（植物学专业论文）芦荟生殖发育及非生物胁迫对芦荟活性酶和超微结构影响的研究.pdf

首都师范大学硪士学位论文 芦荟生殖发育及非生物胁遗对芦荟活性酶 和超微结构影响的研究 摘要 花粉的正常发育是实现受精结实的保证，观察花粉发育过程中的异常现象， 并从细胞学角度阐明芦荟雄性不育的机理，可为芦荟的有性生殖提供一些有价值 的资料。并为进一步改良芦荟及丰富现代胚胎学理论提供基础资料。通过对盐、 干旱、低温胁迫下芦荟活性酶测定和超微结构的观察，以期验证芦荟的耐盐、耐 寒、耐早性。本研究结果丰富了芦荟生物学方面的资料，并为开发利用盐碱地等 一般植物不能生长的土壤、进一步发展芦荟产业提供了理论依据。 本文对木立芦荟( a l o ea ，b o f e s e n sm i l l ) 小孢子母细胞减数分裂过程进 行了观察，结果表明：木立芦荟花粉母细胞染色体数目为2 n = 1 4 。由四对长染色 体和三对短染色体组成，属二型性核型。其减数分裂异常主要表现在：( i ) 减数 分裂i 、i i 过程中均存在单价体和多价体、染色体桥( 后期i ：1 2 7 6 ，后期i i ： 1 2 3 溉) 、落后染色体( 中期i ：1 2 2 8 ，后期i ：1 2 。6 5 ，中期i i ：1 8 8 ，后 期i i ：5 5 5 ) 、不均等分离( 后期i i ：5 6 1 6 ) 、微核( 末期i ：5 2 ) 等；( 2 ) 木立芦荟染色体具有极度的粘质性，使减数分裂各阶段的染色体不易散开，推测 染色体问的丝状粘连是木立芦荟小孢子母细胞减数分裂异常并导致败育花粉产 生的主要因素。对木立芦荟小孢子发育和花粉育性进行鉴定，成熟花粉粒中9 0 以上为败育花粉，属典败型。二核期是木立芦荟小孢子败育的主要时期。 同时，我们用m s 、c 1 7 、n 6 、w 1 4 、b 5 五种培养基对库拉索芦荟( a l o e b a r b a d e n s i sm i l l 或a v e r al ) 花药进行培养，但没有诱导出愈伤组织，分析 其原因可能是在花药培养的2 0 天左右，花药出现严重的褐变现象，褐化影响组 织活力，从而影响愈伤组织的形成；还可能与基本培养基和激素种类及其浓度组 合、低温预处理时间等外部因素有关：并且同时还受植物内部因素的影响。 植物在高盐、低温、干旱等胁迫条件下，体内会产生过量的活性氧( r o s ) ， 直接伤害植物的细胞等。本实验对库拉索芦荟植株( 大约一年生) 进行不同时间 的高盐( 1 8 的n a c l 相当于0 3 m o l t n a c l ) 、低温( 1 0 ) 、于旱( 2 5 筠的p e g 一6 0 0 0 ) 胁迫处理： 1 ) 胁迫处理3 、5 、7 、1 4 天后，用n b t 法、愈创木酚法在7 5 4 型紫外分光光度 计下测定叶片内超氧化物歧化酶( s o d ) 、过氧化物酶( p o d ) 活性的变化。 首都师范大学硕士学位论文 研究结果表明：盐胁迫及干旱胁迫下库拉索芦荟叶片s o d 、p o d 酶活性均呈 降一升一降一升趋势变化，一定干旱或盐胁迫下，库拉索芦荟幼苗s o d 、p o d 活性变化均由体内的活性氧来诱导的，胁迫条件下，首先植物体内- 0 2 增多， 相应s o d 活性升高把对细胞破坏力极强的0 2 。歧化成h 2 0 2 ，从而p o d 活 性也升高，将过多的h 2 0 2 分解或利用掉。抗旱与抗盐能力具有相关性。而低 温胁迫下s o d 、p o d 活性均呈降升一升一升趋势变化，与干旱和盐胁迫下 的变化趋势不同，芦荟为热带作物，低温对其伤害显著，导致芦荟体内r o s 产生较多。需要s o d 、p o d 酶活性不断升高来保持r o s 的平衡，从而维持 其基本生命活动。 2 ) 胁迫处理3 、5 、7 、1 4 天后的库拉索幼苗，分别用h o a g l a n d 溶液恢复培养7 天，s o d 、p o d 活性又呈现不同变化趋势，大多高于或低于正常水平，是因 为胁迫培养后在7 天极短时闯内酶活性很难恢复到正常水平。 3 ) 采用聚丙烯酰胺凝胶电泳对盐、干旱、低温胁迫条件下培养7 天的库拉索芦 荟s o d 、p o d 同工酶谱进行分析发现：三种胁迫下，库拉索芦荟幼苗中均没 有新的s o d 、p o d 同工酶合成，只发现个别酶带在逆境变化中表达增强、减 弱、消失，变宽或变窄，这都为短期或可逆的调控。且电泳结果与酶活性测 定结果基本一致，只是，低温胁迫7 天后，盐胁迫5 天后恢复培养7 天的库 拉索芦荟p o d 酶，从电泳结果来看，活性都降低，从测定结果来看，活性都 升高，p o d 酶电泳结果与酶活性测定结果正好相反，原因有待于进一步分析。 4 ) 对三种胁迫条件处理7 天后的库拉索芦荟叶肉细胞超微结构进行观察，发现 细胞膜系统、叶绿体、线粒体、细胞核等结构都受到不同程度的破坏，另外 还发现叶绿体周围有许多小泡出现，盐胁迫下高尔基体在细胞质中解体，以 及盐和低温胁迫下，线粒体在叶绿体周围或嵌在叶绿体当中的现象。盐胁迫、 低温胁迫比干旱胁迫对细胞膜的损伤要严重，因此，盐和低温胁迫对细胞结 构的伤害比干旱胁迫更为严重。这也为库拉索芦荟的抗旱性提供理论依据。 