全雌性苧麻胚胎學(xué)研究

譚燕群，王鈴林，嚴(yán) 奕，揭雨成

(湖南農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)學(xué)院，長沙410128)

植物無融合生殖(apomixis)是指不經(jīng)過精卵融合而以種子進(jìn)行繁殖的一種特殊的無性生殖方式［1］。無融合生殖有單倍體孤雌生殖、單倍體單雄生殖、無配子生殖、二倍體孢子生殖、體細(xì)胞無孢子生殖和不定胚6種生殖類型。它可以固定有利基因型，改變育種及種子生產(chǎn)程序，具有重大的經(jīng)濟(jì)意義，對它的深入研究將有助于闡明植物生殖生物學(xué)中的重大理論問題，對培育新品種也具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。在苧麻育種中應(yīng)用無融合生殖，就能克服有性繁殖后代分離的現(xiàn)象，固定雜種優(yōu)勢，縮短育種周期，簡化育種程序，從而可促進(jìn)整個(gè)苧麻行業(yè)的發(fā)展［2］。

隨著遺傳學(xué)、分子生物學(xué)及其相應(yīng)技術(shù)的飛速發(fā)展，植物的無融合生殖已成為生物學(xué)中較為活躍的研究領(lǐng)域之一，受到國內(nèi)外眾多科學(xué)家的重視［3，4］。由于沒有精卵融合產(chǎn)生的二倍體子代，其基因型與母本精確相同，使子代繼承親代固有遺傳特性，形成遺傳上穩(wěn)定的可由種子繁殖的無性系。如果可以應(yīng)用于重要作物，將是繼20世紀(jì)60年代綠色革命之后的又一次農(nóng)業(yè)革命——無性生殖革命［5］。

湖南農(nóng)業(yè)大學(xué)揭雨成課題組發(fā)現(xiàn)栽培種雌性系苧麻(定名為GBN0)。該材料頭、二、三麻都開花，頭麻開花量少，且以雌花為主，混有少量(10%以內(nèi))雌雄同株。到目前為止，發(fā)現(xiàn)在苧麻野生種和栽培種中無融合生殖材料均為全雌性，且野生種苧麻無融合生殖的生殖方式存在多樣性。為弄清雌性系栽培苧麻GBN09的無融合生殖類型，筆者利用栽培苧麻全雌性單性生殖材料，研究其單性生殖的胚胎發(fā)生的細(xì)胞學(xué)，為苧麻雜種優(yōu)勢固定提供可靠的理論依據(jù)，為系統(tǒng)研究苧麻生殖生物學(xué)等積累一些科學(xué)資料。

1 材料與方法

1.1 材料

全雌性材料:GBN09，由湖南農(nóng)業(yè)大學(xué)苧麻研究所提供。

1.2 方法

以全雌性苧麻GBN09為材料，在苧麻現(xiàn)蕾期，準(zhǔn)備一個(gè)竹架支在苧麻上方，套好袋(雜交袋為直徑35 cm的圓柱形，底部開口，四周為透明塑料，頂部為極其細(xì)小的紗網(wǎng)，花粉不能透過)，下部用麻皮捆扎緊，避免花粉進(jìn)入，同時(shí)也保證套袋隔離苧麻本身沒有雄花。從全雌植株現(xiàn)蕾開始，進(jìn)行連續(xù)取樣，取雌蕊柱頭明顯伸展的花蕾(子房群)以及現(xiàn)蕾1、2、3、4 d、花后 1、2、3、7、12、15、20、25、30、35、40 d 的材料各1次。取樣后及時(shí)將材料投入盛有FAA固定液的青霉素小瓶中固定，蓋上瓶塞，24 h后放入4℃冰箱保存。利用常規(guī)石蠟切片制作方法:脫水、透明、浸蠟、包埋、切片、展片、貼片、脫蠟、復(fù)水及染色等過程制作成石蠟切片［9］，在Olympus顯微鏡下觀察全雌性苧麻胚胎發(fā)育的全過程，并攝影，鑒定全雌苧麻生殖方式。

