全 文 ：
摇 摇 摇 摇 摇 生 态 学 报
摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 (SHENGTAI XUEBAO)
摇 摇 第 33 卷 第 7 期摇 摇 2013 年 4 月摇 (半月刊)
目摇 摇 次
前沿理论与学科综述
线虫转型发育和寄主识别的化学通讯研究进展 张摇 宾,胡春祥,石摇 进,等 (2003)……………………………
生物物种资源监测原则与指标及抽样设计方法 徐海根,丁摇 晖,吴摇 军,等 (2013)……………………………
个体与基础生态
呼伦贝尔草原人为火空间分布格局 张正祥,张洪岩,李冬雪,等 (2023)…………………………………………
青藏高原草地地下生物量与环境因子的关系 杨秀静,黄摇 玫,王军邦,等 (2032)………………………………
1961—2010 年桂林气温和地温的变化特征 陈摇 超,周广胜 (2043)……………………………………………
黄泥河自然保护区狍冬季卧息地选择 朱洪强,葛志勇,刘摇 庚,等 (2054)………………………………………
青藏高原草地植物叶解剖特征 李全发,王宝娟,安丽华,等 (2062)………………………………………………
青藏高原高寒草甸夏季植被特征及对模拟增温的短期响应 徐满厚,薛摇 娴 (2071)……………………………
高温影响番茄小孢子发育的细胞学研究 彭摇 真,程摇 琳,何艳军,等 (2084)……………………………………
黄土丘陵半干旱区柠条林株高生长过程新模型 赵摇 龙,王振凤,郭忠升,等 (2093)……………………………
栎属 7 种植物种子的发芽抑制物质研究 李庆梅,刘摇 艳,刘广全,等 (2104)……………………………………
水分胁迫和杀真菌剂对黄顶菊生长和抗旱性的影响 陈冬青,皇甫超河,刘红梅,等 (2113)……………………
铜尾矿废弃地与相邻生境土壤种子库特征的比较 沈章军,欧祖兰,田胜尼,等 (2121)…………………………
云雾山典型草原火烧不同恢复年限土壤化学性质变化 李摇 媛,程积民,魏摇 琳,等 (2131)……………………
根系分区交替灌溉条件下水肥供应对番茄果实硝酸盐含量的影响 周振江,牛晓丽,李摇 瑞,等 (2139)………
喀斯特山区土地利用对土壤团聚体有机碳和活性有机碳特征的影响 李摇 娟,廖洪凯,龙摇 健,等 (2147)……
自生固氮菌活化土壤无机磷研究 张摇 亮,杨宇虹,李摇 倩,等 (2157)……………………………………………
德国鸢尾对 Cd胁迫的生理生态响应及积累特性 张呈祥,陈为峰 (2165)………………………………………
施污土壤重金属有效态分布及生物有效性 铁摇 梅,宋琳琳,惠秀娟,等 (2173)…………………………………
基于叶面积指数改进的直角双曲线模型在玉米农田生态系统中的应用 孙敬松,周广胜 (2182)………………
中稻田三种飞虱的捕食性天敌优势种及农药对天敌的影响 林摇 源,周夏芝,毕守东,等 (2189)………………
种群、群落和生态系统
珠江口超微型浮游植物时空分布及其与环境因子的关系 张摇 霞,黄小平,施摇 震,等 (2200)…………………
输水前后塔里木河下游物种多样性与水因子的关系 陈永金,刘加珍,陈亚宁,等 (2212)………………………
南海西北部陆架区鱼类的种类组成与群落格局 王雪辉,林昭进,杜飞雁,等 (2225)……………………………
滇西北高原碧塔湖滨沼泽植物群落分布与演替 韩大勇,杨永兴,杨摇 杨 (2236)………………………………
石羊河下游白刺灌丛演替过程中群落结构及数量特征 靳虎甲,马全林,何明珠,等 (2248)……………………
资源与产业生态
土壤深松和补灌对小麦干物质生产及水分利用率的影响 郑成岩,于振文,张永丽,等 (2260)…………………
豆科绿肥及施氮量对旱地麦田土壤主要肥力性状的影响 张达斌,姚鹏伟,李摇 婧,等 (2272)…………………
沟垄全覆盖种植方式对旱地玉米生长及水分利用效率的影响 李摇 荣,侯贤清,贾志宽,等 (2282)……………
城乡与社会生态
北京北护城河河岸带的温湿度调节效应 吴芳芳,张摇 娜,陈晓燕 (2292)………………………………………
西安太阳总辐射时空变化特征及对城市发展的响应 张宏利,张纳伟锐,刘敏茹,等 (2304)……………………
研究简报
安徽琅琊山大型真菌区系多样性 柴新义,许雪峰,汪美英,等 (2314)……………………………………………
中国生态学学会 2013 年学术年会征稿通知 (2320)………………………………………………………………
