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中 国 细 胞 生 物 学 学 报 Chinese Journal of Cell Biology 2011, 33(6): 622 628 http://www.cjcb.org 光 温 敏 核 雄 性 不 育 小 麦 BS366 花 粉 母 细 胞 减 数 分 裂 的 细 胞 学 研 究 樊 建 青 1,2 张 立 平 1,2* 赵 昌 平 1,2* 许 晨 光 1,2 王 灵 云 1,2 苑 少 华 2 ( 1 北 京 市 农 林 科 学 院 北 京 杂 交 小 麦 工 程 技 术 研 究 中 心, 北 京 100097; 2 首 都 师 范 大 学 生 命 科 学 学 院, 北 京 100048) 摘 要 以 小 麦 光 温 敏 核 雄 性 不 育 系 BS366 为 材 料, 采 用 卡 宝 品 红 压 片 法 研 究 花 粉 母 细 胞 减 数 分 裂 的 细 胞 学 变 化 结 果 表 明 : 不 育 环 境 下 的 BS366 花 粉 母 细 胞 减 数 分 裂 过 程 中 染 色 体 和 细 胞 形 态 异 常 现 象 较 多 染 色 体 异 常 主 要 表 现 为 : 染 色 体 落 后, 染 色 体 桥 染 色 体 散 乱 排 列, 微 核 染 色 体 分 离 不 同 步 细 胞 形 态 异 常 表 现 为 : 二 分 体 时 期 细 胞 质 不 完 全 分 裂, 细 胞 板 不 平 整 ; 四 分 体 时 期 子 细 胞 大 小 不 一 花 粉 母 细 胞 减 数 分 裂 后, 异 常 四 分 体 的 比 例 为 62.88%; 成 熟 花 粉 粒 中 败 育 率 为 89.5% 推 测 减 数 分 裂 期 间 异 常 的 染 色 体 行 为 以 及 细 胞 形 态 可 能 是 影 响 花 粉 育 性 降 低 的 重 要 原 因 关 键 词 光 温 敏 核 雄 性 不 育 小 麦 ; 减 数 分 裂 ; 染 色 体 杂 种 优 势 是 提 高 作 物 产 量 的 重 要 途 径 光 温 敏 雄 性 不 育 小 麦 具 有 恢 复 谱 广 配 组 自 由 杂 交 种 生 产 过 程 简 单 和 成 本 较 低 等 优 点 [1], 在 二 系 法 杂 交 小 麦 中 具 有 重 要 作 用 小 麦 光 温 敏 感 型 雄 性 不 育 有 两 种 类 型, 一 是 光 温 敏 细 胞 质 雄 性 不 育, 如 D 2 型 不 育 系 A3314 等 ; 二 是 光 温 敏 核 雄 性 不 育, 如 ES-14 C49S BS210 BS20 BNS 等 [2] 其 中, 光 温 敏 核 雄 性 不 育 小 麦 在 二 系 法 交 杂 小 麦 中 被 广 泛 应 用, 但 在 大 面 积 推 广 应 用 中 仍 存 在 着 一 些 关 键 性 的 理 论 问 题 急 需 解 决, 主 要 表 现 在 对 其 败 育 机 制 不 完 全 了 解 小 麦 光 温 敏 核 雄 性 不 育 为 生 态 敏 感 型, 从 细 胞 学 层 面 深 入 了 解 其 败 育 特 征, 是 解 析 其 败 育 机 理, 以 及 改 良 和 充 分 利 用 不 育 系 的 重 要 基 础 花 粉 母 细 胞 减 数 分 裂 是 花 粉 发 育 过 程 的 重 要 环 节 之 一, 前 人 通 过 对 水 稻 [3,4] 兰 州 百 合 [5] 王 百 合 [6] 玉 米 [7] 大 豆 [8] 木 立 芦 荟 [9] 普 通 小 麦 [10] [11] 太 谷 核 不 育 小 麦 小 麦 胞 质 不 育 系 CMS [12] 等 研 究 表 明, 花 粉 母 细 胞 减 数 分 裂 期 间 染 色 体 异 常 行 为 是 导 致 花 粉 败 育 的 重 要 原 因 之 一 许 多 研 究 表 明, 减 数 分 裂 过 程 中 出 现 的 染 色 体 桥 落 后 染 色 体 微 核 等 异 常 现 象 是 影 响 花 粉 育 性 的 细 胞 遗 传 因 素 [5,13] 落 后 的 染 色 体 随 着 减 数 分 裂 的 进 行 可 能 会 随 机 移 向 细 胞 两 极, 引 起 染 色 体 的 不 均 衡 分 配, 造 成 子 细 胞 中 部 分 染 色 体 的 缺 失, 从 而 产 生 一 定 比 率 的 败 育 花 粉 [14] ; 同 时 落 后 的 染 色 体 还 是 形 成 微 