关键词；芦荟；减数分裂；胁迫；s o d ，p o d ：超微结构 首都师范大学硕i ：学位论文 s t u d y o nt h e d e v e l o p m e n t o f a i o cr e p r o d u c t i o na n dt h ee f f e c t so fi t ss o d ，p o d a c t i v i t i e sa n du l t r a - s t r u c t u r eu n d e r n o n - - b i o l o g ys t r e s s a b s t r a c t t h en a t u r a ld e v e l o p m e n t o f p o l l e ni sv e r yv i t a lt oi m p r e g n a t i o na n df r u c t i f i c a t i o n o fp l a n t e x p l a n a t i o n o n eo ft h er e a s o n s l e a d i n g t oa l o e m a l e - s t e r i l i t yt h r o u g h s t u d y i n g i t s p o l l e nd e v e l o p m e n t i s v e r yi m p o r t a n t t o i m p r o v e a l o es e x u a l r e p r o d u c t i o n o b s e r v a t i o no na l o eb a r b a d e n s i sm i l lu l t r a s t r u c t u r ea n dd e t e c t i o no n j t ss o d ，p o da c t i v i t i e sa f t e rn a c l ，l o wt e m p e r a t u r ea n dd r o u g h tt r e a t m e n ts e p a r a t e l y p r o v e dt h a ta l o eb a r b a d e n s i s m i l l i st o l e r a n tt on o n b i o l o g ys t r e s so ns o m e d e g r e e t h em a i nr e a s o nf o rp o l l e na b o r t i o ni na l o ea r b o r e s e n sm i l l w a ss t u d i e d t h r o u g ht h eo b s e r v a t i o no fm e i o s i sa n dt 1 1 em i c r o s p o r ed e v e l o p m e n to fi t sp o l l e n m o t h e rc e l l s ( p m c 曲t h e r ea r e1 4c h r o m o s o m e si 1 1t 1 1 ep m co f a l o ea r b o r e s e n s 枷肌， c o n t a i n i n gf o u rp a i r so fl o n gc h r o m o s o m e sa n dt h r e ep a i r so f s h o r to n e s ，a n dt h i s k a r y o t y p eb e l o n g st od i c h o t o c a r p i s m t h ea b n o r m a l i t i e si nt h ep m c s w e r ef a l l e ni n t o f o u rc a t e g o r i e s ：( 1 ) u n i v a l e n t s ，t h e yw e r ec a u s e db yf a i l u r ei np a i r i n g ，a s y n a p s i sa n d p r e c o c i o u sc a n c e l l a t i o no f t e r m i n a lc h i a s m a 0 r i e n t e du n i v a l e n tp a i rw a sd i s t r i b u t e d a tt w op o l e sn o r m a l l yi na n a p h a s e w h i l en o n - o r i e n t e du n i v a l e n tp a i ro n l ya to n ep o l e a n o t h e rf a c t o rl e a d i n gt ou n i v a l e n t sw a st h a tc h r o m o s o m e sw e r ep a i r e db u tw i t h o u t s u b s t a n t i a le