植物雄性不育原因探究及應(yīng)用

1、植物雄性不育的原因探究植物雄性不育的原因探究及其在農(nóng)業(yè)中的應(yīng)用及其在農(nóng)業(yè)中的應(yīng)用雄性不育雄性不育（male sterility）的植物學(xué)定）的植物學(xué)定義：義： 正常植株的變異體，其花粉敗育，正常植株的變異體，其花粉敗育，雌花發(fā)育正常，自花授粉不能結(jié)實，但雌花發(fā)育正常，自花授粉不能結(jié)實，但授予另一正常植株的花粉則可正常結(jié)實授予另一正常植株的花粉則可正常結(jié)實的現(xiàn)象。的現(xiàn)象。雄性不育系（雄性不育系（male sterile line）：）： 由遺傳上穩(wěn)定，雌蕊正常而花粉由遺傳上穩(wěn)定，雌蕊正常而花粉失去功能，必須依靠外來正?；ǚ凼谑スδ?，必須依靠外來正常花粉授粉才能結(jié)實的植株構(gòu)成的品種或者品粉才能結(jié)

2、實的植株構(gòu)成的品種或者品系。系。 雄性不育在植物界中是普遍存雄性不育在植物界中是普遍存在著的現(xiàn)象。目前，已經(jīng)在在著的現(xiàn)象。目前，已經(jīng)在43科、科、162屬、屬、320個種中發(fā)現(xiàn)雄性不育。個種中發(fā)現(xiàn)雄性不育。包括玉米、水稻、小麥、高粱、油菜、包括玉米、水稻、小麥、高粱、油菜、棉花等主要農(nóng)作物。棉花等主要農(nóng)作物。猜一猜！可可 育育 的的不不 可可 育育包含有許多不同的形式：包含有許多不同的形式： a. 雌雄異株植物群體中完全缺乏雄性個體或雌雄異株植物群體中完全缺乏雄性個體或 具具高度缺陷的雄性個體；高度缺陷的雄性個體； b. 雌雄同株植物中雄性器官萎縮、畸形或消雌雄同株植物中雄性器官萎縮、畸形或消

3、 失；失； c. 不能形成正常的小孢子發(fā)生組織；不能形成正常的小孢子發(fā)生組織； d. 小孢子發(fā)生異常，形成不完善的、不能存小孢子發(fā)生異常，形成不完善的、不能存 活的、畸形的或敗育的花粉；活的、畸形的或敗育的花粉； e. 花粉不能成熟或無萌發(fā)能力；花粉不能成熟或無萌發(fā)能力； f. 形成有生活力的花粉但花藥不開裂。形成有生活力的花粉但花藥不開裂。雄性不育植株的產(chǎn)生原因：、外因、外因、內(nèi)因、內(nèi)因、外因、外因 人工去雄 感染病毒、細(xì)菌 惡劣環(huán)境條件，如干旱、高溫、寒冷等 其他、內(nèi)因 可遺傳因素可遺傳因素 非可遺傳因素非可遺傳因素一、 可遺傳因素： 這是雄性不育產(chǎn)生的根本原因，可再分為三種不同的類型。1

4、.細(xì)胞質(zhì)雄性不育型，簡稱質(zhì)不育 表現(xiàn)為質(zhì)遺傳，通常以單一的細(xì)胞質(zhì)基因S和N控制，分別代表不育和可育SN不育可育SN授粉授粉F1 F1自交不能產(chǎn)生F2，故農(nóng)業(yè)生產(chǎn)上一般無法利用。2. 細(xì)胞核雄性不育型，簡稱核不育 表現(xiàn)為細(xì)胞核遺傳，一般由一對基因控制，但也有23對基因互作而產(chǎn)生的雄性不育（如萵苣）。假如控制花粉育性的是一對基因，則核不育還可分為兩種情形：（1）大多數(shù)情況下，不育基因是由隱性基因（msms）控制，正?？捎蜑轱@性基因（MsMs）。二者雜交產(chǎn)生F1（Msms）為可育的；F1自交產(chǎn)生的F2中，可育株與不育株之比為3:1。 分離出F2中的不育和雜合可育植株，可用作兩系法育種。但由于其選擇

