自交不亲和（self-incompatibility,SI）是植物在长期进化过程中形成的一种利于异花授粉的生殖隔离,是防止物种退化、保持遗传变异的重要机制。SI的研究一直是生殖生物学研究领域的热点,但目前关于SI的研究主要集中在十字花科、茄科、蔷薇科和罂粟科等植物上,关于菊科SI的研究甚少。菊花（Chrysanthemum morifolium）是菊科植物的代表物种,具有很高的观赏和经济价值,且菊花中存在SI现象,以其作为实验材料开展SI研究,有重要的理论和实际意义。本研究主要以切花小菊为材料,从细胞生物学和分子生物学方面研究菊花SI的机理,研究结果不仅能丰富植物SI研究领域理论知识,而且将为提高菊花杂交育种效率奠定基础。主要内容和结论如下:1.为了解菊花SI特性在品种间的分布规律,研究了 24个切花小菊品种的雌蕊可授性、自交结实率和亲和指数。发现15个品种的自交结实率为0（如‘Q10-22-2’）,5个品种的自交结实率低于0.50%,3个品种的自交结实率为0.50%-1.24%,1个品种（‘Q10-33-1’）的自交结实率为56.50%。结果表明,在这24个菊花品种中,大多数品种自交不亲和,少数品种自交亲和。2.‘Q10-33-1’自交结实率高达56.50%,但其自交后代的自交结实率存在分离现象,为0～37.23%。为了解自交结实率差异的细胞学原因,以‘Q10-33-1’4个自交后代—‘Q10-33-1①’、‘Q10-33-1③’、‘Q10-33-1④’和‘Q10-33-1⑩’（自交结实率分别为37.23%、26.77%、7.97%和0）为实验材料,系统地研究了这4个后代的花粉活力、雌蕊可授性和胚胎发育情况。发现‘Q10-33-1①’、‘Q10-33-1③’和‘Q10-33-1④’的自交结实率与花粉活力呈正相关;‘Q10-33-1⑩’自交不亲和,主要表现为花粉管停留在柱头表面,不能穿过柱头,致使结实率为0,即结实率差异的主要原因是花粉活力和雌蕊可授性的不同。3.为了解菊花SI的原因,从24个菊花品种中选择了 1个自交不亲和的品种,‘Q10-22-2’。‘Q10-22-2’自花授粉后24 h柱头上花粉萌发数仅为3.7,且在其胚囊中未发生双受精作用。对‘Q10-22-2’不同发育时期的柱头和花药取样,进行转录组测序。通过数据分析,找出了 15个候选柱头S基因和6个候选花粉S基因。在候选的柱头S基因中,13个与十字花科植物（属于孢子体自交不亲和（sporophytic self-incompatibility,SSI））中的柱头 S基因为同一家族,2 个与茄科植物（属于配子体自交不亲和（gametophyticself-incompatibility,GSI））中的柱头S基因为同一家族;在候选的花粉S基因中,5个与十字花科植物中的花粉S基因为同一家族,1个与茄科植物中的花粉S基因为同一家族。结果表明,菊花中同时具有SSI和GSI系统S基因所在家族基因。4.从‘Q10-22-2’中克隆了 2个十字花科植物S基因所在家族的同源基因,其中柱头S基因命名为CmSRK1,花粉S基因命名为CmPCP1。组织荧光定量发现,CmSRK1在成熟的柱头中特异性表达,而CmPCP1在成熟前3d的花药中特异性表达。亚细胞定位显示CmSRK1和CmPCP1均定位于细胞核和细胞膜,转录激活活性分析发现这2个蛋白无转录激活活性,酵母双杂交结果显示CmSRK1与CmPCP1之间不存在互作。分别将CmSRK1和CmPCP1构建在含柱头、花药特异性启动子的表达载体上,并转化拟南芥。将转CmSRK1的拟南芥作为母本,转CmPCP1的拟南芥作为父本,进行杂交。发现2个转基因株系的杂交结实率都很低,分别为19.62%和11.64%,而野生型拟南芥的杂交结实率为84.43%。结果推测,CmSRK11和CmPCP1分别是菊花的柱头和花粉S基因,决定菊花的SI,且菊花的自交不亲和为孢子体自交不亲和。5.从‘Q10-22-2’中克隆了 3个茄科植物S基因所在家族的同源基因,其中柱头S基因分别命名为CmRNS1和CmRNS2,花粉S基因命名为CmFB1。组织荧光定量发现,CmRNS1和CmRNS2在柱头中未特异性表达,而CmFB1在花药中也未特异性表达。亚细胞定位显示CmRNS1、CmRNS2和CmFB1均定位于细胞核和细胞膜,转录激活活性分析表明这3个蛋白均无转录激活活性,酵母双杂交结果显示CmRNS1和CmRNS2均不与CmFB1互作。结果表明,这3个基因不是菊花S基因,说明了类似茄科的GSI系统在菊花SI中发挥作用的可能性不大。