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小麦、玉米、水稻被称为世界三大主要粮食作物。目前,水稻、玉米均已实现杂交种的大面积应用,并取得了举世瞩目的经济效益,同时为维护世界粮食安全做出了重要贡献。然而,小麦杂种优势利用受各种因素的影响,仍处于小面积试验阶段,离生产应用还有一定距离,堪称世界性难题。综合比较各类雄性不育系,发现利用化杀诱导小麦雄性不育系实现小麦杂种优势利用的优点在于生产周期短,杂交亲本选择范围广,选配优势组合几率大等优点,表现出较为广泛的应用前景。目前,西北农林科技大学小麦杂优利用课题组依托化学杂交剂SQ-1,开发并集成了一套完整的杂交小麦制种体系,组配出了系列“西杂”小麦新品种（组合）,如西杂1号、西杂5号、西杂7号、西杂9号等。但是,由于化学杂交剂SQ-1的生产成本较高,因此很有必要研究化学杂交剂SQ-1诱导小麦花粉粒败育的分子机理,并以此开发新型高效、安全、廉价的化学杂交剂来降低杂交小麦的制种成本。基于此,本文从花药细胞学结构及物质代谢层面,探讨花粉粒结构、物质（淀粉和脂类）分布、各代谢组分及淀粉合成通路与SQ-1诱导的小麦花粉败育之间的关系。首先观察不育系表型及花粉粒育性特征,同时利用扫描电子显微镜和透射电子显微镜技术观察花药壁细胞结构和花粉粒结构;其次利用细胞化学染色技术检测花药组织内不同细胞中营养物质（淀粉）分布,利用代谢组学手段研究不育系PHYMS-1376花药发育过程中各代谢组分的变化;最后利用荧光定量PCR技术对淀粉合成通路中关键酶基因进行了表达量检测,获得主要结果和结论如下:1.Feek’s 8.5时期,5kg.ha-1化学杂交剂SQ-1可诱导小麦西农1376产生99%以上雄性不育率,并不影响株型,且PHYMS-1376花药干瘪,花粉粒内无淀粉积累,且核发育迟缓,多数核停滞在二核期,不再分裂。此外,与1376相比,PHYMS-1376花药内壁细胞褶皱不平,物质残留较多,外壁细胞不规则排列,且花粉粒内壁和造粉体均不能正常形成。2.与1376相比,PHYMS-1376绒毡层细胞在四分体时期膨胀,提前降解,但二核期仍有部分残留,其花粉粒在各时期均表现为显著减小;另外PHYMS-1376花药中不溶性多糖自四分体至三核期均呈减少趋势,同时二核和三核花粉粒内无淀粉积累。3.1376花药发育各时期动态非靶向代谢组学研究发现,有120个差异代谢物参与小麦花药发育,涉及糖代谢、脂代谢、氨基酸代谢等7个主要参与糖酵解和TCA循环的代谢通路。4.与1376相比,有131个差异代谢物参与PHYMS-1376花粉粒败育,主要包括:24种氨基酸,3种脂肪酸,1种核酸,39种有机酸,2种磷酸,17种糖类,11种多元醇,其他代谢物29种,其中具有显著相关性的物质有93种,正负相关关系251个（最大正相关:Glucose-6-phosphate与Fructose-6-phosphate为0.980;最大负相关:Noradrenaline与2-Deoxytetronic acid为-0.843）。此外,代谢通路分析表明,该131种代谢物也不同程度参与正常1376花药发育所涉及的7个主要参与糖酵解和TCA循环的代谢通路,其中糖代谢通路中涉及的代谢物最多,主要包括果糖、果糖-6-磷酸、葡萄糖、6-磷酸葡萄糖、蔗糖等。5.因PHYMS-1376花药发育过程中糖代谢和淀粉合成底物含量与1376相比呈显著性差异,本研究利用荧光定量检测PHYMS-1376花药败育过程中淀粉合成关键酶基因表达结果为:与1376相比较,PHYMS-1376各时期淀粉合成相关酶（AGPP、GBSS、SSS、SBE和DBE）基因表达均有变化,且大部分基因在各发育时期花药中均呈显著性降低,其中GBSSⅠ和SBEⅠ基因在不育系二核和三核期低表达尤为突出。基于此,推测化学杂交剂SQ-1诱导小麦雄性不育,其实质可能是干扰了花药发育过程中代谢物的供应及合成积累过程,致使花粉粒内无淀粉颗粒积累,且内壁无法形成,最终导致花粉粒败育。