葛潔 張?jiān)聠? 田樹(shù)娟 袁黎

摘 要： 減數(shù)分裂是有性生殖的關(guān)鍵過(guò)程，而西瓜中花粉母細(xì)胞的詳細(xì)減數(shù)分裂全過(guò)程仍未知。以可進(jìn)行高效穩(wěn)定遺傳轉(zhuǎn)化的野生型西瓜種質(zhì)‘ZTC的雄花花序?yàn)檠芯坎牧?，采用DAPI熒光染色及壓片技術(shù)對(duì)西瓜花粉母細(xì)胞減數(shù)分裂進(jìn)程進(jìn)行了系統(tǒng)觀察研究。結(jié)果顯示，西瓜減數(shù)分裂中細(xì)胞質(zhì)分裂是同時(shí)型的，胞質(zhì)分裂直到第二次減數(shù)分裂結(jié)束才發(fā)生，形成四分體。這與大多數(shù)雙子葉植物相同。整個(gè)西瓜花粉母細(xì)胞減數(shù)分裂遵循雙子葉植物減數(shù)分裂發(fā)育規(guī)律，在整個(gè)減數(shù)分裂進(jìn)程中，減數(shù)第一次分裂前期經(jīng)歷時(shí)間較長(zhǎng)，減數(shù)第二次分裂前期較短?；趯?duì)西瓜花粉母細(xì)胞減數(shù)分裂進(jìn)程與花蕾直徑相關(guān)性的分析，可直接從花蕾直徑長(zhǎng)度、花藥顏色等外觀形態(tài)學(xué)特征來(lái)判斷植物體內(nèi)花粉母細(xì)胞減數(shù)分裂所處的時(shí)期。不僅從細(xì)胞生物學(xué)水平闡明了西瓜減數(shù)分裂全過(guò)程，豐富了西瓜生殖生物學(xué)相關(guān)研究?jī)?nèi)容，而且進(jìn)一步為西瓜雜交育種及育性分析等有性生殖生物學(xué)研究提供了細(xì)胞學(xué)理論基礎(chǔ)與技術(shù)支持。

關(guān)鍵詞：西瓜; 花粉母細(xì)胞; 減數(shù)分裂; 生殖發(fā)育

Abstract：? Meiosis is a key process in sexual reproduction. The exact meiosis process of pollen mother cells in watermelon is still unknown. Here， to gain detailed knowledge of watermelon reproduction， especially on meiosis， an efficiency and stable regeneration wild watermelon germplasm ‘ZTC was used as the research material. The meiosis process of watermelon pollen mother cells was observed by DAPI fluorescence staining and chromosome spreadings. The results showed that watermelon meiosis was a simultaneous type， and cytokinesis did not occur until the end of the second meiosis， which was the same as those of most dicotyledonous plants. The whole watermelon meiosis followed the general principles of dicotyledonous plants meiosis development such as prolonged prophase I and indistinguishable prophase II. Based on the analysis of the correlation between the meiosis process of watermelon pollen mother cells and the diameter of flower buds， the meiosis period of pollen mother cells in plants could be determined directly from the morphological features of flower bud diameter and anther color. Our findings provide relatively accurate method for meiotic stage identification in different watermelon varieties and detailed insights of watermelon meiosis， the cytological basis and technical support for the study of watermelon sexual reproduction biology.

被子植物通過(guò)雙受精完成生殖過(guò)程，雌配子卵細(xì)胞和中央細(xì)胞分別與精細(xì)胞融合發(fā)育成胚和胚乳。二倍體孢子發(fā)育成為單倍體的配子，兩性配子結(jié)合，形成合子，再發(fā)育為新個(gè)體。開(kāi)花植物的配子體分別在雌雄花器官中完成有性生殖。在像西瓜這樣的開(kāi)花植物中，從孢子體期到配子體期的轉(zhuǎn)變包括2個(gè)連續(xù)的過(guò)程，孢子發(fā)生和配子體發(fā)生。孢子發(fā)生的特征是花藥原基和胚珠原基中的造孢細(xì)胞分別分化成花粉母細(xì)胞和胚囊母細(xì)胞，單倍體孢子通過(guò)連續(xù)有絲分裂發(fā)育為成熟配子體[1-2]。孢子母細(xì)胞通過(guò)減數(shù)分裂分別產(chǎn)生小孢子（單核花粉粒）和大孢子（單核胚囊），小孢子發(fā)育為有1個(gè)營(yíng)養(yǎng)細(xì)胞和2個(gè)精細(xì)胞的成熟花粉粒（雄配子體），大孢子（單核胚囊）發(fā)育為成熟的七細(xì)胞八核胚囊（雌配子體）[3]。

