老的一个类群,因此对苏铁属叶绿体遗传方式的研究对探讨苏铁类植物、甚至种子植物的起源演化均有重要意义。中国是苏铁属物种多样性的分布中心。在自然状态下,由于种间杂交普遍,单纯通过形态观察和传统分类的手段很难对一些复合体或近缘种的分类问题做出令人信服的处理。细胞质遗传方式的知识是我们进行种群遗传学和杂交研究的前提。到目前为止,苏铁属细胞质遗传方面的研究还是一片空白。在这个研究中,我们不但证实了苏铁属叶绿体的遗传方式,而且揭示了它的细胞学机制。
对苏铁属叶绿体遗传及其细胞学机制的研究具有多重意义:(1)为苏铁分类问题的解决,以及探讨部分复合种的形成或种系发生提供知识前提;(2)从进化角度认识细胞质遗传;(3)填补细胞质遗传的细胞学机制在裸子植物中的研究空白。通过荧光显微镜观察DAPI和DIOC7双染色的越南蓖齿苏铁花粉切片研究叶绿体DNA在花粉细胞不同发育阶段的行为变化,进而得到叶绿体遗传及其细胞学机制方面的证据。通过细胞学上的研究,我们发现花粉第二次有丝分裂是阻止父系叶绿体DNA传递的关键时期。细胞器物理排除机制和叶绿体DNA降解机制先后作用于花粉第二次有丝分裂并使精细胞不含叶绿体DNA。因此,在受精作用后,受精卵中的叶绿体DNA只能来自卵细胞。
为了验证以上结果,我们用RFLP分析和DNA序列分析台东苏铁和绣毛苏铁的种间杂交种及其父母本叶绿体DNA,发现种间杂交种的叶绿体DNA来自母本台东苏铁。上述分子证据得到的结论与通过越南蓖齿苏铁花粉细胞研究得到的结论一致。