第七届现代生态学讲座、第四届国际青年生态学者论坛通知 (玉)………………………………………………
中、美生态学会联合招聘国际期刊主编 (印)………………………………………………………………………
期刊基本参数:CN 11鄄2031 / Q*1981*m*16*318*zh*P* ￥ 90郾 00*1510*32*
室室室室室室室室室室室室室室
2013鄄04
封面图说: 金灿灿的小麦熟了———小麦是世界上最早栽培的农作物之一,是一种在世界各地广泛种植的禾本科植物,起源于中
东地区。 全世界大概有 43 个国家,近 35%—40%的人口以小麦为主要粮食。 小麦是禾谷类作物中抗寒能力较强的
越冬作物,具有一定的耐旱和耐盐碱能力。 中国的小麦分布于全国各地,主要集中于东北平原、华北平原和长江中
下游一带。 小麦秋季播种、冬季生长、春季开花、夏季结实。 子粒含有丰富的淀粉、较多的蛋白质、少量的脂肪,还有
多种矿物质元素和维生素 B,是一种营养丰富、经济价值较高的粮食。
彩图及图说提供: 陈建伟教授摇 北京林业大学摇 E鄄mail: cites. chenjw@ 163. com
第 33 卷第 7 期
2013 年 4 月
生 态 学 报
ACTA ECOLOGICA SINICA
Vol. 33,No. 7
Apr. ,2013
http: / / www. ecologica. cn
基金项目:国家自然科学基金 (31071804;31272178);浙江省科技厅资助项目(2009C32025)
收稿日期:2011鄄12鄄26; 摇 摇 修订日期:2012鄄09鄄11
*通讯作者 Corresponding author. E鄄mail: glu@ zju. edu. cn
DOI: 10. 5846 / stxb201112261972
彭真,程琳,何艳军,王洁,关小燕,刘松瑜,卢钢.高温影响番茄小孢子发育的细胞学研究.生态学报,2013,33(7):2084鄄2092.
Peng Z, Cheng L, He Y J, Wang J, Guan X Y, Liu S Y, Lu G. Cytological study on microsporogenesis of Solanum lycopersicum var. Micro鄄Tom under
high temperature stress. Acta Ecologica Sinica,2013,33(7):2084鄄2092.
高温影响番茄小孢子发育的细胞学研究
彭摇 真,程摇 琳,何艳军,王摇 洁,关小燕,刘松瑜,卢摇 钢*
(浙江大学农业与生物技术学院园艺系, 杭州摇 310058)
摘要:以番茄‘Micro鄄Tom爷为材料,利用形态观察、DAPI 染色、石蜡切片等方法对正常情况下番茄小孢子发生过程进行时期划
分。 通过连续 7 d的高温胁迫((35依1) 益 / (30依1) 益)处理试验,结合细胞学观察,研究高温对番茄花粉小孢子发育的影响。
研究表明,高温胁迫不仅导致花粉畸形或败育、花粉数量减少、活力低萌发力差,而且还导致花药绒毡层、药隔组织、药室内壁、
花药表皮、环状细胞簇等花药细胞结构的发育异常。 结果有助于阐明热胁迫对番茄小孢子发育的影响,并为培育耐高温农作物
新品种提供思路。
关键词:高温胁迫;番茄;小孢子发育;花粉活力;绒毡层
Cytological study on microsporogenesis of Solanum lycopersicum var. Micro鄄Tom
under high temperature stress
PENG Zhen, CHENG Lin, HE Yanjun, WANG Jie, GUAN Xiaoyan, LIU Songyu, LU Gang*
Department of Horticulture, College of Agriculture and Biotechnology, Zhejiang University, Hangzhou 310058, China
Abstract: Tomato (Solanum lycopersicum),one of the most important vegetables, is susceptible to high鄄temperature injury.
High temperature adversely affects its anther development and fertilization, resuting in poor fertilization and fruit set.
