何 爽， 譚敦炎

( 1. 新疆大學(xué) 生命科學(xué)與技術(shù)學(xué)院, 烏魯木齊 830046; 2. 新疆農(nóng)業(yè)大學(xué) 草業(yè)學(xué)院, 烏魯木齊 830052; 3. 新疆草地資源與生態(tài)重點實驗室, 烏魯木齊 830052; 4. 西部干旱荒漠區(qū)草地資源與生態(tài)教育部重點實驗室, 烏魯木齊 830052 )

植物雄性不育(male sterility，MS)是指被子植物有性繁殖過程中兩性花因花粉敗育、無法產(chǎn)生花粉而喪失雄性功能的遺傳現(xiàn)象。在顯花植物中雄性不育廣泛存在，現(xiàn)已在43科162屬320種、617品種/雜種中被發(fā)現(xiàn)(Kaul, 1988; 郝崗平等，2003)，常由遺傳物質(zhì)變異、營養(yǎng)缺乏、環(huán)境刺激等內(nèi)/外部因素引起(李澤福等，2000)。能夠引發(fā)植物雄性不育的因素多種多樣，因而對于雄性不育的分類也就有多種方式。目前，研究成果較豐富、實際應(yīng)用價值較高的植物雄性不育分類系統(tǒng)是按照導(dǎo)致雄性不育的基因型組成來進(jìn)行劃分，將植物雄性不育分為細(xì)胞質(zhì)雄性不育(cytoplasmic male sterility，CMS)和細(xì)胞核雄性不育(nucleus male sterility，NMS)兩種類型。其中，細(xì)胞質(zhì)雄性不育也稱為核質(zhì)互作雄性不育，是由來源于細(xì)胞核與細(xì)胞質(zhì)的兩套基因相互作用而產(chǎn)生植物的不育性；與之相對的是細(xì)胞核雄性不育，它由細(xì)胞核的不育基因所控制。細(xì)胞質(zhì)雄性不育屬于母性遺傳，因其易于保存而在雜種優(yōu)勢利用的實踐活動中廣泛應(yīng)用，在作物的育種和選種工作中取得了理想的生產(chǎn)效益(黃晉玲和楊素英，1998；范彥君等，2017；石鳳巖等，2018；王文然等，2019)，具有廣闊的理論研究意義和應(yīng)用推廣價值。

新疆阿魏(Ferulasinkiangensis)是傘形科(Umbelliferae)阿魏屬(FerulaL.)一種多年生一次結(jié)實的草本植物，是我國新疆的特有種，僅分布于新疆伊寧縣拜什墩農(nóng)場附近海拔750～1 200 m的蒿屬荒漠上(中國科學(xué)院《中國植物志》編委會，1992)。作為藥用阿魏植物之一，新疆阿魏植株分泌的具有特殊蔥蒜樣臭味的油膠樹脂是藥材市場上必不可少的中藥“阿魏”，具有截瘧、消積、解毒等功效，可用于治療胃病、風(fēng)濕病、消化不良等，具有重要的藥用價值。同時，它還是新疆西部早春草場上的牧草之一，具有一定的飼用價值(沈觀冕，1986；何爽和譚敦炎，2002)。正是由于新疆阿魏重要的藥用價值和經(jīng)濟(jì)價值，多年來人們大肆采挖和過度放牧，導(dǎo)致其資源儲量急劇減少，被列為國家Ⅱ級重點保護(hù)野生植物(國家林業(yè)和草原局 農(nóng)業(yè)農(nóng)村部，2021)。因此，大力開展新疆阿魏的資源現(xiàn)狀調(diào)查、加強(qiáng)種質(zhì)資源保護(hù)及人工繁育已經(jīng)迫在眉睫。

