本文摘要：摘 要： 植物的生長發(fā)育從花粉發(fā)育開始，對植物花粉細胞學的觀察與活力測定是研究雄配子發(fā)育的工作基
摘 要： 植物的生長發(fā)育從花粉發(fā)育開始，對植物花粉細胞學的觀察與活力測定是研究雄配子發(fā)育的工作基礎�；ǚ鄣纳L發(fā)育關系到瓜菜類作物自身的生活發(fā)育，花粉的活力為花粉發(fā)育、植株受精提供了保障，花粉細胞學觀察為更好利用掌握花粉發(fā)育過程進而研究花調控的分子機制做準備。但影響花粉整個生長發(fā)育階段的因素有很多，為準確地判斷花粉活力以及花粉發(fā)育關系到植株育性、花芽分化、結實率、光周期等，進一步影響到分子育種及農業(yè)經濟效益，因此對花粉進行活力測定與細胞學觀察必不可少。筆者對葫蘆科植物花粉細胞學以及活力測定方法進行了綜述，重點介紹了花粉細胞學以及活力測定的方法，對各種相應的方法在蔬菜中的應用進行了總結，并對觀察測定的應用進行了一定程度的展望。所介紹的觀察測定方法為更好地選出適合判斷西瓜、甜瓜、黃瓜等花粉活力及細胞學觀察的方法提供了一定的參考，以便于開展授粉育種工作。
關鍵詞： 瓜菜作物; 花粉細胞學觀察; 花粉活力測定
現所知的植物種類近30萬種，開花植物比例較大，占據90%以上，其中我國栽培的蔬菜包括20多個科，其中葫蘆科為8大科之一，包括苦瓜、冬瓜、絲瓜、黃瓜、西瓜、南瓜、西葫蘆等，在中國蔬菜生產中占有重要到地位[1]。根據中國農業(yè)統(tǒng)計資料顯示，全國2015年蔬菜總產量比糧食總產量高1.64億t，占農作物播種面積1/10，創(chuàng)造了占種植業(yè)近1/3的產值。在蔬菜作物中瓜菜類作物種植面積也在隨之增長，其中西瓜的種植面積就占到73%[2]。瓜菜中花作為整個生活史中重要的器官，承載著信息遺傳，但具有一定的遺傳保守性，對花發(fā)育過程的研究關系到植物的生殖過程，進一步關系到植物的經濟效益。從花粉的綜合性狀、大小、萌發(fā)孔樣式以及外部紋絡來進行比較，存在著巨大的差異性，種間差異要大于品種、類型間差異。花粉的發(fā)育伴隨著花的外部形態(tài)的改變，隨著開花時間環(huán)境的不同，花粉的發(fā)育狀態(tài)以及活力情況也不相同。對花粉細胞學觀察及活力測定一方面能更好地掌握花的發(fā)育過程，另一方面為更好利用花的調控機制為育種奠定基礎和判斷作用。當前，對花粉的細胞學觀察及花粉活力的測定雖說在不斷地進步，在花粉細胞學觀察方法方面，主要包括切片法、壓片法、電鏡檢測等方法，以及對花粉活力測定的直接授粉法、染色法、離體培養(yǎng)法等均在不同的作物中進行應用驗證，但對細胞學觀察以及花粉活力測定在瓜菜中的運用方法并沒有系統(tǒng)性地進行總結對比，在各類瓜菜中根據不同的種類觀察方法效果也不盡相同。筆者通過對瓜菜中已經運用的觀察測定方法進行了概述，以找到適合西瓜花粉細胞學觀察與活力測定的方法并加以運用。
1 有花植物花粉發(fā)育及觀察
