[目的]芍药属组间杂种大部分为三倍体,普遍高度不育,极少获得杂交后代.'Bartzella'是个观赏性好且有少数杂交后代的组间杂种,减数分裂染色体行为观察可为揭示其极低可育性的形成机制提供参考.[方法]以'Bartzella'花药为材料,用压片法观察花粉母细胞减数分裂的染色体行为.[结果](1)'Bartzella'的花粉母细胞在中期Ⅰ形成大量单价体,后期Ⅰ产生不同类型的染色体非整倍分离,占比高达89.13％.(2)减数第1次分裂中,染色体桥和断片出现在27.20％的花粉母细胞中;减数第2次分裂中,比例升到47.68％.(3)中期Ⅱ的纺锤体定位异常较普遍,融合纺锤体占27.06％,三级纺锤体占12.84％.(4)减数分裂产物中包含高达72.41％的二分体和13.43％的三分体,其产生未减数配子所占比例约为67％.[结论]减数分裂中染色体非整倍分离以及染色体片段缺失可能是'Bartzella'高度不育的重要原因.融合纺锤体、三级纺锤体以及减数分裂Ⅱ结束时胞质分裂异常可导致未减数配子形成.大量的未减数配子可使'Bartzella'在多倍体育种中具有一定潜力,但倍性间杂交障碍可能限制其杂交亲和性.

目的:探讨北京地区的临床变态反应性皮肤病患者常见过敏原流行特征，为临床诊疗及预防提供参考。方法:本研究为回顾性研究，选择2017—2021年在北京大学第一医院进行过敏原检查患者中诊断为中重度特应性皮炎患者共2 822例，以成人为主，>18岁占比83%（2 340/2 822）。采用 ImmunoCAP 荧光酶联免疫法对患者血清进行sIgE 检测，按照年龄、性别、年度等统计各项过敏原阳性率，分析流行特征和变化趋势。结果:共收集过敏原特异性IgE 检测数据 22 503 项次。2 822例研究人群的过敏原阳性率40%（1 122/2 822），且以多重致敏为主，13~18 岁人群过敏原阳性率和多重致敏率均最高。2 822例研究人群以吸入过敏原为主，阳性率最高的是吸入混合（29.3%），单价吸入过敏原阳性率前五的分别是：粉尘螨（26.7%）、户尘螨（25.5%）、艾蒿（23.9%）、桦树花粉（19.2%）、苍耳（18.2%），单价食物过敏原阳性率前五的分别是：虾（15.2%）、花生（14.8%）、芝麻（14.7%）、小麦（13.2%）、牛奶（13.1%）；不同年龄段过敏原阳性率分析显示，吸入性过敏原中除桦树花粉在 3~12 岁人群阳性率最高外，其他吸入过敏原阳性率均在 13~18 岁人群达到高峰；食物性过敏原中食物混合-1（常见）、牛奶、鸡蛋白、小麦在<3 岁人群中阳性率最高，随年龄增长阳性率逐渐下降，其他食物过敏原阳性率均在 13~18 岁达高峰，虾蟹是成人阶段最主要的两种食物过敏原。2 822例研究人群各项过敏原阳性率在男女之间差异不大，男性略高于女性。5 年期间，过敏原阳性率总体呈上升趋势，吸入过敏原中猫毛发皮屑、狗毛发皮屑、粉尘螨、蟑螂变化幅度较大，食物过敏原阳性率变化趋势平稳。结论:变态反应性皮肤病病因复杂，可能与接触过敏原、遗传、免疫、环境因素、皮肤屏障功能异常等方面有关，本研究多角度分析了北京地区变态反应性皮肤病人群过敏原流行特征，为疾病防治提供参考。