課題組在新疆伊寧縣拜什墩農(nóng)場及其周邊的山前荒漠上對新疆阿魏花期居群進(jìn)行觀察時發(fā)現(xiàn)，居群中除了傘形科植物中典型的雄全同株個體(植株上同時具有雄花和兩性花的兩性個體)以外，不同居群中都具有少量雄性不育的雌株(由雄蕊敗育、雌蕊發(fā)育正常的功能性雌花構(gòu)成的單性個體)，約占開花植株總量的2.0%(n=600，1997年)、4.2%(n=947，2019年)。這些雄性不育的單性植株促進(jìn)了居群的雜種優(yōu)勢作用，提高了雌性適合度和居群生產(chǎn)效率，是新疆阿魏種質(zhì)資源培育的理想材料，在改善其瀕?，F(xiàn)狀方面具有重要作用。因此，為了探究新疆阿魏的雄性不育現(xiàn)象及雄蕊敗育的關(guān)鍵制約因子，本文從細(xì)胞形態(tài)學(xué)角度對新疆阿魏雄性不育植株上功能性雌花的形態(tài)特征及其不育雄蕊的花藥發(fā)育過程進(jìn)行了比較性研究，分析了雄蕊發(fā)育異常的部位和發(fā)生敗育的時期，探討了功能性雌花小孢子敗育的主要影響因素，以期為后續(xù)深入開展新疆阿魏雄性不育的遺傳學(xué)和分子機(jī)制研究、性系統(tǒng)變異演化機(jī)制研究奠定基礎(chǔ)，為新疆阿魏資源保護(hù)、人工繁殖馴化和優(yōu)良種質(zhì)資源培育等生產(chǎn)實踐提供借鑒。

1 材料與方法

1.1 雌株、功能性雌花的形態(tài)特征

隨機(jī)標(biāo)記雌株、雄全同株個體各10～20株。記錄植株大小、基生葉大小等特征，包括株高、直徑、一級分支數(shù)目、葉長、葉寬等；記錄植株上的花序結(jié)構(gòu)特征，包括花序大小、花朵組成及其數(shù)目，以及功能性別分化特征。盛花期時，在雌株和雄全同株個體上隨機(jī)采集功能性雌花和兩性花各30朵(1～2朵花/每株)，觀察記錄花的形態(tài)特征，包括花萼、花瓣、雄蕊和雌蕊等的顏色、形態(tài)和大小，比較不同性別功能花的結(jié)構(gòu)差異，制作圖版。同時，采集盛開的雌花序，保存在FAA固定液中，對雌花進(jìn)行生物學(xué)繪圖。

1.2 花藥敗育過程的細(xì)胞學(xué)觀察

采集雌株上不同發(fā)育時期的花序，保存在FAA固定液中。采用常規(guī)石蠟切片技術(shù)、愛氏蘇木精染色，制備雌花發(fā)育過程的石蠟切片。切片厚度5～10 um，加拿大樹膠封片。Olympus BH-2型光學(xué)顯微鏡下觀察花期不同時段花藥的發(fā)育情況，與兩性花雄蕊的發(fā)育過程(何爽和譚敦炎，2011)相比較，分析功能性雌花的花藥敗育過程。

2 結(jié)果與分析

2.1 雌株、功能性雌花的形態(tài)特征

休眠芽于每年3月底開始萌動，長出新葉；進(jìn)入繁殖生長的植株于4月初在基生葉的中央長出繁殖枝；4月中旬進(jìn)入花期，5月底果實成熟。雌株的物候期與雄全同株個體相同。

盛花期時，雌株基生葉的葉長(33.41±11.63) cm、葉寬(24.47±8.60) cm，與雄全同株個體[葉長(34.13±8.84) cm、葉寬(24.76±8.42) cm]在基生葉大小方面無顯著差異(P>0.05)。雌株的平均高度(71.00±10.92) cm、直徑(71.67±17.64) cm、一級分支數(shù)目(23.83±2.04)，與雄全同株個體[平均高度(78.03±10.54) cm 、直徑(71.69±17.97) cm、一級分支(25.56±4.38)]在植株大小方面也無差異(圖1)(P>0.05)。

