全 文 ：武汉植物学研究 2004，22(3)：269~272
Journal o| Wuhan Botanical Research
红菜薹雄性不育系花药败育的细胞形态学观察
田福发，徐跃进 ，袁 黎，陈建军
(华中农业大学园艺林学学院，武汉 430070)
摘 要 ：采用石蜡切片技术，在光学显微镜下系统研究了红菜薹 (Brassica campestris L．ssp．chinensis L．var．utilis
Tsen et Lee．)波里马胞质雄性不育系(Polima CMS)、红菜薹萝 卜胞质雄性不育系(Ogura CMS)及相应保持系花药
发育过程的细胞形态学特征。观察结果表明：红菜薹PolimaCMS花药发育受阻于孢原细胞阶段，不形成花粉，属无
花粉型，此不育 系花药不形成绒毡层和 中层 ；而红菜薹 Ogura CMS花药败育发生于小孢子母细胞期或四分体时
期，表现为绒毡层细胞异常 ，挤压四分体，导致四分体和绒毡层同时解体而败育 。
关键词 ：红菜薹；波里马胞质雄性不育；萝 卜胞质雄性不育；花药败育
中图分类号 ：Q942．4；$634．5 文献标识码 ：A 文章编号：1000—470X(2004)03—0269—04
The Cytomorphology Study of Anther Abortion in M ale-Sterile
Lines of Hong Cai—tai(Brassica campestris L．ssp．chinensis
L．var．utilis Tsen et Lee．)
TIAN Fu—Fa，XU Yue—Jin‘，YUAN Li，CHEN Jian—Jun
(College of Horticulture and Forestry，Huazhong Agricultural University，Wuhan 430070，China)
Abstract：Microsporogenesis of Hong Cai—tai’S Polima cytoplasmic male—sterile line (Polima
CMS)，Hong Cai—tai’S Ogura cytoplasmic male—sterile line(Ogura CMS)and their maintainers
were investigated cytologically by using paraffin section with light microscopy systemly．The ob—
servation showed that the anther development of Hong Cai—tai’S Polima male—sterile line was
blocked without anther at the stage of archesporial cel1．The few pollen and no anther cell was ob—
served without forming the tapetum and the middle layer；while the anther development of Hong
Cai—tai’S Ogura male—sterile line was blocked without anther at the stage of microspore mother
cell 8L tetrads of microspores，observing the tapetum cell abnormal and tetrads of microspores be—
ing extruded．In the end the tapetum cell and tetrads of microspores disaggregated．
Key words：Hong Cai—tai(Brassica campestris L．ssp．chinensis L．var．utilis Tsen et Lee．)；Polima
cytoplasmic male sterility；Ogura cytoplasmic male sterility；Anther abortion
红菜薹(Brassica campestris L．ssp．chinensis L．
var．utilis Tsen et Lee．)是异花授粉作物L1]，杂种优
势非常明显，杂种一代的应用已成为红菜薹早熟、丰
产、品质育种的首要措施。利用雄性不育配制红菜薹
F 杂种是当前育种工作者的重要研究方向。红菜薹
的雄性不育系有：①波里马胞质雄性不育系(Polima
CMS)，已用于配制杂交种，但存在温度敏感现象。
②萝 卜胞质雄性不育材料(Ogura CMS)，存在着叶
片低温缺绿和蜜腺退化等问题，未能在生产上应用，
尚在改良中。
笔者以这 2种不同胞质来源的不育红菜薹为试
验材料，以其保持材料九月鲜为对照，对这 2种雄性
收稿日期：2003—07—18，修回日期：2003—11—25。
基金项目：武汉市科技攻关项目(2002068)资助
作者简介 ：田福发(1977一)，男，硕士 ，山东日照人，从事园艺作物遗传育种研究。现在浙江森禾种业有限公司研发中心工作，310021。
+ 通讯作者(E—mail：xyjho@mail．hzau．edu．cn)。
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270 武 汉 植 物 学 研 究 第 22卷
