張金青，牛奎舉，李玉珠，馬暉玲

（甘肅農(nóng)業(yè)大學(xué)草業(yè)學(xué)院，草業(yè)生態(tài)系統(tǒng)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，甘肅省草業(yè)工程實(shí)驗(yàn)室，中-美草地畜牧業(yè)可持續(xù)發(fā)展研究中心，甘肅蘭州730070）

植物無(wú)融合生殖過(guò)程不經(jīng)精卵兩性細(xì)胞受精作用而形成種子，其不受雜合性的影響而表現(xiàn)一致［1］。后裔測(cè)定和評(píng)定簡(jiǎn)單，故雜交育種常常需1～2代自交或雜交，雜種生產(chǎn)也不需要特殊的隔離條件、雄性不育系及恢復(fù)系，因而無(wú)融合生殖的研究對(duì)雜種優(yōu)勢(shì)的優(yōu)異基因型的固定極為有利［2-3］，并且避免了有性生殖的并發(fā)癥，如不親和性障礙，以及病毒在典型無(wú)性繁殖植物中的轉(zhuǎn)移［4-5］，同時(shí)無(wú)融合生殖產(chǎn)生基因型與母本完全一致的種子，在提高育種效率、降低制種成本方面有著巨大潛力［6-7］，在雜交育種界被譽(yù)為實(shí)現(xiàn)新一次綠色革命的“無(wú)性生殖革命”［8-9］。兼性無(wú)融合生殖的優(yōu)勢(shì)還在于其使得這種復(fù)合體的生物型具有很大的多功能性、適應(yīng)性和進(jìn)化能力，因?yàn)闊o(wú)融合生殖是一種使目前適應(yīng)的基因組合倍增的手段，而有性生殖則確保了在進(jìn)化過(guò)程中選擇變異的儲(chǔ)存庫(kù)［10］。

植物無(wú)融合生殖是一種特殊的無(wú)性生殖方式，其避免或者繞過(guò)了減數(shù)分裂和卵子的受精［11］。Müntzing［12］在1933年報(bào)道了草地早熟禾（Poa pratensis）中存在著無(wú)融合生殖現(xiàn)象，并發(fā)現(xiàn)其主要是無(wú)孢子生殖為主的兼性無(wú)融合生殖系統(tǒng)。無(wú)孢子無(wú)融合生殖在功能上由無(wú)孢子生殖和孤雌生殖兩個(gè)過(guò)程組成，其中無(wú)孢子生殖產(chǎn)生了沒(méi)有經(jīng)過(guò)減數(shù)分裂的胚囊，該胚囊是從珠心分化的細(xì)胞開始發(fā)育的；孤雌生殖則形成了未受精的胚胎［13］。同時(shí)，如果存在假受精過(guò)程，即未減數(shù)的極核與來(lái)自雄配子體的精子融合，這些無(wú)孢子胚囊將通過(guò)孤雌生殖發(fā)育成有活力的無(wú)融合生殖種子［14］。在這個(gè)過(guò)程中，后代即種子或者種胚選擇具體哪種方式形成是不一定的，目前隨著同工酶技術(shù)、分子標(biāo)記技術(shù)以及分子生物學(xué)在無(wú)融合生殖研究中的應(yīng)用，已表明無(wú)融合生殖雖然受多種因素的影響，但是其主要是一個(gè)由基因控制的遺傳性狀［15-16］。以下就影響植物無(wú)融合生殖胚發(fā)生發(fā)育的主要因素進(jìn)行綜述，通過(guò)分析討論，旨在為包括草地早熟禾在內(nèi)的植物無(wú)融合生殖理論的闡釋與實(shí)踐應(yīng)用提供參考依據(jù)。

1 遺傳控制因素

目前，無(wú)融合生殖的遺傳學(xué)研究比較多，不同物種所得結(jié)論不同，表明其遺傳機(jī)理具有多樣性，既有單基因控制，又有多基因控制，而且還受環(huán)境因素的影響［17］。單基因控制的報(bào)道主要在大黍（Panicum maximum）［18］、珊狀臂形草（Brachiaria eruciformis）［19］、摩擦禾（Tripsacum dactyloides）［20］等植物上，且由一對(duì)顯性基因控制。多基因控制論主要在蒲公英（Taraxacum mongolicum）中報(bào)道，研究發(fā)現(xiàn)，蒲公英無(wú)融合生殖是由1個(gè)以上的基因控制，并報(bào)道可能有7個(gè)位點(diǎn)與無(wú)融合生殖有關(guān)［21-22］。隨后有研究認(rèn)為，狼尾草（Pennisetum alopecuroides）［23］、一年蓬（Erigeron annuus）［24］、蒲公英［25］等植物不完全減數(shù)分裂性狀的基因型可以表示為Aaaa或Aaa，無(wú)融合生殖由顯性基因控制，隱性基因則代表有性生殖。張斯淇［26］認(rèn)為這是無(wú)融合生殖植物具有性生殖潛能的原因，同時(shí)也是兩種兼性無(wú)融合生殖植物雜交可以產(chǎn)生純有性生殖后代的原因。草地早熟禾的遺傳機(jī)理尚存爭(zhēng)議：Barcaccia等［27-28］以RAPD和AFLP分子標(biāo)記結(jié)合流式細(xì)胞儀技術(shù)研究了草地早熟禾雜交后代有性生殖和無(wú)融合生殖特征，其結(jié)果支持單基因控制學(xué)說(shuō)；而Matzk等［29］用流式細(xì)胞儀對(duì)具有不同生殖方式的32種植物種子樣品進(jìn)行了分析研究，其結(jié)果支持多基因控制學(xué)說(shuō)，即二倍體無(wú)孢子無(wú)融合生殖和孤雌生殖是不連鎖的。

植物無(wú)融合生殖現(xiàn)象早于1841年在Alchornea ilifolia中被發(fā)現(xiàn)，隨后在分類、遺傳進(jìn)化、胚胎發(fā)育、形態(tài)發(fā)生、生理生化和育種等方面都做了大量的研究［30-31］。近年來(lái)，隨著現(xiàn)代分子生物學(xué)研究技術(shù)和手段的廣泛應(yīng)用，對(duì)植物無(wú)融合生殖遺傳控制的提出，以及使這一論斷達(dá)成業(yè)界的共識(shí)，注入了強(qiáng)有力的佐證和科學(xué)支撐力。