Therefore, the present study aimed to examine the cellular morphology of anther development and microsporogenesis under
optimal and high temperature conditions in a miniature dwarf tomato cultivar, Micro鄄Tom, a preferred variety for genetic and
genomic studies. Based on morphological observation, DAPI staining and anatomical study, the microsporogenesis process
of tomato anther could be divided into six stages including premeiotic, tetrad, early uninucleate microspore, vacuolated
microspore, binucleate pollen, and mature pollen grain stage. Meanwhile, a defined correlation was found between the
flower bud size and the stage of pollen development under optimal conditions, which makes possible the accurate prediction
of anther and pollen development stages for the reproductive study. Subsequently, the effect of high temperature stress on
the microsporogenesis was checked by the paraffin section assay and pollen viability test, using the flowering plants
successively exposed to high temperature ((35依1) 益 / (30依1) 益,day / night) for 7 days. The results showed that high
temperature exposure induced the abnormity of early pollen or the abortion of pollen maturation, leading to the reduction of
pollen number and decrease of pollen viability. So the anthers failed to develop maturity pollen under high temperature
stress, thereby causing reduced tomato yields. Furthermore, cytological analysis of anther development in tomato plants
under different temperature during 6 different periods showed that there was no significant difference in anthers structure
between high temperature鄄treated and control plants at early microspore developmental stages. Their difference was firstly
observed at the tetrad stage. The tapetal cells, the innermost cell layer of the anther wall, began to swell under high
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temperature stress. In the later stage, this abnormal swelling further dilated into the locular space. On the other hand, it
led to delay degrading of tapetum as well. Since tapetum supplied nutrients and several enzymes required for pollen
development, pollen mother cells stopped to develop into pollen. At the later development stage, the abnormality of
connective tissue, endothecium, epidermis, stomium and circular cell cluster was also observed during pollen development.
Our data indicated that male sterility under high temperature might be mainly due to malfunctioning of the tapetum resulting
in defects in pollen development. The present results will help to understand the basic mechanisms of anther development
and microsporogenesis under high temperature condition in tomato.
Key Words: Solanum lycopersicum; high鄄temperature stress; microsporogenesis; pollen viability; tapetum
高温严重影响植物的生长发育及生理代谢, 已成为限制植物分布、生长和生产力的一个主要环境因子。
大多数栽培作物(如番茄[1]、辣椒[2]、菜豆[3]、拟南芥[4]、水稻[5]、大麦[6]等)的生殖生长时期比营养生长时期