核 的 主 要 原 因, 形 成 微 核 的 细 胞 大 多 是 不 育 的 [15] 另 外, 染 色 体 桥 是 一 种 常 见 的 染 色 体 变 异, 它 也 能 引 起 花 粉 败 育 [5] 探 究 不 同 的 光 温 敏 核 雄 性 不 育 小 麦 花 粉 母 细 胞 在 减 数 分 裂 期 间 的 异 常 特 征 是 研 究 其 败 育 机 制 的 重 要 环 节 前 人 对 小 麦 光 温 敏 不 育 系 的 相 关 研 究 也 有 [16] 少 量 报 道, 如 高 东 迎 等 研 究 发 现, 早 播 的 C49S 减 数 [17,18] 分 裂 染 色 体 异 常, 最 终 导 致 其 败 育 周 美 兰 等 对 光 温 敏 核 不 育 小 麦 ES-14 ES-10 研 究 发 现, ES 系 列 虽 然 减 数 分 裂 时 染 色 体 出 现 异 常 现 象, 但 大 多 数 花 粉 母 细 胞 可 以 进 行 正 常 的 减 数 分 裂, 形 成 正 常 的 四 分 体 可 见, 不 同 小 麦 光 温 敏 不 育 系 的 染 色 体 异 常 特 点 可 能 存 在 差 异, 而 且 上 述 研 究 缺 乏 减 数 分 裂 过 程 中 细 胞 形 态 异 常 方 面 的 报 道 BS366 是 杂 交 小 麦 京 麦 7 号 的 母 本, 是 优 良 的 小 麦 光 温 敏 核 雄 性 不 育 系, 本 文 拟 从 细 胞 学 水 平 观 察 其 花 粉 母 细 胞 在 减 数 分 裂 期 间 的 染 色 体 行 为 和 细 胞 形 态 特 征, 比 较 其 在 可 育 环 境 和 不 育 环 境 下 的 异 同, 以 期 明 确 其 花 粉 败 育 的 细 胞 学 原 因, 为 进 一 步 收 稿 日 期 : 2011-02-02 接 受 日 期 : 2011-03-07 北 京 市 自 然 科 学 基 金 (No.5091001) 国 家 高 技 术 研 究 与 发 展 计 划 (863)(No.2009AA101102, No.2011AA10A106) 农 业 部 948 项 目 (No. 2009-Z4), 科 技 部 成 果 转 化 资 金 (No.2009GB2A000006) 院 创 新 能 力 建 设 专 项 (No.KJCX201101007) 和 北 京 市 农 业 育 种 基 础 研 究 创 新 平 台 (No. D08070500690801) 资 助 项 目 * 通 讯 作 者 Tel: 010-51503765, E-mail: lp-zhang8@sohu.com; Tel: 010-51503104, E-mail: bjhwz2003@yahoo.com.cn

623 樊建青等: 光温敏核雄性不育小麦BS366花粉母细胞减数分裂的细胞学研究 解析小麦光温敏雄性败育机理提供理论基础 备用 取已固定好的幼穗上的颖花, 在解剖显微镜 下, 用解剖针分离出花药 将花药置于载玻片上, 滴 1 材料与方法 加200 ml卡宝品红溶液后, 用解剖针将花粉母细胞敲 1.1 材料 小麦光温敏核雄性不育系BS366由北京杂交小 麦工程技术研究中心自主选育 在药隔后期, 平均温 度低于10 ºC时表现为高度不育; 平均温度高于20 ºC 常频率以及细胞形态异常频率 时表现为高度可育; 该不育系已经在二系法杂交小 1.2.2 麦组合选育中广泛应用 2009年9月30日将BS366 出穗的中上部颖花, 用卡诺氏固定液(配方同上)固 种子种植于花盆, 花盆规格为26 cm 23 cm, 每盆留 定 观察时, 用1%的I2-KI溶液染色 将制好的片子 苗8株 2010年4月当小穗发育至药隔后期时, 将其 放在显微镜下观察 统计可育花粉及败育花粉 棕 放入人工气候箱(HPG-320型), 利用人工气候箱控 黑色, 圆球状, 是正常的花粉; 不规则的畸形, 无棕黑 温, 光照时间14 h/d, 光强12 000 Lx, 空气湿度50%, 色反应, 称为典败; 圆形, 无棕黑色反应, 是圆败 有 15 ºC预处理3天, 然后, 将材料分别放入10 ºC人工气 花粉圆形部分呈浅棕黑色反应, 是碘败 花粉的黑 候箱(不育环境)和20 ºC人工气候箱(可育环境), 各处 染率(%)=花粉黑染粒数/总的粒数 100% 在小麦 理7天 成熟后对结实率进行统计分析 1.2 方法 1.2.1 减数分裂观察 在材料高低温处理的过 程中, 上午8: 00~10: 00, 