應(yīng)用RFLP、RAPD、SSR、AFLP以及STS等分子標(biāo)記和差異顯示等技術(shù)，發(fā)現(xiàn)了許多與無(wú)融合生殖有關(guān)的特異片段，這為深入了解植物無(wú)融合生殖的遺傳機(jī)理提供了有力的科學(xué)佐證［31］。Agafonov等［32］采用SDSPAGE技術(shù)對(duì)草地早熟禾成熟種子內(nèi)的胚乳貯藏蛋白進(jìn)行了研究，結(jié)果鑒別出了草地早熟禾的無(wú)融合生殖特性。Wieners等［33］利用流式細(xì)胞計(jì)檢測(cè)了美國(guó)農(nóng)業(yè)部38種草地早熟禾核心種質(zhì)的生殖方式及DNA含量，結(jié)果表明大多數(shù)種質(zhì)表現(xiàn)兼性無(wú)融合生殖特性，DNA的變異范圍相當(dāng)廣，并發(fā)現(xiàn)專性有性生殖和專性無(wú)融合生殖的種質(zhì)。同時(shí)也檢測(cè)到減數(shù)胚、孤雌生殖胚及未減數(shù)合子胚。Matzk［34］也利用流式細(xì)胞儀種子篩選技術(shù)，對(duì)草地早熟禾專性有性生殖和兼性無(wú)融合生殖作為親本雜交和自交產(chǎn)生的分離后代進(jìn)行了無(wú)融合生殖的遺傳特性研究，發(fā)現(xiàn)無(wú)性生殖種子的形成包括5個(gè)主效基因：無(wú)孢子生殖起始基因（Ait）、無(wú)孢子生殖阻抑基因（APv）、大孢子形成基因（Mdv）、孤雌生殖起始基因（Pit）及孤雌生殖阻抑基因（Ppv），它們表達(dá)頻率和外顯率的差異是導(dǎo)致草地早熟禾無(wú)融合生殖率不同的原因，且這些基因與無(wú)孢子生殖以及孤雌生殖是獨(dú)立遺傳的。Albertini等［13］對(duì)有性親本和無(wú)融合生殖親本雜交獲得的草地早熟禾F1分離群體進(jìn)行了細(xì)胞組織學(xué)研究，通過(guò)生長(zhǎng)素檢測(cè)表明，大約一半的F1代植株是孤雌生殖的，其變化范圍為1.44%～92.90%。而且在孤雌生殖植株和兩個(gè)非孤雌生殖個(gè)體中均檢測(cè)到無(wú)孢子，于是又應(yīng)用SCAR分子標(biāo)記輔助技術(shù)對(duì)草地早熟禾的兼性無(wú)融合生殖相關(guān)基因（ParthⅠ和SexⅠ）進(jìn)行了研究，結(jié)果表明兩個(gè)不同的遺傳因素控制著草地早熟禾無(wú)孢子生殖和孤雌生殖，并且無(wú)孢子生殖和孤雌生殖在發(fā)育上是不連鎖的。隨后，該課題組又應(yīng)用cDNA-AFLP技術(shù)，分離出無(wú)融合生殖與有性生殖的草地早熟禾基因型中花與葉片差異表達(dá)的片段，比對(duì)這些片段后發(fā)現(xiàn)，它們?cè)趦煞N具有不同生殖方式的基因型中均有表達(dá)，其差異在于表達(dá)量的不同［11］，這為印證前人提出的無(wú)融合生殖是有性生殖過(guò)程失調(diào)導(dǎo)致的推論提供了直接證據(jù)［35-36］，Koltunow等［37］指出這種失調(diào)可能是由于基因在有性發(fā)育過(guò)程中的異時(shí)或異位表達(dá)；同時(shí)分離鑒定得到控制草地早熟禾無(wú)融合生殖的兩類基因，體細(xì)胞胚胎發(fā)生類激素受體基因（SERK），并認(rèn)為PpSERK基因可能與胚胎發(fā)生能力的獲得相關(guān)，以及無(wú)融合生殖起始基因（APOSTART），其與減數(shù)分裂和細(xì)胞程序性死亡（programmed cell death，PCD）相關(guān)。此外，Porceddu等［38］也應(yīng)用基于ALFP和SAMPL分子標(biāo)記的雙向偽測(cè)交策略技術(shù)，對(duì)草地早熟禾無(wú)融合生殖和有性生殖基因型進(jìn)行了連鎖定位的研究，成功獲得了其連鎖基因圖譜。

分子標(biāo)記在其他植物無(wú)融合生殖研究中的應(yīng)用也有大量的報(bào)道，如Catanach等［39］等利用缺失突變作圖，結(jié)合AFLP和SCAR分子標(biāo)記定義了參與Hieracium caespitosum無(wú)融合生殖遺傳位點(diǎn)的數(shù)量，并探討了這些位點(diǎn)之間的顯性和連鎖關(guān)系，結(jié)果表明H.caespitosum的無(wú)融合生殖受兩個(gè)主要位點(diǎn)控制，一個(gè)基因位點(diǎn)調(diào)控著減數(shù)分裂缺失的相關(guān)事件（無(wú)融合生殖），即loss of apomeiosis（LOA），另一個(gè)則控制避免發(fā)生受精過(guò)程的相關(guān)事件（孤雌生殖），即loss of parthenogenesis（LOP）。其中LOA促進(jìn)了珠心細(xì)胞向無(wú)孢子起始細(xì)胞的分化和發(fā)育，而LOP則保證了無(wú)孢子胚不經(jīng)過(guò)受精作用也可以成功形成種子，且LOA與LOP位點(diǎn)不連鎖。Koltunow等［40］進(jìn)一步對(duì)綠毛山柳菊（Hieracium pilosella）的LOA和LOP位點(diǎn)的突變體進(jìn)行分析，結(jié)果顯示有性生殖的啟動(dòng)是刺激胚珠無(wú)孢子形成和促進(jìn)LOA功能所必需的，其使得有性胚囊附近的無(wú)孢子起始細(xì)胞進(jìn)行分化，而無(wú)孢子生殖胚囊中LOP的功能使不依賴于受精過(guò)程的胚和胚乳發(fā)育成為可能。這表明在這些兼性無(wú)融合生殖物種中，有性生殖是其默認(rèn)生殖方式。此外，他們認(rèn)為L(zhǎng)OA和LOP可能不編碼對(duì)有性繁殖至關(guān)重要的因子，但可能在某一時(shí)間點(diǎn)上使有性途徑發(fā)生變異，進(jìn)而進(jìn)行無(wú)融合生殖。