在雄全同株個體上，每個一級分支的頂端具有1個兩性花序，其下方分布有3～6個雄花序(圖1：A)；果期時，僅一級分支頂端的兩性花序可以形成果實。在雌株上，一級分支頂端及其下方的所有花序均由功能性雌花構(gòu)成，各級分支上的花均可結(jié)實(圖1：B)。

A. 雄全同株個體，紅色箭頭示兩性花序，玫紅色箭頭示雄花序; B. 雌株。A. Andromonocious plant, red arrow indicates hermaphrodite umbel, and rose red arrow indicates male umbel; B. Female plant.圖 1 新疆阿魏不同性別的植株Fig. 1 Plants of different sexes in Ferula sinkiangensis

雌花序的傘幅數(shù)/每復(fù)傘花序(13.22±4.70)，每花序有(12.03±2.30)朵花，均高于兩性花序[傘幅數(shù)/每復(fù)傘花序(10.79±3.60)、花數(shù)/每花序(11.15±2.11)]和雄花序[傘幅數(shù)/每復(fù)傘花序(11.05±2.03)、花數(shù)/每花序(11.13±2.61)](P<0.05)(圖2)。因而，每個雌花序共有159.08朵花，大于兩性花序(120.29)和雄花序(122.99)。

相同字母表示無顯著差異(P>0.05)； 不同字母表示差異顯著(P<0.05)。The same letters indicate no significant differences (P>0.05); Different letters indicate significant differences (P<0.05).圖 2 新疆阿魏不同性別花序統(tǒng)計Fig. 2 Statistics of different sexes of umbels in Ferula sinkiangensis

在雌花序中，花排列緊密，花間距小于兩性花序和雄花序(圖3)。開花時，功能性雌花的花瓣微微張開，雌蕊高舉出花瓣，不育雄蕊從花瓣間隙中伸出；完全開放的兩性花和雄花花瓣向下反折、雌/雄蕊完全暴露出來，在形態(tài)上與雌花明顯不同(圖3)。

1. 兩性花; 2. 雄花。3, 4. 功能性雌花 3. 示雌花側(cè)視; 4. 示雌花俯視。 a. 花藥; b. 花絲; c. 雌蕊; d. 花瓣。1. Flowers of hermaphrodite; 2. Male flowers. 3, 4. Functional female flowers 3. Side view of the flowers; 4. Vertical view of the flowers. a. Anther; b. Filament; c. Pistil; d. Petal.圖 3 新疆阿魏不同性別的花Fig. 3 Flowers of different sexes in Ferula sinkiangensis

在花萼和花瓣的形態(tài)上，功能性雌花、兩性花和雄花之間無差異。其花萼很小、淡綠色、卵形，花瓣均為黃色、橢圓形、外面被毛，頂端向內(nèi)彎曲，中脈處向內(nèi)微凹。但在花瓣大小方面，不同性別花之間差異較大，其中，雌花花瓣最小[長(1.79±0.39) mm、寬(1.10±0.21) mm]，兩性花最大[長(2.49±0.32) mm、寬(1.63±0.23) mm]，雄花較大[長(2.08±0.32) mm、寬(1.31±0.18) mm](P<0.01)。雌花的雌蕊形態(tài)及其大小均與兩性花相同，均為花柱2，分離，基部扁平圓錐狀，邊緣增寬、波狀，柱頭增粗呈頭狀，子房下位(圖4)。雌花所產(chǎn)果實的形態(tài)和大小均與兩性花相同，結(jié)實很高(圖1： B)，其雌蕊可育。兩性花和雄花的雄蕊均由蝶形的花藥、棒狀的花絲構(gòu)成，雄蕊長度分別為(4.61±0.61) mm、(4.01±0.52) mm(P>0.05)；花開放后花絲伸展，雄蕊直立，花藥開裂、散粉(圖3)。功能性雌花的5枚雄蕊形態(tài)相同，均為匙形，短棒狀花絲上部稍膨大的部分為退化的花藥(圖3，圖4)。雌花的雄蕊長度(0.6～1.3 mm)遠(yuǎn)小于兩性花和雄花，其花藥形態(tài)異常，不開裂，無花粉，為雄性功能喪失的退化雄蕊。