在高等植物中花粉大致可分為二細胞型和三細胞型2類，花粉的發(fā)育可分為3個階段，從小孢子發(fā)生期到雄配子體形成期到花粉成熟期，其中小孢子發(fā)生期即造孢細胞的分化和減數分裂過程，雄配子體形成期即自由小孢子減數分裂后的發(fā)育這一系列的過程是細胞學研究的重點，主要涉及到的具體發(fā)育過程大致如下：花藥發(fā)育初期，未分化的孢原細胞進行平周分裂為外層的周緣細胞和內層的造孢細胞。繼而周緣細胞分裂形成藥室內壁、中層及絨氈層，與花藥表皮共同構成花粉囊壁包圍造孢細胞及其衍生細胞。另一方面，在周緣細胞分裂的同時，初生造孢細胞經多次有絲分裂產生花粉母細胞，再經減數分裂形成四分體。在花粉發(fā)育過程中，絨氈層逐漸向外分泌胼胝質酶，分解胼胝質，使未成熟的4個小孢子互相分離，慢慢形成小孢子，然后小孢子進行第一次不對稱有絲分裂，產生細胞核-營養(yǎng)核和生殖核。小孢子發(fā)育到一定階段，生殖細胞逐漸進入營養(yǎng)的細胞質中，形成成熟花粉粒[3]。在花粉成熟之后伴隨著外界環(huán)境以及自身的生長發(fā)育，花粉的活力也隨之變化，對花粉細胞發(fā)育以及活力測定的研究可更好地為生產與育種做準備。這些過程相對獨立但彼此又緊密聯系，并受眾多基因的調控。對花粉發(fā)育時期的觀察結合細胞學、轉錄組學、代謝學為進一步探究花調控相關機制奠定基礎。
隨著科研技術的提高，對花粉發(fā)育時期的劃分也更加詳細。對花粉發(fā)育時期的劃分方法也在不斷的完善。針對不同作物，花粉發(fā)育時期以及活力情況也不相同。在1921年Belling提出植物染色體壓片技術后，壓片觀察已成為植物染色體研究中最廣泛應用的常規(guī)技術。Sanders等[4]根據擬南芥花藥發(fā)育過程中發(fā)生的主要代謝物將花藥發(fā)育分14個時期。在對擬南芥的花粉結構觀察分析中將花粉發(fā)育時期劃分為15個時期，并對發(fā)育過程中花粉母細胞至成熟花粉粒進行了特別關注[5]。隨后在水稻中Jun-Ichi Itoh將花藥的發(fā)育時期劃分為8個時期，主要分為兩大類——花藥孢子體發(fā)育時期、雄配子體發(fā)育時期[6]。在煙草中根據代謝途徑將配子體發(fā)育劃分為8個時期，并進行了相關代謝通路驗證[7]。近年來，人們對花粉發(fā)育基本過程的認識有了很大的提高，其中許多信息來自于對雄性不育突變體的詳細研究，主要包括擬南芥[8-9]、油菜[10]、棉花[11]、大白菜[12]等植物。
另一方面，花粉活力的測定方法根據每種作物的不同習性來選擇，現有的測定方法主要包括花粉人工培養(yǎng)法、染色法、授粉法[13]。1982年對小麥的花粉采用TTC染色法進行了活力測定以判斷花粉敗育及生理突變情況[14]。隨后在檢測甜椒貯藏花粉活力比較中采用熒光鏡檢新鮮花粉和紅四氮唑染色鏡檢貯藏花粉得到了不同溫度下花粉活力的變化情況[15]。胡適宜[16]對測定花粉生活力的經典方法——離體萌發(fā)測定的方法及步驟進行了詳細的介紹總結。除此之外，1994年在煙草中采用了TTC法、聯苯胺-α萘酚染色法、I-KI染色法3種方法對煙草花粉活力進行測定，并與發(fā)芽率進行了結合，系統(tǒng)地比較了3種染色法結果的差異性。整體來說I-KI染色法的差異性較大。但在染色方法上明顯已經有了進一步的探究[17]。隨著生物技術的進步，在Randolph首次發(fā)現單倍體后，人們開始對單倍體進行研究，在這個過程中涉及到花藥、花粉的培養(yǎng)，確保培養(yǎng)的前提在于花粉具有一定的活性，2001在大田作物玉米中為進行單倍體育種采用Sangduen N等[18]的0.5%稀醋酸洋紅染色方法進行判斷，以染色為全紅的花粉粒判定為活性花粉用于單倍體加倍鑒定以獲得純合二倍體。