組學(xué)手段也被大量應(yīng)用于無(wú)融合生殖遺傳機(jī)理的研究，相關(guān)學(xué)者比較了Boechera屬二倍體水平的有性生殖和無(wú)融合生殖在4個(gè)發(fā)育階段胚珠的轉(zhuǎn)錄表達(dá)譜，結(jié)果發(fā)現(xiàn)無(wú)融合生殖胚珠與有性生殖胚珠之間的差異在于特異基因的異時(shí)或者異位表達(dá)，在早期無(wú)融合生殖胚珠發(fā)育過(guò)程中，大多數(shù)發(fā)育階段特異基因顯著下調(diào)，其中與生殖相關(guān)的有110個(gè)。相反，在后期大多數(shù)發(fā)育時(shí)期特異基因在無(wú)融合生殖胚珠中上調(diào)，推測(cè)這可能是無(wú)融合生殖（六倍體）與有性生殖（三倍體）胚乳中基因劑量增加或孤雌生殖的結(jié)果［41］。Schmidt等［16］使用激光輔助顯微切割結(jié)合微陣列和RNA-Seq分析，在細(xì)胞水平上比較有性生殖和無(wú)融合生殖發(fā)育轉(zhuǎn)錄組的差異，發(fā)現(xiàn)Boechera屬與其近緣種典型有性生殖植物擬南芥（Arabidopsis thaliana）生殖方式的差異主要在于幾個(gè)不同的調(diào)控途徑，包括細(xì)胞周期調(diào)控、激素信號(hào)途徑、表觀遺傳和轉(zhuǎn)錄調(diào)控。Long等［42］采用mRNA-Seq和sRNA-Seq技術(shù)對(duì)參與柑橘（Citrus reticulate）珠心胚發(fā)生的基因及其調(diào)控通路進(jìn)行了研究，通過(guò)對(duì)多胚和單胚胚珠的轉(zhuǎn)錄表達(dá)譜比較分析，共發(fā)現(xiàn)了305個(gè)差異表達(dá)基因，GO富集分析表明，逆境脅迫響應(yīng)（特別是氧化脅迫）進(jìn)程在多胚胚珠中占大多數(shù)，同時(shí)鑒定出了兩個(gè)差異表達(dá)的miRNAs，其中miRN23-5p僅在多胚胚珠中表達(dá)。國(guó)內(nèi)對(duì)柑橘屬（Citrus）植物無(wú)融合生殖的研究也有相關(guān)報(bào)道，Wang等［43］采用極端表型混池測(cè)序和局部基因關(guān)聯(lián)分析的策略，將負(fù)責(zé)柑橘多胚性的遺傳位點(diǎn)縮小到包含11個(gè)候選基因的80 kb區(qū)域，其中關(guān)聯(lián)程度最高的候選基因CitRWP為胚珠特異表達(dá)基因，且在多胚材料的表達(dá)水平顯著高于單胚材料。Rabiger等［44］采用基因組與轉(zhuǎn)錄組聯(lián)合分析對(duì)Hieracium subgenus無(wú)融合生殖發(fā)生過(guò)程中的small RNA通路進(jìn)行了探索，通過(guò)有性生殖型、兼性無(wú)融合生殖型和專性無(wú)融合生殖型植株子房的轉(zhuǎn)錄組比較分析發(fā)現(xiàn)，與有性生殖型和專性無(wú)融合生殖型相比，兼性無(wú)融合生殖型的差異表達(dá)基因主要在small RNA生物合成和染色質(zhì)沉默進(jìn)程中富集。最近在百喜草（Paspalum notatum）［45］、Hieracium praealtum［46］和貫葉連翹（Hypericum perforatum）［47］植物上均報(bào)道了應(yīng)用組學(xué)進(jìn)行無(wú)融合生殖機(jī)理的研究，這表明組學(xué)是研究植物無(wú)融合生殖遺傳機(jī)理的一種有效手段。此外，Wang［48］介紹了有絲分裂替代減數(shù)分裂（MIME）的發(fā)展，以及利用Clustered Regularly Interspaced Short Palindromic Repeats（CRISPR/Cas9）基因編輯技術(shù)破壞MATRILINEAL（MTL）來(lái)實(shí)現(xiàn)從卵細(xì)胞誘導(dǎo)單倍體植物產(chǎn)生的技術(shù)。最新的研究報(bào)道，以棉花（Gossypium hirsutum）為材料，針對(duì)消減染色體的經(jīng)典著絲粒組蛋白基因CenH3，在篩選系列相關(guān)化學(xué)抑制劑及體外誘導(dǎo)效應(yīng)的基礎(chǔ)上，結(jié)合基因干涉操作技術(shù)，從體內(nèi)和體外鑒定了植物兩性花有性生殖過(guò)程中伴隨的誘發(fā)假雄配子的劑量效應(yīng)，并驗(yàn)證了假受精介導(dǎo)的虛擬有性生殖，誘發(fā)孤雌單性生殖和種子單倍體的形成［49］。這些報(bào)道表明CRISPR/Cas9基因編輯技術(shù)以及基因工程干涉染色體消減技術(shù)均可用于植物無(wú)融合生殖遺傳機(jī)理的研究。

2 環(huán)境因素

土壤、水分、溫度、光照、大氣等環(huán)境因子在方方面面影響著植物的營(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng)和生殖生長(zhǎng)。無(wú)融合生殖作為一種特殊的生殖方式，其發(fā)生必然受到環(huán)境的影響，尤其是兼性無(wú)融合生殖物種的無(wú)融合生殖率，易受到外界環(huán)境因素如光周期、溫度、無(wú)機(jī)鹽以及營(yíng)養(yǎng)水平的影響［50］。Mazzucato等［10］提出草地早熟禾的無(wú)融合生殖雖然是遺傳基因控制的，但許多其他因素可能會(huì)改變后代中的無(wú)融合生殖植株和有性個(gè)體之間的比例，即無(wú)融合生殖率。同時(shí)，他們還認(rèn)為若要闡明環(huán)境對(duì)無(wú)融合生殖穩(wěn)定性的影響，重要的是要考慮到造成實(shí)驗(yàn)差異的原因是后代測(cè)試環(huán)境，還是種子原生產(chǎn)環(huán)境，亦或兩者兼而有之。根據(jù)相關(guān)的研究發(fā)現(xiàn)，使用相同的實(shí)驗(yàn)方法，在不同位置和年份進(jìn)行后代測(cè)試時(shí)，其種子無(wú)融合生殖程度的變化可以忽略不計(jì)，僅有兩個(gè)兼性無(wú)融合生殖材料，當(dāng)遠(yuǎn)離原產(chǎn)地進(jìn)行評(píng)估時(shí)，結(jié)果是專性有性的：兼性品種蘇格蘭E-702和美國(guó)P-29的種子在愛(ài)丁堡生產(chǎn)時(shí)，均沒(méi)有產(chǎn)生無(wú)融合生殖的后代［10］。在其他實(shí)驗(yàn)中，母株在不同條件下開花并產(chǎn)生種子時(shí)，溫室中開花的植物通常比在田間種植的植物產(chǎn)生更多的有性后代，但是這種差異很?。?1-52］。Han［53］報(bào)道了赤霉素（gibberellin，GA3）處理，以及光周期、光照強(qiáng)度和施氮量的變化對(duì)無(wú)融合生殖的程度沒(méi)有影響，但溫度變化會(huì)增加有性后代的產(chǎn)生。不同的是，Williamson［54］報(bào)道，開花期間不同的光照狀態(tài)對(duì)繁殖方式具有一定的影響。Hovin等［55］也報(bào)道了在不同地點(diǎn)生產(chǎn)種子時(shí)，生殖方式會(huì)發(fā)生極小的變化，平均有性行為的增加與短光周期、低緯度以及開花數(shù)量的多少有關(guān)。