1. 功能性雌花; 2. 雌蕊。3,4. 退化雄蕊 3. 退化雄蕊的側(cè)面觀; 4. 退化雄蕊的正面觀。a. 可育雌蕊; b. 退化雄蕊; c. 花瓣; d. 花萼; e. 子房; f. 花梗; g. 柱頭; h. 花柱; i. 形態(tài)異常的花藥; j. 極短的花絲。(譚黎霞繪圖)1. Functional female flower; 2. Pistil. 3,4. Degenerated stamen 3. Side view of degenerated stamen; 4. Front view of degenerated stamen. a. Normally developed pistil; b. Degenerated stamen; c. Petal; d. Calyx; e. Ovary; f. Pedicel; g. Stigma; h. Style; i. Abnormal anthers; j. Short filaments. (Drawn by TAN Lixia)圖 4 新疆阿魏功能性雌花的形態(tài)結(jié)構(gòu)Fig. 4 Morphological structures of functional female flower in Ferula sinkiangensis

2.2 雌花花藥敗育過程的細(xì)胞學(xué)觀察

兩性花可育雄蕊的花藥有4個小孢子囊(圖版Ⅰ：1)。在每個小孢子囊中，花藥壁分化為表皮、藥室內(nèi)壁、中層、絨氈層4層結(jié)構(gòu)，小孢子正常發(fā)育(圖版Ⅰ：2)。隨著中層、絨氈層相繼解體，雄配子體進(jìn)一步發(fā)育。散粉前，藥室內(nèi)壁細(xì)胞的徑向壁木質(zhì)化，藥壁僅存表皮和纖維層兩層結(jié)構(gòu)(圖版Ⅰ：3)。

功能性雌花的5個雄蕊均發(fā)生敗育(圖版Ⅰ：4)。敗育雄蕊的花藥有2～4個小孢子囊(圖版Ⅰ：5)。在花藥的發(fā)育過程中，所有小孢子囊均出現(xiàn)異?，F(xiàn)象，都不能形成與可育雄蕊相同的花藥室，都不能產(chǎn)生發(fā)育完全的雄配子體，最終使整個花藥空癟、無花粉(圖版Ⅰ：6)。雌花的5枚雄蕊都不能產(chǎn)生花粉，其敗育程度一致。

2.2.1 花藥室發(fā)育異常 在花藥發(fā)育的早期階段，雌花敗育雄蕊的藥壁組織表現(xiàn)出與兩性花可育雄蕊相同的發(fā)育過程。孢原細(xì)胞時期，表皮細(xì)胞呈徑向延長的矩形，細(xì)胞排列緊密，胞質(zhì)較濃厚，染色較深，細(xì)胞核大而明顯(圖版Ⅰ：7)。在四棱形、幼小花藥的角隅處，表皮下分化出一個孢原細(xì)胞。孢原細(xì)胞經(jīng)平周分裂，生成外層的初級花藥壁細(xì)胞和內(nèi)層的初級造孢細(xì)胞。造胞細(xì)胞時期，初級藥壁細(xì)胞經(jīng)多次平周和垂周分裂后，形成3～4層比表皮細(xì)胞小、呈多邊形、近等徑、胞質(zhì)染色較淺、核較小的次級藥壁細(xì)胞(圖版Ⅰ：7-8)。其中，靠近表皮的1層次級藥壁細(xì)胞進(jìn)一步分化，細(xì)胞徑向延長，體積增大，形成藥室內(nèi)壁的細(xì)胞層(圖版Ⅰ：1-2、9)。