不育材料花药发育的细胞形态学特征作了比较研
究，深入探讨了波里马胞质不育、萝 卜胞质不育在红
菜薹上的败育时期和方式，为更好地利用红菜薹胞
质雄性不育的杂种优势提供理论依据。
1 材料与方法
试验材料分别为华中农业大学育成的波里马胞
质雄性不育红菜薹(Polima CMS)，湖北大学转育的
萝 卜胞质雄性不育红菜薹(Ogura CMS)，其保持材
料均为九月鲜红菜薹常规品种。供试材料 2002年种
植于华中农业大学蔬菜试验站。
用于石蜡切片的材料，是选取以上材料盛花期
时主茎顶端整个总状花序，按花蕾的着生顺序分类
后，立即用FAA固定液(福尔马林一冰醋酸一酒精)进
行固定，按照常规石蜡法程序制作切片：各级酒精脱
水一透明一浸蜡一包埋一切片一展片一脱蜡一染色
一 封藏。切片厚度为 6～8／am，爱氏一苏木精染色，选
择有代表性、结构完整、染色清晰的切片用树胶封
藏，制作永久切片，然后分别用 Leika电脑成像系统
和 Olympus BH2显微镜观察并照相[2]。
2 结果与分析
2．1 红菜薹雄性不育保持系花药壁及花粉的形成
和发育
保持系幼蕾初现时，其幼小花药的细胞尚未分
化，以后，花药微显四棱时，胞原细胞出现，并经平周
分裂形成初生壁细胞和初生造孢细胞，初生壁细胞
继续分裂形成内外两层次生壁细胞，外层的次生壁
细胞进一步分化为药室内壁和中层，内层的次生壁
细胞则直接发育成绒粘层(图版 I：1)，初生造孢细
胞经过分裂形成次生造孢细胞，这时的花药壁细胞
已分化完全，由外到内依次为表皮、药室内壁、中层、
绒粘层(图版 I：2)，造孢细胞停止分裂后 ，其细胞体
积增大，发育为花粉母细胞，细胞外周逐渐积累胼胝
质(图版 I：3)，造胞细胞后期至四分体时期的发育
过程中药壁结构也相应发生变化。表皮细胞和药室
内壁细胞中液胞化逐渐明显，中层细胞开始退化，绒
毡层细胞排列整齐(图版 I：4)，小孢子四分体形成
后，绒毡层细胞开始退化，解体，萎缩(图版 I：5，6)，
到花粉壁完全发育良好，花药开裂时，绒毡层完全消
失(图版 I：7)。
2．2 Polima CMS花药败育时期
石蜡切片观察到在相当于正常花药发育的孢原
细胞时期，不育系花药的 4个角隅处出现具有分裂
活性的细胞(图版 I：8)，这种细胞分裂到造孢细胞
时期，其花药横切面与正常保满花药相似，也可分辨
出类似药室的 4个角隅(图版 I：9)。但这种细胞分
裂的结果并不形成初生壁细胞和初生造孢细胞，而
是一团液泡化的薄壁细胞，这些细胞随着花药的发
育体积增大(图版 I：10)。这种花药没有药室内壁、
中层及绒毡层的分化，不具有正常花药的药室结构，
没有小孢子母细胞的形成，不存在小孢子的发生及
发育(图版 I：11)。
根据以上结果，可知红菜薹 Polima CMS花药
发育受阻于孢原细胞阶段，不形成花粉，属无花粉
型。此外，不育系花药不形成绒毡层和中层，因此花
药败育与绒毡层和中层的营养供给没有直接关系。
2．3 Ogura CMS花药败育时期
石蜡切 片观察到 Ogura CMS不育系花药发
育，从造孢细胞期到减数分裂期与可育的十分相似，
唯一不同的是不育系花药的横切面分辨出只有类似
药室的 2个角隅(图版 I：12)，而可育的花药横切面
却有类似药室的4个角隅。但从小孢子母细胞期和
四分体时期就开始呈现败育迹象。Ogura CMS不育
系小孢子母细胞期花药绒毡层细胞异常膨大(图版
I：13)，侵入药室挤压小孢子母细胞(图版 I：14)，小
孢子母细胞四分体时期以后，其四分体形态基本正
常，外被胼胝体壁，但花药的败育因绒毡层细胞继续
膨大，液泡化也更为明显，从而侵入药室腔挤压四分
体(图版 I：15)；四分体受到挤压，逐渐破裂解体，同
时绒毡层细胞的液泡化进一步加剧，解体成无内容
物的空泡结构(图版 I：16，17)，最后四分体和绒毡
层细胞都解体消失，整个花药成空壳状并收缩干
瘪L3 (图版 I：18，19)。
根据以上结果，可知红菜薹 Ogura CMS不育
系花药败育发生于小孢子母细胞期或四分体时期，
表现为绒毡层细胞异常，挤压四分体，导致其解体或
败育。
3 讨论
3．1 败育时期比较
红菜薹 Polima CMS花药发育受阻于孢原细胞
分化期，没有孢原细胞的分化，不形成药室，这与
Polima CMS不结球白菜和甘蓝型油菜花药败育的
细胞形态学研究结果一致，表明 Polima CMS在不
同的作物上有相同的败育特征L4 ]。
红菜薹 Ogura CMS花药发育自小孢子母细胞
期开始，绒毡层就异常肥大压迫四分体，导致四分体
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第 3期 田福发等：红菜薹雄性不育系花药败育的细胞形态学观察
和绒毡层同时解体而败育。这与已经发现的不同核
背景的萝 卜胞质不育系的败育特征一致 ]，即均表
现为绒毡层细胞活动异常。
这 2种雄性不育材料花药败育时期的差异可能
与它们是由不同的异源胞质材料直接转育而来有
关，虽然它们有共同的核背景，但具有不同的不育胞
质，由于细胞核与细胞质之间严重不协调，使雄性器
官的分化、发育在不同时期受到阻碍的可能性都存
在。这种质核互作关系如何影响花药发育有待进一
步研究。
3．2 花药败育原因探讨
绒毡层对花粉的发育有多方面重要的生理功
能，Chapman[7]曾将绒毡层的功能总结为 4个方面：
①造孢组织的营养；②花粉壁的形成；③花粉鞘和含
油层的供应；④提供识别物质。小孢子发育成雄配子
体所需的大量养料是通过绒毡层输送或由绒毡层细