關(guān)于兼性無(wú)融合生殖物種的無(wú)融合生殖率易受環(huán)境因子影響的研究，在其他植物上也有報(bào)道，且主要集中在光照周期對(duì)植物無(wú)融合生殖程度的影響方面。例如毛梗雙花草（Dichanthium aristatum）在光照時(shí)間大于14 h時(shí)，其無(wú)融合生殖率平均為59.58%，當(dāng)光照時(shí)間小于14 h時(shí)，其無(wú)融合生殖率變?yōu)?0.84%，顯著高于光周期大于14 h時(shí)［56］。馬三梅等［57］研究了光照時(shí)間對(duì)水蔗草（Apluda mutica）無(wú)融合生殖程度的影響，結(jié)果表明光照時(shí)間對(duì)花粉育性沒(méi)有顯著影響，此外，在自然光照和增加1 h光照時(shí)間的條件下，水蔗草無(wú)融合生殖率在41%～64%，當(dāng)減少1 h和2 h及增加2 h光照時(shí)，其無(wú)融合生殖率為19%～22%，和前者相比，后者顯著下降。對(duì)Paspalum cromyorrhizon的研究也發(fā)現(xiàn)，12 h光照時(shí)無(wú)融合生殖率升高，而14 h時(shí)無(wú)融合生殖率則會(huì)下降［58］。然而，Hussey等［59］研究發(fā)現(xiàn)，綠毛狼尾草（Pennisetum ciliare）的無(wú)融合生殖頻率在8、12和16 h光照時(shí)相同，表明綠毛狼尾草的無(wú)融合生殖頻率并不隨著光照周期的變化而發(fā)生改變。研究結(jié)果的多樣性支持了Tothill等［60］提出的光照周期對(duì)無(wú)融合生殖率的影響是物種特有的反應(yīng)這一推論，同時(shí)他們還認(rèn)為無(wú)融合生殖率隨著光照周期的變化而發(fā)生的這種改變可以傳遞給子代，具有可遺傳性，這為相關(guān)學(xué)者增加兼性無(wú)融合生殖物種的無(wú)融合生殖頻率，甚至為專性無(wú)融合生殖品種的培育提供了另一種新的思路和視角。

另一方面，由于植物對(duì)外界環(huán)境脅迫的反應(yīng)會(huì)影響基因調(diào)控，導(dǎo)致表型變異，從而在環(huán)境脅迫和無(wú)融合生殖之間建立了聯(lián)系［61］。Rodrigo等［62］的研究為這種聯(lián)系提供了實(shí)例：他們通過(guò)統(tǒng)計(jì)在干旱脅迫、體外培養(yǎng)和種內(nèi)雜交3種條件下彎葉畫眉草（Eragrostis curvula）的胚囊基因型，發(fā)現(xiàn)不同的脅迫條件可以改變兼性四倍體無(wú)融合生殖品種的有性生殖表達(dá)，當(dāng)脅迫停止時(shí)，生殖方式又恢復(fù)到無(wú)融合生殖的原始水平。Gounaris等［63］在鹽脅迫下研究發(fā)現(xiàn)，高濃度鹽脅迫條件下生長(zhǎng)的無(wú)孢子綠毛蒺藜草（Cenchrus ciliaris）植株產(chǎn)生的有性胚囊比例高于對(duì)照，他們認(rèn)為其原因可能是高鹽濃度會(huì)引起細(xì)胞失水，導(dǎo)致細(xì)胞含水量過(guò)低，進(jìn)一步影響細(xì)胞的生長(zhǎng)、分化和發(fā)育。這些結(jié)果均表明兼性無(wú)融合生殖植物在脅迫條件下更容易轉(zhuǎn)換為有性生殖，而這種依賴于脅迫的轉(zhuǎn)換有助于有機(jī)體適應(yīng)脅迫環(huán)境，是兼性無(wú)融合生殖物種應(yīng)對(duì)環(huán)境脅迫的一種策略［61］。

3 倍性因素

目前許多學(xué)者把植物的雜種性和多倍性確定為無(wú)融合生殖的重要影響因素，他們認(rèn)為植物的無(wú)融合生殖特性與其倍性水平間存在特殊的關(guān)系，一般高倍體進(jìn)行無(wú)融合生殖，而低倍體則進(jìn)行有性生殖［64-66］。如在藥蒲公英（Taraxacum officinale）中，二倍體一般是有性生殖，高倍體則表現(xiàn)無(wú)融合生殖特性［67-68］。同樣地，Sarhanová等［69］在研究歐洲群體的懸鉤子屬（Rubus）植物，以及楊鋒等［70］分析平邑甜茶（Malus hupehensis）無(wú)融合生殖基因型和雌配子發(fā)育模式時(shí)均發(fā)現(xiàn)二倍體植物全部為有性生殖，三倍體植物則屬于兼性無(wú)融合生殖，即可通過(guò)無(wú)融合生殖方式繁衍后代。唐棣屬（Amelanchier）中，二倍體、三倍體、四倍體物種中分別有2%、75%和97%的種子由無(wú)融合生殖產(chǎn)生［71］。Krahulcová等［72］在無(wú)融合生殖生物型和有性生殖生物型共存的7個(gè)雜交型多倍體的Pilosella種群中，進(jìn)一步研究了兼性無(wú)融合生殖母本對(duì)種群多樣性的影響后指出，不僅通過(guò)無(wú)融合生殖方式產(chǎn)生后代的母本大多為多倍體，而且其后代的倍性水平也是多種多樣的。

