全 文 ：文章编号 :100028551 (2000) 0120001205
小麦辐射雄性不育系杂种 F1 的亚显微结构
王岳光　王琳清
(中国农业科学院原子能利用研究所　北京　100094)
摘 　要 :本文以辐照普通小麦种子获得的普通小麦细胞质雄性不育系 85EA、89AR 和
具提莫菲维小麦细胞质的 TA 型 ( Tcms) 3 个异质同核 (原冬 3 号)稳定的雄性不育系
与 2 个高恢复力的恢复系原恢 3 号和 BPM15 (普通小麦品种)杂种 F1 代为材料 ,研究
它们雄配子发育单核、二核及三核各时期的亚显微结构。结果表明 ,85EA、89AR、
TA 与恢复系杂交 F1 代小孢子发育表现出明显的可育特征 :在单核期 ,细胞质浓 ,细
胞器丰富 ,线粒体、内质网等十分发达 ,二核及三核期淀粉粒数量多。但 85EA、89AR
杂种 F1 在单核期比 TA 杂种 F1 内质网和核糖体数量多 ,这可能是 85EA 和 89AR 新
雄性不育类型育性容易被恢复的重要原因之一。
关键词 :小麦 　辐射 　雄性不育性 　亚显微结构
收稿日期 :1998211220
基金项目 :国家攀登计划
作者简介 :王岳光 (19652) ,男 ,山东栖霞人 ,山东莱阳农学院副教授 ,博士 ,从事小麦遗传育种的研究。
我国于 1965 年开始进行小麦雄性不育杂种优势的研究 ,但至今未能大面积生产利用 ,其
主要原因是公认较好的 T 型和 K型 (粘果山羊草 , Aeg. kotschyi) 不育系分别存在的恢复源窄
和易产生单倍体等问题尚未完全解决[1 ] 。寻找恢复源宽、育性易被恢复的雄性不育系 ,配制
杂种优势强的杂交组合对突破杂种小麦的生产应用至关重要。
1982 年中国农业科学院原子能利用研究所用电子束 ( Electron beam ,370 Gy) 辐照普通小
麦新品系原冬 2110 种子 ,1985 年在 F3 代获得整行不育株系 ,用它作母本与普通小麦优良品
种 (系)连续回交转育育成稳定的普通小麦突变体细胞质雄性不育系 85EA。1987 年以普通小
麦亚种新疆小麦 ( T . pet ropavlovskyi U dacz . et Migusch) 为母本 ,与用经γ射线低剂量 (10 Gy)
辐照的大赖草 ( L egm us racemosus)花粉杂交 ,用 10d 龄杂种幼胚进行离体培养 ,获得雄性不育
株 ,经连续回交育成 89AR 雄性不育系。王琳清等[2 ]对这 2 个不育系及 TA 型不育系的恢保
关系、杂种优势进行测定 ,结果发现 ,85EA、85AR 是 2 个不育性能够稳定保持、育性又较易被
恢复、恢复源较宽及杂种优势较强的新不育类型。洪吉松等[3 ]对 85EA、89AR 与 TA 及其保
持系小孢子败育过程的亚显微结构作了比较研究 ,结果表明 ,85EA、89AR 与 TA 相比 ,小孢子
败育较晚、延续时间较长、细胞器解体较晚。为了探明 85EA 和 89AR 不育系的恢复源较宽、
育性较易被恢复的新不育类型 ,我们研究了 85EA、89AR 和 TA 与恢复系杂交 F1 代小孢子发
育过程的亚显微结构。
1　核 农 学 报　2000 ,14 (1) :1～5Acta A gricult urae N ucleatae Sinica
1 　材料与方法
111 　材料
不育系 :85EA (原冬 3 号) ,89AR (原冬 3 号) , TA (原冬 3 号) 。恢复系 :原恢 3 号 ( T 型恢
复系) 、BPM15 (普通小麦品种) 。杂种 F1 : 85EA (原冬 3 号) / BPM15 , TA (原冬 3 号) / BPM15 ,
89AR(原冬 3 号) / BPM15 ,85EA (原冬 3 号) / 原恢 3 号 , TA (原冬 3 号) / 原恢 3 号 ,89AR (原冬
3 号) / 原恢 3 号。
112 　方法
1996 年 9 月底将上述材料种植于中国农业科学院原子能利用研究所试验农场 ,1997 年 4
月底至 5 月中旬小麦抽穗期间 ,取小孢子发育单核、二核及三核期花药 ,用 215 %戊二醛固定 ,