2 結(jié)果與分析

利用顯微鏡下觀察全雌苧麻胚囊和胚的發(fā)育過程，如圖1～圖7。從圖中可以看出，在現(xiàn)蕾后，GBN09大孢子母細(xì)胞可以發(fā)育成為有功能的大孢子，在沒有授粉的情況下，功能大孢子可以分裂和分化形成完整的胚，形成種子。因此可以確定，GBN09可以進(jìn)行無融合生殖。同時(shí)發(fā)現(xiàn)，有部分功能大孢子并不能形成完整的胚(圖8)，說明并不是所有GBN09的雌花都可以進(jìn)行無融合生殖。

前人對苧麻野生近緣種的無融合生殖都有過報(bào)道［10，11］，但是對苧麻栽培種中的無融合生殖現(xiàn)象沒有研究報(bào)道。本研究發(fā)現(xiàn)GBN09苧麻具有無融合生殖特性。

3 討論與結(jié)論

3.1 討論

無融合生殖是植物不經(jīng)過精卵結(jié)合而形成種子的生殖方式，是介于有性生殖與無性生殖之間的一種特殊的生殖方式［12］。在本研究中，筆者發(fā)現(xiàn)GBN09在現(xiàn)蕾后，大孢子母細(xì)胞可以發(fā)育成為有功能的大孢子，在沒有授粉的情況下，功能大孢子可以分裂和分化形成完整的胚，形成種子，表明GBN09可以進(jìn)行無融合生殖。植物無融合生殖，按照無融合生殖發(fā)生的完全程度可將其分為專性無融合生殖和兼性無融合生殖兩種［13］，而兼性無融合生殖植株同時(shí)發(fā)生有性生殖與無融合生殖，子代會發(fā)生性狀分離［14］。在本研究中，有部分功能大孢子并不能形成完整的胚，說明全雌性GBN09并不是都可以進(jìn)行無融合生殖，即GBN09的無融合生殖屬于兼性無融合生殖型，而不是專性無融合生殖型。目前，根據(jù)胚胎發(fā)生的起源不同，可將無融合生殖分為兩類，孢子體無融合生殖(不定胚)及配子體無融合生殖［15］。孢子體無融合生殖又可以分為無孢子生殖和二倍體孢子生殖。無孢子生殖是由珠心體細(xì)胞直接發(fā)育成胚囊后，由未減數(shù)卵細(xì)胞發(fā)育成胚。二倍體孢子生殖是大孢子母細(xì)胞減數(shù)分裂受阻形成的，而后由未減數(shù)胚囊發(fā)育形成胚。本研究中，發(fā)現(xiàn)大孢子母細(xì)胞進(jìn)行了減數(shù)分裂，形成了二分孢子，與二倍體孢子生殖大孢子母細(xì)胞不進(jìn)行減數(shù)分裂這一特征不相符，說明全雌性GBN09的無融合類型不是二倍體孢子生殖［16］。但要弄清全雌性苧麻GBN09的無融合生殖方式是屬于無孢子生殖、配子體無融合生殖中的哪一類型，還需要在胚囊發(fā)育的早期進(jìn)行鑒定［17］。

3.2 結(jié)論

通過石蠟切片技術(shù)觀測到，在現(xiàn)蕾后，GBN09大孢子母細(xì)胞可以發(fā)育成為有功能的大孢子，在沒有授粉的情況下，功能大孢子可以分裂和分化形成完整的胚并形成種子，同時(shí)發(fā)現(xiàn)部分功能大孢子不能形成完整的胚和種子，表明全雌性GBN09的無融合生殖屬于兼性無融合生殖型，而不是專性無融合生殖型，并排除了GBN09的無融合生殖方式屬于二倍體孢子生殖的可能性。

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