对作物雄性不育机制的研究一直是一个热门领域,也是实现作物杂种优势利用的一项基础性研究。通过化学杀雄的方法诱导小麦雄性不育具有方便、灵活、省时、省力等特点,并且不需要寻找恢复系就可以进行种子生产。西北农林科技大学等自主新合成了一种化学杀雄剂SQ-1,当育性正常的小麦植株发育到敏感时期,用SQ-1对其适量喷施,即可诱导产生95-100%的雄性不育率。近年来,研究者对SQ-1引起小麦生理型雄性不育的败育机制进行了深入研究,也取得了一些进展,普遍认为其败育机制与绒毡层、胼胝质、能量代谢、物质代谢、细胞程序化死亡等有关。微丝骨架在细胞的正常生命活动中有着重要功能,如参与顶端生长、胞质环流、细胞分裂、细胞器运动等,因此任何能够使微丝骨架形态结构发生异常的外界刺激都可能导致植物不能进行正常的生长发育。前人的许多研究结果表明细胞骨架的正常与否与花粉育性关系密切,然而在化学杀雄剂诱导的生理型不育小麦中,有关微丝骨架异常与花粉败育关系的研究较少。因此,研究SQ-1诱导的生理型雄性不育小麦花粉细胞内微丝和胼胝质的结构以及相关基因的表达,并揭示其与生理型雄性不育的关系,进而可以对雄性不育机理有更加全面的认识。本研究的试验材料以正常可育小麦品种(A)-西农1376作为对照,用化学杀雄剂SQ-1处理(A)-西农1376所产生的生理型雄性不育系ms(A)-西农1376作为处理,通过TRITC-phalloidin标记细胞内微丝和苯胺蓝标记胼胝质的方法,观察比较了可育与不育小麦花粉母细胞减数分裂期微丝骨架结构分布与胼胝质沉积的异常情况。同时采用qRT-PCR技术分别对减数分裂期肌动蛋白解聚因子TaADF、类葡聚糖合成酶TaGSL的表达量进行了差异表达分析。获得了以下结果:(1)对经由化学杀雄剂SQ-1喷施产生的败育植株的育性统计得知,SQ-1能够彻底杀死雄蕊,诱导产生95%-100%的相对雄性不育率,同时雌蕊的发育不会因为SQ-1的喷施而被抑制,因此可以用于进一步的实验。(2)通过对减数分裂期中几个主要分裂时期的微丝骨架的结构分布比较可知,在前期Ι、中期Ι、后期Ι这三个时期,生理型不育小麦花粉细胞的微丝结构与正常可育小麦没有显著差异。直至发育到早末期Ι,不育系花粉细胞微丝骨架出现异常变化,与可育系相比,不育系中不能形成清晰且明显可见的中国灯笼状成膜体微丝结构,且在细胞中线部位亦没有清晰可见的微丝累积。晚末期Ι,可育系花粉细胞在形成细胞板的部位是线性的、平滑的,成膜体微丝消失,而不育系花粉细胞在形成细胞板的部位形成了很大的缝隙。四分体时期,可育系花粉可见围绕细胞核的辐射状微丝,不育系花粉细胞中微丝呈模糊状态。(3)对胼胝质的观察发现,在减数分裂的晚末期Ι,可育系胼胝质在细胞板处的沉积比较平滑,而不育系胼胝质在细胞板处的沉积较可育系相比缺乏,并且是褶皱的、有裂纹的。四分体时期,不育系中胼胝质染色的整体荧光强度较可育系减弱。(4)通过qRT-PCR技术分析比较了减数分裂期TaADF和TaGSL的表达特性,结果表明,生理型不育小麦花药中TaADF的相对表达量较正常可育小麦高,是正常小麦的4.28倍,由于TaADF表达量上调,加剧了细胞内微丝解聚,微丝结构受到破坏,同时不育系中TaGSL表达量下降,只有可育系的0.83倍,胼胝质的沉积也受到影响。综上所述,在SQ-1的作用下,TaADF在不育系中表达上调,加剧微丝解聚,微丝不能正常行使其功能,进而可能导致花药发育中与育性相关的某些代谢通路等受到影响。同时,微丝结构破坏导致细胞板形成出现异常也可能是引起胼胝质在细胞板处的沉积受到影响的一个重要原因。因此可以认为,微丝和胼胝质的异常变化与化学杀雄剂SQ-1诱导的生理型雄性不育密切相关。