大豆雄性不育系对发挥大豆杂种优势具有重要价值,然而传统的三系杂交存在恢复系来源受限等问题,而环境敏感型细胞核雄性不育系在不同条件下育性可以改变.本文对ms3(Washington)、ms3(Flanagan)和ms3(Plainview)3个独立突变体的表型和突变位点展开了进一步研究,分别进行了不育表型鉴定、高通量测序、分子标记设计及突变位点验证、分析突变对MS3蛋白结构的影响、ms3(Plainview)花药半薄切片等实验.实验结果表明突变体花粉大量败育,只有零星被I2-KI染液染成黑色的不规则花粉粒.高通量测序结果显示,m3(Washington)和ms3(Flanagan)在MS3第3个外显子的PHD编码区域出现了大片段插入,导致MS3蛋白PHD结构域被破坏,这个等位基因命名为ms3-1;ms3(Plainview)在MS3第1个外显子缺失了一个A,导致移码突变,开放读码框仅编码40个氨基酸,蛋白功能完全丧失,这个等位基因命名为ms3-2.半薄切片结果显示,在花药发育中后期ms3(Plainview)的绒毡层和花粉发育出现异常.综上,本研究的结果为ms3的应用和MS3基因改造提供了材料和依据.

[目的]探索大豆细胞质雄性不育弱恢复型杂种F1 育性转变在RNA水平上的分子机制,以期从育性转变的角度为大豆细胞质雄性不育的分子机理提供有价值的信息.[方法]以弱恢复型杂种F1(H3A×SXTH3)为研究对象,设置苗期短光照(植株育性不育)和正常光照(植株育性可育)处理,在盛花期分别采集不同大小的混合花芽进行转录组测序和RT-qPCR分析.[结果]筛选出 3 917 个差异表达基因,苗期短光照处理后,2 134 个基因下调表达,1 783 个基因上调表达.对差异表达基因进行生物信息学分析,GO显著富集分析表明,碳水化合物代谢过程、跨膜转运活性和细胞外围等功能在育性转变中行使着主要生物学功能;KEGG通路显著富集分析表明,戊糖葡萄糖醛酸的相互转化、淀粉蔗糖代谢和植物昼夜节律等通路为育性转变的主要代谢通路.11 个基因的RT-qPCR分析发现,大豆细胞质雄性不育相关基因和PPR基因参与了大豆细胞质雄性不育弱恢复型杂种F1 育性转变过程.[结论]推测大豆细胞质雄性不育弱恢复型杂种F1 育性转变与植物昼夜节律、PPR和大豆细胞质雄性不育相关的线粒体、花粉壁发育、碳水化合物代谢、糖转运和活性氧代谢等基因的异常表达相关,当昼夜节律通路的关键基因变化,引起PPR基因和大豆细胞质雄性不育相关基因的表达水平变化,将会发生育性转变.

[目的]研究湖北黄精花部形态结构特征和大小孢子发生及雌雄配子体发育过程,以丰富黄精属植物的生殖生物学理论,为进一步开展湖北黄精的品种选育提供依据.[方法]以不同发育时期的湖北黄精花芽为试验材料,用显微观察法观察花部形态结构特征,石蜡切片技术对单花雌雄蕊进行切片观察.[结果]湖北黄精的花被为白色或淡黄绿色,花被筒近喉部稍缢缩;具6枚雄蕊,花丝下端与花被合生,花药开裂方式为纵裂;雌蕊子房上位,3心皮,花柱与子房等长.湖北黄精花药壁由4层细胞组成,成熟的绒毡层具多核,绒毡层发育类型为分泌型;小孢子母细胞减数分裂为连续型,四分体呈左右对称型排列,成熟花粉粒为2-细胞型;存在小孢子发育不同步的现象.雌蕊胚珠具双珠被、厚珠心;四分体呈直线型排列,胚囊发育类型为蓼型;存在双胚囊胚珠现象.在雄蕊的花药壁和雌蕊的子房壁都观察到有束状草酸钙针晶.[结论]湖北黄精雌雄蕊具有较原始的发育特征,虽然在发育过程中都存在异常现象,但雄蕊最终能形成正常的雄配子体,雌蕊低频率的双胚囊现象对总体受精结果影响很小.湖北黄精杂交育种可以选择花药开裂前一时期的花粉,花药壁和子房壁观察到的束状草酸钙针晶无法作为湖北黄精物种鉴定的依据.