藥室內(nèi)壁形成后，雌花敗育雄蕊的花藥壁發(fā)育過程與兩性花可育雄蕊明顯不同。可育雄蕊的花藥在1層藥室內(nèi)壁細(xì)胞的內(nèi)側(cè)，還分化出了中層和絨氈層。隨后，在小孢子母細(xì)胞時期，中層逐漸解體，形成了由表皮、藥室內(nèi)壁、絨氈層3層細(xì)胞共同構(gòu)成的花藥壁(圖版Ⅰ：1-2)。隨著小孢子產(chǎn)生、雄配子體形成，絨氈層逐漸解體，藥室內(nèi)壁細(xì)胞的徑向壁纖維化加厚，形成了由表皮和纖維層構(gòu)成的花藥壁結(jié)構(gòu)(圖版Ⅰ：3)。但是，在敗育雄蕊的花藥中，藥壁組織的進(jìn)一步分化出現(xiàn)了異常。敗育花藥在藥壁的整個發(fā)育過程之中，始終都沒有發(fā)生中層和絨氈層的分化(圖版Ⅰ：7-9)。到了小孢子母細(xì)胞時期，藥室內(nèi)壁之內(nèi)的其他各層藥壁細(xì)胞相繼解體(圖版Ⅰ：10-11)。之后，在小孢子母細(xì)胞、小孢子解體時，藥室內(nèi)壁細(xì)胞發(fā)生了徑向壁的纖維化加厚，形成了由表皮和纖維層構(gòu)成的兩層花藥壁(圖版Ⅰ：12)。

伴隨著花藥壁的異常發(fā)育和生殖細(xì)胞的解體，小孢子囊之間的藥隔組織出現(xiàn)了降解(圖版Ⅰ：13-15)。首先是細(xì)胞核降解(圖版Ⅰ：13)，隨后整個原生質(zhì)體全部解體(圖版Ⅰ：14)，僅留下了細(xì)胞壁，形成大量“巢穴狀”的空腔(圖版Ⅰ：15)。此后細(xì)胞壁也隨之解體，其殘留物連接在一起，共同構(gòu)成一個染色較深的區(qū)域(圖版Ⅰ：4)。最終花藥室發(fā)生收縮、變形，形成僅由一層表皮構(gòu)成的異常結(jié)構(gòu)。

2.2.2 小孢子發(fā)育異常 在早期四棱形花藥原基的角隅處，其表皮下的孢原細(xì)胞經(jīng)有絲分裂形成初級造孢細(xì)胞，繼而分化為次級造孢細(xì)胞(圖版Ⅰ：7)。在雌花敗育雄蕊和兩性花可育雄蕊的發(fā)育過程中，均能觀察到孢原細(xì)胞到次級造胞細(xì)胞的正常發(fā)育階段。

次級造孢細(xì)胞形成之后，功能性雌花與兩性花呈現(xiàn)了不同的發(fā)育特征。在兩性花的花粉囊中，次級造胞細(xì)胞進(jìn)一步分化為小孢子母細(xì)胞。伴隨著藥壁組織分化出分泌型絨氈層(圖版Ⅰ：2)，小孢子母細(xì)胞減數(shù)分裂，形成小孢子四分體。隨后，小孢子四分體的胼胝質(zhì)鞘被酶解，釋放出小孢子。隨著絨氈層的逐漸解體，小孢子繼續(xù)發(fā)育為二核花粉， 直至散粉前發(fā)育為三核花粉。而在雌花的花藥上，次級造孢細(xì)胞在其進(jìn)一步發(fā)育的過程中出現(xiàn)了異常，表現(xiàn)為以下兩種情形：(1)次級造孢細(xì)胞解體。雄配子體發(fā)育停滯。因而，在小孢子囊中形成了無花粉的空腔(圖版Ⅰ：8-9)。(2)次級造孢細(xì)胞繼續(xù)發(fā)育至小孢子母細(xì)胞階段，但是，小孢子母細(xì)胞未能完成減數(shù)分裂而在形成小孢子四分體之前發(fā)生了解體(圖版Ⅰ：10-12)，即小孢子母細(xì)胞發(fā)生解體，或者形成小孢子二分體后解體。最終，使得次級造孢細(xì)胞不能繼續(xù)發(fā)育而生成小孢子。

