学习和初步掌握作物雄性不育系的植物学形态特征和花粉
植物雄性不育及其生殖生物学研究
植物雄性不育及其生殖生物学研究植物雄性不育是植物生殖系统中的一种重要性状，也是植物科学研究领域的热点问题之一。
它指的是某些植物不能进行正常的花粉产生和释放，或者花粉无法与雌蕊结合从而不能正常授粉结实。
一、植物雄性不育的类型植物雄性不育主要分为两类：常染色体遗传的雄性不育和核基因遗传的雄性不育。
常染色体遗传的雄性不育是由某些常染色体上的基因所决定的。
这种雄性不育因常染色体配对时产生不平衡基因表达而引起。
通常表现为生殖生长停滞、异形花粉、花药萎缩或肿胀等现象。
核基因遗传的雄性不育又称细胞质遗传的雄性不育，是由细胞质中质体、线粒体等遗传物质所引起的。
这种雄性不育通常表现为花药不育，花粉数量少、形态异常，因为细胞质中的基因会影响到花药发育过程中所需的蛋白质合成。
二、植物雄性不育的应用植物雄性不育在植物育种中有广泛的应用。
通过选育具有雄穗不育性状的亲本，进行不孕性杂交则可有效地避免杂交后代的自交，防止品种纯度的下降，从而提高杂交育种效率。
此外，雄性不育还可用于制种。
选用不育杂交种中具有较好性状的母本进行人工授粉，可用来制造高质量的新品种种子。
三、植物雄性不育的研究现状近年来，随着分子生物学技术的发展，植物雄性不育的研究进展迅速。
植物雄性不育体系的建立和雄性不育基因的克隆以及遗传调控等方面的研究，使得相关领域的专家学者对植物雄性不育的生理机制和分子机制有了更加深入的认识。
一方面，研究已经克隆的雄性不育基因的功能和表达调控机制，有助于进一步明确雄性不育的分子机制。
另一方面，通过现代遗传分析技术，如基因组学、转录组学和蛋白质组学等，可以揭示雄性不育与其他基因之间的相互作用关系，更加全面地解析雄性不育发生的分子机制。
四、植物雄性不育研究的挑战植物雄性不育的研究涉及领域广泛、深度较大，需要不断地进行科研探索。
尽管已经有不少研究取得了较为显著的进展，但仍然面临以下几方面的挑战：1、缺乏明确的雄性不育分子机制通路目前，尽管已经克隆了一些雄性不育基因，但对于雄性不育分子机制的调控机制还未明晰，仍需进一步深入探究。
第二章 水稻雄性不育理论
⑷.可将各种杂交组合归纳为以下三种情况 ①.S(rr)×N(rr) S(rr)× S(rr)中 表现不育。 S(rr)中，F1表现不育。
其中：N(rr)个体具有保持母本不育性在世代中稳定的能力， 其中：N(rr)个体具有保持母本不育性在世代中稳定的能力， 个体具有保持母本不育性在世代中稳定的能力 保持系(B) 称为保持系(B)。 称为保持系(B)。 S(rr)个体由于能够被N(rr)个体所保持， S(rr)个体由于能够被N(rr)个体所保持，其后代全部为 个体由于能够被N(rr)个体所保持 稳定不育的个体，称为不育系(A)。 不育系(A) 稳定不育的个体，称为不育系(A)。 ②.S(rr)×N(RR)或S(RR) S(rr)×N(RR)或 S(Rr)中 全部正常可育。 S(Rr)中，F1全部正常可育。
转录 Rf-1
S12564 Tsp5091 C1361 Mwol
RNA: 2.7kb
RNA: 2.8kb
Protein: ORF79
育性恢复
Chr10
花粉败育
Kadowaki et al.,1990; Akagi et al., 1994; Komori et al., 2004; Wang et al., 2006
表现型
孢子发生型 功能型 结构型
生理不育型 核不育型 质不育型 质核互作型
遗传型
生态不育型
水 稻 雄 性 不 育 分 类
按花粉发育的形态分 无花药型、无花粉型 按遗传特点分
按恢保关系分
野败型 红莲型 包台型
碘败型 圆败型 染败型
孢子体不育 配子体不育
双核败育型
• 进入双核期以后，生殖核和营养核先后 解体而败育。这种类型以红莲型不育系 为代表。由于双核期败育的花粉呈圆形， 所以又称圆败型。
水稻雄性不育系鉴定 精品
3、镜检
将制好的玻片，置于100倍显微镜下仔细 观察。每片各选择有代表性的视野2—3个观察 花粉粒的形状和染色反应，按下表的标准，数 计每个视野内各类型花粉粒的数量，
败育型花粉与正常可育花粉的比较