Iaffaldano等［73］大范圍收集特別是北美洲的藥蒲公英種質(zhì)635份材料進(jìn)行蒲公英倍性和生殖生物學(xué)特性的研究，結(jié)果顯示二倍體缺乏無(wú)融合生殖特性而以有性繁殖產(chǎn)生后代，而較高的倍性水平則可能表現(xiàn)出無(wú)融合生殖特性，并且除德國(guó)和奧地利的兩個(gè)種質(zhì)外，其余種質(zhì)均含有多倍體種子，這表明在北美可能缺失普通蒲公英的二倍體有性細(xì)胞型。Quarin［58］報(bào)道了P.cromyorrhizon不同染色體倍性水平種群的無(wú)融合生殖頻率的差異，結(jié)果顯示在四倍體水平，其無(wú)融合生殖胚囊要遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于二倍體水平，表明無(wú)融合生殖的表達(dá)可能依賴于基因劑量，且隨著染色體水平的提高無(wú)融合生殖的頻率升高。Venkateswarlu等［74］對(duì)Coix aquatic自花受精的無(wú)融合生殖遺傳進(jìn)行了研究，結(jié)果顯示無(wú)論自交或雜交，其后代均會(huì)分離出部分無(wú)融合后代，他們認(rèn)為無(wú)融合生殖由隱形基因控制，且其后代的隱性性狀可能在二倍體水平上不表達(dá)，在四倍體或更高的染色體水平上才能表達(dá)。Hojsgaard［75］指出二倍體種群中新多倍體個(gè)體的產(chǎn)生通常涉及三倍體的形成，該三倍體的產(chǎn)生是一種基因組休克現(xiàn)象，其特征是基因表達(dá)失調(diào)、高劑量敏感性、細(xì)胞分裂紊亂以及生理和生殖特性發(fā)生變化。

黃群策等［76］認(rèn)為植物多倍性是高等植物細(xì)胞內(nèi)染色體進(jìn)化的一種顯著特征，當(dāng)二倍體植物被誘導(dǎo)為同源多倍體之后，相較于二倍體，多倍體的結(jié)實(shí)率會(huì)明顯下降，推測(cè)這可能是有性生殖能力變?nèi)醯臉?biāo)志，并為某些潛在的無(wú)融合生殖基因的表達(dá)創(chuàng)造了有利的內(nèi)部環(huán)境。之所以提出這種推論是由于植物有性生殖能力較強(qiáng)時(shí)，其無(wú)融合生殖基因的表達(dá)便會(huì)受到限制，反之，當(dāng)其有性生殖能力變?nèi)鯐r(shí)，其無(wú)融合生殖基因的表達(dá)則會(huì)更容易［77-78］。由此可見(jiàn)，植物倍性水平的改變可能會(huì)導(dǎo)致其生殖方式的變化，即在二倍體水平進(jìn)行有性生殖的能力較強(qiáng)，然而倍性增加后，其有性生殖能力會(huì)隨之變?nèi)?，進(jìn)而可能表現(xiàn)出無(wú)融合生殖的特性，產(chǎn)生無(wú)融合生殖后代［79-80］。此外，兼性無(wú)融合生殖植物在非生物脅迫后會(huì)增加有性生殖的頻率，可能與無(wú)融合生殖植物中的多倍體可以減輕DNA的氧化損傷并阻礙減數(shù)分裂特異性蛋白Spo11的活化有關(guān)［81］。同時(shí)，多倍體被認(rèn)為具有更強(qiáng)的生長(zhǎng)勢(shì)，可使植物能夠更好地適應(yīng)極端的氣候條件，然而無(wú)融合生殖物種沒(méi)有遺傳變異的產(chǎn)生，這對(duì)于應(yīng)對(duì)極端環(huán)境條件是不利的，因此利用多倍性的優(yōu)勢(shì)來(lái)彌補(bǔ)這種缺陷，這可能也是植物在高倍性水平下進(jìn)行無(wú)融合生殖繁殖的原因之一［82-83］。

然而，草地早熟禾生殖方式豐富多樣，既可以進(jìn)行自交，又可以進(jìn)行異交，同時(shí)其染色體數(shù)目也復(fù)雜多變，多為非整倍體［84］，在這個(gè)遺傳背景下，不同的草地早熟禾材料的無(wú)融合生殖率也不盡相同，這是否與染色體倍性甚至染色體數(shù)目有關(guān)，以及草地早熟禾的無(wú)融合生殖是否有基因劑量依賴性、具體表現(xiàn)如何等問(wèn)題依然是未知的。Porceddu等［38］也報(bào)道，草地早熟禾的花粉識(shí)別系統(tǒng)與其無(wú)融合生殖特性相結(jié)合，使其具有強(qiáng)大的雜交能力和保留外來(lái)基因組的能力，同時(shí)也導(dǎo)致了高倍數(shù)水平（x=7，2n=28～147）和異常染色體數(shù)（2n=36～123）基因型的出現(xiàn)，這進(jìn)一步使得遺傳分析復(fù)雜化，故目前對(duì)草地早熟禾遺傳背景的了解還不夠透徹。因此，有關(guān)草地早熟禾的無(wú)融合生殖和倍性之間的相關(guān)性還未見(jiàn)文獻(xiàn)報(bào)道。Zhao等［85］結(jié)合熒光原位雜交（fluorescence in situ hybridization，F(xiàn)ISH）技術(shù)，從Cot-1 DNA文庫(kù)中分離到4個(gè)新的草地早熟禾染色體標(biāo)記，并表明這些染色體標(biāo)記是準(zhǔn)確評(píng)估染色體數(shù)目、基因組和系統(tǒng)發(fā)育分析以及研究草地早熟禾無(wú)融合生殖的有力工具。這為揭示草地早熟禾無(wú)融合生殖特性與其倍性水平間的特殊關(guān)系提供了新的研究思路，劉燕等［86］已統(tǒng)計(jì)出了采集于甘肅本土的8個(gè)野生草地早熟禾種質(zhì)材料的無(wú)融合生殖率，后期擬將應(yīng)用這些染色體標(biāo)記對(duì)其無(wú)融合生殖率和染色體數(shù)目之間的相關(guān)性做進(jìn)一步的研究，以明晰草地早熟禾無(wú)融合生殖特性與其倍性水平間的關(guān)系。

4 激素水平和礦物質(zhì)營(yíng)養(yǎng)