減數(shù)分裂在植物生命周期中維持遺傳穩(wěn)定性和豐富變異性方面起著重要作用。在第一次減數(shù)分裂過(guò)程中，同源染色體發(fā)生配對(duì)（聯(lián)會(huì)），在這一聯(lián)會(huì)過(guò)程中，同源染色體的非姐妹染色單體交叉互換完成基因重組[4]。減數(shù)分裂使染色體減半，植物將從二倍體世代轉(zhuǎn)換到單倍體世代。在第二次減數(shù)分裂中，姐妹染色單體將移動(dòng)到細(xì)胞的兩極，形成新的小孢子或大孢子。減數(shù)分裂時(shí)發(fā)生的同源染色體配對(duì)和染色體重組將豐富物種的遺傳變異。減數(shù)分裂后，減數(shù)分裂產(chǎn)生的單核孢子將繼續(xù)有絲分裂，形成精細(xì)胞和卵細(xì)胞[5]。受精后精細(xì)胞和卵細(xì)胞融合形成合子，恢復(fù)物種的原始染色體數(shù)目，這將在植物繁殖過(guò)程中保持遺傳物質(zhì)的穩(wěn)定。減數(shù)分裂是植物提高環(huán)境適應(yīng)和繁殖能力的關(guān)鍵步驟。

西瓜（Citrullus lanatus （Thunb.） Matsum. & Nakai）是一種具有很高商業(yè)價(jià)值的在世界廣泛栽培的的園藝作物，是一種典型的雙子葉植物，大多雌雄同株，在同一株植物上分別開(kāi)雄花和雌花。西瓜生殖發(fā)育，尤其是減數(shù)分裂，對(duì)其繁殖、營(yíng)養(yǎng)形態(tài)建成和產(chǎn)量至關(guān)重要。然而迄今為止，減數(shù)分裂過(guò)程只在少數(shù)物種中被系統(tǒng)研究過(guò)，包括擬南芥、水稻和豇豆等[6-9]。目前有關(guān)西瓜細(xì)胞遺傳學(xué)、有性生殖生物學(xué)的研究明顯滯后，關(guān)于葫蘆科作物系統(tǒng)的減數(shù)分裂進(jìn)程研究仍未見(jiàn)報(bào)道。筆者對(duì)高效可穩(wěn)定遺傳轉(zhuǎn)化的野生型西瓜種質(zhì)‘ZTC的減數(shù)分裂過(guò)程進(jìn)行了研究，并根據(jù)花蕾的形態(tài)指標(biāo)總結(jié)出一套生殖日歷，以期根據(jù)生殖器官（如花蕾）的表型特征確定減數(shù)分裂的時(shí)期，更好地對(duì)作物進(jìn)行田間管理，對(duì)不同西瓜材料減數(shù)分裂進(jìn)行預(yù)測(cè)，并為減數(shù)分裂相關(guān)基因突變分析提供關(guān)鍵時(shí)期的劃分和鑒定。

1 材料和方法

1.1 材料

野生型種質(zhì)‘ZTC，屬于東亞生態(tài)型，生長(zhǎng)于34～35° N，108～109° E，關(guān)中平原與黃土高原過(guò)渡坮塬區(qū)域。土壤環(huán)境為少沙化的黃褐土，抗旱性強(qiáng)且具備一定的抗炭疽病能力?！甖TC可進(jìn)行高效穩(wěn)定的遺傳轉(zhuǎn)化，能為今后的遺傳育種研究奠定分子生物學(xué)基礎(chǔ)，因此選擇野生型西瓜種質(zhì)‘ZTC為材料展開(kāi)研究。試驗(yàn)材料于2018年3—7月在西北農(nóng)林科技大學(xué)園藝學(xué)院楊凌西甜瓜試驗(yàn)示范基地的塑料大棚內(nèi)種植。試驗(yàn)地處關(guān)中平原， 位于34°25′N，108°20′E，屬暖溫帶半濕潤(rùn)氣候帶。試驗(yàn)大棚的長(zhǎng)度、跨度、高度分別為140.0、9.0、2.8 m，土壤類型為關(guān)中塿土，pH值為7.0～8.5，耕層0～20 cm。土壤養(yǎng)分狀況為有機(jī)質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)9.96 g·kg-1，全氮質(zhì)量分?jǐn)?shù)1.28 g·kg-1，速效磷質(zhì)量分?jǐn)?shù)50.00 mg·kg-1，速效鉀質(zhì)量分?jǐn)?shù)179.24 mg·kg-1。當(dāng)西瓜進(jìn)入生殖生長(zhǎng)階段，即植物生長(zhǎng)點(diǎn)處長(zhǎng)出不同大小的花蕾時(shí)，采集這些花蕾，于卡諾固定液（V乙醇∶V乙酸=3∶1）中固定?；ɡ僭诠潭ㄒ褐泄潭ㄖ辽?2 h，然后用皮下注射針和鑷子切開(kāi)，取花藥用于樣品制備。

