棉花细胞质雄性不育(Cytoplasmic Male Sterility,CMS)在杂种优势利用中具有重要价值,但对其不育机理的研究尚不足。已有研究认为CMS与程序性细胞死亡(PCD)有关,但目前尚未见棉花CMS中有关程序性细胞死亡的研究报道。为此,本文以棉花细胞质雄性不育系“抗A”为材料,以其同核异质保持系“抗B”为对照,一方面,用透射电子显微镜技术,观察了不育系败育过程中小孢子母细胞与绒毡层细胞超微结构的变化,另一方面,用原位TUNEL(脱氧核糖核苷酸末端转移酶介导的缺口末端标记法)技术,在荧光显微镜下观察了不育系小孢子母细胞与绒毡层细胞中的TUNEL阳性信号,了解细胞核DNA断裂的发生。最后结合上述两方面的观察,研究棉花细胞质雄性不育系败育过程是否存在程序性细胞死亡。主要研究结果如下: 透射电子显微镜观察表明,在不育花药的发育早期,在部分造孢细胞中,已有少量线粒体表现异常;体积膨胀,内嵴模糊,基质变淡。随后,不育系所形成的大量小孢子母细胞明显退化;细胞核收缩、变形,染色质向核膜方向凝集成块;原生质体收缩,质膜与细胞壁分离,核糖体密度降低;半数以上线粒体高度膨胀并出现电子透明区,但外膜结构完整;细胞严重液泡化,液泡膜退化,以自体吞噬方式消化细胞质。减数分裂期,不育系小孢子母细胞结构被破坏,逐渐退化、解体。 TUNEL检测表明,不育系造孢细胞分裂增殖期核有明显的阳性信号,核DNA开始出现片段化。不育系小孢子母细胞在其形成期及减数分裂初期核DNA普遍断裂。上述不育系性母细胞超微结构的变化与程序性死亡的细胞学特征极为类似,由此推测,棉花细胞质雄性不育系败育与小孢子母细胞的程序性死亡有关,线粒体可能会释放某些信号,引起核DNA断裂进而导致细胞解体,液泡则参与了细胞质的消化。 不育花药绒毡层细胞的观察表明,线粒体最早出现退化,细胞主要在减数分裂期退化;液泡融合形成中央大液泡;至减数分裂末期,不育系绒毡层细胞结构与其它成熟的药壁细胞无明显差异,已失去绒毡层细胞的功能,转化为药壁细胞。TUNEL检测始终未出现阳性信号,表明不育系败育过程中绒毡层细胞功能转化,未发生PCD。保持系绒毡层细胞在减数分裂末期开始退化,发生PCD,最后降解为周缘质团。