植物雄性不育原因探究及应用（课堂PPT）

植物雄性不育的原因探究及其在农业中的应用,1,雄性不育（malesterility）的植物学定义：,正常植株的变异体，其花粉败育，雌花发育正常，自花授粉不能结实，但授予另一正常植株的花粉则可正常结实的现象。,2,雄性不育系（malesterileline）：,由遗传上稳定，雌蕊正常而花粉失去功能，必须依靠外来正常花粉授粉才能结实的植株构成的品种或者品系。,3,雄性不育在植物界中是普遍存在着的现象。目前，已经在43科、162属、320个种中发现雄性不育。包括玉米、水稻、小麦、高粱、油菜、棉花等主要农作物。,4,猜一猜！,可育的,不可育,5,6,7,包含有许多不同的形式：a.雌雄异株植物群体中完全缺乏雄性个体或具高度缺陷的雄性个体；b.雌雄同株植物中雄性器官萎缩、畸形或消失；c.不能形成正常的小孢子发生组织；d.小孢子发生异常，形成不完善的、不能存活的、畸形的或败育的花粉；e.花粉不能成熟或无萌发能力；f.形成有生活力的花粉但花药不开裂。,8,雄性不育植株的产生原因：,、外因、内因,9,、外因,人工去雄感染病毒、细菌恶劣环境条件，如干旱、高温、寒冷等其他,10,、内因,可遗传因素非可遗传因素,11,一、可遗传因素：这是雄性不育产生的根本原因，可再分为三种不同的类型。,12,1.细胞质雄性不育型，简称质不育表现为质遗传，通常以单一的细胞质基因S和N控制，分别代表不育和可育,不育,可育,13,授粉,F1,F1自交不能产生F2，故农业生产上一般无法利用。,14,2.细胞核雄性不育型，简称核不育表现为细胞核遗传，一般由一对基因控制，但也有23对基因互作而产生的雄性不育（如莴苣）。假如控制花粉育性的是一对基因，则核不育还可分为两种情形：,15,（1）大多数情况下，不育基因是由隐性基因（msms）控制，正常可育型为显性基因（MsMs）。二者杂交产生F1（Msms）为可育的；F1自交产生的F2中，可育株与不育株之比为3:1。分离出F2中的不育和杂合可育植株，可用作两系法育种。但由于其选择杂合植株的困难性，一般用于繁殖系数高、用种量少的作物（如番茄等）。,16,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）。,17,（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。,18,3.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。,不可育,19,均可育,20,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,21,二、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。,22,1.绒毡层的发育缺陷,绒毡层是花药壁的最内层细胞，直接与花药药室中的花粉母细胞及以后发育中的花粉接触，是将孢子体组织的物质输往配子体的最后中转站。,23,绒毡层细胞中的内质网、线粒体等结构不正常发育时，会导致绒毡层细胞的降解，造成两种结果：（1）花粉在单核靠边期败育；（2）影响小孢子的发育，使花粉败育。,24,2.ATP酶的影响,ATP酶可以催化ATP的水解，对植物各种器官的运动、物质运输、信号传导、细胞内物质的合成与分解等代谢活动中能量的需求起重要作用。,随着花粉的发育，如果其中的ATP酶的酶活性、酶动力不随之增加，或者ATP酶的数量不增加，均会导致花粉败育。,25,3.Ca2+的浓度影响,Ca2+作为植物的第二信使广泛参与并调节着植物体内的生理生化反应。近年来根据对Ca2+在被子植物生殖过程中的作用研究，一些学者推断，Ca2+在营养细胞和生殖细胞之间的差异对二者以后的发育可能起调控作用。,26,4.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。,27,现有的研究成果：细胞骨架中的肌动蛋白含量低、活性弱，会导致小麦等植物的花粉发生败育。细胞骨架的系统紊乱（在偶线期没有极性分布的微管；在小孢子母细胞减数分裂期间出现许多特别粗的微管束；在终变期围绕核的微管宽带结构松散，内含微管的数量少）也会导致花粉不育。,28,5.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。,29,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