植物细胞核雄性不育系(Genetic male sterility)是由细胞核内染色体上基因所决定的雄性不育类型,其在植物杂种优势利用中具有十分重要的价值。棉花的核雄性不育系是由控制花粉正常育性的核基因发生突变而形成的不育系,因具有败育比较彻底、恢复源比较广泛,以及易于筛选较高优势杂交组合的优点,在杂交种生产中被广泛应用。棉花核雄性不育系的主要形态特征有：雄蕊发育异常,花丝不能伸长,花丝数减少,花药干瘪,不能散粉,亦不能产生具有正常功能的花粉；而它的雌蕊却发育正常,并能较广泛地接受异花的正常花粉而受精结实。棉花核雄性不育系主要受到1对或2对显隐性基因控制,因而遗传简单,但是,对棉花细胞核雄性不育机理研究却不多。在隐性不育系中纯合体(msms)表现雄性不育。这种不育性能为相对显性基因Ms所恢复,杂合体后代呈简单的孟德尔分离。因此用常规遗传学方法不能使整个群体保持不育性。为了更好地开展对细胞核雄性不育机理的研究,本文以大多数杂交棉育成的亲本棉花细胞核雄性不育系ms5ms6为材料,通过比较花药发育过程超微结构变化、花药发育过程中代谢酶类的活性变化、花药发育过程中代谢激素的活性变化、花药发育过程中矿质元素含量变化,探究棉花细胞核雄性不育系的控制相关基因,研讨其细胞核雄性不育发生的可能分子机理。研究的主要内容如下：1、对细胞核雄性不育系及其对应的可育系不同发育时期的花药的超微结构研究发现：不育系花药花粉囊壁发育中期中层与绒毡层行为异常,具体表现为中层过早解体,绒毡层细胞出现形状异常和绒毡层过早解体,花粉粒发育受阻。不育株花粉母细胞的减数分裂异常,表现在减数分裂后形成的子细胞数目差异较大。有形成4个子细胞的,称为四分体(四分孢子)；有形成3个子细胞的,称为三分孢子；有形成2个子细胞的,称为二分孢子；还有形成多个子细胞的,称为多分孢子。不育株花粉粒因得不到正常发育所必需的营养和调节,无法正常发育,或早期发育受阻,形状异常,无外壁的形成,较早解体,在花药发育后期,则无花粉粒的形成；或中后期虽有外壁的形成,刺突明显,但是内部出现多液泡化,发育被迫停止而解体,在花药发育后期,形成了仅有具刺突外壁而无内容物的中空花粉粒。不育株花粉母细胞减数分裂的杂乱无章和绒毡层的提前解体,无疑给花粉粒以后的发育造成了混乱,无法再继续发育下去,过早的止步于此。因而,最终就会形成无花粉粒的雄性不育类型。2、通过对不育系和可育系花药不同发育时期的酶活性含量变化测定,发现不育株SOD活性在各个发育时期的含量均低于可育株的含量,尤其在花粉败育期,即花粉母细胞减数分裂期,可育株中的SOD活性是不育株的1.61倍,差异达到显著水平。在幼花药发育期和花粉母细胞发育期,不育株花药POD活性略低于可育株活性,但至花粉母细胞减数分裂时期,不育株花药POD活性有大幅提升,而可育株活性上升幅度不大。在花粉母细胞减数分裂时期,不育株花药POD活性明显高于可育株活性,差异显著,且差异达到最大。由此可见,棉花细胞核雄性不育系的酶活性变化可能与小孢子败育、雄性不育的发生有着重要联系。3、对不育系和可育系花药不同发育时期的矿质元素含量变化测定,发现Fe和Cu含量在花粉败育发育期均显著低于同期可育株含量。从幼花药发育期到花粉母细胞发育期,不育株中Mn含量的变化与可育株相似,且含量也基本相同,无显著性的差异,以后逐渐增高,含量超过可育株,并于花粉母细胞减数分裂时期时的含量显著高于同期可育株Mn的含量。4、利用Blast在NCBI核酸数据库中对注册号为EG036041的差异表达基因片段EST0109进行同源搜索,结果表明其与陆地棉的β-tubulin-8基因具有94%的相似性。利用特异性引物对不育株和可育株花药DNA进行PCR扩增,得到分子量介于500-750bp之间靠近750bp、稳定、清晰的单一片段,对扩增产物进行切胶回收,克隆测序,比对分析,结果显示,β-tubulin-8基因内含子的第11个核苷酸由A突变成了G,核苷酸的突变可能影响了基因的转录剪接以及发育调控,导致花粉败育的发生,详细机理有待进一步研究。