选取减数分裂的幼穗, 用卡 诺氏固定液(95%乙醇:冰醋酸=3:1)固定3小时, 然后 用95%的乙醇冲洗, 再转入75%乙醇中, 4 ºC下保存 出来后, 静止3~5 min使细胞充分染色, 然后盖上盖 玻片并用指甲油封边 将制好的片子放在Leica显 微镜下观察和拍照; 并统计减数分裂时期染色体异 花粉育性鉴定 小麦抽穗后, 选取当天抽 2 结果 2.1 BS366花粉母细胞减数分裂过程 2.1.1 可育环境下花粉母细胞减数分裂过程 可 育环境下, BS366花粉母细胞减数分裂过程大多是 图 1 可育环境花粉母细胞正常的减数分裂 A: 间期; B: 细线期; C: 偶线期; D: 粗线期; E: 双线期; F: 终变期; G: 中期I; H: 中后期I; I: 后期I; J: 末期I; K: 间期II; L: 中期II; M: 后期II; N: 末期 II; O: 四分体时期 Fig.1 Normal meiosis of pollen mother cells under fertile condition A: interphase; B: leptotene; C: zygotene; D: pachytene; E: diplotene; F: diakinesis; G: metaphase I; H: early anaphase I; I: anaphase I; J: telophase I; K: interkinesis II; L: metaphase II; M: anaphase II; N: telophase II; O: tetrad stage.

研究论文 624 图 2 不育环境下花粉母细胞异常减数分裂 A: 中期I染色体落后; B: 中期I出现微核; C: 后期I染色体散乱排列; D: 后期I多条染色体落后; E: 后期I出现染色体多桥; F: 后期I出现染色体单桥; G: 末期I多条染色体落后; H,I: 细胞中出现微核; J: 细胞板不平整; K,L: 细胞质不完全分裂; M: 子细胞呈月牙形; N~P: 子细胞染色体散乱排列, 且细胞形状异常; Q,R: 染色体错误排列; S: 子细胞存在落后染色体; T,U: 减数分裂不同步; V: 子细胞中一条染色体滞留在细胞板附近; W: 子细 胞染色体散乱排列; X,Y: 子细胞大小不一样 Fig. 2 Abnormal meiosis of pollen mother cells under stertile condition A: abnormal metaphase I, laggard chromosomes; B: abnormal metaphase I, micronuclei; C: abnormal anaphase I, scattered chromosomes; D: abnormal anaphase I, laggard chromosomes; E: abnormal anaphase I, multi-chromosome bridges; F: abnormal anaphase I, single chromosome bridge; G: abnormal telophase I, laggard chromosomes; H,I: abnormal telophase I micronucleus; J: abnormal dyad without the flat cell plate K,L: abnormal dyad with the undivided cytoplasm; M: crescent-shaped cell; N~P: scattered chromosomes and abnormal cell morphology; Q,R: abnormal meiosis II; mis-orientatedchromosomes; S: abnormal anaphase II; lagged chromosomes; T,U: abnormal meiosis II, chromosomes separated asynchronous; V: abnormal meiosis II, one chromosome by the side of the cell plate; W: abnormal meiosis II, scattered chromosomes; X,Y: abnormal tetrad with diffferent size.