对高温更敏感,前人的研究表明这主要是因为花粉发育与萌发对高温非常敏感[7鄄8]。 番茄作为重要的园艺作
物其产量和质量却受到高温或者低温的影响。 在日温高于 32 益的环境下生长的番茄植株其雄配子的发育与
功能比雌配子更易受到影响,从而导致授粉受精不良、坐果率下降、果实品质变劣等[9鄄11]。
关于番茄高温胁迫的影响,前人研究重点主要涉及高温对番茄种子萌发和植株生长的影响、番茄耐热性
鉴定方法和高温影响成熟花粉粒表达谱差异分析等诸多方面[12鄄14],但对于持续高温胁迫对番茄花粉小孢子
发育影响的细胞与分子生物学研究尚未见报道。 正常条件下的番茄小孢子发育过程的研究表明,绒毡层细胞
在孢母细胞减数分裂时开始出现自溶迹象,而且同一花药不同药室内,孢母细胞减数分裂高度同步[15]。 同时
证实小孢子发育时期与花器形态密切相关[16鄄18]。 本研究以番茄‘Micro鄄Tom爷为材料,通过 DAPI (4忆, 6鄄
diamidino鄄2鄄phenylindole)染色、石蜡切片等方法对正常情况下小孢子发育各时期进行划分;并研究了高温胁
迫对番茄小孢子发育细胞学结构的影响,旨在探索高温胁迫下小孢子败育的细胞学基础。
1摇 材料与方法
1. 1摇 材料
实验材料为番茄品种‘Micro鄄Tom爷 (Solanum lycopersicum L. ),由美国番茄遗传资源中心(Tomato Genetics
Resource Center, TGRC)本实验室多代自交保存的稳定自交系。 在基质(草炭颐蛭石颐珍珠岩= 3颐1颐1)上培育的
幼苗,种植于智能光照培养箱内,光照强度约为 300 滋mol·m-2·s-1,光周期为 16 h / 8 h(光 /暗),空气湿度保持
在 70%—85% 。 植株正常生长温周期为(25依1) 益 / (20依1) 益(昼 /夜),高温胁迫处理的温度为(35依1) 益 /
(30依1) 益。 植株培育现第一花序时开始高温胁迫,处理时间为 7 d。 对照组植株与热处理组植株相比,除生
长环境温周期不同外,保证其他条件均相同。
1. 2摇 方法
1. 2. 1摇 DAPI染色法检测小孢子发育时期
进行番茄小孢子发育观察和时期划分的材料种植温度为(25依1) 益 / (20依1) 益。 于开花期取处于不同
发育阶段的花蕾(图 1),保持新鲜,用 Leica体视显微镜拍照并测量花蕾长度。 取不同发育阶段的花药,于洁
净载玻片上用手术刀横切花药并分离出小孢子,用 1 mg / mL 的 DAPI 溶液于黑暗环境下染色小孢子 30 s,在
Leica DMLB荧光显微镜下观察小孢子发育各阶段的形态,并用 Zeiss CCD系统拍照记录。
1. 2. 2摇 TTC染色法检测花粉活力
9:00 以前取花瓣初展开的番茄花蕾,放入培养皿中,并注意保湿,备用。 将 50 滋L 0. 5g / 100mL 浓度的
TTC(Triphenyltetrazolium chloride)溶液滴到洁净载玻片上,用手术刀横切不同发育阶段的花药,放入载玻片上
溶液中挤出花粉粒,加盖玻片。 将制片放入垫有湿吸水纸的培养皿,于 37 益恒温箱中,避光,放置 90 min 左
右,然后取出制片,置于低倍显微镜下观察染色情况并拍照记录。 每份材料观察不同植株上的 3—4个花蕾,
每一花蕾制一个制片,每片取 5 个视野,统计并计算花粉的活力百分率。
5802摇 7 期 摇 摇 摇 彭真摇 等:高温影响番茄小孢子发育的细胞学研究 摇
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图 1摇 番茄‘Micro鄄Tom爷小孢子发育各时期花蕾形态观察
Fig. 1摇 Investigation of bud morphology of Solanum lycopersicum var. Micro鄄Tom during microspores development stages
A, a:孢母细胞时期;B, b:四分体时期;C, c:单核小孢子早期;D, d:单核小孢子中后期;E, e:双核花粉粒时期;F, f:成熟花粉粒时期
1. 2. 3摇 花粉体外萌发法检测花粉萌发力
上午 9 时以前取花瓣初展开的番茄花蕾,于体外进行花粉萌发实验。 花粉萌发液体培养基[19]各成分、工
作浓度及培养基 pH值分别为:蔗糖 120 g / L,H3BO3 50 mg / L,Ca(NO3) 2·4H2O 300 mg / L,MgSO4·7H2O 200
mg / L,KNO3 100 mg / L,pH值=6. 5。 向液体培养基中添加琼脂粉(终浓度为 0. 1% )使培养基有适量粘性,防
止花粉粒在培养基上漂移到液滴边缘,保证花粉粒能够均匀分布。
对照花粉[CK (25 益),Control Check]分别置于 25 益和 35 益温度下萌发,高温胁迫处理花粉[HS (35
益),Heat Stress]也分别置于 25 益和 35 益温度下萌发。 花粉萌发 60 min 后在培养基上滴加 20 滋L 0. 1g /
100mL浓度的苯胺蓝溶液对花粉管荧光染色 3 min,然后在 Leica荧光显微镜下镜检拍照,统计各处理的花粉
萌发率。
1. 2. 4摇 石蜡切片
制作石蜡切片,观察高温胁迫前后番茄小孢子发育各阶段的花药、药室、绒毡层、小孢子等的变化。 分别
取对照和高温胁迫番茄的各级花蕾,固定于 FAA固定液(50%乙醇颐冰醋酸颐福尔马林 = 18颐1颐1)中 48 h,随后
将固定好的材料依次转入 50% 、70% 、85% 、95% 、100%乙醇中逐级脱水(各 1 h),然后经二甲苯彻底透明后,
进行透蜡和石蜡包埋,包埋好的蜡块放入 4 益冰箱中保存备用。 切片时制成厚度为 8 滋m 的连续切片,用铁
矾鄄苏木精法染色,中性树胶干燥封片。 Leica DMLB荧光显微镜观察,并用 Zeiss CCD系统拍照记录。
2摇 结果与分析
2. 1摇 番茄花粉发育过程的细胞学特征
2. 1. 1摇 番茄花粉发育进程
番茄花蕾初期发育比较慢,从花芽开始分化到可见萼片,以及花瓣的发生大约需要 10 d,到能观察到初生
6802 摇 生摇 态摇 学摇 报摇 摇 摇 33 卷摇
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的雄蕊又需要 3 d左右。 以后发育加快,雄蕊发育到花粉母细胞可见需要 5 d,以后进行减数分裂形成四分体
小孢子直到四分体小孢子分离而形成单核花粉粒大约需要 4 d,单核花粉粒经过约 3—4 d就可以形成完全成
熟的花粉粒。
2. 1. 2摇 小孢子母细胞形成期至前减数分裂期
