粒重差异显著的两种水稻颖果发育比较

为了探讨控制水稻(Oryza sativa L.)颖果发育的因素,选择了颖果干重有显著差异的Ootikara(大粒,36mg/粒)和Habataki(小粒,18 mg/粒)两个水稻品种,比较颖果重量、胚乳细胞数、果皮和胚乳的结构以及某些生理活性等变化.结果指出:与Habataki相比,Ootikara子房壁细胞和颖果的持续生长期长,最终颖果的胚乳细胞数目和每个细胞的平均干重大;Ootikara颖果的脱氢酶和H2O2酶活性、穗的呼吸速率、剑叶的绿色程度和光合速率等维持高水平的时间长;Ootikara子房背部维管束失去功能的时间也较迟.结果表明,大粒品种的库容大和生理活性期长是其颖果能显著增大的生理原因.     

糯大麦与非糯大麦颖果发育过程的解剖学与组织化学研究

为了明确糯大麦与非糯大麦颖果发育的差异,该研究以糯大麦代表性品种(‘白青稞’、‘甘垦5号’)和非糯大麦代表性品种(‘扬农啤10号’和‘苏裸麦1号’)为材料,采用体视显微镜观察、组织化学染色、树脂半薄切片和光学显微镜观察等方法,比较研究了糯大麦与非糯大麦颖果及其胚乳淀粉体发育的过程。结果显示:(1)糯大麦和非糯大麦颖果的形态变化,以及鲜、干重和含水率等的变化规律基本一致,生长曲线均呈"S"型。(2)两类大麦颖果胚乳和果皮的I2/KI染色结果不同,糯大麦胚乳的I2/KI染色结果为红褐色,其果皮被染为蓝黑色,而非糯大麦胚乳和果皮均被I2/KI染成蓝黑色,表明糯大麦和非糯大麦的颖果果皮里直链淀粉含量都较高,且糯大麦胚乳内以支链淀粉为主,而非糯大麦的胚乳内以直链淀粉为主。(3)糯大麦胚乳淀粉体的出现时间早于非糯大麦,且其中小淀粉体的比例高于非糯大麦,淀粉体充实状况也好于非糯大麦。(4)与非糯大麦相比,糯大麦表观直链淀粉以及总淀粉含量较低,但可溶性糖含量较高。研究表明,糯大麦颖果生长规律与非糯大麦类似,但内含物淀粉的积累规律不同。     

水稻淀粉胚乳发育中的内质网活动

超微结构观察表明,内质网在水稻(Oryza sativa L.)淀粉胚乳发育中十分活跃,参与许多功能过程：①部分粗面内质网槽库膨大,积累淀粉,发育成淀粉质体;②粗面内质网产生蛋白体I;③内质网参与营养物质在质外体与共质体间的运输;④内质网片段化,包围细胞质,形成环状内质网或内质网兜(ER pockets),参与细胞基质的降解。     

转反义Wx基因水稻颖果中与淀粉合成和积累相关酶活性的变化

将反义Wx基因转入水稻,导致Wx蛋白不同程度减少,颖果中的直链淀粉含量不同程度下降,总淀粉含量显著降低,直链淀粉与总淀粉的比值极显著降低。在水稻颖果发育过程中,ADPG-PPase、GBSS、SSS和SBE的活性在灌浆前期迅速升高,达最大值后很快下降,在灌浆中后期下降趋缓。Wx蛋白减少后的转基因水稻颖果中的GBSS活性明显下降,下降幅度与直链淀粉含量相一致,而且活性高峰期比其亲本有所提前。转基因水稻颖果中ADPG-PPase和SSS的活性在颖果发育的前中期,SBE则在中后期高于相应的亲本。     

水稻胚乳发育中淀粉体和蛋白体ATPase活性的动态变化

利用ATPase定位技术,对水稻品种(Oryza sativa L.cv．Minghui 63)胚乳细胞发育中后期淀粉体和蛋白体的ATPase活性进行了超微细胞化学定位。结果表明,在淀粉体内外膜上、淀粉粒间的通道上和淀粉体四周的无定形物上呈现显著的ATPase活性。蛋白体Ⅰ和蛋白体Ⅱ的膜上和四周的囊泡、小泡上均出现ATPase活性产物。另外,胚乳细胞的胞壁和质膜,糊粉层和亚糊粉层细胞的胞壁、质膜、细胞核和胞间连丝上也有定位的ATPase活性产物分布。根据ATPase活性产物分布特点,推测淀粉体内的网状通道是便于养分进入淀粉体内部的转运通道。淀粉体膜和蛋白体膜上的ATPase主要是为养分进入内部提供跨膜动力。     