1.2 壓片法制片展開(kāi)染色體

花粉母細(xì)胞減數(shù)分裂的染色體壓片法在先前建立的方法基礎(chǔ)上進(jìn)行些許改進(jìn)[6]。采集的花蕾在卡諾試劑中固定至少12 h，用游標(biāo)卡尺測(cè)量花蕾大小;體視顯微鏡下解剖出花蕾內(nèi)部的花藥部分，置于載玻片上，加10 mmol·L-1檸檬酸鈉緩沖液（pH 4.5）洗滌3次;花藥組織加入混合酶液（1.4%β-葡聚糖醛酸苷酶，0.3%纖維素酶，0.3%果膠酶）15 μL，37 ℃恒溫箱酶解3 h;酶解完全的花藥材料取出置于常溫，吸干酶液，水洗3次;水洗滌后的組織用鑷子捏碎，加入13 μL的60%冰醋酸使細(xì)胞透明化;透明化的花藥材料蓋上蓋玻片，用拇指用力按壓蓋玻片;將制好的裝片放入-80 ℃冰箱至少10 min;取出裝片，掀開(kāi)蓋玻片，室溫下干燥;干燥后的樣品用1.5 mg·mL-1 4，6-二氨基-2-苯基吲哚二鹽酸鹽（DAPI，Vector Laboratories， Inc. Burlingame， CA）染色。在奧林巴斯熒光顯微鏡（奧林巴斯BX 63）下觀察減數(shù)分裂細(xì)胞，并使用Spot RT imaging （Diagnostic Instruments， Inc.）拍照。

1.3 花蕾直徑的測(cè)量

對(duì)于花蕾大小，最大橫向直徑被用作寬度指標(biāo)，測(cè)量工具為游標(biāo)卡尺。以西瓜花蕾的橫徑作為減數(shù)分裂關(guān)鍵過(guò)程的參數(shù)，建立生殖日歷。

2 結(jié)果與分析

2.1 野生型西瓜減數(shù)分裂過(guò)程

減數(shù)分裂是植物生殖細(xì)胞形成的關(guān)鍵步驟。孢子母細(xì)胞發(fā)育到一定時(shí)期便進(jìn)入減數(shù)分裂時(shí)期。減數(shù)分裂過(guò)程較為復(fù)雜，可以分為第一次減數(shù)分裂和第二次減數(shù)分裂，減數(shù)分裂I和減數(shù)分裂II都可以進(jìn)一步分為前期、中期、后期和末期。

‘ZTC是高效可穩(wěn)定遺傳轉(zhuǎn)化的野生型西瓜種質(zhì)（圖 1），對(duì)光周期敏感，對(duì)干旱半干旱地區(qū)有很強(qiáng)的適應(yīng)性，并且在與其他常見(jiàn)生態(tài)型如‘97103的比較當(dāng)中發(fā)現(xiàn)，‘ZTC的生殖發(fā)育過(guò)程極具代表性。在西瓜中，每朵雄花有3個(gè)花藥（圖 1-B）。為了研究花粉母細(xì)胞減數(shù)分裂染色體行為，減數(shù)分裂時(shí)期的細(xì)胞通過(guò)酶解從花藥中釋放出來(lái);DAPI染色在熒光顯微鏡下觀察染色體形態(tài)（圖 2）。