樊 建 青 等 : 光 温 敏 核 雄 性 不 育 小 麦 BS366 花 粉 母 细 胞 减 数 分 裂 的 细 胞 学 研 究 625 正 常 的, 主 要 经 历 了 以 下 几 个 时 期 间 期 : 细 胞 核 位 于 中 间, 染 色 体 凝 结 成 团 ( 图 1A) 前 期 I [ 包 括 细 线 期 : 细 长 的 染 色 体 互 相 缠 绕 布 满 于 整 个 核 ( 图 1B); 偶 线 期 : 同 源 染 色 体 开 始 配 对, 染 色 体 靠 核 膜 的 一 端 集 中 成 束, 另 一 端 散 成 花 朵 状 ( 图 1C); 粗 线 期 : 染 色 体 明 显 缩 短 变 粗, 同 源 染 色 体 配 对 已 完 成 ( 图 1D); 双 线 期 : 染 色 体 进 一 步 缩 短 变 粗, 可 清 楚 地 观 察 到 交 叉 的 存 在 ( 图 1E); 终 变 期 : 染 色 体 更 为 浓 缩 粗 短, 分 散 在 细 胞 内 ( 图 1F)] 中 期 I: 染 色 体 排 列 在 赤 道 板 上 ( 图 1G) 后 期 I: 同 源 染 色 体 开 始 向 两 极 移 动 ( 图 1H 和 图 1I) 末 期 I: 染 色 体 浓 缩 成 团, 细 胞 板 逐 渐 形 成 ( 图 1J) 前 期 II: 细 胞 板 已 经 完 全 形 成 ( 图 1K) 中 期 II: 染 色 体 整 齐 地 排 列 在 分 裂 细 胞 的 赤 道 板 上 ( 图 1L) 后 期 II: 着 丝 点 一 分 为 二, 姐 妹 染 色 单 体 分 别 移 向 两 极 ( 图 1M) 末 期 II: 染 色 体 解 旋 成 为 细 丝 状 ( 图 1N) 四 分 体 时 期 ( 图 1O) 2.1.2 不 育 环 境 下 花 粉 母 细 胞 减 数 分 裂 过 程 不 育 环 境 下 花 粉 母 细 胞 减 数 分 裂 染 色 体 行 为 和 细 胞 形 态 出 现 诸 多 异 常 现 象, 具 体 表 现 如 下 : 染 色 体 落 后 : 减 数 分 裂 的 多 个 时 期 都 观 察 到 染 色 体 落 后 现 象, 不 同 时 期 染 色 体 落 后 表 现 不 同 如 : 中 期 I 落 后 的 染 色 体 位 于 赤 道 板 两 极 处 ( 图 2A); 后 期 I 落 后 的 染 色 体 分 散 在 细 胞 中 ( 图 2D); 末 期 I 落 后 的 染 色 体 有 些 位 于 细 胞 板 处, 有 些 远 离 细 胞 板 ( 图 2G); 中 期 II 落 后 的 染 色 体 位 于 赤 道 板 附 近 ( 图 2S) 染 色 体 散 乱 排 列 : 后 期 I 一 些 细 胞 中 染 色 体 分 散 于 整 个 细 胞 ( 图 2C); 减 数 分 裂 期 II 许 多 子 细 胞 中 染 色 体 散 乱 排 列 ( 图 2N~ 图 2P 和 图 2W), 有 些 子 细 胞 的 染 色 体 排 列 与 赤 道 板 成 一 定 的 角 度 ( 图 2Q), 个 别 子 细 胞 中 染 色 体 排 列 方 式 与 形 成 的 细 胞 板 平 行 ( 图 2R) 染 色 体 桥 形 成 : 后 期 I 染 色 体 向 两 极 运 动 时, 一 些 细 胞 出 现 染 色 体 桥, 包 括 单 桥 ( 图 2F) 多 桥 ( 图 2E) 染 色 体 分 离 不 同 步 : 减 数 分 裂 期 II 许 多 子 细 胞 减 数 分 裂 不 同 步 如 : 两 个 子 细 胞, 一 个 处 于 分 裂 中 期, 另 一 个 处 于 分 裂 后 期 ( 图 2T) 两 个 子 细 胞, 一 个 处 于 分 裂 早 后 期 II, 在 远 离 赤 道 板 处 存 在 染 色 体 ; 而 另 一 个 处 于 分 裂 后 期 II, 在 赤 道 板 处 存 在 滞 后 染 色 体 ( 图 2U) 微 核 形 成 : 减 数 分 裂 的 多 个 时 期 都 观 察 到 微 核 的 存 在 中 期 I 中 期 II 许 多 细 胞 中 出 现 微 核 ( 图 2B 和 图 2O); 末 期 I 细 胞 中 也 存 在 微 核 ( 图 2H 和 图 2I) 细 胞 形 态 异 常 : 如 二 分 体 形 成 时 细 胞 板 不 平 整 ( 图 2J); 细 胞 板 处 的 子 细 胞 大 小 不 相 同 ( 图 2O); 细 胞 质 不 完 全 分 裂 ( 图 2K 和 图 2L) 四 分 体 形 成 时 四 个 子 细 胞 大 小 不 同 ( 图 2X 和 图 2Y) 在 形 态 异 常 的 细 胞 中, 一 些 细 胞 染 色 体 也 存 在 一 定 的 异 常 ( 图 2O 和 图 2P) 2.2 育 性 分 析 2.2.1 碘 染 结 果 可 育 环 境 下 花 药 内 的 正 常 花 粉 粒 数 很 多, 花 粉 