5、雜合植株的困難性，一般用于繁殖系數(shù)高、用種量少的作物（如番茄等）。 另外，還有一些正?？捎仓晔且粚︼@性基因（MsMs），但發(fā)生隱性突變，成為雜合體（Msms），自交后將分離出純和不育型植株（msms）。（2）偶爾會發(fā)現(xiàn)一些有雜合的顯性核不育現(xiàn)象，其正?？捎仓甑幕蛐蜑椋╩sms），經(jīng)突變后產(chǎn)生雜合植株Msms，表現(xiàn)為雄性不育。 當(dāng)它與正常的植株雜交后，子代按照1:1比例分離出顯性不育植株和隱性可育植株，并按照此方法代代相傳。3. 核質(zhì)互作不育型 表現(xiàn)為核質(zhì)互作遺傳，一般質(zhì)基因為S，同時核基因為rfrf的植株才表現(xiàn)為雄性不育，其余均為可育型植株。Srfrf不可育NRf_NrfrfSRf_均可

6、育這一類的植株可用作三系法雜交品種。不育系保持系恢復(fù)系二、非可遺傳因素 這是植物雄性不育的主要表現(xiàn)型原因，其中一部分是環(huán)境作用的結(jié)果，一部分是基因突變的結(jié)果。1. 絨氈層的發(fā)育缺陷 絨氈層是花藥壁的最內(nèi)層細(xì)胞，直接與花藥藥室中的花粉母細(xì)胞及以后發(fā)育中的花粉接觸，是將孢子體組織的物質(zhì)輸往配子體的最后中轉(zhuǎn)站。 絨氈層細(xì)胞中的內(nèi)質(zhì)網(wǎng)、線粒體等結(jié)構(gòu)不正常發(fā)育時，會導(dǎo)致絨氈層細(xì)胞的降解，造成兩種結(jié)果：（1）花粉在單核靠邊期敗育；（2）影響小孢子的發(fā)育，使花粉敗育。2. ATP酶的影響 ATP酶可以催化ATP的水解，對植物各種器官的運動、物質(zhì)運輸、信號傳導(dǎo)、細(xì)胞內(nèi)物質(zhì)的合成與分解等代謝活動中能量的需求起重

7、要作用。 隨著花粉的發(fā)育，如果其中的ATP酶的酶活性、酶動力不隨之增加，或者ATP酶的數(shù)量不增加，均會導(dǎo)致花粉敗育。3. Ca2+的濃度影響 Ca2+作為植物的第二信使廣泛參與并調(diào)節(jié)著植物體內(nèi)的生理生化反應(yīng)。 近年來根據(jù)對Ca2+在被子植物生殖過程中的作用研究，一些學(xué)者推斷，Ca2+在營養(yǎng)細(xì)胞和生殖細(xì)胞之間的差異對二者以后的發(fā)育可能起調(diào)控作用。4. 細(xì)胞骨架的影響 細(xì)胞骨架是真核生物中普遍存在的一種細(xì)胞器，包括微管系統(tǒng)和微絲系統(tǒng)兩個部分，參與細(xì)胞中多種功能。 近年來對雄性不育花藥組成細(xì)胞的細(xì)胞骨架分布特征也做了一些研究，但由于研究方法的限制，這方面的研究成果還很有限?，F(xiàn)有的研究成果： 細(xì)胞骨架中的肌動蛋白含量低、活性弱，會導(dǎo)致小麥等植物的花粉發(fā)生敗育。 細(xì)胞骨架的系統(tǒng)紊亂（在偶線期沒有極性分布的微管；在小孢子母細(xì)胞減數(shù)分裂期間出現(xiàn)許多特別粗的微管束；在終變期圍繞核的微管寬帶結(jié)構(gòu)松散，內(nèi)含微管的數(shù)量少）也會導(dǎo)致花粉不育。5. 細(xì)胞程序性死亡的影響 細(xì)胞學(xué)研究表明，在花粉成熟之前，作為有性生殖過程的前提，有些花藥組織以精確的時間順序經(jīng)歷細(xì)胞死亡過程，如果這些細(xì)胞的死亡過程發(fā)生了變化則往往導(dǎo)致不育。結(jié)語：結(jié)語： 隨著對雄性不育原因探究的不斷加深，在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的應(yīng)用不