除植物的雜種性和多倍性被確定為影響無(wú)融合生殖的重要因素外，生理因素和內(nèi)源激素也被認(rèn)為是產(chǎn)生無(wú)融合生殖的直接原因［87］。然而，有關(guān)這個(gè)方面所做的研究較少，僅殷朝珍［88］在2006年測(cè)定了專性無(wú)融合生殖、專性有性生殖和兼性無(wú)融合生殖草地早熟禾小穗中的內(nèi)源激素含量并分析了其對(duì)草地早熟禾無(wú)融合生殖的調(diào)控作用，結(jié)果表明胚珠或胚囊細(xì)胞內(nèi)的細(xì)胞分裂素含量高，且當(dāng)脫落酸（abscisic acid，ABA）含量較低時(shí)，或者具有較高的玉米素核苷（trans-zeatin-riboside，ZR）/ABA值時(shí)，可能會(huì)促進(jìn)植物無(wú)融合生殖的發(fā)育。劉燕等［89］研究了甘肅野生草地早熟禾內(nèi)源激素含量的變化與無(wú)融合生殖率的關(guān)系，結(jié)果表明無(wú)融合生殖率與玉米素（zeatin，ZT）、ZR、ABA、（ZT+ZR）/吲哚-3-乙酸（indole-3-acetic acid，IAA）和（ZT+ZR）/ABA呈顯著正相關(guān)，與GA3、IAA/ABA和GA3/ABA呈顯著負(fù)相關(guān)，與IAA無(wú)顯著相關(guān)性。因此，高的ZT、ZR和低的ABA含量、高的（ZT+ZR）/IAA和（ZT+ZR）/ABA比值更可能促進(jìn)胚珠向無(wú)融合生殖途徑發(fā)育，高的GA3含量可能促進(jìn)胚珠向有性生殖途徑發(fā)育。盡管這方面的研究報(bào)道較少，但是可以在無(wú)融合生殖與激素之間建立一種間接聯(lián)系，因?yàn)榛虻谋磉_(dá)會(huì)受到激素的調(diào)控，而植物無(wú)融合生殖又是受基因控制的遺傳性狀，因此激素必然在植物無(wú)融合生殖基因的表達(dá)中具有重要的調(diào)控作用［90］。CycD基因的表達(dá)直接決定著細(xì)胞能否進(jìn)入分裂周期，而細(xì)胞分裂素可以引導(dǎo)CycD的表達(dá)進(jìn)而促進(jìn)細(xì)胞分裂。因此，可以推測(cè)細(xì)胞分裂素可能會(huì)對(duì)無(wú)孢子起始細(xì)胞不進(jìn)行減數(shù)分裂過(guò)程起調(diào)控作用［91-92］。導(dǎo)入BBM基因的白菜（Brassica pekinensis）幼苗表現(xiàn)出產(chǎn)生體細(xì)胞胚以及細(xì)胞分裂素過(guò)量的特征［93］，這表明細(xì)胞分裂素可能對(duì)不依賴于受精作用的體細(xì)胞胚的誘導(dǎo)有重要的作用。此外，Tang等［94］通過(guò)對(duì)懸鈴葉苧麻（Boehmeria Tricuspis）二倍體的有性繁殖和三倍體的無(wú)融合生殖個(gè)體進(jìn)行比較轉(zhuǎn)錄組分析，結(jié)果表明植物激素信號(hào)參與了懸鈴葉苧麻無(wú)融合生殖的發(fā)育以及多倍化反應(yīng)。Tucker等［95］研究了Hieracium的胚珠發(fā)育過(guò)程中生長(zhǎng)素極性運(yùn)輸受到抑制時(shí)，對(duì)無(wú)融合生殖和有性生殖的影響，結(jié)果表明生長(zhǎng)素極性運(yùn)輸影響著胚珠的發(fā)育、無(wú)融合生殖的啟動(dòng)以及胚囊發(fā)育的進(jìn)程。國(guó)內(nèi)的研究多報(bào)道了適宜濃度的外源激素對(duì)植物無(wú)融合生殖的誘導(dǎo)，且不同植物所用的激素類型、施加方式、施加濃度、施加時(shí)間、施加部位以及施加次數(shù)均不相同［96-98］，這些研究均為揭示激素信號(hào)對(duì)植物種胚形成的調(diào)控作用提供了間接或直接依據(jù)。

礦物質(zhì)因素對(duì)無(wú)融合生殖的影響在國(guó)內(nèi)外都鮮見(jiàn)報(bào)道，尤其對(duì)植物無(wú)融合生殖產(chǎn)生影響的內(nèi)在機(jī)制依然未知。僅張鵬飛等［99］在2006年曾報(bào)道過(guò)無(wú)融合生殖核桃（Juglans regia）果實(shí)中礦物質(zhì)營(yíng)養(yǎng)含量的變化，結(jié)果顯示Ca、Mg、Cu、Mn、Zn和K這6種礦質(zhì)元素在無(wú)融合生殖果實(shí)中的含量在年周期中都呈下降趨勢(shì)，而下降的時(shí)期略有不同，且無(wú)融合生殖果實(shí)比有性生殖果實(shí)下降的要多。同時(shí)，無(wú)融合生殖果實(shí)中K、Ca、Mg、Fe、Mn諸元素含量均低于有性生殖果實(shí)。他們認(rèn)為這可能是因?yàn)闊o(wú)融合生殖果實(shí)比有性生殖果實(shí)礦質(zhì)營(yíng)養(yǎng)水平低，進(jìn)而導(dǎo)致其敗育的原因。目前在植物無(wú)融合生殖的激素和礦物質(zhì)營(yíng)養(yǎng)調(diào)控作用方面的研究較少，為能系統(tǒng)地闡明影響植物無(wú)融合生殖的原因，應(yīng)從激素水平和礦物質(zhì)營(yíng)養(yǎng)層面入手做進(jìn)一步的探究。

5 無(wú)孢子起始細(xì)胞出現(xiàn)的時(shí)間和位置

草地早熟禾主要的無(wú)融合生殖方式為兼性無(wú)孢子生殖，其是珠心細(xì)胞特化為無(wú)孢子起始細(xì)胞后經(jīng)過(guò)有絲分裂形成成熟胚囊，從而繞過(guò)了減數(shù)分裂和精卵細(xì)胞的融合［100］。Carman［101］指出無(wú)融合生殖的胚囊由大孢子母細(xì)胞的相鄰體細(xì)胞（珠心細(xì)胞）的提前成熟而形成，并且發(fā)生在多倍體中的無(wú)融合生殖，是由近整套的重復(fù)基因異步表達(dá)后競(jìng)爭(zhēng)的結(jié)果。Koltunow等［102］通過(guò)對(duì)Hieracium的組織學(xué)研究發(fā)現(xiàn)，遺傳因素可以改變無(wú)融合生殖的起始時(shí)間、空間位置和發(fā)育進(jìn)程，表明受遺傳控制的無(wú)孢子起始細(xì)胞出現(xiàn)的時(shí)間與位置會(huì)影響兼性無(wú)融合生殖植物種胚的形成途徑。

