全 文 ：广 西 植 物 Guihaia 27(2)：156— 160 2007年 3月
云烟 85胞质雄性不育烟草
雄蕊发生的细胞学观察
刘齐元1一，刘飞虎¨ ，杨建兵1，侯玉平 ，何 瀚1
(1．云南大学 生命科学学院，昆明 650091；2．江西农业大学 农学院，南昌 330045)
摘 要：雄性不育烟草 MS云烟 85的雄性败育发生在雄蕊原基分化后至孢原细胞形成前 ，在开放花朵中常能
见到败育的雄蕊，其特征是花丝缩短 ，花药畸形、内无花粉或花粉空瘪。与正常烟草(保持系)子房由 2心皮组
成不同，雄性不育烟草 MS云烟 85子房都由3心皮组成。
关键词：烟草 ；胞质雄性不育系；雄蕊败育
中图分类号：Q944 文献标识码：A 文章编号：IOO0—3142(2007)02—0156—05
Cytological study on stamen development of
cytoplasmic male sterile line‘Yunyan 85’
of tobacco(Nicotiana tabacum)
LIU Qi—Yuan 一，LIU Fei—Hu1 ，YANG Jian—Bing1，
HOU Yu—Ping1，HE Han1
(1．College of Liye Sciences，Yunnan University，Kunming 650091，China；2．College of
Agronomy，Jiangxi Agricultural University，Nanchang 330045，China)
Abstract：The stamen abortion of male-sterile tobacco Yun—yan 85 happened from the differentiation of stamen
primordial tO the formation of sporogenous cel1．The staminodes were visible in opening flowers，but the fila—
ments of staminode were shortened and the anthers were abnormal without pollen or with empty polen．The
ovary of pistil in male-sterile tobacco Yunyan 85 had 3 carpels，but the counterpart of normal tobacco(maintai—
ner line)had only 2 carpels．
Key words：tobacco；cytoplasmic male-sterile line；stamen abortion
通过野生种烟草和普通烟草杂交，并将普通烟
草作父本连续回交，就能获得烟草种间胞质雄性不
育杂种。用这种方法获得的雄性不育烟草，其不育
特性又能很方便地被转育至其它烟草品种。目前，
绝大部分烟草雄性不育系都是通过这种方法获得
的，仅云南就转育有烟草雄性不育系 3O多个(李永
平，200I)。目前，有关雄性不育烟草开放花朵的外
观描述已有不少，其中很多是针对转基因雄性不育
烟草的(李胜国等，1995，1997；耿飒等，2000)，而报
道雄性不育 烟草 的花 器官分化发育的则不多
(Rosenberg等，1983；Kofer等，1991；Spangenberg
等 1992)。对由野生种烟草提供胞质的雄性不育烟
草的花器官发育则未见有报道。为此，我们对由野
生种烟草提供胞质的雄性不育烟草 MS云烟 85及
其保持系云烟 85的花器官分化发育进行观察，期望
揭示 MS云烟 85雄性败育的时期与特征。
收稿 日期 ：2005—12-05 修回日期 ：2006—06—11
基金项目：云南大学 211工程二期建设项目；云南大学遗传学博士点项目[Supported by 211 Project Sponsored by Education Ministry of
China，the 2~Term Construction in Yunnan University；theFundsfor Doctorship of Genetics of Yunnan University]
作者简介：刘齐元(1962一)，男 ，江西高安人 ，博士，副教授，从事植物遗传育种与作物栽培研究和教学，(E-mail)qiyuanl@yahoo、COIT~,cn。