施氮对水稻植株和颖果发育及稻米品质的影响

以'扬稻6号'和'粳稻941'为材料,在施氮总量相同条件下分别设置低分蘖肥高孕穗肥和高分蘖肥低孕穗肥2个施氮处理,通过盆栽试验研究施氮量和施氮时期对水稻植株生长、颖果发育和稻米品质的影响.结果表明:水稻植株鲜重、干重、分蘖数和株高随分蘖期氮肥用量增加而增加;增加孕穗期氮肥用量比例能显著提高抽穗期水稻剑叶和颖果光合速率、颖壳叶绿素含量、呼吸速率、颖果CAT及SOD活性;增加孕穗期氮肥用量还能提高水稻籽粒出糙率、精米率、整精米率,降低稻米垩白率,改善稻米的碾米品质和营养品质.因此,增加分蘖期施氮比例能促进水稻植株生长,而提高孕穗期施氮量则有利于水稻颖果发育和稻米品质改善.     

水稻胚乳发育中淀粉体和蛋白体ATPase活性的动态变化

利用ATPase定位技术,对水稻品种(OryzasativaL.cv.Minghui63)胚乳细胞发育中后期淀粉体和蛋白体的ATPase活性进行了超微细胞化学定位。结果表明,在淀粉体内外膜上、淀粉粒间的通道上和淀粉体四周的无定形物上呈现显著的ATPase活性。蛋白体Ⅰ和蛋白体Ⅱ的膜上和四周的囊泡、小泡上均出现ATPase活性产物。另外,胚乳细胞的胞壁和质膜,糊粉层和亚糊粉层细胞的胞壁、质膜、细胞核和胞间连丝上也有定位的ATPase活性产物分布。根据ATPase活性产物分布特点,推测淀粉体内的网状通道是便于养分进入淀粉体内部的转运通道。淀粉体膜和蛋白体膜上的ATPase主要是为养分进入内部提供跨膜动力。     

镉胁迫对水稻颖果充实和淀粉合成关键酶活性的影响

盆栽试验研究了Cd胁迫对水稻(扬稻6号和粳稻941)颖果充实过程中颖果鲜千重、可溶性糖和淀粉含量以及淀粉合成关键酶活性的影响,结果显示Cd胁迫:(1)降低了颖果淀粉合成关键酶的活性,缩短了颖果维持上述酶活性的天数;(2)降低了颖果可溶性糖的含量;(3)颖果灌浆减慢,鲜重、干重增加速率减缓,灌浆的天数变短,最终成熟颖果干重降低.说明,淀粉合成关键酶活性下降和维持活性的时间缩短使淀粉等贮藏物质的合成和积累降低是Cd胁迫降低颖果粒重的原因之一.     

水稻胚和胚乳内源ABA含量的变化及其与发育和萌发的关系

用放射免疫方法测定了种子发育和萌发过程中胚和胚乳的游离态(f-)和结合态(c-)内源 ABA 水平的变化。发育中稻胚 ABA 含量的双峰曲线与胚的两阶段发育模式一致。胚分化期和成熟期各有一个 ABA 含量的高峰。分化期以 f-ABA 为主,可能主要来自母体组织,与同化物迅速输入种胚有关;成熟期以 c-ABA 为主,可能主要是原位合成的,更直接地涉及胚基因表达的调节。胚乳的 ABA 含量占整个种子的90％左右,但 ABA 浓度(按 ABAng/mg鲜重表示)仅为胚的一半左右。除在线性充实期有一个 ABA 浓度的高峰外,整个发育期间胚乳的 ABA 浓度非常稳定。萌发期间胚的 ABA 含量呈“V”字形曲线变化,萌发开始时 ABA含量迅速下降,胚芽伸长生长开始以后再逐渐回升。讨论了内源 ABA 与种胚发育和萌发的可能关系。     

利用原子吸收光谱法和电镜能谱仪法分析重金属Pb、Cd在水稻颖果不同部位中的分配

比较研究了传统原子吸收光谱法与电镜能谱仪法分析重金属Pb、Cd在水稻籽粒不同部位中的分配情况,研究结果表明:两种方法均显示,Pb、Cd在水稻颖果中的分配为胚>糊粉层>果皮>近糊粉层处胚乳>颖果中心,其中,胚、糊粉层和果皮Pb、Cd含量差异较小,整个胚乳Pb、Cd含量变化也不大,但胚、糊粉层和果皮Pb、Cd含量显著高于胚乳.扫描能谱仪能够准确反映重金属在植物不同部位分布的差异,结果与原子吸收光谱法无显著差异.扫描能谱仪法的优点在于操作方便快捷,但是只能用于定性,不能定量测定出某一部位重金属的准确含量,因此,不能代替传统的原子吸收光谱法.     