0～4 ℃保存。用 011mol/ L 磷酸缓冲液冲洗 3h ,再用 1 %锇酸溶液固定 3h ,经各级酒精脱水 ,
丙酮置换 ,再由环氧树脂包埋。用 L KB28000 型超薄切片机切片 ,再用醋酸双铀和柠檬酸铅进
行双重染色 ,在 H2500 型透射电子显微镜下观察、拍片。
2 　结果与分析
211 　保持系和恢复系小孢子发育的特征
保持系原冬 3 号和恢复系BPM15和原恢 3 号小孢子发育均为正常发育 ,并具有相似的特
征 :单核小孢子期 ,细胞核、核仁和核膜清晰 ,原生质体丰富 ,线粒体、内质网、高尔基体等细胞
器十分发达 (图版 Ⅰ21) ,二核及三核期 ,淀粉粒饱满而且数量多 ,内质网、线粒体等均比较发达
(图版 Ⅰ22) 。
212 　不育系小孢子败育的特征
85 EA (原冬 3 号) 、89AR (原冬 3 号)和 TA (原冬 3 号) 3 种同核异质雄性不育系的小孢子
败育过程中具有一些相似的特征 :单核小孢子期 ,细胞核被挤到边缘 ,溶酶体、液泡系中各种水
解酶十分活跃 ,原生质体中各种组织结构被分解 ,细胞质稀薄 ,线粒体、内质网等各种细胞器数
量明显减少 ,而且有的结构不正常 ,绒毡层结构破坏 (图版 Ⅰ23) 。二核至三核期 , TA 花粉粒内
细胞质完全退化 (图版 Ⅰ24) ,而 85EA 和 89AR 还有少量淀粉粒存在 (图版 Ⅰ25) 。这表明
85EA 和 89AR 小孢子败育延续时间较长、败育较晚 ,后期仍有一定量淀粉粒的积累 ,可能是其
易于被恢复、恢复源较宽的原因之一。
213 　不育系与恢复系杂交 F1 代小孢子发育的特征
通过电镜观察发现 ,3 种不育系与恢复系杂交 F1 代小孢子发育具有可育小孢子发育的特
征 ,表明其育性已被恢复。
21311 　85EA (原冬 3 号) / BPM15和 85EA (原冬 3 号) / 原恢 3 号杂种 F1 小孢子发育特征 　
85EA (原冬 3 号) / BPM15杂种 F1 代小孢子单核期 ,绒毡层开始解体 ,供应花粉粒发育所需的部
分营养 ,细胞核清晰 ,靠近细胞边缘 ,原生质体丰富 ,线粒体、内质网特别发达 (图版 Ⅰ26) 。二、
三核期 ,花粉粒内壁呈放射状增厚 ,花粉粒内聚集大量饱满淀粉粒 ,并可见到少量线粒体和内
质网 (图版 Ⅰ27) 。85EA (原冬 3 号) / 原恢 3 号杂种 F1 小孢子的发育与前者相似 (图版 Ⅰ28) 。
21312 　TA (原冬 3 号) / BPM15与 TA (原冬 3 号) / 原恢 3 号杂种 F1 小孢子发育特征 　TA (原
2 核　农　学　报 14 卷
图版 Ⅰ(1～6)
Plate Ⅰ(1～6)
ER :内质网 ,M :线粒体 ,Nu :细胞核 ,SP :圆球体 ,SG:淀粉粒 ,M2N :核膜 ,V :液泡
ER : Endoplasmic reticulum , M :Mitochondria ,Nu :Nuclear , CP :Chloroplast ,SP : Spherosome ,SG: Starch grain
M2N :Nuclear membrane ,V :Vacuole.
11 单核期 (BPM15) , ×600 ;21 三核期 (BPM15 , ×10000 ;3185 EA (原冬 3 号) 单核期 , ×4000 ;41TA (原冬 3
号)三核期 , ×2000 ;5189AR(原冬 3 号)三核期 , ×10000 ;6185 EA(原冬 3 号) ×BPM15F1 单核期 , ×10000
11Mononucleus stage (BPM15) , ×6000 ;21Three2nucleus stage (BPM15) , ×10000 ;31Mononucleus stage (85 EA
Yuandong 3) , ×4000 ; 41Three2nucleus stage ( TA yuandong 3) , ×2000 ; 51Three2nucleus stage (89AR yuan2
dong 3) , ×10000 ;61Mononucleus stage (85 EA yuandong 3 ×BPM15F1) , ×10000.
