辣椒(Capsicum annum L.)是一种非常重要的蔬菜作物,有很高的营养价值和经济价值,同时还具有显著的杂种优势。细胞质雄性不育(Cytoplasmic Male Sterility,CMS)是辣椒杂优利用的基础。CMS与程序性细胞死亡(Programmed Cell Death,PCD)密切相关。本研究以辣椒细胞质雄性不育系8214A及其相应的保持系8214B为材料展开研究,一方面,利用TUNEL(脱氧核糖核苷酸末端转移酶介导的缺口末端标记法)检测技术,在光学显微镜下观察了败育过程中不育系花粉母细胞和绒毡层细胞中的TUNEL阳性信号,并了解细胞核DNA断裂的发生;另一方面,用透射电子显微镜技术观察了在败育过程中不育系花粉母细胞与绒毡层细胞中Ca2+的分布特征,获得了以下研究结果:TUNEL检测发现,不育系花粉母细胞减数分裂初期核部位有明显的阳性信号,说明花粉母细胞核DNA开始出现片段化。不育系花粉母细胞在其减数分裂至四分体时期核DNA普遍断裂,而在保持系中并未出现此现象。在四分体形成时期,无论是不育系还是保持系的绒毡层细胞核均呈TUNEL阳性反应,说明绒毡层细胞都出现程序性细胞死亡。Ca2+超微化学细胞定位结果表明,保持系花药在花粉母细胞减数分裂前,花粉母细胞整齐排列在药室内,细胞核大,居中,花药壁分化完全。此时钙颗粒很少,主要分布在花粉母细胞的液泡中和细胞壁上,绒毡层细胞壁上也有少量的分布。在花粉母细胞减数分裂早期,花粉母细胞体积增大,随着细胞核消失,出现清晰可辨的染色体。这时,药壁绒毡层细胞体积径向增大,细胞器变得丰富。花粉母细胞内细胞质浓度增大,液泡和细胞壁上开始聚集钙颗粒,绒毡层细胞间隙也开始聚集钙颗粒。花粉母细胞减数分裂第一次分裂结束时,花粉母细胞中含有两个细胞核,此时已形成胼胝质壁,钙颗粒向胼胝质壁上聚集。到了四分体时期,四分体小孢子细胞质更加浓厚大量钙颗粒积累在开始形成的小孢子花粉外壁上。此时绒毡层细胞内出现大的液泡,细胞形状开始不规则,其细胞间隙的钙颗粒也越来越多。在小孢子早期,小孢子细胞核大且位于细胞正中,钙颗粒均匀分布在花粉外壁上,这时绒毡层细胞开始呈现退化迹象。随后进入小孢子晚期,这时绒毡层细胞完全退化,仅剩下残迹。在此时期,钙颗粒大量聚集在小孢子外壁上,绒毡层退化后的残迹上的钙颗粒向花粉外壁聚集。然后小孢子完成第一次有丝分裂,形成含有大液泡和大量细胞质的营养细胞和较小的生殖细胞的二胞早期花粉。在二胞晚期及成熟花粉时期,花粉细胞质中积累大量的淀粉粒,这时药壁仅剩下表皮细胞和出现纤维状条纹增厚的药室内壁细胞,此时的钙颗粒仍均匀分布在花粉外壁上。不育系花药在花粉母细胞减数分裂前花药的超微结构与保持系相似。在花粉母细胞减数分裂过程中,第一次分裂结束后,花粉母细胞质膜出现局部收缩和破裂。这时花药壁绒毡层细胞呈明显退化迹象,细胞形状不规则,细胞电子密度增大,细胞核不完整。此时不育系花粉母细胞未出现像保持系一样的钙颗粒分布特征,前者钙颗粒很少。花粉母细胞减数分裂完成后,药室体积未增大,形成的四分体相互粘连,四分体小孢子不正常,未见花粉外壁的形成,这时绒毡层完全降解。此时的钙颗粒才开始大量出现在退化的绒毡层细胞间隙和结构紊乱的四分体小孢子周围。随后四分体小孢子细胞质进一步收缩,完全降解退化,最后花药空瘪无花粉。因此,辣椒细胞质雄性不育系花粉败育与减数分裂过程中花粉母细胞的程序性死亡有关;不育系减数分裂过程中花粉母细胞中钙离子减少可能与其自身的PCD紧密相关。