项目
花粉形状
典 败 型
不 规 则形
圆败型
圆形
染败型
圆形
蓝色或染 色不均匀
不结实
正常 可育
圆形
蓝 黑 色
实验 作物雄性不育系的鉴定
教学内容
1、实验目的与要求 2、实验内容 3、实验材料及用具 4、实验方法与步骤 5、作业
一、实验目的与要求
通过本实验学习，要求学生初步掌握 水稻雄性不育系的植物学形态特征和花 粉育性鉴定技术
二、实验内容
（一）水稻雄性不育系和保持系植株形态特征 的识别 （二）水稻雄性不育系花粉育性镜检鉴定 （三）水稻雄性不育系套袋自交结实性鉴定
70—94
>95
100
（三）雄性不育系套袋自交结实性鉴定
在不育系中选择刚抽穗但尚未开花的稻穗 10 个， 套上羊皮纸袋，用回形针固定让其自交结实。 15 天后 取掉纸袋，分别统计其自交结实情况。凡套袋的株 （穗）只要有一粒结实的就为结实株（穗）。
计算不育株（穗）率和不育度。
根据不育度，确定不育度等级
三、实验材料与用具
水稻雄性不育系和保持系(或恢复系)的生长 植株，扩大镜、显微镜、镊子、载玻片、盖玻 片、回形针、羊皮纸袋、标签、吸水纸，1% I-KI 溶液。
四、实验方法与步骤
（一）水稻雄性不育系和保持系植株形态特征 的识别
课程报告 植物雄性不育
Immunoblot of WA352
anti-GFP immunohist ochemistry
在CMS-WA植株中WA352可以稳定的转录，但WA352蛋白仅在花粉母细 胞时期的花药中表达；在e图中发现转基因植株的叶子中，WA352蛋白稳定 表达，但MTS-WA352却无表达；此外，用免疫荧光化学技术（图f），P35S： MTS-GFP-WA352 转基因植株中融合蛋白主要集中在花粉母细胞时期的绒毡 层中，且在减数分裂前期I之后大量减少。
Function of WA352
Male sterility requires mitochondrial localization of WA352
Regulation of WA352 expression
dicistronic and contains rpl5 and WA352
containing WA352 only
WA352 induces premature tapetal PCD and CMS.
❖
在酵母中，ScCOX11 在过氧化氢的衰退中起作用。
活性氧（ROS）使线粒体膜渗透压改变，促进Cyt c释放到
胞质中，从而导致细胞凋亡或程序性死亡。在适当的时期
绒毡层细胞程序性死亡（PCD）是对花粉的生长至关重要 的，而ROS可以促进绒毡层细胞程序性死亡。
Immunoblotting detection of Cyt c
Immunoblotting indicated that Cyt c release occurred only in ZS97A anthers at the MMC stage, consistent with WA352 accumulation and the ROS burst.
植物雄性不育原因探究及应用
3. 核质互作不育型 表现为核—质互作遗传，一般质基因为 S，同时核基因为rfrf的植株才表现为雄性不 育，其余均为可育型植株。
S
rfrf
不 可 育
N
Rf_
S
Rf_
均可育
N
rfrf
这一类的植株可用作三系法杂交品种。
不育系
保持系
恢复系
二、非可遗传因素
这是植物雄性不育的主要表现型原因， 其中一部分是环境作用的结果，一部分是基 因突变的结果。
另外，还有一些正常可育植株是一 对显性基因（MsMs），但发生隐性突 变，成为杂合体（Msms），自交后将 分离出纯和不育型植株（msms）。
（2）偶尔会发现一些有杂合的显性核 不育现象，其正常可育植株的基因型为 （msms），经突变后产生杂合植株 Msms，表现为雄性不育。 当它与正常的植株杂交后，子代按 照1:1比例分离出显性不育植株和隐性 可育植株，并按照此方法代代相传。
随着育种研究的发展，这些缺点正 在得到克服。 雄性不育作为杂种优势利用的有效 手段正在日益发挥着更加重要的作用！
That's all !
Thank you !
