全 文 ：武汉植物学研究 , 一
萝 卜雄性不育系花药发育
组织化学的初步研究
‘
董庆华 利容千 王建波
武汉大学生命科学学院 武汉 。。
提 要 对萝 卜 , “ 种雄性不育系及相应保持系花药发育过程进行组
织化学研究
。
研究结果表明 , 种不育系花药组织化学变化与小饱子败育变化皆类似 。 不育系
的花药发育受阻于抱原细胞分化之前 , 此时花药中含少量蛋 白质 、 核酸和较多淀粉粒
。
随着花药的长大 , 不再含有蛋白质 、 核酸和淀粉粒 。 不育系春红 的花药在四分体以前与可
育系类似 , 含丰富蛋 白质 、 核酸和多糖 。 在单核期绒毡层异常引起小饱子败育的过程中 , 花药
中蛋白质
、
核酸和多糖含量迅速减少 , 不再含有淀粉粒 。
关键词 萝 卜, 雄性不育 , 花药发育 , 组织化学
关于植物雄性不育花药发育的研究 , 已有大量而详尽的工作 。 等曾对被子植物
雄性不育花粉败育的形式和时期作过综述‘ , 〕。 以往的研究大都集中于花药败育过程的细
胞学观察 , 对不育系花药发育过程中组织化学变化研究较少 。
小抱子发育是个复杂的过程 , 包括许多相互影响的因子 。其中核酸 、 蛋 白质 、 多糖等物
质代谢产物对小抱子发育极其重要 〔, 〕。 因此 , 为全面了解雄性不育现象 , 应用组织化学方
法研究花药发育过程中各种代谢物质的变化极为必要 。 本研究在细胞学观察的基础上 〔 〕 ,
选取 种典型的萝 卜雄性不育系进行组织化学研究 , 进一步揭示其雄性不育的机理 。
材料和方法
实验材料萝 卜 , 于现蕾期和初花期取样 。 其中春红 不育系 、
春红 保持系 于 年 月取材于武汉市蔬菜研究所 , 不育 系 于 年 月
取材于黑龙江省园艺所 。
样品用卡诺固定液固定 , 转入 酒精置冰箱保存 。 取不同大小花蕾 , 按常规石蜡切
片法制 片 , 切片厚度 拌 , 分别用 甲基绿 一 派洛宁
、 汞 一嗅酚蓝 、 高碘酸 一席夫反应法
收稿 日 一 一 , 修回 日 一 一 。 第一作者 女 , 岁 , 助教 硕士 。 现任教同济医科大学药学院
。
, 国家教委高等学校博士点基金资助项 目 。
第 期 董庆华等 萝 卜雄性不育系花药发育组织化学的初步研究
反应 等组织化学法分别对 、 、 蛋 白质 、 多糖进行染色 〔 〕。 研究
显微镜观察与照相 。
观察结果
核酸的变化
由表 可 见 保 持
系春红 在抱原 时期
及减数分裂时期 , 小抱
子 母 细胞 和 绒毡 层 细
胞均 含有丰 富 的
和 , 但随后
含量降低 。 在单核期 ,
小 抱 子 含 丰 富 ,
少 量 绒 毡 层 细
胞 亦 含 丰 富 , 少
量 。
不育系 花药
表 甲基绿一派洛宁反应显示萝 卜可育系与不育系花药
发育过程中核酸的变化
一 ‘
时 期
材 料 花粉母细胞 四分体 单核小抱子
春红
春红
十 干十 士
一 士 一 一 一
士
十 强 较强 较弱 士 弱 一 极弱或无
十 士 一
的发育 , 在抱原细胞分化之前 已受阻 , 不形成抱原细胞和花粉囊 。此时花药染为浅红色 , 表
明花药中只含少量 。 随着花药的发育 , 花药不着色 。
不育系春红 在四分体时期以前 和 含量变化类似保持系 到单核小袍
子早期 , 绒毡层细胞粘连 , 含量减少 , 未见有 被染色 , 小抱子含较多 。 随
后绒毡层细胞融合成周原质团并高度液泡化 , 含量进一步减少
。 单核小抱子只有核