減數(shù)分裂前期I經(jīng)歷時(shí)間長(zhǎng)，染色體變化復(fù)雜，根據(jù)染色體的細(xì)胞學(xué)特征，可以進(jìn)一步分為5個(gè)亞階段，即細(xì)線期、偶線期、粗線期、雙線期和終變期[10-13]。在前期I的初期，染色體開(kāi)始凝聚并盤繞，逐漸形成細(xì)線狀，上面分布著許多大小不同的球狀染色體;染色體最終附著在核膜的一部分，呈花束狀向另1個(gè)方向擴(kuò)散，這個(gè)亞階段被稱為細(xì)線期（圖 2-A）。父本的一條染色體和母本的另一條染色體具有相似的特征、大小和遺傳順序，稱為同源染色體。絲狀染色體逐漸靠攏（圖 2-B），染色體相互連接和交叉，表明同源染色體開(kāi)始配對(duì)，這種現(xiàn)象被稱為聯(lián)會(huì)。聯(lián)會(huì)是染色體之間廣泛而穩(wěn)定的相互作用，包括形成一種叫做聯(lián)會(huì)復(fù)合體的復(fù)雜蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)[14]。當(dāng)同源染色體是部分配對(duì)時(shí)，配對(duì)的染色體明顯地“融合”在一起，沒(méi)有完成配對(duì)的染色體分離開(kāi)（圖 2-B），這表明減數(shù)分裂細(xì)胞處于偶線期。

當(dāng)同源染色體完全聯(lián)會(huì)后，減數(shù)分裂細(xì)胞進(jìn)入粗線期，每對(duì)配對(duì)完全的同源染色體進(jìn)一步縮短變粗，呈粗線狀結(jié)構(gòu)（圖2-C）。在粗線期中期，由于聯(lián)會(huì)，細(xì)胞核中的染色體對(duì)被稱為二價(jià)體。每個(gè)二價(jià)體包含4條染色單體，也稱為四分體（不同于小孢子成熟時(shí)形成的四分體）。此時(shí)，二價(jià)體中不同染色體的染色單體之間，可能在1個(gè)或幾個(gè)位置交叉，并且發(fā)生染色單體片段的交換和重組，而另外2條染色單體保持不變。染色體互換現(xiàn)象被稱為交換，這對(duì)生物體遺傳和變異具有重要意義（圖 2-C）。

粗線期后，染色體繼續(xù)濃縮，緊密配對(duì)的同源染色體開(kāi)始分離，但發(fā)生交換的地方仍然連接在一起，因此聯(lián)會(huì)染色體呈現(xiàn)X、V、8和0的形狀（圖 2-D），這個(gè)亞期被稱為雙線期。

隨后染色體進(jìn)一步濃縮，高度緊密的二價(jià)體進(jìn)入終變期。從圖 2-E可以看出，染色體高度濃縮成點(diǎn)，這個(gè)時(shí)期是觀察和計(jì)算染色體數(shù)目的最佳時(shí)期。前期I結(jié)束。

當(dāng)染色體螺旋化凝聚達(dá)到最大值時(shí)，二價(jià)染色體呈點(diǎn)狀線性排列在細(xì)胞中間的赤道板上（圖 2-F）。這一階段被稱為中期I，紡錘體將著絲粒拉向兩極，使同源染色體分離并移動(dòng)到相對(duì)的兩極（圖 2-G），這一階段被稱為后期I，后期I結(jié)束后每個(gè)極區(qū)的染色體數(shù)量只有原來(lái)母細(xì)胞的一半。后期I之后的時(shí)期是末期I，當(dāng)染色體到達(dá)兩極時(shí)，西瓜染色體在細(xì)胞中解螺旋展開(kāi)，核膜組重新包裹染色體（圖 2-H） 。

西瓜的第二次減數(shù)分裂緊接著第一次減數(shù)分裂之后，分裂間期非常短。染色體在前期II重新螺旋縮短（圖 2-I），2組染色體被中間的細(xì)胞板隔開(kāi)。進(jìn)入中期II，2組染色體分別排列在赤道板上（圖 2-J）。隨后在后期II，姐妹染色單體彼此分離，形成了4個(gè)新染色體簇（圖 2-K）。在末期II，染色體解螺旋產(chǎn)生4個(gè)單倍體子細(xì)胞（圖 2-L），通過(guò)胞質(zhì)分裂四分體中的細(xì)胞各自分離，發(fā)育形成4個(gè)單核小孢子。