花蕾完全闭合,被萼片包被,呈绿色,有稠密绒毛,花蕾长度约 2 mm(图 1 A)。 剥离花被,可见各花药独
立未形成花药筒,呈浅黄绿色,透明。 石蜡切片观察,该时期花药壁的各层已分化明显。 最外层是表皮,细胞
小,具角质层,有保护功能。 表皮下层近于方形的较大细胞为药室内壁,内部 1—3层较小的、呈切向延长的扁
细胞,为中层。 最内一层是绒毡层,为质浓、核大的长柱状细胞,其功能是提供小孢子发育所需的营养物质。
药室呈马蹄形,内含许多有棱的小孢子母细胞(图 1 a)。 小孢子母细胞拥有一个较大的核(图 2 A),并被具有
双核的绒毡层细胞所包围。
图 2摇 番茄花粉小孢子发育各时期的 DAPI染色观察
Fig. 2摇 Investigation of tomato microspores development using DAPI staining
A:孢母细胞;B:四分体小孢子,左上图片为经 DAPI染色细胞核后苯胺蓝复染胼胝质层的效果图;C:单核早期小孢子;D:单核中后期小孢
子;E:双核花粉粒;F:成熟花粉粒
2. 1. 3摇 前减数分裂期至四分体时期
花蕾仍完全闭合,被萼片包被,呈绿色,蕾长 2. 5—3. 5 mm(图 1 B)。 各花药相互靠近结合但未形成花药
筒,呈浅黄绿色,半透明,药室内空间增大(图 1 b)。 小孢子母细胞完成正常的减数分裂,分裂完成时在 4 个
核间产生细胞壁,并分隔成由胼胝质所包围的 4 个细胞,形成正四面体形的小孢子四分体,4 个小孢子处于共
同的胼胝质中,通常只能观察到 3 个小孢子(图 2 B)。
2. 1. 4摇 四分体至单核早期
花蕾明显长大,萼片微高于花冠,花蕾呈浅绿色,蕾长约 3. 5—4. 5 mm(图 1 C)。 花药基部独立,上部结
合,呈浅黄绿色,药室内空间继续增大(图 1 c)。 这一阶段小孢子已从四分体的胼胝质中释放出来,此时小孢
7802摇 7 期 摇 摇 摇 彭真摇 等:高温影响番茄小孢子发育的细胞学研究 摇
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子具有不规则形状(图 2 C)。
2. 1. 5摇 单核小孢子中后期
花蕾明显长大,花冠接近萼片长度,花蕾呈浅绿色、淡黄,蕾长约 4. 5—6. 5 mm(图 1 D)。 花药基部结合,
形成花药筒,呈黄绿色。 花粉粒的三条萌发沟清晰可见,细胞质中含有大液泡,细胞核靠边,花粉粒形状接近
圆球形(图 2 D)。
2. 1. 6摇 双核花粉粒形成期
花蕾充分膨大,花萼裂开,呈黄绿色,花冠微露于萼片外,黄色,绒毛稀疏,花蕾长约 6. 5—7. 5 mm。 各花
药联合形成完整的花药筒,呈浅黄色(图 1 E, e)。 花粉粒经过一次有丝分裂后形成双核花粉粒,此时期可见
一个染色较淡的营养细胞和一个染色较深的生殖细胞(图 2 E)。
2. 1. 7摇 成熟花粉粒时期
萼片、花瓣全部开裂,暴露出花药,花冠深黄色,花朵长度约 7. 5—8. 5 mm(图 1 F)。 花药黄色,花粉囊开
裂,能够散粉(图 1 f)。 花粉粒发育完成,形成颗粒饱满充实、细胞质染色较深的成熟花粉粒(图 2 F)。
2. 2摇 高温胁迫对番茄小孢子发育影响的分析
2. 2. 1摇 花粉 TTC染色结果
在正常温度环境 (25 益 / 20 益)下,花药内的成熟花粉粒数目多,花粉粒生活力强,花粉红染率为
84郾 65% 。 高温胁迫环境 (35 益 / 30 益)下,花药内的成熟花粉粒数目减少,花粉生活力显著减弱,红染率为仅
为 10. 72% (图 3)。
图 3摇 TTC染色法检测Micro鄄Tom番茄成熟花粉粒在高温胁迫前后的生活力变化
Fig. 3摇 Analysis of pollen viability of these plants subjected to normal (25 益 / 20 益) and high (35 益 / 30 益) temperature treatments by
TTC staining
A:TTC染色后的花粉粒;B:有活力花粉粒;C:无活力花粉粒;D:有活力花粉占总花粉粒数的百分比,实验花粉粒数超过 500 粒
2. 2. 2摇 花粉萌发结果
对照花粉饱满、颗粒之间无粘连(图 4 A, B);在 25 益和 35 益温度下的萌发率分别为 57. 08% 和
52郾 62% ,35 益下的萌发率略有降低,但差异不显著。 高温胁迫花粉有空瘪、外壁凹陷、颗粒粘连现象,正常花
粉粒数目比例较低(图 4 D);无论是在 35 益还是在 25 益的温度下,均没有发现处理后番茄的花粉管伸长,重
复萌发实验并将萌发时间延长至 4 h 仍然未观察到花粉管伸长(图 4 C)。 以上结果表明 35 益 / 30 益高温胁
8802 摇 生摇 态摇 学摇 报摇 摇 摇 33 卷摇
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摇 图 4摇 适温与高温胁迫条件下发育的番茄‘Micro鄄Tom爷成熟花粉
粒体外萌发比较
Fig. 4 摇 In vitro germination of tomato pollen grains under
optimum (CK, 25 益 / 20 益) or high temperature (HS, 35 益 /
30 益)
A, B:对照(25 益 / 20 益)花粉粒正常萌发;C, D:高温胁迫(35
益 / 30 益)花粉粒没有萌发
迫影响了小孢子发育,导致花粉败育,而 35 益高温对正
常花粉粒萌发的影响不显著。
2. 2. 3摇 石蜡切片结果
高温胁迫处理材料与对照材料均能够正常分化花
药壁的各层,药室内的花粉小孢子母细胞排列整齐(图
5 A, G)。 小孢子发育在四分体时期开始表现出差异。
与对照相比,高温胁迫处理材料的绒毡层细胞异常肥厚
(图 5 H)。 到了单核小孢子时期,对照材料的小孢子从
胼胝质中释放出来,形状逐渐变圆,小孢子大小一致,细
胞核接近小孢子中央,绒毡层开始降解并且贴近药室内
壁(图 5 C);此时期,高温胁迫处理材料中只有一部分
小孢子从四分体中释放出来,大部分畸形并且聚集成
团,绒毡层没有降解反而明显膨大、挤压进入药室内部
(图 5 I)。 单核小孢子中后期,对照材料的小孢子相互
独立分散于药室内、染色加深,绒毡层降解留下丝线状
残骸,药室内壁细胞降解消退,花药表皮细胞呈细长状
纵向排列,药隔细胞减少,花药同侧两药室间膈膜变薄,
裂口处的环状细胞簇形成正常的圆环为花药开裂做准
备(图 5 D);高温胁迫处理材料中,畸形小孢子则较多、
大小不一致,绒毡层细胞体积增大、具有大液泡和较大
细胞核,部分绒毡层细胞相互挤压而破裂,花药表皮细
