全雌性苎麻胚胎学研究

2014-12-05谭燕群王铃林揭雨成

作物研究 2014年1期

谭燕群，王铃林，严奕，揭雨成

(湖南农业大学农学院，长沙410128)

植物无融合生殖(apomixis)是指不经过精卵融合而以种子进行繁殖的一种特殊的无性生殖方式［1］。无融合生殖有单倍体孤雌生殖、单倍体单雄生殖、无配子生殖、二倍体孢子生殖、体细胞无孢子生殖和不定胚6种生殖类型。它可以固定有利基因型，改变育种及种子生产程序，具有重大的经济意义，对它的深入研究将有助于阐明植物生殖生物学中的重大理论问题，对培育新品种也具有重要的现实意义。在苎麻育种中应用无融合生殖，就能克服有性繁殖后代分离的现象，固定杂种优势，缩短育种周期，简化育种程序，从而可促进整个苎麻行业的发展［2］。

随着遗传学、分子生物学及其相应技术的飞速发展，植物的无融合生殖已成为生物学中较为活跃的研究领域之一，受到国内外众多科学家的重视［3，4］。由于没有精卵融合产生的二倍体子代，其基因型与母本精确相同，使子代继承亲代固有遗传特性，形成遗传上稳定的可由种子繁殖的无性系。如果可以应用于重要作物，将是继20世纪60年代绿色革命之后的又一次农业革命——无性生殖革命［5］。

湖南农业大学揭雨成课题组发现栽培种雌性系苎麻(定名为GBN0)。该材料头、二、三麻都开花，头麻开花量少，且以雌花为主，混有少量(10%以内)雌雄同株。到目前为止，发现在苎麻野生种和栽培种中无融合生殖材料均为全雌性，且野生种苎麻无融合生殖的生殖方式存在多样性。为弄清雌性系栽培苎麻GBN09的无融合生殖类型，笔者利用栽培苎麻全雌性单性生殖材料，研究其单性生殖的胚胎发生的细胞学，为苎麻杂种优势固定提供可靠的理论依据，为系统研究苎麻生殖生物学等积累一些科学资料。

1 材料与方法

1.1 材料

全雌性材料:GBN09，由湖南农业大学苎麻研究所提供。

1.2 方法

以全雌性苎麻GBN09为材料，在苎麻现蕾期，准备一个竹架支在苎麻上方，套好袋(杂交袋为直径35 cm的圆柱形，底部开口，四周为透明塑料，顶部为极其细小的纱网，花粉不能透过)，下部用麻皮捆扎紧，避免花粉进入，同时也保证套袋隔离苎麻本身没有雄花。从全雌植株现蕾开始，进行连续取样，取雌蕊柱头明显伸展的花蕾(子房群)以及现蕾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。取样后及时将材料投入盛有FAA固定液的青霉素小瓶中固定，盖上瓶塞，24 h后放入4℃冰箱保存。利用常规石蜡切片制作方法:脱水、透明、浸蜡、包埋、切片、展片、贴片、脱蜡、复水及染色等过程制作成石蜡切片［9］，在Olympus显微镜下观察全雌性苎麻胚胎发育的全过程，并摄影，鉴定全雌苎麻生殖方式。

2 结果与分析

利用显微镜下观察全雌苎麻胚囊和胚的发育过程，如图1～图7。从图中可以看出，在现蕾后，GBN09大孢子母细胞可以发育成为有功能的大孢子，在没有授粉的情况下，功能大孢子可以分裂和分化形成完整的胚，形成种子。因此可以确定，GBN09可以进行无融合生殖。同时发现，有部分功能大孢子并不能形成完整的胚(图8)，说明并不是所有GBN09的雌花都可以进行无融合生殖。

前人对苎麻野生近缘种的无融合生殖都有过报道［10，11］，但是对苎麻栽培种中的无融合生殖现象没有研究报道。本研究发现GBN09苎麻具有无融合生殖特性。

3 讨论与结论

3.1 讨论

无融合生殖是植物不经过精卵结合而形成种子的生殖方式，是介于有性生殖与无性生殖之间的一种特殊的生殖方式［12］。在本研究中，笔者发现GBN09在现蕾后，大孢子母细胞可以发育成为有功能的大孢子，在没有授粉的情况下，功能大孢子可以分裂和分化形成完整的胚，形成种子，表明GBN09可以进行无融合生殖。植物无融合生殖，按照无融合生殖发生的完全程度可将其分为专性无融合生殖和兼性无融合生殖两种［13］，而兼性无融合生殖植株同时发生有性生殖与无融合生殖，子代会发生性状分离［14］。在本研究中，有部分功能大孢子并不能形成完整的胚，说明全雌性GBN09并不是都可以进行无融合生殖，即GBN09的无融合生殖属于兼性无融合生殖型，而不是专性无融合生殖型。目前，根据胚胎发生的起源不同，可将无融合生殖分为两类，孢子体无融合生殖(不定胚)及配子体无融合生殖［15］。孢子体无融合生殖又可以分为无孢子生殖和二倍体孢子生殖。无孢子生殖是由珠心体细胞直接发育成胚囊后，由未减数卵细胞发育成胚。二倍体孢子生殖是大孢子母细胞减数分裂受阻形成的，而后由未减数胚囊发育形成胚。本研究中，发现大孢子母细胞进行了减数分裂，形成了二分孢子，与二倍体孢子生殖大孢子母细胞不进行减数分裂这一特征不相符，说明全雌性GBN09的无融合类型不是二倍体孢子生殖［16］。但要弄清全雌性苎麻GBN09的无融合生殖方式是属于无孢子生殖、配子体无融合生殖中的哪一类型，还需要在胚囊发育的早期进行鉴定［17］。

3.2 结论

通过石蜡切片技术观测到，在现蕾后，GBN09大孢子母细胞可以发育成为有功能的大孢子，在没有授粉的情况下，功能大孢子可以分裂和分化形成完整的胚并形成种子，同时发现部分功能大孢子不能形成完整的胚和种子，表明全雌性GBN09的无融合生殖属于兼性无融合生殖型，而不是专性无融合生殖型，并排除了GBN09的无融合生殖方式属于二倍体孢子生殖的可能性。

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