全 文 ：园 　艺 　学 　报 　2004 , 31 (6) : 807～810
Acta Horticulturae Sinica
收稿日期 : 2004 - 03 - 29 ; 修回日期 : 2004 - 05 - 24
基金项目 : 国家‘863’计划项目 (2002AA244021 , 2002AA207012)3 通讯作者 Author for correspondence ( E2mail : jfchen @njau1edu1cn)
辣 (甜)椒细胞质雄性不育系减数分裂和雄配子发生
过程
王述彬1 ,2 　罗向东1 　戴亮芳1 　钱春桃1 　陈劲枫1 3 　刘金兵2 　潘宝贵2
(1 南京农业大学作物遗传与种质创新国家重点实验室 , 南京 210095 ; 2 江苏省农业科学院蔬菜研究所 , 南京 210014)
摘 　要 : 运用减数分裂制片技术和石蜡切片法观察了辣椒细胞质雄性不育系 21A 和保持系 21B 以及甜
椒细胞质雄性不育系金 A 和保持系金 B 减数分裂和雄配子发生的整个过程。结果表明 , 不育系和保持系都
能进行正常减数分裂 , 中期 I的染色体构型为 9 个环状二价体和 3 个棒状二价体 , 后期 I和后期 II都均等分
裂 , 形成了正常的四分孢子 (n = 12) 。保持系的四分孢子经过单核和双核期后形成成熟花粉粒。雄性不育
系从小孢子单核靠边期开始异常 , 绒毡层细胞径向异常膨大 , 挤压花粉粒 , 致使小孢子在形成双核之前完
全裂解 , 导致不育。
关键词 : 辣椒 ; 细胞质雄性不育 ; 减数分裂 ; 雄配子发生
中图分类号 : S 64311 　　文献标识码 : A 　　文章编号 : 05132353X (2004) 0620807204
Meiotic Observation and Male Gametes Development in Cytoplasmic Male Ster2
ile of Pepper ( Capsicum annuum L. )
Wang Shubin1 , 2 , Luo Xiangdong1 , Dai Liangfang1 , Qian Chuntao1 , Chen Jinfeng1 3 , Liu Jinbing2 , and Pan Baogui2
(1 National Key Laboratory of Plant Genetic and Germplasam Enhancement , Nanjing 210095 , China ; 2 Vegetable Research Institute ,
Jiangsu Academy of Agricultural Sciences , Nanjing 210014 , China)
Abstract : The meiotic behavior and male gametes development in cytoplasmic male sterile lines (CMS) 21A
and Jin A of hot and sweet pepper ( Capsicum annuum L. ) and their maintainer lines 21B and Jin B were studied
in this paper. The results showed that microsporogenesis could process normally until former uni2nucleate pollen
stage. There are not differences in the meiosis of both A lines and B lines , and between CMS of hot and sweet pep2
per. At metaphase I , the chromosome constitution was composed of nine ring bivalents and three rod bivalents. E2
qual chromosome divisions resulted in two poles with chromosome n = 12 at anaphase I , and four poles at anaphase
II. After tetrad stage , uni2nucleate pollen underwent a progressive process of collapse , owing to being squeezed by
abnormal swelled tapetal cells. Bi2nucleate pollen could not produce since the second pollen mitosis failed to occur ,
and the gametes became completely sterile.