x c h a n g e f 2 1m u l t i v a l e n t s t h e ym i g h tb ep r o d u c e db yt r a n s l o c a t i o n h e t e r o z y g o t e ( 3 ) c h r o m o s o m eb r i d g e s t h e r ew e r e t h r e ek i n d so f b r i d g e si na n a p h a s e ia n da n a p h a s e i i ：s i n g l e a n dd o u b l ec h r o m o s o m eb r i d g ea sw e l la s “d i a g o n a l b r i d g e ”( 4 ) af e wc e l l s w e r ef o u n dw i t h l a g g e dc h r o m o s o m e s ，m i c r o n u c l e ia n d u n b a l a n c e d s e g r e g a t i o n o ft h ec h r o m o s o m e s i nt h el a t e r s t a g e s o fm e i o s i s w e l l s p r e a dc h r o m o s o m a lc o n f i g u r a t i o n sw e r er a r eb e c a u s eo f t 1 1 e e x t r e m e l ys t i c k y n a t u r eo ft h ec h r o m o s o m e t h en u m b e ra n dr a t i oo fa b n o r m a l i t i e sw e r ea n a l y s e da n d t h e r e l a t i o n s h i p b e t w e e na b n o r m a l i t i e sa n dp o l l e n s t e r i l i t y w e r ed i s c u s s e d i ti s c o n c l u d e dt l l a tt h es t i c k yn a t u r eo ft h ec h r o m o s o m ei st h em a i nr e a s o nf o ra b n o r m a l m e i o s i so f a l o ea r b o r e s e n s 蝴i i p m ca n dp o l l e ns t e r i l i t y m o r et h a n9 0 o f m a t u r e d p o l l e ng r a i n sw e r e s t e r i l e i nt h i sp a p e r , a l o eb a r b a d e n s i sm i l la n t h e rc u l t u r eo nm s ，c n ，n 6 ，w 1 4a n db 5 m e d i af o r4 5d a y ss e p a r a t e l yw e r es t u d i e d t h o u g hs o m eu s e f u ld a t a sh a db e e n o b t a i n e d ，t h ec a l l u sr e g e n e r a t i o ns t i l lw a sn o tp r o d u c i b l e ，w h i c hi sp r o b a b l yr e l a t e dt o t h eb r o w n i n go ft h et i s s u e s a n do t h e rm o r es t u d i e ss h o u l db ec o n d u c t e dt om a k e m u c h p r o g r e s sf o r a l o eb a r b a d e n s i sm i l ia n t h e rc u l t u r e s u c ha si n c r e a s i n ge f f i c i e n c y o fi n o c u l a t i o n 1 e v e l i n gh o r m o n e so fc a l l u s e sb ya d j u s t i n gp l a n th o r m o n er a t i oi n m e d i u m p r e p a r i n gs p e c i a l m e d i u mf o ra l o eb a r b a 冼n s 西m i l la n d s e l e c t i n g s u s c e p t i b l eg e n o t y p e sf o rr e g e n e r a t i o n t h ee f f