通讯作者(Author for correspondence，E—mal：plantbreed20O4@yahoo．corn．on)
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2期 刘齐元等：云烟 85胞质雄性不育烟草雄蕊发生的细胞学观察 157
1 材料与方法
供试材料为带有野生种烟草(Nicotiana suave-
olcns)细胞质的胞质雄性不育系MS云烟85及其保
持系云烟 85。开花期于田间观察供试烟株的花器
构造并取样带回室 内照相。于烟草盛花期取 MS云
烟85及其保持系云烟 85顶端主分支花序，放人
FAA固定液中，抽真空后保存。按发育时期取不同
大小的花蕾，梯度酒精脱水，二甲苯透明，制成石蜡
切片，连续切片，切片厚度为 6／zm，番红一固绿复染
法染色 ，中性树胶封存 ，烘干制成永久切片。在徕卡
显微镜下观察并照相。
图 l 云烟 85雄性不育系及其保持系花器官
Fig．1 Flowers of male—sterile line and its maintainer
line of tobacco Ytln—yan 85
左为保持系，5枚雄蕊明显可见；中和右为不育系，中间花朵可
见到退化雄蕊，右边花朵无雄蕊。
Left：Flower of maintainer line，with 5 obvious stamens；Middle
and right：Flowers of male—sterile line，with staminode(middle)
OF without stamen(right)．
2 结果与分析
2．1云烟 85雄性不育系及保持 系花器官形态构造
2．1．1保持系云烟 85花器官形态 保持系云烟 85
是正常的烟草，其花为两性完全花，有 5个花萼、5
个花瓣、5枚雄蕊，雌蕊 2心皮 、2室、子房上位、中轴
胎座、多数胚珠。5个萼片愈合成钟形，包于花冠基
部；花冠由5个花瓣构成管状，开花时先端展开成喇
叭状。雄蕊5枚轮列与花瓣相间；花丝 4长 1短，顶
端连在由2个花粉囊组成的花药的背部，基部着生在
管状花冠的内壁上。雌蕊由柱头、花柱和子房 3部分
组成，形似一个长颈的细口瓶。子房由 2个心皮组
成，子房基部的周围有一圈膨大的蜜腺(图1)，这与普
通栽培烟草的花器官形态完全相同(陈瑞泰，1987)。
2．1．2不育系MS云烟 85的花器官形态 不育系
MS云烟 85的花器官形态在花萼、花瓣和雌蕊等方
面与保持系云烟 85没有差 异，而雄蕊则有较大变
化。MS云烟 85花的雄蕊花丝萎缩，花药畸形，花
药内没有花粉粒；有些花朵中则没有雄蕊(图 1)。
2．2云烟 85雄性不育系及保持系雄蕊的发育特征
2．2．1保持 系云烟 85雄蕊及 小孢子发 育特征 正
常烟草花器官分化发育顺序为向心式分化，即从外
向里逐步分化出花萼、花瓣、雄蕊和雌蕊。其发育过
程如图 2所示：当烟草植株的顶芽分化成花芽以后，
先在花芽原基的外侧分化出 5个花萼原基，接着在
5个花萼原基的内侧相间分化出5个花瓣原基，继
而在 5个花瓣原基的内侧相间分化出5个雄蕊原基
(图 2：a)，此时，花芽的生长点即为雌蕊原基(图 2：
b)，以后发育成雌蕊。其中，雄蕊原基分化后，生长
速度较快，其大小很快超过花瓣原基(图 2：c)。此
后，各花器官原基不断发育长大，逐渐形成一朵完整
的花。在雄蕊的发育过程中，每个雄蕊原基又分化
出花丝和花药原基两部分(图 2：c)。花药原基产生
后，先在花药四角形成 4组细胞核较大、原生质浓厚
的孢原细胞 (图 2：d，e)，然后孢原细胞进行平周分
裂，形成两层细胞，其中里面是初生造孢细胞。初生
造孢细胞经几次有丝分裂，生成更多的小孢子母细
胞(花粉母细胞)，小孢子母细胞发育到一定时期就
开始减数分裂(图 2：f)。减数分裂使每一个小孢子
母细胞形成 4个小孢子(四分体)，四分体呈四面体
排列(图 2：g)。然后，小孢子从四分体中分离，即成
单核小孢子(图 2：h)，单核小孢子再经一次核分裂，
形成一大一小的二核小孢子，大的核为营养核，小的
为生殖核。此期间，花粉粒经历一次收缩(图 2：i)，
形成成熟的花粉粒(图2：j)。成熟花粉粒为淡黄色，
极面观呈圆形或近四面体圆形，赤道面(侧面)观呈
长椭 圆形 。云烟 85雌蕊由 2心皮组成(图 2：d)。
2．2．2不育 系MS云烟 85雄蕊的败育特征 MS云
烟 85为带有野生种烟草细胞质的雄性不育系，在花
器官分化发育过程中，其花萼原基、花瓣原基、雄蕊
原基及雌蕊原基的分化都和保持系的相似。但雄蕊
分化后，有的即开始退化，不能伸长；有的能伸长，但