花后低温条件下小麦颖果发育的显微结构观察北大核心CSCD

该研究以春性小麦品种‘扬麦15’和半冬性小麦品种‘烟农19’为实验材料,在小麦花后6~8 d进行低温处理,对花后不同发育阶段的小麦颖果进行取样,利用树脂切片技术观察了果皮、胚乳和养分运输组织的显微结构,以探明花后低温条件下小麦颖果发育的显微结构特征。结果表明:(1)花后低温延缓了两个小麦品种颖果早期和中期发育过程,推迟了‘扬麦15’灌浆期,缩短了‘烟农19’的灌浆期,最终降低了两小麦品种的粒重。(2)花后低温减缓了小麦颖果发育早期果皮细胞的凋亡以及中果皮细胞中淀粉体的降解速率。(3)花后低温明显降低了小麦胚乳发育早期和中期淀粉体和蛋白体的积累量,缩短了灌浆时期,降低了胚乳充实度。(4)花后低温条件下小麦颖果韧皮部发育缓慢,筛管分布范围缩小;同时胚乳传递细胞的发育变慢,细胞壁上壁内突数量明显减少。研究发现,花后低温使得两小麦品种颖果早期发育过程延缓,具体表现在果皮的凋亡推迟,贮藏物质积累量减少,养分运输组织变得不发达,胚乳充实度降低,单粒颖果干重下降;同时两小麦品种对低温的响应又存在差异,花后低温下春性小麦颖果灌浆期被延长,半冬性小麦灌浆期被缩短。     

小麦颖果果皮绿色层内同化物的合成与分配

小麦幼嫩颖果中,果皮内侧发育出由内表皮与亚表皮组成的一薄层绿色组织。显微与亚显微结构观察表明,虽绿色层只接受到自然光照的1/4～1/8,叶绿体仍能正常发育,叶绿素含量与叶绿体数量均高出旗叶。大量胞间连丝联接相邻的绿色细胞,并在一定时期形成开放的胞间通道,显然有利于同化物的快速胞间运输。离体颖果饲喂~14CO_2试验证明,新合成的同化物从绿色细胞输向胚珠。绿色层产生的同化物可能通过合点端的珠心进入胚乳或通过珠孔直接汇聚到胚珠和分化中的原胚。     

水稻红米的遗传分析与组织学研究

用来源于倍加单倍体的红米水稻（rdh）与无色米水稻做正反交,结果表明：杂种F1种子颜色由其所着生的母体植株基因型决定.当rdh作母本时,所结下的F1种子全是红色,当蜀恢527,蜀恢168,蜀恢368三个具有无色颖果皮（简称无色米）水稻作母本时,所结下的F1种子全是无色的.而且不管母本有没有颜色,所产生的F2种子都是红色,F3代产生红色种子与无色种子的单株分离,而且红色种子的单株对无色种子的单株是3：1（1%水平达极显著）,根据杂种F1、F2和F3代种子颜色和植株分离比例,rdh种子红色表现型是由单显性基因控制的,并受母性影响.组织学研究发现rdh颖果皮有3个基本的结构层：果皮、种皮和糊粉层.果皮是类黄酮色素累积的部位,红色色素就在果皮层累积.在未成熟的种子中,种皮是累积叶绿素的部位,在成熟种子中叶绿素消失.在未成熟的种子中,糊粉层白色.显微镜分析灌浆期的rdh种子不显红色,而显绿色,绿色来自于种皮,果皮无色透明.风干期的rdh种子显示：红色色素在果皮层累积,同期种皮的绿色清晰可见.rdh成熟种子红色色素急剧增加,同期绿色渐渐消失,最后肉眼观测不到.组织切片显示种子外皮中,果皮是最厚的一层,糊粉层次之,种皮最薄.果皮外层由4列较小的长方形细胞构成,里层由5～8列不规则的细胞构成.种皮由3列薄壁细胞构成.糊粉层由5～8列椭圆形细胞构成.色素累积的发育时间实验显示红色的沉积是从种子风干期开始到完全成熟期为止.在蜀恢527无色种子中,绿色色素从受精后开始积累,到风干期达到最深;然后绿色开始变浅,成熟种子中没有绿色.比较而言,rdh种子在发育早期,从灌浆到风干期呈现的颜色与蜀恢527相同,均是绿色;但从风干期开始,较多的红色色素开始累积,到种子接近成熟,红色仍在加深,这时种皮的绿色还隐约可见;直到种子完全成熟,红色达到最深,同时绿色渐渐消失.     