Key words : Pepper ; Cytoplasmic male sterile ; Meiosis ; Male gametes development
1 　目的、材料与方法
为了弄清辣 (甜) 椒 ( Capsicum annuum L. ) 细胞质雄性不育减数分裂和雄配子发生的整个过程
以及不育系败育的确切时期 , 作者以辣椒和甜椒不育系为研究对象 , 采用改良的减数分裂制片技术与
石蜡切片法相结合 , 探明辣椒和甜椒细胞质雄性败育的确切时期和方式 , 为揭示辣 (甜) 椒细胞质雄
性不育机理提供依据。
本研究以江苏省农业科学院蔬菜研究所选育的辣椒细胞质雄性不育系‘21A’和甜椒细胞质雄性
不育系‘金 A’以及相应的保持系‘21B’和‘金 B’为试材 , 于 2003 年春季和秋季种植于本所实验
温室和塑料大棚。盛花期取不同大小的花蕾用于压片和石蜡切片研究。减数分裂压片制片程序 : 将不
同大小的花蕾经卡诺固定液固定 24 h 后 , 转到 70 %的酒精中备用。将剥离出的花药在 1 mol/ L HCl
60 ℃下解离 3～6 min , 然后用蒸馏水清洗干净 , 从中部切断花药 , 用镊子轻轻挤压出花粉粒 , 用卡宝
品红 (脱色碱性品红) 染色 , 采用火焰微烤和 45 %醋酸分色制片。石蜡制片参照李正理的方法〔1〕。
Olympus (BX251) 显微镜观察并照相。
2 　结果分析与讨论
211 　辣 (甜) 椒雄性不育系减数分裂过程
不育系 21A、金 A 和保持系 21B、金 B 减数分裂过程无差异 , 不育系均能够正常完成减数分裂全
过程且同步性强 (同一个花药的花粉母细胞都处于相同的减数分裂时期) 。整个减数分裂过程时间非
常短。本研究采用改良的试验程序 , 辣椒和甜椒减数分裂背景非常淡 , 染色体分散良好且保持很好的
形态。
试验观察到辣 (甜) 椒细胞质雄性不育系 21A、金 A 减数分裂中期 I 染色体构型为 9 个环状二价
体和 3 个棒状二价体组成 (图 1 , A) 。减数分裂后期 I , 二价体中的同源染色体分开 , 在末期 I 经过
同时型胞质分裂将同源染色体平均分配到两极 , 每一极染色体为 n = 12 (图 1 , B) 。在减数分裂后期
II , 着丝粒一分为二 , 姊妹染色体分别移向相反的两极 , 形成染色体均为 n = 12 的四极 (图 1 , C) 。
随后染色体解螺旋 , 核仁和核膜重新形成 , 再经同时型胞质分裂而形成 4 个单倍体子细胞 , 从而完成
减数分裂周期 (图 1 , D) 。
图 1 　辣 (甜) 椒减数分裂过程的主要时期
A. 中期 I ; B. 末期 I ; C. 后期 II ; D. 四分体时期。
Fig. 1 　Main meiotic stages of pollen mother cells in CMS of hot ( sweet) pepper
A. Metaphase I ; B. Telophase I ; C. Anaphase II ; D. Tetrad stage.
212 　辣 (甜) 椒保持系雄配子发育过程
辣椒和甜椒保持系 21B 和金B 雄配子发育过程相同 , 经减数分裂后 , 由于胼胝质壁的溶解 , 单核
花粉粒从四分体中游离出来 , 释放到花粉囊中。刚游离出来的单核花粉粒细胞壁薄 , 细胞质浓厚 , 核
位于细胞中央 , 并能看到 3 个萌发沟 (图 2 , A) 。随着中央大液泡的出现 , 细胞核被逐渐挤到一侧
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(图 2 , B) , 即单核靠边期。随后 , 细胞核再进行 1 次有丝分裂 , 形成具有 3 个萌发沟且表面带有乳
突的成熟花粉粒 (图 2 , C) , 花粉粒发育同步 , 形态整齐一致 (图 2 , D) 。
213 　辣 (甜) 椒不育系雄配子发育过程
辣椒和甜椒细胞质雄性不育系 21A 和金 A 均不能完成雄配子发育 , 其败育过程相同。花粉粒从
四分体中游离出来到单核靠边期之前 , 不育系与保持系基本一致 , 能够正常发育 (图 2 , A) 。但从单
核靠边期开始 , 不育系与保持系有明显差异 , 不育系花粉粒外壁比保持系的更薄而光滑 ; 部分花粉粒
在细胞核进行有丝分裂时外壁形成突起并开始裂解 (图 2 , E) , 外壁具有突起的花粉粒在形成双核之
前迸出内含物 (图 2 , F) , 最终全部裂解成细胞碎片 (图 2 , G) , 但花粉粒的裂解似乎不完全同步
(图 2 , H)
图 2 　辣 (甜) 椒保持系和雄性不育系的雄配子发育过程
A. 保持系单核居中期花粉粒 ; B. 保持系单核靠边期花粉粒 ; C. 保持系成熟花粉粒 , 箭头为乳突 ; D. 保持系花粉粒 ; E. 不育系单核期花
粉粒 , 箭头为内含物膨大突起 ; F. 不育系正在裂解的花粉粒 (箭头) G. 不育系裂解的花粉粒 ; H. 不育系裂解不同步花粉粒。
Fig. 2 　Male gametes development in CMS of hot ( sweet) pepper
A. Former uni2nucleate pollen of maintainer ; B. Later uni2nucleate pollen of maintainer ; C. Mature pollen of maintainer , papillule
(arrow showing) ; D. Pollens of maintainer ; E. Later uni2nucleate pollen of CMS , papillule filled with inclusion (arrow showing ) ;