從完整的西瓜減數(shù)分裂（圖 2）可以看出，第1次核分裂不伴有細(xì)胞質(zhì)分裂，只形成雙核細(xì)胞，沒(méi)有出現(xiàn)二分體階段。胞質(zhì)分裂直到第二次減數(shù)分裂結(jié)束時(shí)才發(fā)生，此時(shí)形成了4個(gè)子細(xì)胞（四分體）。因此，西瓜的減數(shù)分裂中細(xì)胞質(zhì)分裂是同時(shí)型，與大多數(shù)雙子葉植物的減數(shù)分裂相同。

2.2 花蕾直徑與減數(shù)分裂進(jìn)程的對(duì)應(yīng)關(guān)系

對(duì)不同大小的花蕾的生殖發(fā)育階段進(jìn)行分類。表 1顯示了對(duì)應(yīng)于不同直徑大小的花蕾，其內(nèi)部生殖細(xì)胞在減數(shù)分裂不同時(shí)期數(shù)量的百分比。西瓜的減數(shù)分裂發(fā)生在直徑為1.4～3.4 mm的花蕾中（表 1）。在1.4～1.6 mm的花蕾中，減數(shù)分裂I開(kāi)始。由表 1可以看出，不同大小的花蕾均可對(duì)應(yīng)1個(gè)明顯的減數(shù)分裂階段。例如，在1.6～1.8 mm的花蕾中，統(tǒng)計(jì)花蕾中所有生殖細(xì)胞，71.6%處于偶線期，25.5%處于細(xì)線期，2.9%處于粗線期，由此可見(jiàn)，偶線期為1.6～1.8 mm花蕾的代表時(shí)期。此外，相同或相似大小的花蕾中的生殖細(xì)胞均處于相同或相鄰的階段，這種現(xiàn)象與植物生殖生長(zhǎng)的同步發(fā)育規(guī)律相一致。例如，當(dāng)花蕾的直徑為2.2～2.4 mm時(shí)，內(nèi)部生殖細(xì)胞處于雙線期和終變期，除此之外沒(méi)有其他時(shí)期。因此，花蕾大小可以作為減數(shù)分裂時(shí)期的指標(biāo)來(lái)預(yù)測(cè)減數(shù)分裂的相對(duì)發(fā)育階段。

前期I與減數(shù)分裂其他時(shí)期相比相對(duì)較長(zhǎng)（表 1），表現(xiàn)為直徑1.4～2.6 mm花蕾中的生殖細(xì)胞仍處于前期I，這也是植物生殖過(guò)程中的常見(jiàn)現(xiàn)象。在前期I，同源染色體相互配對(duì)以及遺傳物質(zhì)發(fā)生交換和重組，豐富了物種遺傳性的變異。中期I和后期I都較為短暫，其中當(dāng)花蕾發(fā)育到直徑大小為2.4～3.0 mm時(shí)，生殖細(xì)胞處于中期I和后期I這2個(gè)階段。染色體在很短的時(shí)間內(nèi)移向兩極，完成染色體數(shù)目的減半。此外，在整個(gè)減數(shù)分裂時(shí)期花藥組織的生殖細(xì)胞中，處于前期II的生殖細(xì)胞數(shù)目較少（表1），證明前期II也較短，生殖細(xì)胞在經(jīng)歷末期I后很快進(jìn)入中期II。

2.3 雄性配子體發(fā)育的生殖日歷

如圖 3和表 2所示，雄性生殖細(xì)胞減數(shù)分裂可以與花蕾的橫向直徑相關(guān)聯(lián)，開(kāi)始于1.4 mm大小的花蕾，止于3.4 mm大小的花蕾。如圖 3和表 1所示，從花粉母細(xì)胞到成熟單核花粉粒的形成，所有減數(shù)分裂事件都與花蕾大小相關(guān)。因此，建立的生殖日歷是根據(jù)不同花蕾直徑大小，從而判斷其內(nèi)部生殖細(xì)胞減數(shù)分裂的具體時(shí)期。