溫沁山等［103］通過(guò)對(duì)非洲狼尾草（Pennisetum squamulatum）無(wú)融合生殖胚胎學(xué)研究發(fā)現(xiàn)，狼尾草無(wú)孢子生殖胚囊中，當(dāng)多個(gè)珠心細(xì)胞同時(shí)特化時(shí)，只有最靠近珠孔端的能成功形成成熟胚囊，其余的珠心細(xì)胞均會(huì)解體。推測(cè)這一現(xiàn)象可能與無(wú)孢子生殖胚的位置有關(guān)，靠近珠孔端的胚囊較易吸收來(lái)自胚珠的營(yíng)養(yǎng)，故有利于繼續(xù)發(fā)育，與之相反的是，遠(yuǎn)離珠孔端的胚囊可能難以得到充足的營(yíng)養(yǎng)而不能正常發(fā)育。除此之外，國(guó)內(nèi)外在這方面的研究尚未見(jiàn)報(bào)道，因此胚珠內(nèi)存在營(yíng)養(yǎng)梯度的這一推論是否正確，依然有待商榷。雖然目前關(guān)于無(wú)孢子起始細(xì)胞出現(xiàn)的時(shí)空對(duì)兼性無(wú)孢子生殖物種種胚發(fā)生發(fā)育具有影響的研究寥寥無(wú)幾，但相關(guān)的報(bào)道均為表明無(wú)孢子起始細(xì)胞的時(shí)空是影響無(wú)融合生殖胚的重要因素之一提供了間接或直接依據(jù)。然而，草地早熟禾中卻未見(jiàn)相關(guān)研究的報(bào)道，故為闡明影響草地早熟禾種胚發(fā)生發(fā)育的因素，應(yīng)進(jìn)一步研究并分析無(wú)孢子起始細(xì)胞出現(xiàn)的時(shí)間和位置與草地早熟禾無(wú)融合生殖胚的相關(guān)性。

自然界中，大多數(shù)多倍體植物繁衍后代的方式依然是有性生殖，極少數(shù)植物在高倍體水平進(jìn)行無(wú)融合生殖，低倍體進(jìn)行有性生殖，表明倍性是影響無(wú)融合生殖的重要因素之一，但不是無(wú)融合生殖產(chǎn)生的直接原因［90］；同時(shí)通過(guò)對(duì)影響無(wú)融合生殖的每一因素的深入分析，發(fā)現(xiàn)無(wú)融合生殖的發(fā)生不是任何一種現(xiàn)象所引起，而是多種因素共同作用的結(jié)果，這表明影響植物無(wú)融合生殖的因素具有多樣性［104］。遺傳控制因素從本原上決定了無(wú)融合生殖的發(fā)生趨勢(shì)［105］，而環(huán)境、倍性、激素水平和礦物質(zhì)營(yíng)養(yǎng)以及無(wú)孢子起始細(xì)胞出現(xiàn)的時(shí)間和位置都對(duì)無(wú)融合生殖的發(fā)生發(fā)育產(chǎn)生了重要的影響。

6 草地早熟禾無(wú)融合生殖優(yōu)勢(shì)分析及其在種質(zhì)創(chuàng)新中的應(yīng)用前景展望

6.1 草地早熟禾無(wú)融合生殖特性及現(xiàn)存問(wèn)題

草地早熟禾是禾本科早熟禾屬（Poa）植物［106］，主要分布在寒帶和北溫帶冷涼濕潤(rùn)地區(qū)［107-108］，是草原與草甸植被組成中的重要成分［109］。草地早熟禾不僅由于營(yíng)養(yǎng)豐富、適口性好、再生能力強(qiáng)，是很多天然草地中的優(yōu)良牧草之一［110］，而且也因其質(zhì)地平滑、綠期長(zhǎng)、坪質(zhì)優(yōu)美以及耐修剪等優(yōu)點(diǎn)而作為寶貴的草坪植物種質(zhì)資源被廣泛應(yīng)用于草坪建植［111］，同時(shí)也可用于穩(wěn)定侵蝕土壤以及改善土壤結(jié)構(gòu)和肥力［112］。此外，草地早熟禾具有豐富多樣的生殖系統(tǒng)，主要是無(wú)融合生殖和有性雜交或者自交二者共同存在的兼性無(wú)融合生殖體系［27，33］，其無(wú)融合生殖率因品種和來(lái)源的不同而存在較大差異，變化范圍在0～100%［34］，因此草地早熟禾可以作為研究植物無(wú)融合生殖及其遺傳的“模式”物種［113-114］。草地早熟禾復(fù)雜的生殖系統(tǒng)也決定了其具有顯著的進(jìn)化和適應(yīng)能力，這是由于兼性無(wú)融合生殖植株的后代既可來(lái)自無(wú)融合生殖，也可以起源于有性生殖，從適應(yīng)性的觀點(diǎn)來(lái)看，無(wú)融合生殖在世代之間固定和繁殖成功的基因型，是使目前適應(yīng)的基因組合倍增的一種手段，而有性生殖則確保了在進(jìn)化過(guò)程中選擇變異的儲(chǔ)存庫(kù)［10］。