1-3. 可育雄蕊，小孢子囊的完整結(jié)構(gòu)，示絨氈層和藥室內(nèi)壁 1. ×100; 2. ×400; 3. 纖維層 ×200。4-6. 敗育雄蕊 4. 功能性雌花，示退化花藥 ×40; 5. 兩個小孢子囊均敗育 ×132; 6. 小孢子囊空腔，無花粉 ×132。7-9. 敗育雄蕊，造孢細(xì)胞時期 7. 次級藥壁細(xì)胞和次級造孢細(xì)胞 ×200; 8. 次級藥壁細(xì)胞和解體的次級造孢細(xì)胞 ×200; 9. 藥室內(nèi)壁分化，無明顯的中層和絨氈層 ×200。10-12. 敗育雄蕊，小孢子母細(xì)胞時期，藥室內(nèi)壁以內(nèi)的藥壁細(xì)胞解體 10. ×200; 11. ×400; 12. 小孢子母細(xì)胞解體 ×400。13-15. 敗育雄蕊，藥隔薄壁組織解體 13. 細(xì)胞核解體 ×264; 14. 原生質(zhì)體解體 ×264; 15. 僅剩細(xì)胞壁的“巢穴狀”空腔 ×400。 Ta. 絨氈層; En. 藥室內(nèi)壁; Ep. 表皮; SC. 造孢細(xì)胞; PC. 藥壁細(xì)胞; MMC. 小孢子母細(xì)胞; FL. 纖維層; PG. 花粉粒; DA. 退化花藥。1-3. Fertile stamen, structure of well developed microsporangium, indicating tapetum and endothecium 1. ×100; 2. ×400; 3. Fibrous layer ×200. 4-6. Sterile stamen 4. Functional female flower, indicating degenerated anther with arrow ×40; 5. Abortion in both of the two microsporangia ×132; 6. No pollen grain produced in the microsporangium ×132. 7-9. Sterile stamen, sporogenous cell stage 7. Secondary parietal cells and sporogenous cells ×200; 8. Secondary parietal cells and aborted secondary sporogenous cell ×200; 9. Parietal cells differiation with endothecium but no middle layer and tapetum ×200. 10-12. Sterile stamen, microspore mother cell stage, parietal cells degradation except for endothecium 10. ×200; 11. ×400; 12. Aborted microspore mother cell ×400. 13-15. Sterile stamen, aborted connective tissue 13. Nucleus degradation ×264; 14. Protoplast degradation ×264; 15. Only cell walls left ×400. Ta. Tapetum; En. Endothecium; Ep. Epidermis; SC. Sporogenous cell; PC. Parietal cell; MMC. Microspore mother cell; FL. Fibrous layer; PG. Pollen grain; DA. Degenerated anther.圖版 Ⅰ 新疆阿魏功能性雌花退化花藥的發(fā)育過程Plate Ⅰ Development of degenerated anther on the functional female flower in Ferula sinkiangensis

由此，隨著花粉囊中的造孢細(xì)胞、藥壁細(xì)胞相繼解體，以及藥隔組織的退化解體，花藥收縮變形，最終形成空癟、無花粉的畸形花藥。

3 討論與結(jié)論

3.1 新疆阿魏雄性不育與雄全同株的關(guān)聯(lián)

