紫菜减数分裂与单性生殖的研究
紫菜是目前世界上人工养殖海藻中经济价值最高的种类。近年来，随着紫菜栽培规模的逐年扩大，我国紫菜面临养殖品种退化和病害频发的局面，极大地暴露了紫菜基础研究薄弱的弊端。作为紫菜遗传育种的重要理论基础，减数分裂在正常的有性生活史中占有非常重要的位置，它能保持遗传物质(染色体数目)的恒定性，同时使同源染色体片段发生交换和非同源染色体的随机组合，从而增加遗传物质的变异性，保证物种更好地适应环境繁衍后代。紫菜减数分裂的研究，从上世纪20年代开始至今已有80多年的历史，减数分裂发生的时间与位置一直是藻类学家关注和争论的问题。
本研究将卡宝品红染色液成功应用到海藻核型分析中，包括各个生长阶段的紫菜及裙带菜和海带的配子体。在条斑紫菜和坛紫菜的营养细胞、精子囊细胞和多数孢子囊枝细胞的分裂中期均观察到了单倍的染色体数，在部分孢子囊枝细胞的分裂中期观察到二倍的染色体数。红藻的胞间连丝和丝状体前期染色体用卡宝品红染色后均可以非常清晰地观察到。紫菜的孢子囊枝细胞用1M HCl在60℃水解7-8分钟会得到染色较浅甚至无色的细胞质。与藻类染色体研究中常用的醋酸洋红和醋酸铁苏木精相比，卡宝品红染色效果好，方法简单、快速、染色深、细胞核与细胞质的对比度较好，为大型海藻细胞学观察提供了一个新的染色方法。
为确认条斑紫菜生活史中减数分裂发生的时间和位置，对条斑紫菜营养细胞、孢子囊枝细胞和壳孢子细胞的核分裂过程进行了详细的观察。在条斑紫菜孢子囊枝细胞的发育过程中，我们观察到了两个不同的发育途径，其一是孢子囊枝细胞进行第一次减数分裂形成壳孢子，另一个是细胞形成突起进行有丝分裂形成丝状体。在孢子囊枝形成时期观察到减数分裂前期I的细线期、偶线期、粗线期、双线期和终变期；中期I、后期I和末期I发生在孢子囊枝成熟即形成壳孢子时；刚刚放散出来的壳孢子处于减数分裂的间期：壳孢子萌发的第一次核分裂是减数分裂Ⅱ。此外，通过对壳孢子萌发的形态学观察发现壳孢子进行两次细胞分裂基本上形成三个细胞，四细胞期为第三次细胞分裂，这与减数分裂的四分体分析是相矛盾的。因此，条斑紫菜的减数分裂I发生在孢子囊枝细胞的形成和成熟时期， 而壳孢子萌发的第一次细胞分裂是减数分裂II，这既符合细胞学观察，同时也可 以解释条斑紫菜色素嵌合体的研究。减数分裂I中发生了交换和重组的染色单体，在减数分裂II中携带重组的等位基因分离进入不同细胞，从而形成了不同色素 的嵌合体；也可能是发生了基因转换，类似于粪生粪壳菌和粗糙脉孢菌中的现象。
对雌雄异体的坛紫菜营养细胞、果孢子、丝状体、孢子囊枝和壳孢子的核分裂进行了观察，以确认其减数分裂发生的时间和位置。在坛紫菜营养细胞、精子囊细胞、多数孢子囊枝细胞和壳孢子细胞分裂中期观察到了5条染色体，而在果 孢子、丝状体和部分孢子囊枝细胞的分裂中期观察到10条染色体。营养细胞、 果孢子、丝状体的核分裂是有丝分裂的过程。孢子囊枝细胞与条斑紫菜一样有两个发育方向，即有减数分裂和有丝分裂两个不同的方向。同样在孢子囊枝细胞中观察到了减数分裂I的各个时期，包括细线期、偶线期、粗线期、双线期、终变期、中期I、后期I、末期I和分裂间期，壳孢子萌发的第一次细胞分裂是减数分 裂II的过程。因此，减数分裂发生的时间和位置在雌雄异体的坛紫菜与雌雄同体的条斑紫菜中是相同的，与雌雄配子体的不同排列方式可能没有直接的联系。
为条斑紫菜叶状体的嵌合性提供分子生物学方面的证据，本试验利用微卫星标记的共显性对条斑紫菜叶状体个体进行了分析。结果显示，所检测的65个条 斑紫菜叶状体的个体中有41．5％的紫菜个体表现为嵌合体，58．5％的紫菜个体表 现为纯合体，这更加深了我们对不同遗传基础的细胞嵌合性存在于条斑紫菜叶状 体的认识。
单性生殖是紫菜遗传育种的重要理论基础之一。本研究利用坛紫菜雌雄异体 的优势，从组织水平和细胞水平将其雌雄营养组织块和营养细胞酶解后进行单独 培养，以了解紫菜的单性生殖问题。结果显示，坛紫菜雌性营养细胞无论在组织 水平还是在细胞水平均有雄性生殖细胞和丝状体形成，而雄性营养组织和营养细 胞中均有红色细胞团和丝状体的形成，且形成的丝状体均能正常发育成孢子囊枝 形成壳孢子。因此，我们认为丝状体很有可能是经过受精后的二倍体丝状体，而不是单性生殖的结果。因此单一性别的营养细胞不能完成单性生殖，但可以通过 某种机制促使部分细胞向异性生殖细胞发育的方式来完成受精，达到繁殖后代的目的。
条斑紫菜;坛紫菜;微卫星;单性生殖
中国海洋大学
博士
海洋生物学
戴继勋
2006
中文
S968.431
102
2007-08-07（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）