“三系”法杂交制种在棉花中是比较理想的制种方式,含哈克尼西棉不育胞质的CMS-D2不育系和含三裂棉不育胞质的CMS-D8不育系是目前“三系”法制种中主要的两个不育系材料。但是两个材料败育过程中生理变化以及败育的分子机制尚不清晰。因此本研究选用CMS-D2和CMS-D8两套三系材料,系统测定其不同发育时期叶片和花蕾中ATP和H2O2含量,并对不育候选基因orf610a进行功能验证和花粉败育分子机制初探。本研究从生理指标和分子水平明确了两种不育系的败育时期,为深入揭示两种胞质不育系花粉败育的不同调控机制提供了思路,同时对推动棉花“三系”生产具有重要实践意义。主要研究结果如下:1.测定棉花CMS-D2和CMS-D8两套三系材料不同发育时期叶片ATP和H2O2含量,结果显示:CMS-D2不育系在蕾期和铃期叶片中ATP含量极显著低于保持系和恢复系,H2O2含量极显著高于保持系和恢复系;CMS-D8不育系在蕾期叶片ATP含量极显著低于保持系和恢复系,H2O2含量极显著高于保持系和恢复系,在铃期ATP含量升高,极显著高于保持系和恢复系,H2O2含量差异不显著。两种不育胞质对叶片ATP含量的影响,在蕾期呈相反趋势。2.为了解花粉败育过程中ATP和H2O2二者所扮演的角色,测定棉花CMS-D2和CMS-D8两套三系材料花药发育不同时期花蕾中ATP和H2O2含量,结果显示:CMS-D2不育系花蕾中ATP含量从3 mm长度花蕾开始就不再上升,极显著低于保持系和恢复系,不育系H2O2含量在3 mm花蕾与保持系和恢复系差异不显著,在4 mm花蕾极显著高于保持系和恢复系,保持系和恢复系之间差异不显著;CMS-D8不育系花蕾中ATP含量从5mm开始不再上升,极显著低于保持系和恢复系。说明CMS-D2和CMS-D8两种不育胞质的不育系败育时期不同,CMS-D2不育系败育时期早于CMS-D8不育系。3.为了进一步探究不育系花粉败育过程中导致花蕾中能量降低的原因,在两个不育系材料关键败育期花蕾中检测氧化磷酸化通路各复合体组装相关基因的表达,发现CMS-D2中相比于保持系,与复合体Ⅰ组装相关基因nad1、nad4、nad5、nad7,与复合体Ⅴ组装相关基因atp6在不育系中均极显著下调;CMS-D8中相比于保持系,与复合体Ⅰ组装相关基因nad1、nad4、nad5、nad7,与复合体Ⅲ组装相关基因cob,与复合体Ⅳ组装相关基因cox2、cox3,与复合体Ⅴ组装相关基因atp6在不育系中均极显著下调。说明两个不育系在关键败育时期,氧化磷酸化通路各复合体组装相关基因表达下调,导致能量合成减少。4.对不育强候选基因orf610a进行功能验证,发现过表达该基因对酵母细胞具有毒性,影响酵母的生长,并且使酵母ATP含量降低,ROS水平升高。拟南芥遗传转化试验发现该转orf610a基因的拟南芥花蕾和角果中ATP含量极显著降低,H2O2含量极显著升高;并且各复合体相关基因在转基因拟南芥花蕾中均极显著下调。酵母双杂试验发现orf610a和正常的atp1基因均不与挑选的复合体V组装相关基因atp2、atp3、atp4、atp6、atp8、atp9互作。综上所述,CMS-D2和CMS-D8不育胞质对不同发育时期的叶片和花蕾中ATP和H2O2含量均具有一定的影响,两种胞质不育系花粉败育主要与ATP合成与H2O2产生之间的不平衡有关。研究结果为深入揭示两种胞质不育系花粉败育的调控机制提供了思路。