‘ZTC減數(shù)分裂始于1.4～1.6 mm的花蕾內(nèi)。染色體首先開(kāi)始凝聚，形成細(xì)線狀結(jié)構(gòu)，這表明花粉母細(xì)胞在前期I很早就進(jìn)入細(xì)線期（圖 3-A，表 2）。當(dāng)花蕾長(zhǎng)到1.6～1.8 mm時(shí)，同源染色體部分開(kāi)始配對(duì)，這一時(shí)期稱為偶線期（圖 3-B，表 2）?；ɡ贆M徑長(zhǎng)到1.8～2.0 mm，同源染色體物完全配對(duì)完成，出現(xiàn)1個(gè)粗線狀結(jié)構(gòu)，稱為粗線期（圖 3-C，表 2）。當(dāng)花蕾的直徑達(dá)到2.0～2.2 mm時(shí)（圖 3-D，表 2），染色體呈X、V、8和0的形狀，當(dāng)花蕾的直徑達(dá)到2.2～2.4 mm時(shí)（圖 3-E，表 2），染色體進(jìn)一步濃縮呈點(diǎn)狀分布。這2個(gè)時(shí)期分別為雙線期和終變期。前期I在花蕾直徑達(dá)到2.6 mm時(shí)結(jié)束。

紡錘絲牽引染色體，在花蕾直徑為2.4～2.6 mm時(shí)染色體呈線狀排列在赤道板上，對(duì)應(yīng)的時(shí)期為中期I （圖 3-F，表 2）。由于染色體向兩極分離，2.6～2.8 mm的花蕾對(duì)應(yīng)于后期I（圖 3-G，表 2）。當(dāng)花蕾直徑為2.8～3.0 mm時(shí)，進(jìn)入末期I （圖 3-H，表 2）。

相對(duì)應(yīng)的，第二次減數(shù)分裂的花蕾直徑在2.4～3.4 mm（圖 3，表 2）。前期II、中期II和后期II的花蕾直徑大小差異不明顯，說(shuō)明減數(shù)分裂II時(shí)期相對(duì)較短。細(xì)胞中的2組染色體在2個(gè)赤道板上分別線性排列，這一時(shí)期為中期II，對(duì)應(yīng)的花蕾直徑大小為3.0～3.2 mm（圖 3-I，表 2）。當(dāng)花蕾直徑為3.0～3.2 mm時(shí)，姐妹染色單體發(fā)生分離，然后在后期II形成四組新染色體簇（圖 3-I，表 2）。在末期II階段，花蕾直徑通常達(dá)到3.2～3.4 mm。染色體解螺旋發(fā)生，并進(jìn)一步產(chǎn)生4個(gè)單倍體子細(xì)胞（圖 3-J，表 2），通過(guò)胞質(zhì)分裂形成4個(gè)小孢子。

3 討論與結(jié)論

西瓜是世界第五大新鮮果品，是我國(guó)重要的經(jīng)濟(jì)作物。西瓜細(xì)胞遺傳學(xué)、生殖生物學(xué)研究對(duì)于育性分析、品種改良、遺傳育種等研究有明顯的指導(dǎo)作用。然而，目前有關(guān)西瓜細(xì)胞遺傳學(xué)、有性生殖生物學(xué)研究明顯滯后，迄今為止，減數(shù)分裂過(guò)程只在少數(shù)物種中被系統(tǒng)研究過(guò)，包括擬南芥、水稻和豇豆等[6-9]。關(guān)于葫蘆科作物系統(tǒng)的減數(shù)分裂進(jìn)程研究仍未見(jiàn)報(bào)道。

筆者首次對(duì)西瓜的減數(shù)分裂進(jìn)程及花藥外觀形態(tài)的相關(guān)性進(jìn)行了較為系統(tǒng)的觀察研究，結(jié)果對(duì)西瓜細(xì)胞遺傳學(xué)及生殖生物學(xué)研究都有重要意義。研究結(jié)果表明，西瓜花粉母細(xì)胞經(jīng)過(guò)2次分裂，最終形成4個(gè)子細(xì)胞。其中減數(shù)分裂第1次分裂（減I期）又可進(jìn)一步分為前期I、中期I、后期I和末期I 4個(gè)時(shí)期。前期I相對(duì)經(jīng)歷時(shí)間最長(zhǎng)，對(duì)應(yīng)花蕾直徑從1.4 mm開(kāi)始，至2.6 mm結(jié)束。中期I，配對(duì)的同源染色體向兩極分離，進(jìn)入后期I和末期I，最終形成2個(gè)染色體數(shù)目減半的子細(xì)胞。子細(xì)胞繼續(xù)進(jìn)行減數(shù)分裂第2次分裂（減II期），同樣經(jīng)歷前、中、后、末4個(gè)時(shí)期，直至形成四分體，減數(shù)分裂結(jié)束。第二次減數(shù)分裂相較第1次來(lái)說(shuō)，時(shí)間較短，對(duì)應(yīng)花蕾直徑為2.4～3.4 mm。西瓜減數(shù)分裂過(guò)程遵循大多數(shù)被子植物減數(shù)分裂規(guī)律[15-17]，因此，屬于西瓜減數(shù)分裂與大多數(shù)被子植物減數(shù)分裂各個(gè)時(shí)期的共性特征。