Roles of isoamylase and ADP-glucose pyrophosphorylase in starch granule synthesis in rice endosperm

Amyloplast-targeted green fluorescent protein (GFP) was used to monitor amyloplast division and starch granule synthesis in the developing endosperm of transgenic rice. Two classical starch mutants, sugary and shrunken, contain reduced activities of isoamylase1 (ISA1) and cytosolic ADP-glucose pyrophosphorylase, respectively. Dividing amyloplasts in the wild-type and shrunken endosperms contained starch granules, whereas those in sugary endosperm did not contain detectable granules, suggesting that ISA1 plays a role in granule synthesis at the initiation step. The transition from phytoglycogen to sugary-amylopectin was gradual in the boundary region between the inner and outer endosperms of sugary. These results suggest that the synthesis of sugary-amylopectin and phytoglycogen involved a stochastic process and that ISA1 activity plays a critical role in the stochastic process in starch synthesis in rice endosperm. The reduction of cytosolic ADP-glucose pyrophosphorylase activity in shrunken endosperm did not inhibit granule initiation but severely restrained the subsequent enlargement of granules. The shrunken endosperm often developed pleomorphic amyloplasts containing a large number of underdeveloped granules or a large cluster of small grains of amyloplasts, each containing a simple-type starch granule. Although constriction-type divisions of amyloplasts were much more frequent, budding-type divisions were also found in the shrunken endosperm. We show that monitoring GFP in developing amyloplasts was an effective means of evaluating the roles of enzymes involved in starch granule synthesis in the rice endosperm.     

利用两个测序水稻品种构建微卫星连锁图谱

利用已完成基因组测序的两个水稻品种日本晴和931l的数据库成功开发出水稻微卫星新标记,并利用由90个单株组成的日本晴×9311 F2作图群体,构建了一张包含152个SSR标记位点、覆盖基因组总长度2 455.7 cM的连锁图谱,有46个SSR新标记为自主开发,该图谱标记间的平均遗传距离为16.16 cM;并将未能在Temnykh等人(2001)构建的图谱上定位的微卫星标记RM345和RM494定位在第6染色体上.通过与Temnykh等人(2001)和兰涛等人(2003)所构建的图谱从作图群体的类型和大小、标记的类型和数量、标记在染色体上的线性排列顺序等几个方面进行比较,所绘制的图谱其标记在染色体线性排列上与Temnykh等人绘制的图谱具有很高的一致性,达93.81%.     

二个粳稻品种抗稻瘟病遗传特性的分析

本文用累积分布曲线法对东农 363及农东415两个粳稻品种进行了抗稻瘟遗传分析,结果表明东农363对Hokul菌株的抗性是由一对显性抗性基因控制的,东农415对Ken53-33菌株的抗性是由两对互补的显性基因控制的;对Ina72菌株的抗性是由两对显性基因控制的,其中一对控制高抗反应,另一对控制中抗反应。两个杂交组合的正反交分析结果表明,水稻对稻瘟病菌的抗性遗传是由细胞核控制的,细胞质在抗瘟遗传中的作用在本试验的测试品种中并没有表现出来。 Abstract:By means of cumulative distribution curve methods,two Japonica varieties Dongnong 363 and Dongnong 415 were analysed for the inheritance of blast resistance.The results showed that the resistance of Dongnong 363 variety to Hokul blast strain was controlled by one dominant gene.The resistance of Dongnong 415 to Ken53-33 strain was controlled by two complementary dominant genes,to Ina72 strain was controlled by two dominant genes,one dominated over the high-resistant and the other over the middle-resistant.Genetic analysis of F3 plants of two reciprocal crosses showed that the resistance to the rice blast disease was controlled by nuclear gene,no cytoplasmic effect was found in the tested varieties.