全雌性苧麻胚胎學研究

譚燕群，王鈴林，嚴 奕，揭雨成

(湖南農業大學農學院，長沙410128)

植物無融合生殖(apomixis)是指不經過精卵融合而以種子進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程序，具有重大的經濟意義，對它的深入研究將有助于闡明植物生殖生物學中的重大理論問題，對培育新品種也具有重要的現實意義。在苧麻育種中應用無融合生殖，就能克服有性繁殖后代分離的現象，固定雜種優勢，縮短育種周期，簡化育種程序，從而可促進整個苧麻行業的發展［2］。

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

湖南農業大學揭雨成課題組發現栽培種雌性系苧麻(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)雌雄同株。到目前為止，發現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生的細胞學，為苧麻雜種優勢固定提供可靠的理論依據，為系統研究苧麻生殖生物學等積累一些科學資料。

1 材料與方法

1.1 材料

全雌性材料:GBN09，由湖南農業大學苧麻研究所提供。

1.2 方法

以全雌性苧麻GBN09為材料，在苧麻現蕾期，準備一個竹架支在苧麻上方，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，頂部為極其細小的紗網，花粉不能透過)，下部用麻皮捆扎緊，避免花粉進入，同時也保證套袋隔離苧麻本身沒有雄花。從全雌植株現蕾開始，進行連續取樣，取雌蕊柱頭明顯伸展的花蕾(子房群)以及現蕾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育的全過程，并攝影，鑒定全雌苧麻生殖方式。

2 結果與分析

利用顯微鏡下觀察全雌苧麻胚囊和胚的發育過程，如圖1～圖7。從圖中可以看出，在現蕾后，GBN09大孢子母細胞可以發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可以進行無融合生殖。同時發現，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道［10，11］，但是對苧麻栽培種中的無融合生殖現象沒有研究報道。本研究發現GBN09苧麻具有無融合生殖特性。

3 討論與結論

3.1 討論

無融合生殖是植物不經過精卵結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，筆者發現GBN09在現蕾后，大孢子母細胞可以發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可以進行無融合生殖。植物無融合生殖，按照無融合生殖發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發生有性生殖與無融合生殖，子代會發生性狀分離［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，根據胚胎發生的起源不同，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胞直接發育成胚囊后，由未減數卵細胞發育成胚。二倍體孢子生殖是大孢子母細胞減數分裂受阻形成的，而后由未減數胚囊發育形成胚。本研究中，發現大孢子母細胞進行了減數分裂，形成了二分孢子，與二倍體孢子生殖大孢子母細胞不進行減數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，還需要在胚囊發育的早期進行鑒定［17］。

3.2 結論

通過石蠟切片技術觀測到，在現蕾后，GBN09大孢子母細胞可以發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，同時發現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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