e c t so fs u p e r o x i d ed i s m u t a s e ( s o d ) ，p e r o x i d a s e ( p o d ) a c t i v i t i e sa n d u l t r a s t r u c t u r e ，s u c ha s ，p l a s m am e m b r a n e ，c h l o r o p t a s t s ，m i t o c h o n d r i aa n dn u c l e o l i ，o f l o eb a r b a d e n s i sm i l lm e s o p h y l le e l lu n d e rn a c i ( 1 8 e q u a lt oo 3 m o l l ) 1 0 w t e m p e r a t u r e ( 1 0 c ) a n dd r o u g h t ( 2 5 ，p e g 一6 0 0 0 ) t r e a t m e n t w e r es t u d i e di nt h i sp a p e r a n dt h er e s u l t sa r ea sf o l l o w s ： 首都师范大学硕士学位论文 1 ) w i t ht h et i m ec h a n g e d ( 3 d ，5 d ，7 d ，1 4 d ) u n d e rn a c la n dd r o u g h ts t r e s s ，t h e a c t i v i t i e so fb o t hs o da n dp o dv a r i e di nt h e w a y o f d e c r e a s e i n c r e a s e d e c r e a s e i n c r e a s ed e t e c t e db yu v 7 5 4 w h i c hw e r ei n d u c e db y r e a c t i v eo x y g e ns p e c i e sf r o s ) ，t h er e s u l t si n d i c t a t e dt h ee n z y m a t i cm e c h a n i s mo f e l i m i n a t i n gr o s i na l o eb a r b a d e n s i sm i l lw e r es i m i l a r , t h u st h ea b i l i t i e so fn a c l a n dd r o u g h tr e s i s t a n c eo fa l o eb a r b a d e n s i sm i l lw e r eo f r e l a t i v i t y a f f e rl o w t e m p e r a t u r et r e a t m e n t ，t h e a c t i v i t i e so fs o da n dp o dv a r i e di nt h e w a yo f d e c r e a s e i n c r e a s e i n c r e a s e - i n c r e a s e a l o eb a r b a d e n s i sm i l ib e l o n g st ot r o p i cc r o p a n di ti ss e n s i t v et ol o w t e r n p c r a m r e m a n dm o r er o s w i l lb eg e n e r a t e di ni ta f t e r i o wt e m p e r a t u r et r e a t m e n t , t h ea l o eb a r b a d e n s i sm i l lw o u l du s em o r es o da n d p o dt oc l e a no u tt h er o st os u r v i v e t h e r e f o r et h ee n z y m ea c t i v i t i e sb e c a m e h i g h e ra n dh i g h e l 2 ) w i t ht h e 7d a y sc u l t u r eb yh o a g l a n dl i q u i da f t e re a c ht r e a t m e n t ( n a c l ，l o w t e m p a r a t u r ea n dd r o u g h t ) ，t h ea c t i v i t i e so fs o d a n dp o d c h a n g e di nd i f f e r e n t w a ys e p a r a t e l ya n dm u c ho f t h e mw e r eh i g h e ro rl o w e rt h a nt h ec o n t r o l ，w