胞解体来供应，有较多的研究将花粉败育归因于绒
毡层的异常。Scoles和Evans将绒毡层的异常现象
分为两类[8]：一类是绒毡层细胞维持细胞性质，过度
膨大侵占药室而挤压小孢子；另一类异常是绒毡层
细胞壁解体，细胞内含物融合形成周原质团，侵入药
室引起小孢子败育。本实验中 Ogura CMS绒毡层
的异常现象就属于上述的第一类，而 Polima CMS
根本没有形成绒毡层。所以绒毡层细胞异常现象是
花药败育的一个重要原因[9]。
利容千曾对一些农作物雄性不育花药的发育情
况作过综述m]，认为不育系花药败育与营养物质供
应有关。绒毡层的异常行为与药室内细胞的退化有
密切关系，由此推断，药室内细胞的退化是营养物质
失调的结果，营养物质失调也是花药败育的原因。
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图 版 说 明
图版 I：1～7．红菜薹雄性不育保持系花药形成和发育过程：1．初生造孢时期的花蕾横切面(X 20)}2．次生造孢时期的药室(X1oo)，3．花粉
母细胞时期的药室(×lOO)；4．四分体时期的药室(×100)；5．四分体后期的药室(×100)}6．成熟花药(×20)l 7．开裂花药(×20)。8～11．红
菜薹 Polima雄性不育系花药形成和发育过程：8．相当于保持系孢原细胞时期的 Polima MS花药(X 20)}9．相当于保持系造孢细胞时期的
Polima MS花药(X1o)}10．开花时Polima MS花蕾(X10)}11、开花时Polima MS花药(X100)。12～19．红菜薹 Ogura雄性不育系花药形成
和发育过程：12．相当于保持系造孢细胞时期的 Ogura MS花药(X 20)}13．Ogura MS小孢子母细胞期，示绒毡层细胞的异常膨大 (X 2O)}
14．Ogura MS小孢子母细胞期，示绒毡层细胞挤压小孢子母细胞(XlOO)}15．Ogura MS小孢子母细胞四分体时期(X 20)}16．Ogura MS四
分体时期，示四分体和绒毡层细胞降解(X 20)，17．OguraMS四分体时期(X100)}18．OguraMS败育花粉囊(X 20)}19．OguraMS败育花粉
囊 (X1oo)
Explanation of plate
Plate I：1— 7．The developmentaI process of anther of Hong Cai—tai male—sterile maintainer Iine’s：1．The across section of bud at primary
sporogenous stage(X 20)}2．An anther sac at secondary sporogenous stage(× 1oo)}3．An anther sac atmicrosporemother cell stage(×1oo)；
4．An anther sac Of tetrad stage(X lOO)}5．An anther sac Of tetrad late stage(×lOO)}6．Mature anther(X 20)；7．The splitting anther(×
20)．8—11．The developmental process of anther of Hong Cai—tai Polima male—sterile Iine：8．Polima male—sterile anther equivalent to archespo—
rial cell stage in maintainer line(X 20)}9．Polima male—sterile anther equivalent to sporogenous cell stage in maintainer line(X 10)；10．Polima
male—sterile bud at flowering (×10)}11．Polima male—sterile anther at flowering (×1OO)．12—19．The developmental process of anther of
Hong Cai—tai Ogura male—sterile line：1 2．Ogura male—sterile anther equivalent to sporogenous cell stage in maintainer line (× 2O)l 1 3．Ogura
MSmierospore，thetapetum cells showed hypertrophic(X 20)；14．OguraMSmicrospores，thetapetum cells extrudedmicrospores(X lOO)l 15．
Ogura MStetrads ofmicrospores(X 20)}16．OguraMStetrads ofmicrospores，thetetrads andthetapetum celswere degenerating(X 20)l 17．
Ogura MS tetrad(XlOO)；18．Ogura M S pollen sac，the pollen had aborted(X 20)；19．Ogura M S pollen sac，the pollen had aborted(×1oo)
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