除減數(shù)分裂共性特征外，筆者還發(fā)現(xiàn)西瓜花粉母細(xì)胞的減數(shù)分裂行為存在一些特殊行為。一般情況下，花粉母細(xì)胞減數(shù)分裂在藥室應(yīng)表現(xiàn)出同步現(xiàn)象。然而，在供試材料的同一花藥的壓片中觀察發(fā)現(xiàn)，花粉母細(xì)胞減數(shù)分裂進(jìn)程中，同樣直徑的花蕾壓片結(jié)果，卻觀察到2～7個(gè)不同的減數(shù)分裂時(shí)期（表 1）。尤其，是直徑為2.4～2.6 mm的花蕾壓片結(jié)果表明，34.1%的花粉母細(xì)胞處于中期I，有22.2%的細(xì)胞仍在終變期，卻有12.2%的細(xì)胞已經(jīng)發(fā)育到了后期II。減數(shù)分裂時(shí)期的不同步性，造成了四分體形成的不同步，最終導(dǎo)致雄配子體形成的不同步。究其原因，這種減數(shù)分裂進(jìn)程的不同步性或差異，有可能是由于西瓜種間遺傳特性不同造成的，也不排除取樣時(shí)天氣狀況以及取樣時(shí)間等外界環(huán)境因素造成的差異。也有研究表明，自然機(jī)制（如無(wú)融合生殖）或影響孢子發(fā)生的特定突變也會(huì)造成減數(shù)分裂時(shí)期和染色體形態(tài)的不同步或重大差異[18-20]。然而，這種減數(shù)分裂進(jìn)程的不同步性在一定程度上延長(zhǎng)了花期，可降低外界極端環(huán)境對(duì)散粉或減數(shù)分裂的影響而增加授粉幾率，增強(qiáng)了種群繁殖能力，是一種生物適應(yīng)環(huán)境的進(jìn)化機(jī)制[21-23]。但是，造成減數(shù)分裂不同步的具體原因及機(jī)制目前尚不清楚，還有待進(jìn)一步研究。

本研究結(jié)果還表明，西瓜花粉母細(xì)胞減數(shù)分裂進(jìn)程與其花蕾的外部形態(tài)或者直徑存在一定的相關(guān)性。因此，可通過(guò)西瓜雄花花蕾的外部形態(tài)或直徑對(duì)其減數(shù)分裂時(shí)期進(jìn)行判斷，此結(jié)果不僅在西瓜有性生殖生物學(xué)、細(xì)胞遺傳學(xué)等研究中具有實(shí)際應(yīng)用價(jià)值，也為西瓜育種、品種改良等技術(shù)提供了細(xì)胞學(xué)理論基礎(chǔ)。然而，在實(shí)際應(yīng)用中，由于西瓜種屬間的差別、生長(zhǎng)地區(qū)及環(huán)境的不同，以及花蕾采集時(shí)間、發(fā)育時(shí)期不同等等多方面因素的影響，花粉母細(xì)胞減數(shù)分裂進(jìn)程與花蕾外部形態(tài)之間可能存在一定的差異。因此，需要結(jié)合臨時(shí)壓片觀察花粉母細(xì)胞減數(shù)分裂進(jìn)程，同時(shí)結(jié)合相關(guān)性分析進(jìn)行綜合判斷，以達(dá)到降低外界因素影響、相對(duì)準(zhǔn)確地確定減數(shù)分裂具體時(shí)期的目的。

參考文獻(xiàn)

[1] CHUTE H M，MAHESHWARI P.An introduction to the embryology of angiosperms[J].Bulletin of the Torrey Botanical Club，1951，78（3）：272.