利用扫描电镜对14种酢浆草属植物花粉形态及表面纹饰进行观测,对其花粉形态进行聚类分析,并基于孢粉学聚类结果,探讨其种间亲缘关系.结果表明:(1)所观测的14种植物花粉粒为近球形或扁球形,极面观均为三裂圆形,多数为3沟花粉粒,稀2沟(星星酢浆草)和4沟(黄花酢浆草);其中,96.3％花粉粒为中等大小,3.7％为小花粉粒;不同花柱类型都表现为长雄蕊花粉比短雄蕊花粉大;外壁纹饰可分为复网状和网状两类.(2)首次发现3种存在异常花粉粒,分别为桃之辉酢浆草、一片心酢浆草及黄花酢浆草,花粉的异常表现为萌发沟数目和排列异常,其外壁纹饰结构与正常花粉粒未有明显不同.(3)根据外壁纹饰可将14种划分为2大类.一类为复网状花粉,仅构巢酢浆草和果香酢浆草为该类纹饰,二者亲缘关系较近.另一类为网状花粉,对12种具网状花粉酢浆草进行聚类分析可划分为4个类型,其中桃之辉酢浆草、双色冰淇淋酢浆草、藤双色冰淇淋酢浆草亲缘关系较近;扁平酢浆草、黄花酢浆草、纳马夸纳酢浆草及兔耳酢浆草亲缘关系较近;大花酢浆草、星星酢浆草、乳白蝴蝶叶酢浆草亲缘关系较近;吉氏酢浆草和一片心酢浆草与其他酢浆草亲缘关系较远.该研究结果表明,花粉形态相近的物种在植株形态上有一定的相似性,花粉形态特征可作为种间亲缘关系研究和分类划分依据,进一步为酢浆草属植物杂交育种亲本选择提供理论基础.

峨眉拟单性木兰(Parakmeria omeiensis)是木兰科(Magnoliaceae)拟单性木兰属(Parakmeria)的常绿乔木,属于国家Ⅰ级保护的极度濒危植物.为探究峨眉拟单性木兰两性花中雄性败育发生的时期及花药不同发育时期的生理生化特性,以两性花中的不育雄蕊和雄花中的可育雄蕊为材料,利用石蜡切片观察2种雄蕊的花药发育过程,并测定不同发育时期的可溶性糖、可溶性蛋白、脯氨酸的含量,分析过氧化氢酶(CAT)、过氧化物酶(POD)的活性.结果表明:(1)不育雄蕊与可育雄蕊在减速分裂时期出现明显差异,不育雄蕊的绒毡层致密、没有发育,四分体未形成,随后解体,花粉囊中无花粉;可育雄蕊的绒毡层和小孢子母细胞发育正常,成熟时花粉囊开裂,花粉粒溢出.(2)不育雄蕊的可溶性糖含量、可溶性蛋白含量、脯氨酸含量,在减数分裂时期、单核期和花粉成熟期都显著低于可育雄蕊.(3)不育雄蕊POD活性整体呈上升趋势,在减数分裂时期、单核期和花粉成熟期都显著高于可育雄蕊;不育雄蕊CAT活性整体呈下降趋势,显著低于同时期的可育雄蕊.综上认为,两性花中雄性败育发生在减速分裂时期,其败育的主要原因是物质能量代谢降低,绒毡层没有进一步发育,不能给小孢子母细胞提供营养物质;过氧化氢酶及过氧化物酶的活性异常,造成细胞内不能及时清除自由基,使小孢子母细胞的减数分裂受阻,无法形成四分体.该研究结果为深入开展峨眉拟单性木兰雄性不育的分子机制、性系统演化机制研究奠定了基础.