黑 染 率 为 83.7%( 图 3A), BS366 平 均 结 实 率 为 82.3% 不 育 环 境 下 花 药 内 的 正 常 花 粉 粒 数 较 少, 花 粉 黑 染 率 为 10.5%( 图 3B), BS366 平 均 结 实 率 为 4.4% 由 此 可 见, 低 温 使 花 粉 发 育 受 到 严 重 影 响, 从 而 影 响 了 小 麦 的 结 实 率 图 3 碘 染 结 果 A: 可 育 环 境 下 BS366 碘 染 结 果 ; B: 不 育 环 境 下 BS366 碘 染 结 果 Fig.3 Stained with I 2-KI A: stained with I 2-KI under fertile condition; B: stained with I 2-KI under sterile condition. 2.2.2 BS366 花 粉 母 细 胞 减 数 分 裂 过 程 异 常 频 率 与 育 性 关 系 的 分 析 由 表 1 可 知 : 不 育 环 境 下 的 BS366 减 数 分 裂 各 时 期 染 色 体 异 常 频 率 较 高, 染 色 体 平 均 异 常 频 率 为 46.53%; 而 在 可 育 环 境 下, 只 有 减 数 分 裂 不 同 步 异 常 频 率 较 高, 且 异 常 频 率 为 23.79% 由 此 可 见, 减 数 分 裂 期 间 出 现 的 微 核 染 色 体 桥 染

626 研 究 论 文 色 体 滞 后 染 色 体 散 乱 排 列 等 异 常 现 象 是 影 响 花 粉 育 性 降 低 的 重 要 原 因, 而 对 于 减 数 分 裂 期 II 染 色 体 不 同 步 现 象 可 能 不 是 造 成 花 粉 育 性 降 低 的 主 要 原 因 由 表 2 可 知 : 不 育 环 境 的 BS366 花 粉 母 细 胞 在 减 数 分 裂 时 细 胞 形 态 异 常 主 要 表 现 为 细 胞 板 不 平 整 和 细 胞 质 不 完 全 分 裂 在 不 育 环 境 出 现 的 异 常 频 率 高 于 可 育 环 境 的 异 常 频 率, 因 此 异 常 的 细 胞 形 态 可 能 也 是 影 响 花 粉 育 性 降 低 原 因 表 1 不 育 环 境 减 数 分 裂 各 时 期 染 色 体 异 常 的 细 胞 百 分 率 Table 1 Percentage of cells with aberrational chromosome during meiosis under sterile condition 时 期 细 胞 总 数 染 色 体 落 后 染 色 体 散 乱 排 列 染 色 体 桥 染 色 体 分 离 不 同 步 微 核 形 成 细 胞 百 分 率 (%) 细 胞 百 分 率 (%) 细 胞 百 分 率 (%) 细 胞 百 分 率 (%) 细 胞 百 分 率 (%) Phases Total number of Percentage of Percentage of cells Percentage of cells Percentage of cells Percentage of cells investigated cells with laggard with scattered with chromosome with asynchronous cells with chromosome (%) chromosome (%) bridge (%) chromosome (%) micronuclei (%) Metaphase I 939 (340) 36.21 (94) 10.01 Anaphase I 760 (9) 1.18 (44) 5.79 (294) 38.68 (32) 4.21 Telophase I 1 186 (202) 17.03 (211) 17.79 Metaphase II 972 (189) 19.44 (209) 21.50 (69) 7.10 Anaphase II 893 (101) 11.31 (173) 19.37 (252) 28.22 代 表 异 常 频 率 为 0 Representing the percentage of abnormity is zero. 