F. Collapsing pollens of CMS (arrow showing) ; G. Collapsed pollen of CMS; H. Pollens of different collapse of CMS.
21A 和 21B、金 A 和金 B , 尽管其转育前的自交系 21 号羊角椒和金色甜椒的遗传背景差异很大 ,
但都是从相同的不育源‘LANES’转育而来的 , 因此可以看出只要不育源相同而其它遗传背景差异对
败育过程影响不明显。
214 　辣 (甜) 椒不育系和保持系发育过程中绒毡层的变化
在四分体之前 , 不育系和保持系之间的绒毡层细胞没有明显差异 (图 3 , A) 。此后 , 两者的差异
逐渐变得明显。对于保持系 , 在四分体时期 , 中层细胞消失 , 绒毡层细胞染色较深 , 核较大。小孢子
单核居中期 , 保持系绒毡层细胞变厚 , 结构基本完整 , 染色比较深。单核靠边期 , 保持系绒毡层细胞
有一定程度的液泡化 , 染色能力减弱 (图 3 , B) 。到双核期绒毡层细胞开始解体 , 此时染色能力很
差。到成熟花粉粒时期 , 绒毡层细胞完全解体 , 只剩下表皮和纤维层。
辣 (甜) 椒细胞质雄性不育系的绒毡层细胞从四分体时期开始膨大 , 液泡化逐渐明显。到小孢子
单核居中期 , 不育系绒毡层细胞径向异常膨大 , 高度液泡化并侵入药室 , 此时绒毡层细胞染色能力很
弱。从单核靠边期开始 , 不育系绒毡层细胞进一步径向膨大 , 药室狭窄 , 使小孢子受挤呈不规则状 ,
被压缩成一团不定形物质 , 随后花粉粒开始裂解 , 绒毡层细胞解体 (图 3 , C) 。
908　6 期 王述彬等 : 辣 (甜) 椒细胞质雄性不育系减数分裂和雄配子发生过程 　
图 3 　不同时期辣 (甜) 椒保持系与不育系绒毡层特征
A. 保持系四分体时期药囊 ; B. 保持系单核期药囊 , 绒毡层正常 ; C. 不育系单核期药囊 , 绒毡层异常膨大。
Fig. 3 　The characteristics of tapetal cells of the maintainer and sterile lines at different stages
A. Pollen sac on tetrad stage of maintainer line , B. Pollen sac on uni2nucleate pollen stage of maintainer line ,
C. Pollen sac on uni2nucleate pollen stage of sterile line , tapetal cells swelled abnormally.
关于辣椒细胞质雄性不育败育的时期 , 耿三省等〔2〕报道败育发生在四分孢子形成以前 , 认为不育
系绒毡层细胞高度液泡化 , 使得花粉母细胞由于受挤而不能进行正常减数分裂。Honer 等〔3〕则认为辣
椒雄性不育系败育发生在小孢子发育后期 , 即四分孢子之后。本文结果表明败育从单核期开始 , 花粉
粒外壁形成突起 , 迸出内含物 , 最终裂解 , 此过程与 Ku 等〔4〕报道的水稻温敏型雄性败育相似。
参考文献 :
1 　李正理. 植物组织制片学. 北京 : 北京大学出版社 , 1996. 130～139
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3 　Horner H TJr , Rogers M A. A comparative light and electron microscopic study of microsporogenesis in male2fertile and cytoplasmic male sterile pepper
( Capsicum annuum) . Can J Bot . 1974 , 52 : 435～441
4 　Ku S J , Yoon H J , Suh H S , et al . Male2sterility of thermosensitive genic male2sterile rice is associated with premature programmed cell death of the
tapetum. Planta , 2003 , 217 : 559～565
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