川芎是著名的川产道地药材,原植物Ligusticum chuanxiong长期采用无性栽培,存在有性生殖障碍,制约其种质创新.该研究基于比较解剖学研究思路,通过形态解剖、石蜡切片、染色压片以及结合扫描电镜技术,对川芎及其近缘野生藁本L.sinense的生殖生长各个阶段的花部特征、果实、种子进行了比较研究.结果表明川芎花药花粉母细胞减数第二次分裂期间存在异常,四分体时期小孢子大小不均匀、数量不一致;花药发育过程中绒毡层细胞未退化完全;花粉成熟期,花药壁存在细微裂缝,花药大部分不能正常释放花粉;成熟花粉粒表面凹陷、部分畸形,花粉无活力且不能进行体外萌发,花粉内淀粉、多糖和脂类物质明显不足;川芎开花盛期花丝较短,向下反曲;果期可见双悬果,但果实干瘪,种子皱缩.对比观察同期藁本,花药发育正常,花粉粒有活力,双悬果饱满;开花盛期,花丝较长且直立,明显高于柱头.川芎和藁本子房内均可见成熟胚囊,未见明显不同,柱头也无明显差异.结论认为,川芎雄蕊发育过程中,花粉母细胞减数分裂、四分体、绒毡层、花丝等结构异常发育,川芎具有雄性不育特征,是其有性生殖障碍的重要原因.

玉米突变体male-sterile 20s2(ms20s2)是在玉米自交系KWS49中发现的一个无花粉型雄性不育突变体.与野生型相比,ms20s2突变体花药细小且颜色偏浅,花药内未观察到花粉.扫描电镜观察表明,与野生型相比,9叶期突变体ms20s2的花药中未观察到正在减数分裂的花粉母细胞;抽雄后突变体花药壁外部角质层形成异常,内部未观察到乌式体结构.观察不同发育阶段花药的石蜡切片发现,在S6-S7时期,与野生型相比,ms20s2突变体花药部分中间层和绒毡层细胞发生异常分裂,导致花药壁萎缩,花粉母细胞无法正常进行减数分裂,最终造成花粉母细胞死亡,产生雄性不育表型.遗传分析表明,突变体ms20s2的雄性不育表型受单个隐性核基因控制.利用玉米10K SNP芯片对F2定位群体进行基因型分析,初步将该突变位点定位在玉米2号染色体长臂上6.21 Mb区段内.进一步精细定位将该区间缩小到了 590 kb,区间包含一个已知的蛋白编码基因MS32(Zm00001eb106620).对MS32基因进行测序分析,在突变体MS32基因4号外显子上发现了一段3166 bp的大片段插入,可能影响了 MS32蛋白功能,造成ms20s2的花药发育异常和雄性不育的表型.等位测验结果表明,突变体ms20s2是雄性不育基因MS32的新等位突变体.组织表达分析发现该基因在玉米花药中特异表达,且仅在花药发育的S6和S7时期表达量较高,进一步验证了该基因在玉米花药绒毡层和中间层细胞发育过程中的重要作用.

远缘杂交及多倍化是物种形成和种质创新的基础,将陆地棉与野生瑟伯氏棉进行远缘杂交及染色体加倍获得可育杂种.旨在将瑟伯氏棉的有益农艺性状转移到陆地棉中,拓宽陆地棉的遗传基础.以陆地棉为母本,瑟伯氏作父本进行远缘杂交合成杂种F1,并进行染色体加倍,获得异源六倍体,对F1 及异源六倍体进行形态学、细胞学、生理生化及SSR分子标记鉴定.形态学鉴定结果表明,异源六倍体植株整体与杂种三倍体相似,介于双亲之间,异源六倍体的雄蕊多于亲本及F1,有淡红色的花斑,与亲本及F1 都不同.细胞学鉴定表明,随着倍性的增加,气孔密度呈下降趋势,而气孔长度、叶绿体数和花粉粒直径均呈上升趋势;杂种三倍体(F1)和异源六倍体的减数分裂行为表明,二者的减数分裂均有正常和异常行为,三倍体中的多分体较多,而六倍体正常四分体明显增多.三倍体的多分体中,正常四分体占比为 24.33%;六倍体的多分体中,正常四分体占比为 82.17%,表明六倍体的育性在恢复.生理生化结果表明,酶的活性随不同世代倍性的增长而升高.SSR鉴定结果表明,三倍体杂种和异源六倍体既扩增出了父母本的条带,同时也扩增出了新的特异性条带,表明远缘杂交过程中产生了染色体重组现象.通过远缘杂交成功合成陆瑟杂种,通过染色体加倍成功获得了可育的异源六倍体.