表 2 花 粉 母 细 胞 减 数 分 裂 时 期 细 胞 形 态 异 常 百 分 率 Table 2 The percentage of abnormal cell morphology during meiosis in BS366 组 别 可 育 环 境 异 常 频 率 (%) 不 育 环 境 异 常 频 率 (%) Groups The percentage of abnormity under The percentage of abnormity under fertile condition (%) sterile condition (%) The cell plate with unflatness 996(13) 1.31 1 186(214) 18.04 The incomplete divided cell 1 186(103) 8.68 The tetrad cells with different in size 800(84) 10.5 1 250(786) 62.88 代 表 异 常 频 率 为 0 Representing the percentage of abnormity is zero. 3 讨 论 减 数 分 裂 是 影 响 花 粉 育 性 的 重 要 过 程 之 一, 正 常 的 减 数 分 裂 可 以 保 证 染 色 体 有 规 律 地 分 配 到 配 子 中, 使 得 世 代 之 间 的 遗 传 物 质 恒 定 [19,20] 前 人 对 小 麦 不 育 系 A3314 [21] CS49 [16] [17] ES 系 列 研 究 表 明 : A3314 CS49 减 数 分 裂 染 色 体 异 常 行 为 是 导 致 花 粉 败 育 的 重 要 原 因, 而 ES-10 ES-14 减 数 分 裂 出 现 的 少 量 异 常 并 不 是 引 起 花 粉 败 育 的 主 要 原 因 目 前, 对 于 BS 系 列 不 育 系 减 数 分 裂 期 间 染 色 体 异 常 行 为 与 育 性 关 系 的 研 究 尚 未 见 报 道 本 研 究 表 明, 小 麦 光 温 敏 核 不 育 系 BS366 在 不 育 环 境 下, 花 粉 母 细 胞 减 数 分 裂 出 现 染 色 体 落 后 染 色 体 排 列 异 常 染 色 体 桥 以 及 微 核 异 常 的 频 率 较 高, 染 色 体 平 均 异 常 频 率 为 46.53%; 花 粉 母 细 胞 经 过 减 数 分 裂 后, 四 分 体 异 常 频 率 为 62.88% 而 在 可 育 环 境 下 上 述 异 常 现 象 极 少, 且 四 分 体 异 常 频 率 为 10.5% 由 此 推 测, 上 述 染 色 体 异 常 现 象 可 能 是 造 成 花 粉 育 性 降 低 的 主 要 原 因 而 对 于 染 色 体 分 离 不 同 步 现 象, 在 可 育 环 境 下 出 现 的 频 率 也 较 高, 因 此 推 测 这 可 能 不 是 造 成 花 粉 育 性 降 低 的 主 要 原 因 本 研 究 发 现, 不 育 环 境 下 BS366 花 粉 母 细 胞 在 形 成 二 分 体 时 细 胞 板 不 平 整 以 及 细 胞 质 不 完 全 分 裂 的 异 常 频 率 高 于 可 育 环 境 下 的 异 常 频 率 因 此, 细 胞 异 常 形 态 可 能 也 是 影 响 花 粉 育 性 的 细 胞 学 原 因 [22] [23] 前 人 通 过 对 玉 米 普 通 小 麦 等 的 研 究 表 明, 异 常 的 细 胞 骨 架 结 构 能 够 引 起 形 成 异 常 的 细 胞 板 等 异 常 现 象 推 测 BS366 减 数 分 裂 过 程 中 出 现 的 细 胞 板 异 常 情 况 可 能 与 细 胞 骨 架 异 常 相 关 可 见 光 温 敏 雄

樊 建 青 等 : 光 温 敏 核 雄 性 不 育 小 麦 BS366 花 粉 母 细 胞 减 数 分 裂 的 细 胞 学 研 究 627 性 不 育 小 麦 花 粉 败 育 的 原 因 除 了 与 染 色 体 异 常 行 为 相 关 外, 还 可 能 与 细 胞 骨 架 以 及 其 它 生 理 变 化 相 关, 其 机 理 还 有 待 于 进 一 步 研 究 参 考 文 献 (References) 1 赵 昌 平, 王 新 杂 种 小 麦 的 研 究 现 状 与 光 温 敏 二 系 法 北 京 农 业 科 学 1999; 17(2): 3-5. 2 江 红 梅, 张 立 平 小 麦 光 温 敏 雄 性 不 育 遗 传 研 究 进 展 种 子 2009; 28(5): 56-9. 3 何 金 华, 程 杏 安, 陈 志 雄, 郭 海 滨, 刘 向 东, 卢 永 根 同 源 四 倍 体 水 稻 花 粉 母 细 胞 减 数 分 裂 期 间 微 管 骨 架 组 织 和 结 构 变 化 作 物 学 报 2010; 36(10): 1777-85. 4 代 西 梅, 黄 群 策, 李 国 平, 秦 广 雍 同 源 四 倍 体 水 稻 花 粉 的 发 育 特 征 中 国 水 稻 科 学 2006; 20(2): 165-70. 5 李 雪, 陈 丽 梅, 杜 捷, 梁 万 福, 幸 亨 泰 兰 州 百 合 小 孢 子 母 细 胞 减 数 分 裂 异 常 现 象 的 观 察 西 北 植 物 学 报 2003; 23(10): 1796-9. 