h i c h i n d i c a t e dt h a tt h ea c t i v i t i e so fs o da n dp o dv c e r ed i 伍c u l tt oc o m eb a c kt o n o r m a ll e v e li no n l y7 d a y sa f t e rs t r e s s 3 ) b o t hs o da n dp o di s o z y m eo fa l o eb a r b a d e n s i sm i l la f t e rn a c l ，d r o u g h ta n d l o wt e m p e r a t u r et r e a t m e n tf o r3 ，5 ，7 ，1 4d a y ss e p a r a t e l yw e r ea n a l y z e db yu s i n g p o l y a c r y l a m i d eg e le l e c t r o p h o r e s i s ( p a g e ) t h er e s u l t sr e v e a l e dt h a tt h o u g h n o n e o fs o da n dp o dn e w i s o z y m eb a n da p p e a r e d 。s o m es p e c i f i cb a n d sb e c a m em o r e w i d e ro rn a r r o w e rw h i c hm e a n st h eh i g h e ro rl o w e ra e t i v i t ya f t e rt h e s et h r e ek i n d s o ft r e a t m e n t a n dm o s to fs o da n dp o di s o z y m a t i ca c t i v i t i e sw e r ei n c o i n c i d e n c e 诹mi t sd e t e c t i o nr e s u l t sf r o mu v - 7 5 4 e x p e c tt h a tp o di s o z y m a t i c a c t i v i t i e su n d e rl o wt e m p e r a t u r ef o r7d a y sa n d7d a y sr e c o v e rc u l t u r eb y h o a g l a n dl i q u i da f t e rn a c l s t r e s sf o r5d a y s w e r ed i f f e r e n tt ot h e i rp o dd e t e c t i o n r e s u l t s ，a n dm o r es t u d i e ss h o u l db ed o n et og i v ear e a s o n a b l ee x p l a n a t i o nf o rt h a t 4 、0 b s e r v a t i o nt h r o u g he l e c t r o nm i c r o s c o p er e v e a l e dt h a tt h es t r u c t u r eo fp l a s m a m e m b r a n e ，c h l o r o p l a s t s m i t o c h o n d r i aa n d n u e l e o l io fa l o eb a r b a d e n s i sm i l l m e s o p h y l lc e l lw e r ed a m a g e di nd i f f e r e n td e g r e ea f t e rn a c i ，d r o u g h ta n dl o w t e m p e r a t u r et r e a t m e n tf o r7d a y ss e p a r a t e l y a f t e rt h ea i o ew e r es t r e s s e db yn a c l a n dl o wt e m p e r a t u r e 。w ea l s of o u n dt h a tt h em i t o c h o n d r i aw e r ee m b e d d e di nt h e c h l o r o p l a s t ，o rt h ed i s t a n c eb e t w e e nt h ec h l o r o p l a s ta n dt h ec h l o r o p l a s ti sv e r y n e a r ) o rm u c hm o r em i t o c h o n d r i aa p p e a r e da r o u n dt h ec h l o r o p l a s t t h eg o l g i b o