伸长到一定时候即停止，并逐渐退化。雄蕊顶端很
少能形成花药，偶有花药也只是畸形花药，因而在该
雄性不育系的开放花中，有的没有雄蕊，有的能看到
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2期 刘齐元等：云烟 85胞质雄性不育烟草雄蕊发生的细胞学观察 159
图 3 雄性不育烟草 MS云烟 85花器官及雄蕊发育解剖图
Fig．3 Flower organs and stamen development of male—sterile line tobacco Yun—yan 85
a．幼蕾，示花萼和花瓣原基；b．幼蕾，示雄蕊原基生长缓慢；e．花蕾，示退化雄蕊；d．幼蕾，示雄蕊开始退化；e-f．畸形雄蕊；g-h．花
蕾横切，示退化花药和 3室雌蕊
a．Young bud，showing sepal and primordia of petal；b．Young buds，showing stamen primordia that growing slowly；e．Bud，showing
staminode；d．Young bud，showing stamen beginning degenerating；e-f．Abnormal stamen；g-h．Transverse section of buds，showing
degenerated anthers and pistils with 3 carpels．
以上研究表明，不同植物雄性不育材料其雄蕊
(小孢子)败育发生的时期及特点各不相同，即使是
同一植物材料的不同雄性不育类型，其雄性败育时
期和特点也不一样。烟草方面，胡日华等(1999)曾
报道胞质来源于晒烟的雄性不育烟草的雄蕊败育有
4种类型：(1)雄蕊完全退化；(2)花丝萎缩畸形，无
花药；(3)花药萎缩，无花粉囊；(4)花药颜色变淡，花
粉囊合 并，花粉 粒 为无 内含 物 的空 瘪粒 。由 N．
tabacum与N．glauca融合产生的雄性不育胞质杂
种的花冠筒比普通烟草细，解剖花冠筒则可以发现
其雌蕊发育正常，雄性器官发育不正常，表现为花丝
极短；无花药；或虽有花药 ，但花药中无花粉粒；或只
有少数干瘪的花粉粒(孙玉合等，1999)。而转基因
雄性不育烟草由于带有花药特异启动子，其雄性败
育多发生在花药发育阶段(李胜国等，1995，1997；耿
飒等，2000)，属核不育类型，类似于核不育大白菜和
陆地棉洞 A型核不育雄性不育系 473A的败育特征
(张成合等，1993；张天真等，1991)。
Rosenberg等(1983)曾报道，由普通烟草提供
细胞核、野生种烟草(N．glauca)提供细胞质的雄性
不育烟草的败育特征是：5个雄蕊原基出现后立即
就停止了生长，一直到整个花发育成熟，退化雄蕊都
没有发生变化；而由普通烟草提供细胞核、野生种烟
草(N．plumbaginifolia)提供细胞质的雄性不育烟
草的败育特征是：与正常可育烟草花器官发育比较，
在心皮出现之前，该雄性不育烟草花器官发育就有
差异，其雄蕊异常地小，并且为非圆柱形。虽然在心
皮出现后，该不育烟草的雄蕊还继续发育，但只是发
育成更象花瓣而不象雄蕊的尖尾船状结构。由普通
烟草 和 野 生 烟 草 (N．bigelovii，N．undulata，N．
debneyi，N．suaveolens)杂交而形成 的胞质雄性不
育烟草的雄蕊多为畸形，有的雄蕊雌蕊化，有的雄蕊
花瓣化(Kofer等，1991；Spangenberg，1992)。
据本实验观察 ，由野生烟草(N．suaveolens)与
普通烟草杂交产生的雄性不育烟草(MS云烟 85)的
雄蕊败育特征与 Rosenberg等报道的结果较为类
似。与由转基因形成的雄性不育烟草雄性败育发生
较晚不同，由普通烟草和野生烟草杂交形成的雄性
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160 广 西 植 物 27卷
不育烟草的雄性败育一般发生得较早，败育较彻底。
雄性不育烟草 MS云烟 85的雄性败育时期发生在
雄蕊原基分化后至孢原细胞形成前，在开放花中常
能见到败育的雄蕊，其特征是花丝缩短，花药畸形、
内元花粉或花粉空瘪。
另外，本研究还发现，与正常烟草(保持系)雌蕊
中子房由2心皮组成不同，雄性不育烟草 MS云烟
85雌蕊中子房都由 3心皮组成。这一现象是否与
烟草的雄性不育有关还有待于进一步研究。
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