[2] MISRA R C.Contribution to the embryology of Arabdopsis thalianum （Gay and Monn.）[J].Agra University Journal of Research，1962，11：191-199.

[3] MCCORMICK S.Control of male gametophyte development[J].The Plant Cell，2004，16：142-153.

[4] HEYTING C，Synaptonemal complexes： structure and function[J].Current Opinion in Cell Biology，1996，8：389-396.

[5] MA H.Molecular genetic analyses of microsporogenesis and microgametogenesis in flowering plants[J].Annual Review of? Plant Biology，2005，56：393-434.

[6] MA H.A molecular portrait of Arabidopsis meiosis[J].The Arabidopsis Book，2006，4（4）：95.

[7] PERKINS V P，COLLINS J K，PAIR S D，et al.Lycopene content differs among red-fleshed watermelon cultivars[J].Journal of the Science of Food and Agriculture，2001，81（10）：983-987.

[8] SHAO T，TANG D，WANG K，et al.OsREC8 is essential for chromatid cohesion and metaphase I monopolar orientation in rice meiosis I[J].Plant Physiology，2011，156（3）：1386-1396.

[9] SALINAS-GAMBOA R，JOHNSON S D，S?NCHEZ-LE?N，et al.New observations on gametogenic development and reproductive experimental tools to support seed yield improvement in cowpea [Vigna unguiculata （L.） Walp.][J].Plant reproduction，2016，29（1/2）：165-177.

[10] DAWE R K.Meiotic chromosome organization and segregation in plants[J].Annual Review of Plant Physiology and Plant Molecular Biology，1998，49（49）：371-395.

[11] ZICKLER D，KLECKNER N.Meiotic chromosomes：integrating structure and function[J].Annual Review of Genetics，1999，33（1）：603.

[12] STACK S M，ANDERSON L K.A model for chromosome structure during the mitotic and meiotic cell cycles[J].Chromosome Research，2001，9（3）：175-198.

[13] ARMSTRONG S J，JONES G H.Meiotic cytology and chromosome behaviour in wild-type Arabidopsis thaliana[J].Journal of Experimental Botany，2003，54（380）：1-10.

[14] ROEDER S G.Chromosome synapsis and genetic recombination：their roles in meiotic chromosome segregation[J].Trends in Genetics：TIG，1990，6（12）：385-389.

[15] 康向陽(yáng)，朱之悌，張志毅.毛白楊花粉母細(xì)胞減數(shù)分裂及其進(jìn)程的研究[J].北京林業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，2000，22（6）：5-7.

[16] 王君，康向陽(yáng)，李代麗，等.通遼楊花粉母細(xì)胞減數(shù)分裂及其染色體行為研究[J].西北植物學(xué)報(bào)，2006，26（11）：2231-2238.

[17] 祁傳磊，李開(kāi)隆，肖靜，等.大青楊花粉母細(xì)胞減數(shù)分裂及其發(fā)育[J].東北林業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，2009，37（3）：72-75.

[18] SHARBEL T F，VOIGT M L，CORRAL J M，et al.Apomictic and sexual ovules of Boechera display heterochronic global gene expression patterns[J].Plant Cell，2010，22（3）：655-671.

[19] CARMAN J G，JAMISON M，ELLIOTT E，et al.Apospory appears to accelerate onset of meiosis and sexual embryo sac formation in sorghum ovules[J].BMC Plant Biology，2011，11（1）：9.

[20] RODRIGUEZ L D，LEON M G，VIELLE C J.Natural genetic variation and its influence in the specification of gametic precursors of Arabidopsis[J].Plant Cell，2015，7（4）：1034-1045.

[21] 許雯婷，趙健，趙楠，等.歐洲黑楊花粉母細(xì)胞減數(shù)分裂觀察及其不同步性分析[J].西北植物學(xué)報(bào)，2011，31（10）：1981-1987.

[22] 劉麗琴，謝江輝，李偉才，等.龍眼花粉母細(xì)胞減數(shù)分裂觀察[J].果樹(shù)學(xué)報(bào)，2011，28（5）：820-824.

[23] 樸錦，具紅光，樸鐘云.關(guān)蒼術(shù)花粉母細(xì)胞減數(shù)分裂及其雄配子體發(fā)育研究[J].西北植物學(xué)報(bào)，2015，35（8）：1547-1553.