仁部分染为红色 , 细胞质不着色 , 细胞核也不染成绿色 , 表 明此时小抱子只有在核仁含
。 到花药完全败育时 , 花粉囊中解体物质染成紫红色 , 表 明核糖核酸的大分子 已经降
解 。
总蛋 白质的变化
春红 由抱原细胞分化形成的小抱子母细胞排列紧密 , 含大量蛋 白质 , 尤其是细胞
核染色更深 , 由初生壁细胞形成的绒毡层细胞亦含有大量蛋白质 图版 。 小抱子母细
胞减数分裂过程中 , 绒毡层细胞中蛋 白质含量不断增加 。 到单核小抱子早期 , 绒毡层细胞
相互分离 , 染色极深 , 分不清细胞质和细胞核 刚从四分体释放出来的单核小抱子染色较
深 图版 。 到单核小抱子晚期 , 绒毡层细胞已扁化 , 开始解体 , 仍含有较多蛋白质 单
核小抱子膨大 , 除少数单核小抱子形成空壳不含蛋白质外 , 其余小抱子染色极深 , 表明蛋
白质含量异常丰富 图版 , 。
花药发育早期没有抱原细胞的分化 , 除表皮细胞及药隔维管组织含有部分蛋 白
质外 , 其余部分细胞含蛋白质少 , 染色浅 图版 。 随着花药的长大 , 花药中蛋 白质含量
减少 , 最终不再含有蛋 白质 。
春红 在四分体时期以前与保持系相似 , 花药中含大量蛋 白质 。 到 四分体刚分离后
的单核小抱子早期 , 绒毡层细胞壁消失 , 彼此粘连 , 染色较浅 , 单核小抱子染色亦较浅 图
武 汉 植 物 学 研 究 第 卷
版 。后来绒毡层细胞融合成周原质团并高度液泡化 , 染色更浅 而单核小抱子细胞质
不着色 , 细胞核染色较浅 , 核仁染色较深 , 表明此时绒毡层细胞及单核小抱子蛋 白质含量
不多 图版 。 最终小抱子解体 , 与绒毡层解体物质形成原生质团 , 染色较深 图版
。
多糖的变化
春红 花药从抱原细胞时期起就含有较多淀粉粒 , 主要分布在药隔维管束周围
。 到
四分体时期 , 花药中淀粉粒含量更多 , 颗粒较大 , 甚至在药室壁上亦有较多淀粉粒分布 , 整
个花药 反应染色较深 图版 。 到单核小抱子时期 , 药室壁上淀粉粒消失 , 但药隔
维管束周围聂有大量淀粉粒 图版 。 直到花粉粒成熟散粉时 , 药室内壁 已纤维化增
厚 , 仍含有少量淀粉粒 , 但颗粒较小 图版 卜
。
花药在发育早期 , 有少量较小的淀粉粒分布于药隔维管束周围 , 而在花药两侧
角隅的细胞中含有较多 、 较大的淀粉粒 图版 卜
。 随着花药的发育 , 花药中的淀粉粒变
小 , 形状变模糊 , 最终完全消失 但花药仍呈较浅的 正反应 图版 , 表明其仍含
有少量可溶性多糖 。
春红 在四分体时期以前与保持系类似 , 含较多淀粉粒 。 到 四分体时期 , 药隔维管束
周 围含有大量淀粉粒 , 但不及保持系的密集 , 颗粒亦不及保持系的大 , 而且在药室壁中不
含有淀粉粒 图版
。单核小抱子期绒毡层细胞异常发育时 , 花药中淀粉粒含量明显减
少 、 变小 图版 到花药完全败育时 , 已不再含有淀粉粒 , 但药囊中残 留的解体物质
仍呈较强的 正反应 图版 皿 。
讨论
花药中含有的物质代谢产物 多糖 、 蛋 白质 、 核酸等 对小抱子发育极 为重要 , 其
中蛋 白质和 多糖是细胞组成中的重要物质 , 也是小抱子发生过程中积累的营养物质 。 核酸
为重要的遗传物质 , 对组织器官的分化 、 代谢及生长起重要作用 , 尤其是 与蛋 白质
合成密切相关 。 有较多研究表明 , 植物雄性不育花药败育的过程中 , 伴随有中间代谢产物