新疆阿魏在與其生境相適應(yīng)的進(jìn)化歷程中，形成了種群特有的資源利用和能量分配模式，建立了獨特的性系統(tǒng)類型。在其種群中，雄性不育植株與雄全同株個體的植株大小和葉片大小相似，能夠為植物繁殖提供相近的營養(yǎng)供給。功能性雌花的雌蕊形態(tài)及其結(jié)實情況與兩性花相同，其繁殖力相同。但是，雌花產(chǎn)生的種子均為具有雜種優(yōu)勢的異交后代，對新疆阿魏種群雌性適合度的提高具有較大貢獻(xiàn)。為了達(dá)到營養(yǎng)和能量的最優(yōu)配置，減少資源浪費，雄性不育植株降低了對雄性器官的資源分配(Van der Hulst et al., 2004)。新疆阿魏雄性不育植株通過功能性雌花的花藥敗育減少了對雄蕊的資源投入，而將植株能量用于形成雌蕊，產(chǎn)生更多的雌花，以生產(chǎn)更多的異交后代。這種雌株與雄全同株個體共存的性系統(tǒng)反映了該植物特有的資源配置模式。然而，雄性不育的雌株在雄全同株性系統(tǒng)變異與演化過程中的作用如何，它是否代表了性系統(tǒng)進(jìn)化的方向，這些問題都有待于進(jìn)一步研究，并加以驗證。

3.2 雄蕊發(fā)育異常的部位

Kolreuter在1763年首次觀察報道了植物的雄性不育現(xiàn)象(Ernst, 1986)。隨后，學(xué)者們在對雄性不育材料的細(xì)胞學(xué)研究中多次報道了藥壁發(fā)育異常和雄性生殖細(xì)胞的發(fā)育異常(Overman & Warmke, 1972; 徐樹華，1980；Jain et al., 1982; 耿三省等，1994；郭東林等，2005；胡靜靜等，2010；李彬等，2015；范彥君等，2016；王文然等，2019)。與新疆阿魏雄全同株個體上兩性花可育雄蕊的花藥發(fā)育過程(何爽和譚敦炎，2011)相比較，雄性不育植株上功能性雌花的花藥壁組織沒有絨氈層和中層的分化，致使其藥壁的結(jié)構(gòu)發(fā)生異常，以及次級造孢細(xì)胞在向小孢子四分體發(fā)育的過程中逐漸敗育、解體，阻斷了小孢子的生成過程，不能產(chǎn)生成熟的花粉。因而，在新疆阿魏雄性不育植株上，雄蕊因其花藥在結(jié)構(gòu)上和生理性的改變而喪失了雄性的功能，最終形成了功能性的雌花。這些功能性雌花的花藥異常發(fā)育的部位與前人對于其他雄性不育植物材料的研究結(jié)果基本一致。

3.3 花粉敗育的時期及原因

新疆阿魏雄性生殖細(xì)胞的敗育表現(xiàn)為次級造孢細(xì)胞、小孢子母細(xì)胞、小孢子二分體等結(jié)構(gòu)的敗育解體。因而，其花粉的敗育過程是發(fā)生在次級造孢細(xì)胞至小孢子母細(xì)胞階段，或是小孢子母細(xì)胞至四分體階段。這一結(jié)果符合前人對于雙子葉植物雄性生殖細(xì)胞的敗育發(fā)生在造孢細(xì)胞時期至四分體時期的相關(guān)描述(Laser & Lerstern, 1972；Cbauban，1990；謝潮添等，2004；孫帥等，2016)。