胞呈方形,裂口处的环状细胞簇形成的圆环形状不规则(图 5 J)。 双核花粉粒时期(开花前一天),对照花粉
粒充实,细胞质染色较深,仅有个别花粉粒畸形,绒毡层完全消失或仅存残余,花药同侧的两个药室之间的药
隔解体,两个药室相互连通成为一体,裂口附近花药壁仅剩一层表皮细胞且排列整齐,花药开裂(图 5 E);高
温胁迫处理材料花药中的正常花粉粒极少,多数花粉粒畸形或停止发育,而且花粉粒被绒毡层细胞包围而积
聚粘连,花药开裂但裂口不规则,裂口附近花药壁细胞畸形(图 5 K)。 花朵开放时,对照材料药室完全打开,
都能散粉,花药维管等组织仍保持原有结构(图 5 F);然而,高温胁迫材料的药室塌陷,花药表现出萎缩状(图
5 L)。
对番茄小孢子发育过程的连续观察研究,表明 35 益热胁迫处理影响了小孢子、绒毡层、药隔、花药壁等的
正常发育,从而导致花粉粒畸形或败育,产生的正常花粉粒数量严重减少,花药散粉障碍等,进而影响花朵的
正常授粉受精过程。
3摇 讨论
番茄品种‘Micro鄄Tom爷由于其生长周期短,易于栽培等特性,已经成为番茄遗传与发育研究的重要模式品
种。 本研究通过对番茄‘Micro鄄Tom爷小孢子细胞核形态学以及 DAPI染色观察,依据核发育变化,将小孢子发
育过程分为孢母细胞时期、四分体小孢子时期、单核小孢子早期、单核小孢子中后期、双核花粉粒时期和成熟
花粉粒时期等 6 个主要时期,这与 Brukhin[16]、辛建华[17]等对番茄小孢子发育主要时期的划分基本一致。 依
据番茄‘Micro鄄Tom爷小孢子发育时期与花蕾外部形态、花蕾长度和花药发育特征的对应关系,划分出的小孢子
发育时期依次对应于 Brukhin[16]划分的花发育阶段的 stage7鄄8、stage9鄄11、stage12鄄13、stage14鄄15、stage16鄄17 和
stage18鄄20。 因此,依据花蕾形态观察能够判断‘Micro鄄Tom爷番茄小孢子发育时期,为后续番茄生殖发育分子
生物学研究提供取材依据。 但由于花蕾的大小会因环境的变化而存在差异[17],实验中应注意环境条件的控
制,在精细实验中有必要借助于小孢子的镜检观察来准确无误地确定发育时期。
9802摇 7 期 摇 摇 摇 彭真摇 等:高温影响番茄小孢子发育的细胞学研究 摇
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图 5摇 番茄‘Micro鄄Tom爷 各级花蕾的石蜡切片观察
Fig. 5摇 Investigation of tomato microspores development stages using paraffin section
A—F:对照 (25益 / 20益)材料,G—L:热胁迫(35益 / 30益)材料; A, G:孢母细胞时期;B, H:四分体时期;C, I:单核小孢子早期;D, J:单核
小孢子中后期;E, K:双核花粉粒时期;F, G:成熟花粉粒时期
可育番茄小孢子在正常发育情况下,绒毡层在单核小孢子发育早期启动 PCD(Programmed Cell Death)进
程,不断自我降解而提供营养给小孢子发育。 本研究发现,高温胁迫(35 益 / 30 益)后,花药绒毡层内绒毡层
细胞液泡化膨大、裂口附近细胞延迟降解,而番茄小孢子畸形或败育、空瘪凹陷花粉粒数量比例大等现象。 绒
毡层发育异常现象在番茄雄性不育材料中的研究较多。 本研究表明,热胁迫处理番茄的小孢子败育从四分体
小孢子时期到花粉成熟时期均有发育异常表现,这一结果与毛秀杰[20]、袁亦楠[21]等研究的番茄雄性不育系
小孢子发育异常发生在广泛时期内的结果基本一致。 本研究结果表明,热胁迫处理造成花粉畸形或败育与绒
毡层细胞的发育紊乱密切相关。 绒毡层细胞降解延迟,未提供充足的营养物质供小孢子发育和花粉壁结构的
形成,类似现象在水稻[22]、拟南芥[23鄄24]等作物研究中也有报道。 同时,绒毡层细胞高度液泡化并向药室内生
长使药室内空间变小;花朵开放花药开裂时,破碎的绒毡层细胞及其内含物使花粉粒粘连成团,该现象在本研
究花粉萌发实验中同样可被观察到,表明高温胁迫不仅使花粉畸形或败育,而且使花药散粉困难。
本研究还发现,热胁迫还引起了药隔组织、药室内壁、花药表皮、环状细胞簇等花药细胞结构的发育异常。
张桂莲等[25]对水稻的研究发现,水稻耐热品系在高温胁迫下花药维管组织正常,而热敏感品系在高温胁迫下
花药维管组织发育异常。 高温胁迫使番茄植株韧皮部形成胼胝质,胼胝质因阻塞胞间连丝而增加韧皮部的阻
力[11],而高温对番茄花药维管组织发育是否有类似影响尚需研究考证。 有关热胁迫引起的番茄小孢子和花
药组织发育异常的分子生物学研究在本实验室还在进行中,希望有助于阐明热胁迫对番茄小孢子发育的影响
机制,并为培育耐高温农作物新品种提供新途径。
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2902 摇 生摇 态摇 学摇 报摇 摇 摇 33 卷摇
ACTA ECOLOGICA SINICA Vol. 33,No. 7 April,2013(Semimonthly)
CONTENTS
Frontiers and Comprehensive Review
Research progress on chemical communication of development and host鄄finding of nematodes
ZHANG Bin, HU Chunxiang, SHI Jin,et al (2003)
…………………………………………
………………………………………………………………………………
Principles, indicators and sampling methods for species monitoring XU Haigen, DING Hui, WU Jun, et al (2013)…………………
Autecology & Fundamentals
Spatial distribution pattern of human鄄caused fires in Hulunbeir grassland
ZHANG Zhengxiang, ZHANG Hongyan, LI Dongxue,et al (2023)
………………………………………………………………
…………………………………………………………………
Belowground biomass in Tibetan grasslands and its environmental control factors
YANG Xiujing, HUANG Mei, WANG Junbang, et al (2032)