冬 3 号) / BPM15杂种 F1 小孢子单核期 ,绒毡层开始解体 ,线粒体比较发达 ,但内质网数量较少
(图版 Ⅰ29) ,二、三核期 ,花粉粒内壁放射状增厚 ,淀粉粒多而饱满 ,线粒体、内质网较少。TA
(原冬 3 号) / 原恢 3 号杂种 F1 小孢子的发育与之相似 (图版 Ⅰ210) 。
21313 　89AR (原冬 3 号) / BPM15和 89AR (原冬 3 号) / 原恢 3 号杂种 F1 小孢子发育特征 　
89AR (原冬 3 号) / BPM15杂种 F1 小孢子单核期 ,绒毡层解体 ,细胞核靠边 ,细胞质浓 ,细胞器
丰富 ,尤其是内质网特别发达 (图版 Ⅰ211) ,二、三核期 ,花粉粒内壁呈放射状增厚 ,淀粉粒多而
饱满。89AR (原冬 3 号) / 原恢 3 号杂种小孢子的发育与之相似 ,二、三核期 ,内质网特别发达
(图版 Ⅰ212) 。
从以上观察可以看出 ,85EA 和 89AR 杂种 F1 在单核期比 TA 杂种 F1 内质网和核糖体数
量多 ,因此可合成大量蛋白质 ,包括对育性恢复起重要作用的某些酶类 ,同时 ,对于物质的运
输、物质间的相互协调起到很好作用 ,这可能是 85EA 和 89AR 新雄性不育类型容易被恢复、
3　1 期 小麦辐射雄性不育系杂种 F1 的亚显微结构
图版 Ⅰ(7～12)
Plate Ⅰ(7～12)
7185 EA(原冬 3 号) ×BPM15 F1 二核期 , ×10000 ; 8185 EA (原冬 3 号) ×原恢 3 号 F1 二核期 , ×10000 ;
91TA(原冬 3 号) ×BPM15 F1 单核期 , ×10000 ; 101TA (原冬 3 号) ×原恢 3 号 F1 二核期 , ×10000 ;
11189AR(原冬 3 号) ×BPM15F1 单核期 , ×10000 ;12189AR(原冬 3 号) ×原恢 3 号 F1 二核期 , ×10000。
71Two2nucleus stage (85 EA Yuandong 3 ×BPM15 F1) , ×10000 ; 81Two2nudeus stage (85 EA yuandong 3 ×
yuanhui 3 F1) , ×10000 ;91Mononucleus stage ( TA yuandong 3 ×BPM15 F1) , ×10000 ;101Two2nucleus stage
( TA Yuandong 3 ×Yuanhui 3 F1) , ×10000 ;111Mononucleus stage (89A Yuandong 3 ×BPM15 F1) , ×10000 ;
121Two2nucleus stage (89AR Yuandong 3 ×Yuanhui 3 F1) , ×10000.
恢复源较宽的重要原因之一。
3 　讨 　论
细胞正常发育是一个复杂过程 ,需要细胞核、细胞质相互协调 ,共同作用。De Vries[4 ] 、胡
适宜[5 ] 、张召铎[6 ]等研究发现 ,小麦雄性不育系小孢子败育与线粒体、内质网等细胞器异常有
关。线粒体是进行物质代谢和能量代谢的重要细胞器 ,内质网对蛋白质等物质的合成与运输
起着重要作用[7 ] 。本研究结果表明 ,85EA、89AR 和 TA 小孢子中线粒体、内质网等细胞器退
化 ,导致花粉败育 ,而 85EA、89AR 和 TA 与恢复系杂交 F1 代小孢子发育过程中 ,线粒体、内质
网等特别发达 ,因此 ,杂种小孢子能够正常发育 ,表现可育。
4 核　农　学　报 14 卷
参考文献 :
[ 1 ] 　黄铁城等编著. 杂种小麦研究进展. 北京 :农业出版社 ,1993 ,122～131
[2 ] 　王琳清 ,等. 普通小麦细胞质不育系 85 EA 和 89AR 雄性不育特性研究. 作物雄性不育及杂种优势研究进展 ( Ⅰ) ,北京 :
中国农业出版社 ,1996 ,136～144
[ 3 ] 　洪吉松 ,等. 普通小麦细胞质雄性不育系 85 EA、89AR 亚显微结构的研究 ,作物雄性不育及杂种优势研究进展 ( Ⅰ) ,北
京 :中国农业出版社 ,1996 ,130～135
[ 4 ] 　De Vries A P ,et al. Electron microscopy on anther tissue and pollen of male sterile and fertile wheat ( T . aestiv um L) . Eu2
phytica ,1970 ,19 :103～120
[ 5 ] 　胡适宜 ,等. 小麦雄性不育系和保持系小孢子发育的电子显微镜研究. 植物学报 ,1977 ,19 (3) :167～171
[ 6 ] 　张召铎 ,等. 普通小麦雄性不育系及其保持系花粉形态的扫描电镜观察. 华北农学报 ,1992 ,7 (4) :22～28
[ 7 ] 　敖光明 ,等. 细胞生物学. 北京 :北京农业大学出版社 ,1984 ,72～135
ULTRA STRUCTURE OF WHEAT HYBRID OF CYTOPLASMIC
MAL E STERIL E L INES BY IRRADIATION
WAN G Yue2guang 　WAN G Lin2qing
( Instit ute f or A pplication of A tomic Energy , Chinese Academy of A gricult ural Sciences , Beiji ng ,100094)
ABSTRACT :Hybrids F1 of restores l ines BPM15 and Yuanhui 3 crossed with CMS lines 85EA、
89AR and TA respectively were observed on the ultra structure of microspore at various develop2
mental stage. The main results showed as follows. At mononucleus microspore stage , cytoplasm
were thick and organella , such as mitochondria , endoplasmic reticulum were abundant. At t wo2
nucleus and three2nucleus stage ,there were a lot of starch grains. In the CMS hybrid F1 of BPM15
and yuanhui 3 crossed with 85EA and 89AR, there were more endoplasmic reticulum and ribo2
some at mononucleus microspore stage , which might be one of the causes that fertil ity of 85EA
and 89AR were easier to restore than Tcms.
Key words :Wheat , irradiation , male sterility , ult ra st ructure
5Acta A gricult urae N ucleatae Sinica
2000 ,14 (1) :1～5