雌性不育是高等植物中普遍存在的一种生物现象。水稻既是研究单子叶植物发育的模式作物,又是最重要的粮食作物之一。通过对水稻雌性不育现象的研究,不仅可以对植物生殖发育生物学有更深入的认识,而且能够为水稻高产育种生产提供理论依据。雌配子体是水稻重要的雌性生殖结构,它经过一系列发育生成卵细胞,并最终与精细胞融合完成受精过程形成合子,最终发育成胚;此外,雌配子体在一系列生殖发育过程中也发挥着巨大作用,如引导花粉管在胚囊中伸长、受精以及诱导种子萌发等。与数量巨大的雄配子体相比,雌配子体一般只有一个。因此,在水稻育种生产中水稻的部分雄配子体败育也许并不会导致结实率的下降,但雌配子体的任何一部分败育都将严重影响水稻的结实率,最终导致产量下降。近几年来随着科学技术的不断发展,人们利用T-DNA插入、可调控转座子、以及人工诱变等方法,先后在拟南芥中分离出一系列雌配子体发育的相关基因。但是,水稻中已克隆的参与雌配子体发育的基因相对较少。由于全不育和低育类型的雌配子体突变体材料繁种、杂交以及取样困难,因此半不育类型的雌配子体败育突变体是克隆参与雌配子体发育基因以及揭示雌配子体发育机理的理想材料。本研究以水稻小穗半不育突变体为材料,对其花器官的外部表型以及子房内部构造进行详细的细胞学观察,并通过分离群体对该雌性不育基因进行精细定位,为最终克隆该基因,并阐明雌配子体发育的分子机制打下坚实的基础。主要研究结果如下:1.对该突变体进行表型和细胞学实验观察,我们发现:该突变体在株型、抽穗期和花器官形状等方面与野生型相比均没有明显差异;但在成熟期,突变体的小穗结实率却只有41.55 ± 3.68%,同野生型(95.87%±1.70%)相比,两者存在极显著差异。细胞学观察显示:突变体的花粉出现部分败育,其败育时期是单核后期,败育原因可能是小孢子不能进行有丝分裂形成生殖核。进一步观察花粉在柱头上的萌发以及花粉管伸入胚囊情况,发现突变体柱头上附着的花粉粒数量有所减少,但最终花粉管能够正常伸入胚囊内;同时,我们用野生型的花粉对突变体进行饱和授粉,结果发现突变体的小穗结实率并没有提高,据此我们推测突变体的小穗结实率降低可能是由于胚囊的败育造成的。利用激光扫描共聚焦显微镜(Confocal Laser Scanning Microscope,CLSM)对野生型和突变体的成熟胚囊进行观察,发现相较于野生型正常胚囊比例(96.7%),突变体中只有55.2%的胚囊具有七细胞八核的正常结构,两者存在极显著差异。进一步对突变体胚囊的整个发育过程进行研究,结果显示突变体的胚囊在形成功能大孢子的过程中发生异常,最终导致成熟胚囊败育。归纳以上研究结果,我们认为该突变体小穗半不育的主要原因是雌配子体败育。2.通过遗传分析发现控制突变体小穗半不育性状的是一个隐性的核基因。此外,利用全基因组已测序的籼稻品种93-11为母本,突变体为父本构建的F2群体,从中选取的57株小穗半不育植株进行连锁分析,初步将该雌性不育基因定位在第9条染色体长臂分子标记N9-27和RM189之间,随后利用扩大的F2群体进一步将该基因定位于分子标记M-1与M-9间,物理距离约257-kb,该区间内存在47个开放阅读框(Open Reading Frames,ORFs)。本研究为进一步克隆该基因奠定了良好基础。