隨后王欽麗等[19]分別比較了胡適宜的TTC測定法、p-苯二胺測定法的優(yōu)缺點。在模式植物擬南芥的花粉研究應用中除了采用常用的TTC染色法之外，還用到了較為簡便的Aexander染色法，其判斷花粉活力主要根據染液中的孔雀石綠對細胞壁的著色和酸性品紅與花粉原生質著色深淺情況[20]。除了普通的染液染色觀察，熒光染色顯微觀察技術也在不斷發(fā)展應用，對活力的測定運用最多的是熒光素二醋酸酯(FDA)，在洋蔥、番茄等已成功多次運用�；ǚ刍盍Φ臏y定方法經常多種方法相互結合對比使用，以判斷出最適宜某種植物的方法。通過概述現已有的花粉活力的測定方法，對測定西瓜花粉活力的方法應用有一定借鑒意義，對西瓜生產、選育等方面有一定的輔助作用。
2 瓜類作物花粉細胞發(fā)育及活力測定
在植物花的發(fā)育階段中可分為3個階段：成花誘導、形成花原基、花器官的形成及其發(fā)育。這3個發(fā)育階段按照花發(fā)育的分子生物學模型包含ABC模型、ABCDE模型。在最初的ABC模型中3個功能區(qū)域控制相關組織的產生，A類基因單獨控制萼片發(fā)育，A類和B類基因共同調控花瓣發(fā)育，B類和C類基因控制雄蕊的發(fā)育，C類基因單獨控制心皮的發(fā)育。之后在矮牽牛、擬南芥中發(fā)現了D功能基因控制胚珠發(fā)育，而E功能基因并不直接轉換花器官，而是一類特殊基因參與�；蚩刂苹ㄆ鞴傩纬蛇^程中包含細胞的分化，在花芽分化的過程中，分化順序為花原基、萼片、花瓣、雌蕊原基、雄蕊原基5個時期[21]。在成花誘導的過程中與光照和溫度等因素密切相關，在外界環(huán)境合適的情況下伴隨著減數分裂、有絲分裂而發(fā)育。在花粉的形成發(fā)育過程中，從孢原細胞分化形成造孢細胞經有絲分裂形成花粉母細胞，經減數分裂形成四分體，四分體分離形成單核花粉，每個單核花粉發(fā)育伴隨著細胞核的運動，劃分為單核早期、單核中期、單核靠邊期，細胞核經有絲分裂形成雙核(營養(yǎng)細胞核、生殖細胞核)最后發(fā)育形成成熟花粉粒。
2.1 瓜類作物花粉的細胞發(fā)育過程
在葫蘆科作物花粉發(fā)育過程中細胞發(fā)育與其表觀性狀緊密相連。其花粉發(fā)育途徑為：小孢子母細胞-四分體時期-單核早期-單核中期-單核靠邊期-雙核早期-雙核中期-雙核晚期-三核期-成熟花粉時期。在花粉由花粉母細胞減數分裂，胼胝質包圍4個小孢子形成四分體，在不同時期下小孢子形狀也不相同。四分體從胼胝質壁破裂釋放出外形不規(guī)則的小孢子，之后很快變成圓形或近圓形的單核花粉粒，隨著單核花粉粒的發(fā)育進行有絲分裂形成1個營養(yǎng)細胞和1個生殖細胞的雙核花粉粒，雙核花粉粒發(fā)育到一定階段，生殖細胞進入營養(yǎng)細胞質中形成成熟花粉粒。在對花粉發(fā)育時期的研究中多采用細胞鏡檢的方式進行觀察研究，同時與植物外部形態(tài)進行聯系。
推薦閱讀：《生物資源》是“中國科技論文統(tǒng)計源”期刊、《中國科學引文數據庫》、《中國學術期刊綜合評價數據庫》來源期刊。
轉載請注明來自發(fā)表學術論文網：http:///nylw/19667.html