d y d i s a g g r e g a t e i nt h ee e l ju n d e rn a c ls t r e s s a n ds o m ev e s i c l e sa r o u n dt h e c h l o r o p l a s ti ns o m em e s o 曲y l lc e l l sw e r ef o u n d e da f t e rt h et h r e et r e a t m e n t a l l t h er e s u l t ss h o w e dt h a tn a c la n dl o w t e m p e r a t u r es t r e s sd a m a g e dt h ee e l ls t r u t u r e m o r e s e r i o u s l y t h a nd r o u g h ts t r e s sd o e s k e yw o r d s ：a l o e ；m e i o s i s ；n o n - b i o l o g ys t r e s s ；s o d ，p o d ；u l t r a - s t r u c t u r e 首都师范犬学硕。 ：学位论文 一、芦荟的发展史 第一章芦荟的生物学特性 芦荟属( a o el ) 植物属单子叶植物纲百合科( l i l i a c e a e ) ，为多年生常 绿肉质草本植物。其英文名来源于阿拉伯文“a 1 l o e b ”，是“苦味”的意思。1 。 芦荟的发源地是非洲，经过很长一段时间扩展到地中海地区，然后又传播到中东。 迄今最早的芦荟图片被认为是在土耳其伊斯坦布尔发现的彩绘手迹”1 。据考证， 最早把芦荟用于医治人类疾病的是5 0 0 0 年前的古埃及人。德国籍的古埃及学者 耶比鲁斯在古埃及金字塔的木乃伊棺里，发现的纸莎草古书中就记载着芦荟的药 效，这是人类发现的最早的有关芦荟记载的文字。公元前3 0 0 年马其顿帝国的亚 历山大皇帝东征夺取了盛产芦荟的苏克拉岛后，用芦荟医治士兵伤痛与疾病，并 使芦荟传至亚洲。隋末唐初中国始有芦荟的文字记载。继而传入日本。1 。 1 9 8 1 年美国成立国际芦荟扔会( i a s c ) ，有力地推动了全球芦荟的研究和产 业化生产的发展。2 0 世纪8 0 年代有关芦荟的专利有1 5 7 项，其中用于药品的占 3 6 ，用于化妆品的占2 5 ，用于食品的占2 2 。9 0 年代芦荟还应用到农业、工 业，同时掀起了鲜芦荟作为纯天然佳品的热潮。 在我国，从唐朝开始传入我国的不是芦荟植物，而是干块，在古代的各种本 草里就有对芦荟的详细记载。据神农本草经、本草纲目等书的记载，中国 古代的医药学家们就把芦荟当作一种可“明目镇心”的清热寒药来用，但由于人 们对芦荟认识粗浅，应用受到了限制。现在，福建、广东、云南、河南、上海、 北京等地都有芦荟商品生产基地，全国从事芦荟研究的单位有十多家”。 二、芦荟的生长发育特征 芦荟( a o el ) ，也称油葱、纳会、象胆、奴会，约有5 0 0 多个品种，它 原产非洲，是热带、亚热带多年生肉质草本，种子植物。叶簇生于茎顶端，有的 品种轮生于茎，叶片肥厚多汁，基部宽，尖端细窄，呈狭长披针形，叶边有刺或 齿，叶色浅绿或绿，有的品种叶片有白色斑纹。茎长短不同，极短或高达数米皆 有。总状花序；花有长梗，分枝或不分枝：花呈管状，先端6 裂，雄蕊6 枚；花 色有黄、桔红、红等；结蒴果。地下茎的基部能发生根状茎，其茎尖可萌生新芽， 首都师范大学硬士学位论文 长成子株，很粗。生性向阳、怕烈日、喜温暖、畏严寒、耐干旱、忌积水、喜通 风良好，最佳生长温度2 5 d 左右，气温5 1 2 时停止生长。对土壤酸碱度要求不严， 喜肥沃透气性良好的土壤，再生能力强，带根的植株离开土壤一个月后，仍能种 植生长“。 三、芦荟主要栽培种和变种 1 木立芦荟( a o e 盯b o r e s e n sm i l l )又称木剑芦荟，外形像直立的树 木而得名，原产南非，主要产于日本。叶片灰绿色细长，叶肉厚实，背部突出， 两边呈锯齿状，主干茎部不断长出侧技，可用作插枝繁殖，冬天抽穗开花，花纺 锤形，红色。含较多的芦荟大黄素，备受人们喜爱，已形成商业化生产，适合于 加工成干粉，保健品，鲜叶可食用、药用m 嘲“3 。 2 库拉索芦荟( m o eb 哉r b a d e n m sn i l l 或一v e t 8l ) 又称巴巴芦荟、翠 时芦荟、沙漠芦荟、真芦荟等。原产中美洲的巴巴多斯岛和库拉索岛。茎短，时 生茎顶呈披针状，叶长3 0 7 0 c m ，先端渐尖，基部宽4 1 5 c m ，边缘有小齿，叶 灰绿色或蓝绿色，花黄色但不结籽，靠侧枝分枝繁殖。是目前利用最广泛的品种。 含有丰富的凝胶，可加工成千粉，凝胶、鲜叶可直接食用、美容、药用。美洲大 量栽培，我国也有栽培叭”啪。 3 中华芦荟( 4 j o e 嗍厶眦c h i n e s i s ( h a w ) b e r g e r ) 又名斑纹芦荟、 中国芦荟、象鼻草、罗纬草、油葱等。主要生长在云南红河流域，是库拉索芦荟 的变异品种，其形态酷似库拉索芦荟，但叶尖更尖，叶色呈浅绿色，有明显的白 色斑纹，花粉红色或黄色，繁殖力强，靠分枝繁殖。