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龙眼花性分化的细胞学机制研究

花匠小妙招
2024-11-24 12:02

龙眼花性分化的细胞学机制研究

【摘要】：龙眼(Dimocarpus longana Lour.)属于无患子科龙眼属,亚热带经济类果树。龙眼花属于杂性花,即同一植株上开放雄花、雌花和两性花。龙眼花发育是在共同的两性原基基础上,通过选择性的分化与程序性死亡(programmed cell death,PCD)实现的,在雄花中雄蕊正常发育,雌蕊败育;在雌花中雌蕊正常发育,雄蕊败育。研究这一现象的机制,有助于采取相应措施,控制雄花,促进雌花,解决龙眼雌/雄花比例小造成龙眼树体营养浪费的问题,提高龙眼产量。我们以“红核子”龙眼为实验材料,应用透射电镜、高效液相和细胞化学三种手段,通过对比观察龙眼花发育中雄花和雌花内的雄蕊和雌蕊的外部形态和内部结构变化、测定雄蕊和雌蕊内源多胺含量的变化和分析雄蕊细胞内钙离子分布的变化,对龙眼花的选择性发育机制提出了细胞结构和生理方面的解释。主要实验结果如下:1、观察了龙眼雄花和雌花发育过程的雄蕊和雌蕊的相互消长变化。结果表明,雄花是在发育到雌蕊和雄蕊等长时,雄蕊迅速生长,雌蕊出现败育,并不断萎缩;雌花也是在发育到雌蕊和雄蕊等长时,雌蕊子房迅速膨大,柱头伸长,雌花雄蕊出现了四个药室,药室不膨大,药丝不伸长,处于停止生长状态。整个性别分化决定过程在萼片开裂前已经完成。2、用显微镜结合厚切片技术和超薄切片技术系统地观察了龙眼花发育过程五个时期雄花和雌花中雄蕊和雌蕊器官结构中组织—显微—亚显微三个水平的结构变化。结果表明,在两性原基时期,雄花和雌花没有明显的形态学差异;在造孢时期,雌花雄蕊的造孢细胞部分败育、药壁中层缺乏淀粉沉积、维管组织不发达都会造成雌花雄蕊的发育不正常;四分体时期,雌花雄蕊的小孢子母细胞减数分裂部分不正常,导致四分体败育,胼胝质呈黑色,小孢子发育不均一。雌花雄蕊的绒毡层提早解体,导致小孢子营养不足,无法正常分裂,中层和内壁细胞完全解体,细胞壁不加厚,孢子囊塌陷不能正常发育,都会影响小孢子正常发育;小孢子发育时期,雌花雄蕊的中层细胞解体过快,中层细胞壁不加厚、小孢子外壁被破坏,都会导致部分小孢子败育;小孢子成熟期,雌花雄蕊内部结构被破坏致使小孢子不能发育成熟。雄花雌蕊的发育主要是珠心不能正常发育,珠心细胞发生PCD,导致雄花雌蕊早期就停止发育,后来子房细胞也解体,整个雌蕊呈萎缩状态。3、用焦锑酸钾结合钙离子后形成沉淀的细胞化学技术,结合电镜技术观察了雄花和雌花雄蕊器官细胞内部钙离子分布的变化。结果表明,造孢时期,雌花雄蕊的造孢细胞膜和细胞质内沉积钙颗粒,会导致部分造孢细胞败育,是造成雌花雄蕊停止发育的一个原因。同时期,雄花雄蕊的中层细胞液泡膜上和细胞壁中沉积钙颗粒,则有助于中层细胞的正常发育,这是促进雄花雄蕊药壁正常发育的一个原因;四分体时期,雌花雄蕊四分体细胞内有钙颗粒沉积会导致小孢子发育不正常,这是雌花雄蕊不能正常发育的第二个原因,雄花雄蕊的中层和外层细胞内膜上沉积钙颗粒有利于小孢子的正常发育;小孢子发育时期,在小孢子外壁沉积钙颗粒将有助于小孢子的发育,沉积在小孢子内则会导致小孢子败育;小孢子成熟时,在小孢子外壁沉积钙颗粒应减少或者没有,有利于成熟的小孢子结构完整,沉积在小孢子内则会导致小孢子结构被破坏。4分别测定了发育过程中雄花和雌花内雄蕊和雌蕊的腐胺和亚精胺含量。分析表明,造孢时期,高水平的腐胺能促进雄蕊正常发育,致使在雄蕊和雌蕊的竞争中,对雄蕊有利,使雌蕊在竞争中失利,发生PCD;四分体时期,雄花雄蕊中高水平的腐胺有助于四分体正常发育;小孢子发育和成熟时期,雄花雄蕊中低水平的腐胺,可以保证小孢子正常发育成熟。亚精胺在两性原基期、造孢期及四分体时期和腐胺作用规律相同,后期对雄花雄蕊小孢子发育和成熟的影响作用较腐胺小。早期低水平的腐胺有利于雌蕊发育,其原因是雌花雄蕊中低水平的腐胺去除了雄蕊在竞争中的优势,没有了优势的雄蕊竞争,雌蕊才正常发育。腐胺后期对雌花雌蕊正常发育作用比较小。在雄花发育后期,高水平的腐胺有助于雌蕊更快地萎缩。亚精胺的作用是在雄蕊败育的前提下,高水平的亚精胺有利于雌蕊正常发育,大孢子母细胞时期,高水平的亚精胺利于大孢子母细胞减数分裂的正常完成。

【学位授予单位】：福建农林大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2008

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