6 张 克 中, 赵 祥 云, 梁 励, 黄 善 武, 张 启 翔 王 百 合 雄 性 不 育 突 变 体 小 孢 子 败 育 的 细 胞 学 研 究 北 京 林 业 大 学 学 报 2003; 25(3): 124-6. 7 Maguire MP, Riess RW, Paredes AM. Evidence from a maize desynaptic mutant points to a probable role of synaptonemal complex central region components in provision for subsequent chiasma maintenance. Genome 1993; 36(5): 797-807. 8 Bione NC, Pagliarini MS, De Almeida LA. A new and distinctive male-sterile, female-fertile desynaptic mutant in soybean (Glycine max). Hereditas 2002; 136(2): 97-103. 9 吕 琳, 何 聪 芬, 董 银 卯, 刘 家 熙 木 立 芦 荟 小 孢 子 母 细 胞 减 数 分 裂 与 花 粉 育 性 关 系 的 初 步 研 究 遗 传 2005; 27(2): 429-34. 10 付 道 林, 孔 令 让, 肖 艳 梅, 张 学 勇, 杨 欣 明 普 通 小 麦 与 瓦 维 洛 夫 山 羊 草 属 间 杂 种 的 产 生 及 其 育 性 的 细 胞 学 研 究 西 北 植 物 学 报 2000; 20(4): 511-8. 11 李 祥 义, 邓 景 扬 太 谷 核 不 育 小 麦 雄 性 败 育 过 程 的 细 胞 形 态 学 研 究 作 物 学 报 1983; 9(8): 151-6. 12 徐 祖 元, 周 玲 革, 姜 金 波, 徐 乃 瑜 新 型 小 麦 胞 质 不 育 系 花 粉 败 育 的 细 胞 学 观 察 武 汉 植 物 学 研 究 1998; 16(3): 193-6. 13 Brown RC, Lemmon BE. The cytoskeleton and polarization during pollen development in Carex blanda (Cyperaceae). Am J Bot 2000; 87(1): 1-11. 14 康 向 阳, 毛 白 杨 花 粉 败 育 机 制 的 研 究 林 业 科 学 2001; 37(3): 35-9. 15 张 仲 鸣, 苏 都 莫 日 根, 李 正 理 银 杏 小 孢 子 中 的 微 核 形 成 及 其 在 进 化 过 程 中 的 意 义 植 物 学 报 1997; 39(2): 97-101. 16 高 东 迎, 李 正 玮 温 敏 雄 不 育 小 麦 C49S 不 育 性 表 达 研 究 西 南 农 业 学 报 1998; 11(3): 31-5. 17 周 美 兰, 程 尧 楚 光 温 敏 核 不 育 小 麦 ES-14 花 粉 败 育 的 细 胞 学 研 究 作 物 研 究 1996; 10(4): 20-6. 18 周 美 兰, 唐 启 源, 何 觉 民, 程 尧 楚 光 温 敏 核 不 育 小 麦 ES-10 雄 性 败 育 机 制 研 究 湖 南 农 业 大 学 学 报 1997; 23(2): 117-22. 19 Bruce S. The genetic control of meiosis. Ann Rev Genet 1976; 10: 53-134. 20 Hanson MR, Bentolila S. Interactions of mitochondrial and nuclear genes that affect male gametophyte development. Plant Cell 2004; 16: S154-69. 21 宋 喜 悦, 马 翎 健, 胡 银 岗, 李 宏 斌, 何 蓓 如 YS 型 小 麦 温 敏 不 育 系 A3314 的 细 胞 学 研 究 干 早 地 区 农 业 研 究 2007; 25: 15-9. 22 Qinqin Liu, Inna Golubovskaya W, Zacheus C. Abnormal cytoskeletal and chromosome distribution in p0, ms4 and ms6; mutant alleles of polymitotic that disrupt the cell cycle progression from meiosis to mitosis in maize. J Cell Sci 1993; 106(4): 1169-78. 23 Shamina NV, Gordeeva EI, Kovaleva NM, Seriukova EG, Dorogova NV. Formation and function of phragmoplast during successive cytokinesis stages in higher plant meiosis. Cell Biol Int 2007; 31(6): 626-35.