………………………………………………………
………………………………………………………………………
Analysis on variation characteristics of air temperature and ground temperature in Guilin from 1961 to 2010
CHEN Chao, ZHOU Guangsheng (2043)
…………………………
……………………………………………………………………………………………
Winter bed鄄site selection by roe deer (Capreolus capreolus) in Huangnihe Nature Reserve
ZHU Hongqiang, GE Zhiyong, LIU Geng, et al (2054)
……………………………………………
……………………………………………………………………………
Leaf anatomical characteristics of the plants of grasslands in the Tibetan Plateau
LI Quanfa, WANG Baojuan, AN Lihua, et al (2062)
………………………………………………………
………………………………………………………………………………
A research on summer vegetation characteristics & short鄄time responses to experimental warming of alpine meadow in the Qinghai鄄
Tibetan Plateau XU Manhou, XUE Xian (2071)……………………………………………………………………………………
Cytological study on microsporogenesis of Solanum lycopersicum var. Micro鄄Tom under high temperature stress
PENG Zhen, CHENG Lin, HE Yanjun, et al (2084)
………………………
………………………………………………………………………………
A new plant height growth process model of Caragana forest in semi鄄arid loess hilly region
ZHAO Long, WANG Zhenfeng,GUO Zhongsheng,et al (2093)
……………………………………………
……………………………………………………………………
Germination inhibitory substances extracted from the seed of seven species of Quercus
LI Qingmei, LIU Yan, LIU Guangquan, et al (2104)
…………………………………………………
………………………………………………………………………………
Effects of water stress and fungicide on the growth and drought resistance of Flaveria bidentis
CHEN Dongqing, HUANGFU Chaohe, LIU Hongmei, et al (2113)
…………………………………………
………………………………………………………………
Characters of soil seed bank in copper tailings and its adjacent habitat SHEN Zhangjun, OU Zulan, TIAN Shengni, et al (2121)…
Changes of soil chemical properties after different burning years in typical steppe of Yunwun Mountains
LI Yuan, CHENG Jimin, WEI Lin, et al (2131)
………………………………
…………………………………………………………………………………
Effects of water and fertilizers on nitrate content in tomato fruits under alternate partial root鄄zone irrigation
ZHOU Zhenjiang, NIU Xiaoli, LI Rui, et al (2139)
……………………………
………………………………………………………………………………
Effect of land use on the characteristics of organic carbon and labile organic carbon in soil aggregates in Karst mountain areas
LI Juan,LIAO Hongkai,LONG Jian,et al (2147)
………
……………………………………………………………………………………
Mobilization of inorganic phosphorus from soils by five azotobacters ZHANG Liang, YANG Yuhong, LI Qian, et al (2157)…………
Physiological鄄ecological responses of Iris germanica L. to Cd stress and its accumulation of Cd
ZHANG Chengxiang, CHEN Weifeng (2165)
………………………………………
………………………………………………………………………………………
The available forms and bioavailability of heavy metals in soil amended with sewage sludge
TIE Mei, SONG Linlin, HUI Xiujuan, et al (2173)
……………………………………………
………………………………………………………………………………
LAI鄄based photosynthetic light response model and its application in a rainfed maize ecosystem