5. 细胞程序性死亡的影响
细胞学研究表明，在花粉成熟之前，作 为有性生殖过程的前提，有些花药组织以 精确的时间顺序经历细胞死亡过程，如果 这些细胞的死亡过程发生了变化则往往导 致不育。
结语： 结语：
随着对雄性不育原因探究的不断加 深，在农业生产中的应用不断扩大，收 到了巨大的经济效益，但也出现了一些 问题，如某些不育胞质会给作物带来一 些不利的影响。
4. 细胞骨架的影响
细胞骨架是真核生物中普遍存在的一种细 胞器，包括微管系统和微丝系统两个部分， 参与细胞中多种功能。 近年来对雄性不育花药组成细胞的细胞骨 架分布特征也做了一些研究，但由于研究方 法的限制，这方面的研究成果还很有限。
水稻雄性不育系
目 录1概况
2水稻杂交不育的原因
3具体介绍
1概况基本特征: 雄性器官发育不正常，花药瘦小、干瘪、不开裂、内含败育花粉或无花粉，自交不能结实，多数情况下，有不同程度的包颈。
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实验20 作物雄性不育系的鉴定
表20-2 根据观察断定几个主要作物的 雄性不育系和保持系（或恢复系）
作物
行号 (钵号)
是否 不育系 性状1
断定理由
性状2 性状3 性状4
实验20 作物雄性不育系的鉴定
2、雄性不育系花粉育性镜检鉴定
（1）取样 分别从不育系、保持系（或恢复系）中随机
选取即将开花的穗或花序2-4个，挂上标签，带 回室内。从中选择花药已伸长达颖壳（或花蕾） 2/3的花朵3—4个，剥开内外颖（或花瓣），从每 朵花中取花药3个左右作镜检制片。
100
＞80 50-80 10-50
正常可 育 ＜20
＜10
实验20 作物雄性不育系的鉴定
表20-6 玉米雄花育性分级标准
级别
雄花育性
育性分类
0 花药不外露,无花粉或花粉败育
全不育
1 花药外露5%左右,花药干瘪,花粉败育
高不育
2 花药外露25%以下,花药小,半开裂,有少量可育花粉
半不育
3 花药外露50%以下,花药稍小,半开裂,有较多可育花粉
2、雄性不育系花粉育性镜检鉴定
最后根据不育花粉率，判定花粉不育等级（表20-3 ）。并将取样观察结果列于表20-4。
表20-4 水稻、油菜不育系和保持系（或恢复系）花粉育性镜检鉴定结果
作 物
样 品 号
每视野花粉粒数
123
平 均
每视野不育花粉粒数
123
平 均
不育 花粉
%
水1
稻
2 3
油1
菜
2 3
是否 不育 系
半可育
4 花药外露75%左右,花药饱满,正常散粉,有少量败育花粉
高可育
实验内容
实验内容：水稻有性杂交技术(模板内容较多，大家根据实际情况有选择性的写)一、实验目的：了解水稻的花器构造和开花习性，初步掌握水稻有性杂交技术。
二、内容说明（一）花器构造稻穗由主轴、一次枝梗、二次枝梗、小穗梗和小穗组成。
每个小穗由基部的2片退化颖片、小花梗和3朵小花组成。
3朵小花中，顶端1朵正常发育，其下2朵，仅见两片外稃。
可育小花内有6枚雄蕊和1枚雌蕊。
花药有4个花粉囊，柱头二裂呈羽毛状。
（二）开花习性1个稻穗的开花顺序是上部枝梗的颖花先开，然后依次向下。
同一枝梗上往往是顶端颖花最先开，然后再由下向上。
水稻开花的适宜温度为25~30℃。
晴天开花时间为11~13小时，阴天延迟0.5~1小时。
三、材料仪器材料：花期相遇的不育系特A水稻植株、保持系特B水稻植株和恢复系特R水稻植株。
仪器用具：剪刀，信封，回形针，铅笔四、方法步骤（一）、选株选穗用作母本的植株应具有该品种的性状、生长健壮、无病虫害。
选取稻穗已伸出剑叶叶鞘四分之三或全部、前一天已开过少量花的稻穗用于去雄。
这样的稻穗有大量即将开放的颖花供去雄用。
本次实验选取不育系特A水稻植株。
（三）去雄水稻去雄有3种方法，分别是温汤去雄、剪颖去雄和真空去雄法。
1、温汤去雄：在自然开花前1~1.5小时，用冷水把热水瓶中的热水温度调到43~45℃，切勿提高水温以免烫死雌蕊。
然后小心地将母本穗倾斜插入调好水温的热水瓶中，持续5min。
注意不要延长处理时间，切忌将稻穗折断。
最后取出稻穗，抖去穗上积水，5~10min后，用剪刀先剪去处理后未开放的颖花，然后将已开放的颖花斜向剪去上端三分之一。
因为只有当天本来就要开花的颖花其雄蕊已被烫死。
2、剪颖去雄法：在杂交前一天下午用剪刀将穗部已开过的颖花和下部幼嫩颖花剪去，将剩下的颖花用剪刀逐一斜剪，剪去其上端1/2或1/3左右的颖壳，将雄蕊剪去，注意不要剪掉雌蕊。
更精确一点，可以用镊子轻轻将每朵花内花药完整地取出。
3、真空去雄法：将小穗剪去1/2或1/3，将连接在真空泵吸气孔上的皮管的另一端接上吸雄管，打开真空泵开关，使吸雄管对准剪开的颖花，利用吸力将6枚花药全部吸出。