628 研 究 论 文 Studies on Meiosis of Pollen Mother Cells in Photoperiod-temperature Sensitive Genic Male Sterile Wheat Line BS366 Jian-Qing Fan 1,2, Li-Ping Zhang 1,2 *, Chang-Ping Zhao 1,2 *, Chen-Guang Xu 1,2, Ling-Yun Wang 1,2, Shao-Hua Yuan 2 ( 1 Beijing Engineering and Technique Research Center for Hybrid Wheat, Beijing 100097, China; 2 School of Life Science, Capital Normal University, Beijing 100048, China) Abstract In this paper, cytological studies were conducted on pollen mother cells meiosis of photoperiod temperature sensitive genic male sterile wheat line BS366 by using carbol fuchsin and chromosome squash technique. Some abnormalities of meiosis were observed in stertile condition. They were lagged chromosomes, chromosome bridges, scattered chromosomes and micronucleus. During meiosis II, chromosome segregations were not synchronous. At dyad stage, the cell plate was out of flatness and the cell was incomplete divided. At tetrad stage, the tetrad cells were not coincident with each other in size. The percentage of abnormal tetrad was 62.88%, and 89.5% of matured pollen grains were sterile. Abnormal chromosome behavior and cell morphology during meiosis may be the important reason for fertility reduction of photoperiod-temperature sensitive genic male sterility wheat pollen. Key words photoperiod-temperature sensitive genic male sterility wheat; meiosis; chromosome Received: February 2, 2011 Accepted: March 7, 2011 This work was supported by the Beijing Municipal Natural Science Foundation (No.5091001), Grant from the National High Technology Research and Development Program of China (863 Program) (No.2009AA101102, No.2011AA10A106), Academy Innovation Ability Construction of Program (No.KJCX201101007) and Innovation Platform Program for Basic Research of Agricultural Breeding in Beijing (No.D08070500690801) *Corresponding author. Tel: 86-10-51503765, E -mail: lp-zhang8@sohu.com; Tel: 86-10-51503104, E-mail: bjhwz2003@yahoo.com.cn