目前，國(guó)外利用無(wú)融合生殖已育成了一系列優(yōu)良的草地早熟禾草種。如美國(guó)通過(guò)種內(nèi)雜交育出了34個(gè)草地早熟禾栽培種［115］。德國(guó)也成功育成了可供牧場(chǎng)和草坪使用，品系表現(xiàn)整齊一致的種內(nèi)和種間雜種［116］。然而，國(guó)內(nèi)未見(jiàn)利用無(wú)融合生殖方式培育草地早熟禾優(yōu)良草種的研究報(bào)道。我國(guó)對(duì)草地早熟禾等植物無(wú)融合生殖現(xiàn)象的研究大多局限在胚胎發(fā)生學(xué)上［117-118］，且新型生物技術(shù)的應(yīng)用欠缺，故對(duì)無(wú)融合生殖遺傳機(jī)制依然缺乏系統(tǒng)和深入的認(rèn)識(shí)。同時(shí)由于草地早熟禾子房極小，且有穎片及稃片的包被，采用石蠟切片技術(shù)對(duì)草地早熟禾的胚囊及無(wú)融合生殖特性進(jìn)行研究尚且存在一定的困難，故近二十多年來(lái)我國(guó)在草地早熟禾無(wú)融合生殖特性方面的報(bào)道甚少。僅蘇群達(dá)［119］報(bào)道過(guò)草地早熟禾‘納蘇’的無(wú)融合生殖方式以及類型，直到2014年，田晨霞等［113，120］對(duì)草地早熟禾‘巴潤(rùn)’的胚發(fā)育特性進(jìn)行了研究報(bào)道，對(duì)457個(gè)帶有稃片的子房進(jìn)行切片，觀察到其生殖過(guò)程中的5種胚囊類型，其具備有性生殖和無(wú)融合生殖兩種生殖方式。草地早熟禾有性生殖胚囊較少見(jiàn)，僅占1.44%。無(wú)孢子生殖為其生殖方式的主要形式，所占比例為49.67%。在草地早熟禾胚珠合點(diǎn)端常可觀察到1～2個(gè)特化珠心細(xì)胞的形成及其萌動(dòng)的發(fā)育狀態(tài)，其之后的發(fā)育及成熟成為草地早熟禾胚囊發(fā)育的主導(dǎo)部分。在其無(wú)融合生殖過(guò)程中，亦存在少量的孤雌生殖和無(wú)配子生殖現(xiàn)象。前者所占比例為10.72%、助細(xì)胞胚囊和反足細(xì)胞胚囊分別為4.82%和7.66%。

截至目前，相關(guān)學(xué)者雖然認(rèn)識(shí)到無(wú)融合生殖受多位點(diǎn)多基因控制，但由于其性狀的表達(dá)受不同遺傳背景的影響，至今未見(jiàn)將調(diào)控?zé)o融合生殖的主要基因分離或克隆，并導(dǎo)入相關(guān)植物應(yīng)用于實(shí)踐的成功例子。在無(wú)融合生殖方式的應(yīng)用上，雖然在重要農(nóng)作物上通過(guò)傳統(tǒng)的雜交-回交技術(shù)從近緣野生種向栽培種引入無(wú)融合性狀，但對(duì)其遺傳生理機(jī)制的了解甚少，所獲的雜種植株無(wú)融合性狀依然不穩(wěn)定［90］。草地早熟禾的生殖體系是兼性無(wú)融合生殖，種胚的形成既可以通過(guò)有性生殖發(fā)生，也可以進(jìn)行無(wú)孢子生殖，故探討和分析包括草地早熟禾在內(nèi)的植物無(wú)融合生殖胚發(fā)生發(fā)育的主要影響因素對(duì)于系統(tǒng)地理解草地早熟禾無(wú)融合生殖的發(fā)生機(jī)理具有重要意義，同時(shí)也為我國(guó)通過(guò)無(wú)融合生殖途徑培育草地早熟禾優(yōu)良新品種的應(yīng)用實(shí)踐提供依據(jù)。

6.2 草地早熟禾無(wú)融合生殖在育種中的應(yīng)用前景展望

無(wú)融合生殖特性在雜交制種應(yīng)用方面具有極大的潛力，遺傳機(jī)制及其調(diào)控機(jī)理研究取得突破則可能會(huì)帶來(lái)作物生產(chǎn)方式的又一次“革命”。因此，應(yīng)用無(wú)融合生殖進(jìn)行育種，是近年來(lái)育種學(xué)家所關(guān)注的一個(gè)新領(lǐng)域。本課題組多年來(lái)在草地早熟禾無(wú)融合生殖特性的研究中，積累了一定的經(jīng)驗(yàn)，取得了一些研究成果，尤其是在其研究進(jìn)程中，進(jìn)行不斷探索和深入思考，對(duì)無(wú)融合生殖方式在草地早熟禾分子生物育種中的應(yīng)用前景，有著以下的推測(cè)和展望。

1）草地早熟禾是無(wú)融合生殖率較高的物種，其在甘肅的分布十分豐富［121］，充分利用甘肅省優(yōu)良野生草地早熟禾種質(zhì)資源，深入了解其無(wú)融合生殖方式發(fā)生的遺傳物質(zhì)結(jié)構(gòu)，遺傳信息的傳遞方式以及功能基因的表達(dá)水平，闡明無(wú)融合生殖的遺傳機(jī)理，以期發(fā)掘和培育本土草地早熟禾優(yōu)良新品種，并通過(guò)無(wú)融合生殖方式固定雜種優(yōu)勢(shì)，從中找到獲取和固定草地早熟禾雜種植株優(yōu)良遺傳性狀的理想途徑。

2）草地早熟禾染色體行為研究。結(jié)合熒光原位雜交技術(shù)，鑒定并分離出新的草地早熟禾染色體標(biāo)記，對(duì)其染色體數(shù)目、基因組和系統(tǒng)發(fā)育進(jìn)行研究，以期掌握其復(fù)雜的遺傳背景。

3）應(yīng)用激光掃描共聚焦顯微這一新技術(shù)對(duì)草地早熟禾子房中特化的珠心細(xì)胞，即無(wú)孢子起始細(xì)胞出現(xiàn)的時(shí)間和位置進(jìn)行觀察分析和統(tǒng)計(jì)，進(jìn)一步確定無(wú)孢子起始細(xì)胞出現(xiàn)的時(shí)空對(duì)其無(wú)融合生殖種胚形成的影響。

4）利用比較轉(zhuǎn)錄組學(xué)分析低、高頻無(wú)融合生殖率的草地早熟禾品種，篩選并克隆無(wú)融合生殖相關(guān)候選基因，將其轉(zhuǎn)入無(wú)融合生殖率低的草地早熟禾材料，以提高其無(wú)融合生殖率，或者以轉(zhuǎn)基因手段提高其他植物無(wú)融合生殖的能力，為改變其他物種的生殖方式奠定基礎(chǔ)。

5）通過(guò)多個(gè)組學(xué)和局部基因關(guān)聯(lián)分析，找到控制無(wú)融合生殖方式發(fā)生的調(diào)節(jié)因子，人工合成調(diào)節(jié)劑，通過(guò)外源施用調(diào)節(jié)劑提高植株的無(wú)融合生殖率，獲得具有廣范圍種譜的、雜種優(yōu)勢(shì)的、且穩(wěn)定遺傳的優(yōu)質(zhì)種源。