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《浙江大学》 2007年
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白菜花发育过程的形态学、细胞学及超微结构观察

刘亭亭  
【摘要】: 对植物花发育分子机理的研究成为许多研究领域的焦点。通过观察某基因突变体在花形态建成过程中相对于野生型所发生的变异,推测此基因的时空表达模式以及功能,是普遍采用并且行之有效的策略。通过对此基因的克隆和功能分析可推知它的作用机理,结合突变体的表型可以了解那些在突变体中发生异常的细微结构或现象对于花发育的意义。对于花发育的研究和对于相关基因的研究是两个相辅相成、相得益彰的过程。因此,为了更好地了解突变体的异常表型,就需要详细研究野生型花的发育过程。本文以普通白菜‘矮脚黄’(Brassica campestris L. ssp. chinensis Makino var.communis Tsen et Lee cv. Aijiaohuang, syn. B. rapa ssp. chinensis var. communis cv. Aijiaohuang)雄性不育两用系ajhGMS‘Bcajh97-01A/B’为材料,从花芽突起到花蕾即将开放对白菜花发育过程的形态学、细胞学和超微结构进行观察研究。取得的主要结果如下: (1)因一个花序上同一轮次的花蕾大小几乎一致,将每一花序上的花蕾按照在花序上的轮次分为21级,根据白菜花器官原基、花蕾长度、花粉花药发育特征等,将其花发育的过程划分为21个时期。 (2)用体视显微镜测量了时期7~21的花蕾长度和花器官长度,用环境扫描电子显微镜观察了全部21个时期花器官发育的状态和特征。在早期,花发育时期的划分与David等(1990)对拟南芥(Arabidopsis thaliana)的划分很相似;后期为了对应细密的花粉花药发育时期,时期划分更为细致。普通白菜花器官发生的顺序为萼片,雄蕊/花瓣,雌蕊;侧生萼片先于近轴萼片发生,长雄蕊先于短雄蕊发生;花瓣在早期经过一段发育停滞期,在时期15开始迅速伸长;花丝在时期17才开始伸长;长短雄蕊的高度差异早期主要是由在花托上着生位置的高低差异造成,后期主要由花丝的长度差异造成;早期的雌蕊群是一个椭圆的中空长管,成熟的柱头为二裂状,中间的凹沟是早期椭圆管状的雌蕊原基管腔闭合留下的痕迹;萼片外表面和蜜腺表面分布很多气孔,花药远轴表面近中肋处也有一些气孔分布;萼片外表皮和花药表皮都有角质增厚;花药中肋处的细胞显著比周边细胞大。 (3)制作时期8~21花药的树脂半薄切片,在光学显微镜下观察了花粉花药的发育时期和发育特征。药壁的发育类型为双子叶型,绒毡层为腺质,减数分裂的胞质分裂为同时型;从造孢细胞到四分体时期,在药隔组织和药壁组织中一直存在一些深色颗粒物质,可能为淀粉粒;在液泡化过程中,小孢子会发生严重的收缩,形状变得极不规则;单核晚期,绒毡层细胞严重变形,小孢子沿药壁一圈陷入到绒毡层中,形成“窠臼”。 (4)制作时期8~21花药的树脂超薄切片,在透射显微镜下观察花粉花药发育的超微结构。小孢子/雄配子体发育过程中经历了两次胞质重组,分别发生在减数分裂时期Ⅰ和单核小孢子的中晚期;小孢子释放后,花粉外壁沉积的孢粉素和纤维物质层可能是由绒毡层中含纤维物质的小泡与质膜融合释放到药室中去的;在绒毡层发育过程中未发现乌氏体;绒毡层的内切向壁和径向壁在减数分裂的前期Ⅰ降解,而在后期Ⅰ/末期Ⅰ形成电子密度低的新壁,新径向壁在单核早期降解,而新内切向壁直到二细胞早期才消失;在发育晚期,绒毡层为造油质体和绒毡层小体占据,成熟的花粉外包被的含油层就是由时期20绒毡层解离释放出的造油体和绒毡层小体沉积到花粉外壁形成的。 (5)白菜花发育的时期8~21分别对应了花粉花药发育的造孢细胞时期、小孢子母细胞时期、小孢子母细胞减数分裂前、小孢子母细胞减数分裂的粗线期/双线期、小孢子母细胞减数分裂的后期Ⅰ/末期Ⅰ、四分体时期、单核早期、单核中期、单核靠边期、二细胞早期、二细胞中期、二细胞晚期、三细胞早期和成熟花粉时期。
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