不育性

不育性（sterility）源自拉丁语 sterilis，意为“贫瘠、不结果实”。在生物学中，它指生物体无法产生可育后代的现象。根据范畴，可分为广义不育性（如环境胁迫导致的不开花、种子不萌发）和狭义不育性（生殖细胞形成受阻、受精障碍、胚胎发育异常等）。不育性的研究涉及遗传学、生殖生物学、进化生物学及农学等领域。

按发生范围划分

按Crane（1929）分类

M.B. Crane将不育性分为形态性不育（生殖器官退化，如无花药）和发育性不育（配子体发育异常、胚和胚乳形成失败）。发育性不育可进一步细分为：

• 配子体不育：花粉母细胞减数分裂异常导致花粉败育。
• 胚乳不育：受精后胚乳发育停滞，引起种子败育。
• 合子后不育：胚胎发育中途死亡。

自交不亲和性（Self-incompatibility, SI）

自交不亲和性是一种防止近亲繁殖的遗传机制，通过花粉与柱头间的分子识别阻断自交受精。在植物中，SI分为孢子体型（如十字花科）和配子体型（如茄科、蔷薇科）。例如，花粉携带的S等位基因产物与柱头识别，若匹配则花粉管生长受阻。

杂交不亲和性

不同物种或系统间的交配障碍，常因染色体倍性差异、花粉管伸长受阻或胚乳发育不协调导致。远缘杂交中常见，如小麦与黑麦杂交不育。

动物不育性可归因于生殖细胞发生异常（如精子缺乏）、性器官畸形、激素调节紊乱或交配行为障碍。雌性不育常称“不孕性”。在雌雄同体动物（如海鞘、蚯蚓）中，自交不育多因雌雄生殖腺成熟时间不同步，或精子无法穿透卵细胞被覆层。经典研究如Morgan（1904）发现海鞘 Ciona 的自交不亲和由卵细胞外层阻止同体精子进入。

不育性常与基因表达调控异常有关。在植物中，细胞质雄性不育（CMS）由线粒体基因突变引起，与核基因互作导致花粉败育，广泛用于杂交种生产。动物中，减数分裂基因突变（如 Dmc1、Spo11）可导致不育。自交不亲和涉及的S-核酸酶或F-box蛋白等分子识别系统已在多个物种中阐明。

农业与育种

雄性不育系是杂交种子生产的关键工具，如水稻、玉米的CMS系可免除去雄工序。自交不亲和性在十字花科蔬菜中用于生产F1代杂交种。

生殖医学

人类不育症研究中，约15%夫妇受不育困扰，原因包括精子发生障碍、输卵管堵塞、免疫因素等。辅助生殖技术（如IVF、ICSI）部分克服了这类问题。

进化生物学

不育性在物种形成中起重要作用，杂交不育或杂种不活（即“生殖隔离”）是物种分化的关键步骤。

• Crane, M.B. (1929). The mechanism of sterility in plants. Journal of Genetics, 21(2), 145-164.
• Morgan, T.H. (1904). Self-sterility in Ciona. Biological Bulletin, 7(5), 233-244.
• 李竟雄. (2000). 植物不育性的遗传与育种. 北京: 科学出版社.
• 刘祖洞. (1991). 遗传学（下册）. 北京: 高等教育出版社.
• Schnable, P.S., & Wise, R.P. (1998). The molecular basis of cytoplasmic male sterility and fertility restoration. Trends in Plant Science, 3(5), 175-180.
• de Nettancourt, D. (2001). Incompatibility and Incongruity in Wild and Cultivated Plants. Springer.
• Levin, D.A. (2019). The origin, expansion, and demise of plant species. Oxford University Press.
• 杨增明, 孙青原, 夏国良. (2005). 生殖生物学. 北京: 科学出版社.