合成的减弱 , 酶活性的改变等现象 从而导致新陈代谢紊乱 , 致使中间代谢产物无法正常
合成或降解 。 这是形成雄性不育的主要原因〔 一 ’ 〕。 如木豆 。 。 不
育系脐服质不能正常降解 , 使小抱子无法从四分体中释放 出来而败育 〔 〕 番茄 切
‘ 不育系不能利用多糖物质而败育 〔 〕
。 此外 , 在高粱 塔 , ,
, 、
油菜 、 木豆 、 小麦 了
’ ‘ 、 印度芥菜
等作物中均观察到不育系中多糖 、 蛋 白质及核酸物质的缺乏 〔
’ 一 ‘。〕。 在本实验中 , 明
显地观察到萝 卜雄性不育系中多糖 、 蛋 白质及核酸等物质的合成减弱 , 尤其是 不育
系从花药形成的初期 , 营养物质就很缺乏
。 可以认为不育系代谢紊乱引起营养失调 , 是其
败育的主要原因 。
绒毡层被认为是小抱子发育过程中的营养供应者 , 也是营养物质的转运者 , 含有
丰富的核酸和蛋 白质“ ’
, ‘ , 。 在本实验 中亦观察到萝 卜保持系绒毡层 中含有丰富核酸和蛋
白质 。 如果绒毡层发育异常 , 阻碍营养物质流入花粉囊 , 可使小抱子因营养缺乏而败育 。春
红 随着绒毡层的异常发育 , 花药中多糖 、 蛋 白质 、 核酸等物质迅速减少 , 最终小抱子败
第 期 董庆华等 萝 卜雄性不育系花药发育组织化学的初步研究
育 , 与在印度芥菜 、 香瓜 等材料中观察到的情况类似 〔
’‘’〕。 可以认为绒毡
层异常是春红 败育的原因之一
。
需要指出的是 , 一般植物正常花药发育中 , 随着药室 内壁纤维化增厚 , 药室的 内
外壁 中代谢产物含量减少直至完全消失 , 如在百合 、 玉蜀黍 、 木豆中
观察到 的一样 〔
, “ ·“ 〕 而萝 卜保持系中 , 花粉成熟散粉时 , 其药室 内壁 已显著纤维化增厚
时 , 仍含有部分淀粉粒 。
致谢 黑龙江省园艺所李光池老师和武汉市蔬菜所提供材料和帮种 , 在此表示感谢 。
参 考 文 献
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飞 , ,
, , 一
董庆华 , 利容千 , 王建波等 萝 卜雄性不育系花药发育的细胞形态学研究 武汉大学学报 ,
孙敬三 , 钱迎倩 植物细胞学研究方法 北京 科学出版社 ,
, , 尸
, , 、 少 , , 伪 呀
, ,
,
一 , 勿 妒。 , , , 、 , ,
中国科学院遗传研究所四 室二组 细胞质雄性不育高粱及 可育相似体的细胞化学初步研究 遗传学报 , ,
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武 汉 植 物 学 研 究 第 卷
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图 版 说 明
图 版
汞一澳酚蓝反应显示蛋白质 。 春红 花粉母细胞和绒毡层含丰富蛋白质
,
花药含少量蛋白质
春红 单核小抱子早期 春红 四分体刚分离后的单核小抱子早期 春红 单核
小抱子晚期 春红 花药含少量蛋 白质 春红 含丰富蛋 白质 春红 败育花药
图 版
一 反应显示多糖 。 早期花药含较多淀粉粒 花药不含淀粉粒 春红 花药四
分体时期药壁中含较多淀粉粒 的 春红 花药四分体时期药壁不含淀粉粒 春红 花药单核期含
丰富淀粉粒 春红 花药含少量淀粉粒 春红 成熟花药药室内壁含少量淀粉粒 春
红 败育花药不含淀粉粒
只 又
、
一
又
只