鲜叶含丰富的水和凝胶，主 要用于美容、食用、药用，可加工成饮料等“2 “。 4 开普芦荟( m o ef e r o xm i l l ) 又称青鳄芦荟、好望角芦荟、非洲芦荟， 原产南非。株形很大，叶色深绿，叶缘有红褐色角质逸，3 0 一5 0 片叶簇生于茎顶。 茎粗而长，株高3 - 6 m 。初春在叶腋中抽出总状花序，花色橙黄色，结蒴果，靠 种子繁殖。在希腊本草、德国药典等书中记载的药用芦荟就是青鳄芦荟， 因此又q 药典芦荟。被利用部分是叶片中的液汁，从叶子的切口中收集滴滴落下 的苦液，起初为黄色，以后变成褐色，经日晒干燥后成块，粉碎后就是药典中记 载的“芦荟末”。采割叶片时，有丰富的深黄色汁液，收集此液，蒸发浓缩，冷 4 首都师范大学硕士学位论文 却凝固，得“肝色芦荟”干胶。将汁液用狂火煮沸浓缩，冷却凝固，得“光亮芦 荟”干胶。富含芦荟大黄素，b 一芦荟甙。该品种主要用于生产芦荟干胶“。 5 皂质芦荟( a l o es a p o n a r i a ( a i r ) h a w ) 又称皂角芦荟。叶子表面具有 斑纹，叶簇生基部，呈半直立或平行状，叶肥厚，狭披扁平，有美丽的白色斑点 斑纹，叶长2 0 7 0 c m ，宽3 l o c m ，叶先端渐尖，时缘有刺状小齿。皂质芦荟由 于其叶片上美丽的斑纹，最具观赏价值“1 。 6 不夜城芦荟( a l o en o b h i sm i l l ) 株高2 0 3 0 c m ，叶短小，初夏开花， 扦插繁殖，属于观赏芦荟品种。家庭种植的芦荟品种除了观赏外，还能应用于医 疗、美容、食用等多个方面“1 。 7 上农大叶芦荟( v e r al v a r s a cg u ) 由上海农学院从库拉索芦荟选育 出的变种。叶色绿，苗期有白色斑纹，单叶鲜重7 0 0 9 左右。茎短缩。易分生新 芽，可分株繁殖。鲜叶可加工利用，也可食用、美容、药用“。 四、芦荟叶片的形态解剖学研究 根据沈宗根、李景原、胡正海等人”“1 对芦荟属1 1 种植物叶的解剖学研 究结果，表明该属植物叶的结构都由表皮、叶肉( 同化组织和贮水组织) 和l 轮维管柬组成，贮水组织内尚有第二轮维管束仅见中华芦荟。叶表面都覆有厚的 角质膜，表皮细胞的外切向壁加厚，气孔下陷，具有气孔上、下腔；叶的上、下 两面都具有排列紧密的同化薄壁组织；中央贮水组织发达，占叶横切面的6 0 8 0 ；其维管束的韧皮部内都有大型薄壁细胞为该属的结构特征“”。李景原等人 。6 1 认为木立芦荟、库拉索芦荟等在光合组织和储水组织之间有一层不含叶绿体的 小型薄壁细胞，包围着储水薄壁组织，称之为储水组织鞘。并且认为维管柬中大 型薄壁细胞、维管束鞘和储水组织鞘是芦荟素等蒽醌类物质的储藏场所，芦荟素 含量与维管束的大型薄壁细胞、维管束鞘和储水组织鞘的情况密切相关。 根据木立芦荟不同叶龄叶的比较解剖观察，李景原等“”认为不同叶龄的木 立芦荟叶的主要区别是维管束中大型薄壁细胞的大小不同。植株上部幼叶和成熟 叶的维管束中，大型薄壁细胞体积大：而植株下部老叶的维管柬，其大型薄壁细 胞已萎缩，细胞体积小，呈狭窄状。在维管柬横切面上，大型薄壁细胞占维管束 横切面的百分比从上到下随蓿叶龄的增大而减少。此外，李景原等1 应用植物解 首都师范大学硕= e 学位论文 剖学方法研究了木立芦荟叶的发育过程。研究结果表明，叶原基在发育早期其形 态是不对称的，内部为同形细胞组成，但很快分化成原表皮，原形成层束和基本 分生组织。以后，原表皮发育成表皮，位于原表皮下的2 5 层基本分生组织细 胞发育成同化薄壁组织，而位于中央的基本分生组织细胞则发育成储水薄壁组 织，原形成层束发育成维管束。在上述发育过程中，表皮、叶肉组织分化最早， 维管束迟，而其发育成熟的时间，维管束最早。叶肉次之，表皮最晚。维管柬由 维管束鞘、木质部、韧皮部和大型薄壁细胞组成。大型薄壁细胞起源于原形成层 束，位于韧皮部内，其发育迟于筛管、伴胞，为芦荟属植物叶的结构特征。 芦荟属的系统分类尚存在争议，以往都将该属隶属于百合科。近年有学者提 出芦荟属应独立，建立芦荟科“”；对于芦荟属植物在分类学上的解剖学指标，以 往曾报道：该属植物成熟叶表皮角质膜的厚度，表面纹饰及表皮细胞的形状、大 小的差异属稳定的特征，在种间差异明显”1 ；i s h i l l “”曾报道，许多单子叶植 物叶内存在晶体，沈宗根等”1 首次在芦荟属植物中发现其叶内都有含晶异细胞， 异细胞的大小和分布以及其晶体的类型和大小在种问也存在差别。以上这些结构 特征的综合应用，可为该属植物的种闻分类提供解剖学的依据。 五、芦荟核型分析 近几年来，王永中、梁秀梅”7 2 1 等人对几种芦荟进行了染色体核型分析，认 为芦荟染色体数目为2 n = 1 4 ，由四对长染色体，三对短染色体组成，都未发现随 体。