SUN Jingsong, ZHOU Guangsheng (2182)
………………………………………
…………………………………………………………………………………………
The dominant species of predatory natural enemies of three kinds of planthoppers and impact of pesticides on natural enemies
in paddy field LIN Yuan, ZHOU Xiazhi, BI Shoudong, et al (2189)……………………………………………………………
Population, Community and Ecosystem
Spatial and temporal variation of picophytoplankton in the Pearl River Estuary
ZHANG Xia, HUANG Xiaoping, SHI Zhen, et al (2200)
…………………………………………………………
…………………………………………………………………………
Analysis of the relationship between species diversity and hydrologic factors during an interval of intermittent water delivery at
the Lower Reaches of Tarim River, China CHEN Yongjin, LIU Jiazhen, CHEN Yaning, et al (2212)…………………………
Fish species composition and community pattern in the continental shelf of northwestern South China Sea
WANG Xuehui, LIN Zhaojin, DU Feiyan, et al (2225)
……………………………
……………………………………………………………………………
Distribution and succession of plant communities in Lake Bita coastal swamp on the plateau region, northwestern Yunnan
HAN Dayong, YANG Yongxing, YANG Yang (2236)
…………
………………………………………………………………………………
Analysis on community structure and quantitative characteristics of Nitraria tangutorum nebkhas at different succession stage in
lower reaches of Shiyang River JIN Hujia,MA Quanlin,HE Mingzhu,et al (2248)………………………………………………
Resource and Industrial Ecology
Effects of subsoiling and supplemental irrigation on dry matter production and water use efficiency in wheat
ZHENG Chengyan, YU Zhenwen, ZHANG Yongli, et al (2260)
…………………………
…………………………………………………………………
Effects of two years忆 incorporation of leguminous green manure on soil properties of a wheat field in dryland conditions
ZHANG Dabin, YAO Pengwei, LI Jing, et al (2272)
………………
………………………………………………………………………………
Effects of planting with ridge and furrow mulching on maize growth, yield and water use efficiency in dryland farming
LI Rong, HOU Xianqing, JIA Zhikuan, et al (2282)
………………
………………………………………………………………………………
Urban, Rural and Social Ecology
Effects of riparian buffers of North Mort of Beijing on air temperature and relative humidity
WU Fangfang, ZHANG Na,CHEN Xiaoyan (2292)
……………………………………………
…………………………………………………………………………………
Characteristics of spatial and temporal variations of global solar radiation in Xi忆an and relevant response in urban development
ZHANG Hongli,ZHANG Naweirui, LIU Minru,et al (2304)
………
………………………………………………………………………
Research Notes
A analysis of macrofungal flora diversity in Langyashan Nature Reserve, Anhui Province, China
CHAI Xinyi, XU Xuefeng, WANG Meiying, et al (2314)
………………………………………
…………………………………………………………………………
玉
《生态学报》2013 年征订启事
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迎能反映现代生态学发展方向的优秀综述性文章;研究简报;生态学新理论、新方法、新技术介绍;新书评价和
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