在導(dǎo)致雄性不育的影響因素研究中，小孢子敗育與絨氈層異常發(fā)育之間關(guān)系的研究一直備受關(guān)注。多數(shù)學(xué)者認(rèn)為，由于絨氈層異常，導(dǎo)致了小孢子異常發(fā)育或營養(yǎng)不良而敗育(Brooks & Chien, 1966; Vasil, 1967; Narkhede, 1968; 潘坤清，1979；高鴻善等，1992；張英濤等，1996；Tsvetova & Elkonin, 2003; Liu et al., 2016)。但也有人認(rèn)為絨氈層異常正是小孢子敗育的結(jié)果(孫蒙祥和王灶安，1991)。在新疆阿魏功能性雌花的幼小花藥中，孢原細(xì)胞分化形成藥壁細(xì)胞和造孢細(xì)胞以后，藥壁組織異常發(fā)育，沒有形成絨氈層。此時，次級造孢細(xì)胞發(fā)育正常。但在隨后的發(fā)育過程中，次級造孢細(xì)胞或小孢子母細(xì)胞發(fā)生了敗育。鑒于新疆阿魏敗育花藥的絨氈層異常發(fā)育早于次級造孢細(xì)胞或小孢子母細(xì)胞的敗育，因而，其次級造孢細(xì)胞及小孢子母細(xì)胞的敗育均與絨氈層的異常發(fā)育有直接關(guān)系。造孢細(xì)胞至小孢子四分體的發(fā)育時期正是細(xì)胞生理活動活躍的時期，DNA復(fù)制、轉(zhuǎn)錄以及蛋白質(zhì)合成最旺盛，對能量合成和營養(yǎng)物質(zhì)的需求量最大，極易受遺傳因素及各種生理條件變化的影響(王偉等，1998；李澤福等，2000)。絨氈層作為緊鄰雄性生殖細(xì)胞的花藥壁最內(nèi)一層結(jié)構(gòu)，是雄蕊儲存營養(yǎng)的主要部位以及雄性生殖細(xì)胞獲得營養(yǎng)物質(zhì)的重要樞紐(胡適宜，1982；Pacini, 1997; 何爽等，2011)。新疆阿魏早期花藥發(fā)育的次級造孢細(xì)胞分化，小孢子母細(xì)胞減數(shù)分裂，直至小孢子四分體形成過程中所需的大量營養(yǎng)物質(zhì)和能量，都依賴于在其雙核的分泌型絨氈層細(xì)胞中合成與貯存，并釋放到小孢子囊中，再傳遞給它們。而絨氈層的缺失，會導(dǎo)致該發(fā)育時期的營養(yǎng)和能量供給無法保障。新疆阿魏功能性雌花的不育雄蕊中始終都沒有絨氈層的結(jié)構(gòu)，直接導(dǎo)致小孢子囊中營養(yǎng)物質(zhì)、能量供應(yīng)和輸送受阻，從而引起次級造孢細(xì)胞或小孢子母細(xì)胞因營養(yǎng)不良、發(fā)育停滯而敗育解體，并最終造成了小孢子敗育的結(jié)果。因此，絨氈層的缺失，是導(dǎo)致新疆阿魏花粉敗育的最主要影響因素。那么，新疆阿魏絨氈層細(xì)胞發(fā)育的分子機(jī)理如何，其雄性不育的類型及調(diào)控的分子機(jī)制是怎樣的。對于這些問題的回答，將有待于今后進(jìn)一步開展該植物雄性不育的遺傳學(xué)和分子機(jī)制研究，并以此為新疆阿魏雄性不育系誘導(dǎo)、種質(zhì)資源保護(hù)與拯救等生產(chǎn)實踐提供理論指導(dǎo)與借鑒。

綜上所述，在新疆阿魏雄性不育植株上，功能性雌花的雄蕊形態(tài)變?yōu)槌仔危ㄋ巼?yán)重收縮、空癟。雄蕊的敗育主要體現(xiàn)在藥壁組織和雄配子體的異常發(fā)育。雄性生殖細(xì)胞的敗育發(fā)生在造孢細(xì)胞至小孢子四分體時期。藥壁細(xì)胞的異常發(fā)育，尤其是絨氈層的缺失，導(dǎo)致了小孢子因營養(yǎng)缺乏而發(fā)生敗育。