但不同品种芦荟的核型有所不同，列表如下： 6 首都师范大学硕，l 学位论文 表卜1 芦荟核型分析 种名染核型公式染色体染色体长度臂比范围核 色组总长变化范围型 体度( um )( um ) 数 木立芦 1 4k ( 2 n ) = 4 s m + lo s t1 2 7 l l0 7 1 2 3 ，0 3 11 8 6 5 5 ，6 3 33 c 苤 i 沅江芦 1 4k ( 2 n ) = 4 s t + 6 s m +3 b 披 4 m 开普芦 1 4k ( 2 n ) = 4 s m + l o s t1 1 8 8 2o 7 0 1 2 9 2 12 1 2 4 4 5 5 34 c 技 中国芦1 4k ( 2 n ) = 6 s t + 8 s m4 b 蕉 上农大 1 4 k ( 2 n ) = 4 m + 4 s m + 6 1 4 3 4 6 2 叶芦荟 s t 库拉索 1 4k ( 2 n ) = 2 m + 6 s m + 61 6 7 5 0 0 芦荟 s t 木锉芦 1 4 k ( 2 n ) = 6 s t + 8 s m 1 3 6 31 7 1 4 0 0 主 大蚣掌 1 4k ( 2 n ) = 6 s t + 2 t + 21 0 3 4 m + 4 s m 一、前言 第二章芦荟的生殖发育 1 植物雄性不育的研究概况 雄性不育现象普遍存在于被子植物中。雄性不育现象产生的原因是多方面 的。为了更好地控制雄性不育性和育性恢复以培育新的优良品种，国内外众多学 者从细胞学、遗传学、生理生化、分子生物学等角度对植物雄性不育产生的原因 进行了深入研究。 1 1 植物雄性不育的分类 导致雄性不育的因素是多种多样的，因此，在分类上也因标准不同出现不同 的分类系统。s e a r s ( 1 9 4 7 ) 根据雄性不育材料基因型的差异，将雄性不育划为 3 类，即细胞质不育型、细胞核不育型和质核互作不育型，即“三型学说”；随 7 首都师范大学硕卜学位论文 着与细胞质不育基因特异作用的核基因的发现，已经证实，绝对的细胞质雄性不 育并不存在，细胞质雄性不育仅仅是核质互作雄性不育的一个短暂的过程，细胞 核基因或多或少都要参与细胞质雄性不育，且核、质基因具有较严格的互作专效 性，不能被认为一种雄性不育类型，因此，e d w a r s o n ( 1 9 5 6 ) 将“三型学说” 修改为“二型学说”，即核不育型和核质互作不育型两类：g a b e l m a n ( 1 9 5 6 ) 根据花粉、雄蕊的形态将雄性不育划分为花粉型、雄蕊型和功能型3 类； h e s l o p h a r r i s o n ( 1 9 7 1 ) 按世代交替把雄性不育划分为孢子体不育和配子体不 育2 种类型。这说明只要分类的依据和标准不同，分类的结果就不同。即使在同 一作物内，也会因分类标准不同而有不同分类系统。如水稻雄性不育就有4 种分 类方法f 2 3 1 ，分别是按恢保关系、不育细胞质来源、花粉败育形态和遗传特点来 划分的。 k a u l 2 4 1 在总结前人研究的基础上将植物雄性不育归纳为非遗传型和可遗传 型2 大类。非遗传的类型根据不育性诱发原因被分为化学诱导、生理诱导和生态 诱导3 个类型；可遗传型又分为表现型雄性不育和基因型雄性不育2 类。前者是 以不育性表现为基础的，后者是以不育性的遗传本质为基础的。 1 1 1 细胞质雄性不育( c y t o p l a s m i cm a l es t e r i l i t y ，c m s ) 雄性不育性由核不育基因和细胞质不育基因相互作用而产生的，为了与核雄 性不育对应，称为细胞质雄性不育( c y t o p l a s m i cm a l es t e r i l i t y ，c m s ) 。植物细 胞质雄性不育是由于雄蕊退化，花粉败育或功能不育等原因造成的雄蕊不能正常 授粉而雌蕊功能正常的现象。由琼斯( ha j o n e s ) 于1 9 4 4 年在洋葱中首先发 现。细胞质雄性不育是高等植物普遍存在现象，目前已在近2 0 0 种植物中发现细 胞质雄性不育现象，其中有5 0 以上为自发形成，约2 0 发生在种内杂交过程 中，其余在种间杂交过程中产生。根据水稻、玉米、小麦和油料等作物c m s 分 类研究情况，c m s 可进一步做以下分类： 1 ) 按不育胞质来源分类。核置换法是c m s 选育的重要方法，大多数的c m s 都是通过该方法选育成的，因此，按细胞质来源不同进行分类具有简单明了、易 于应用的特点，而被广泛应用1 2 “。 2 ) 按恢保关系分类。水稻c m s 依恢保关系可分为野败型、红莲型和b t 型。 首都师范人学颇小学位论文 玉米c m s 分成t 、c 、s3 个基本类型和少数难以归类的类型 2 4 , 2 6 】。 3 ) 按花粉败育的时期和程度分类。植物c m s 的结果表现在花粉败育上， 不同的c m s 花粉败育的时期和形态不同。水稻、小麦的c m s 依据花粉败育的 时期不同，分为典败、圆败和染败3 类。典败不育系花粉败育的时期较早，一般 只发育到单核花粉为止，极少见到双核花粉，花粉内无淀粉积累，i k i 反应不着 色。圆败不育系主要在二核期败育，一般不能发育到三核花粉期，花粉粒多呈圆 形，i 一融反应有少部分可着浅色。染败不育系大部分可发育到三核花粉期，且 外观发育正常，i 一反应着蓝色。余风群1 27 】通过对花粉发育的细胞形态学观察， 将甘蓝型油菜几个c m s 按花药发育的受阻时间及特点分为3 类，即无花粉囊型、 单核花粉败育型和花粉母细胞败育型。这种以细胞学观察为依据的分类方法，各 种作物都在用。虽然各