水稻稃片發(fā)育的細(xì)胞學(xué)研究.pdf

1、水稻作為單子葉模式植物，花器官發(fā)育機(jī)制的研究受到廣泛重視，并且，在水稻穎果發(fā)育過程中，稃片決定了谷粒的大小和形狀，因此，其發(fā)育和調(diào)控機(jī)制受到廣大學(xué)者的關(guān)注。為全面解析水稻稃片發(fā)育的基本進(jìn)程與模式、內(nèi)稃和外稃形態(tài)結(jié)構(gòu)差異以及為稃片發(fā)育相關(guān)基因的功能研究提供細(xì)胞學(xué)依據(jù)，本研究以粒長中間型秈稻品種珍汕97為材料，采用掃描電鏡和石蠟制片的方法，系統(tǒng)觀察了內(nèi)稃和外稃的發(fā)生、發(fā)育過程，比較了兩者的形態(tài)學(xué)和細(xì)胞學(xué)差異；以典型的長粒秈稻品種明恢63和短

2、粒秈稻品種川7為材料，觀察兩者稃片縱向發(fā)育過程及細(xì)胞學(xué)差異；通過原位雜交實(shí)驗(yàn)檢測粒長主效基因GS3在稃片部位的表達(dá)情況。
　　 主要研究結(jié)果如下：
　　 1．水稻外稃、內(nèi)稃細(xì)胞結(jié)構(gòu)層次和發(fā)育進(jìn)程
　　 對水稻珍汕97稃片的石蠟切片觀察得出，內(nèi)稃和外稃均含有5-6層細(xì)胞，由外到內(nèi)依次為外層厚壁細(xì)胞，中間3-4層排列致密的厚壁細(xì)胞和內(nèi)層薄壁細(xì)胞。在稃片發(fā)育過程中，內(nèi)層薄壁細(xì)胞結(jié)構(gòu)一直比較清晰，細(xì)胞增大明顯，液泡化顯著

3、。對該層細(xì)胞的詳細(xì)觀察并統(tǒng)計(jì)，發(fā)現(xiàn)該層細(xì)胞在花粉母細(xì)胞成熟期停止細(xì)胞分裂，在花粉母細(xì)胞減數(shù)分裂期細(xì)胞進(jìn)入快速伸長生長期，小孢子晚期該層細(xì)胞長度達(dá)到最大值。據(jù)此提出，在花粉母細(xì)胞時(shí)期以前，水稻稃片的發(fā)育以細(xì)胞分裂為主，花粉母細(xì)胞減數(shù)分裂期，稃片細(xì)胞開始進(jìn)入快速伸長生長階段，至小孢子晚期稃片長度達(dá)到最大值。
　　 2．水稻稃片不同部位細(xì)胞的分裂分化進(jìn)程
　　 石蠟切片對稃片橫向和縱向觀察結(jié)果顯示，穎花原基時(shí)，稃片縱向各區(qū)段均

4、勻分裂，隨著發(fā)育的進(jìn)行，稃片上部細(xì)胞最早停止分裂，基部細(xì)胞分裂結(jié)束最晚，而且稃片的中、基部細(xì)胞對其長度的貢獻(xiàn)大于上部細(xì)胞。稃片不同區(qū)域內(nèi)層薄壁細(xì)胞伸長和加寬的時(shí)間與程度也有不同，維管束周圍薄壁細(xì)胞分化晚于其它區(qū)域細(xì)胞；同時(shí)掃描電鏡觀察發(fā)現(xiàn)，頂部外表面細(xì)胞特化早于基部細(xì)胞，并呈現(xiàn)一定的梯度性。由此提出，水稻稃片存在和葉片相似的由頂向基式發(fā)育模式。
　　 3．水稻外稃和內(nèi)稃的形態(tài)與細(xì)胞學(xué)異同
　　 對水稻珍汕97的掃描電鏡觀

5、察，結(jié)果表明其內(nèi)稃和外稃表面結(jié)構(gòu)相同，外表面細(xì)胞特化進(jìn)程相似；稃片外表面含有均勻生長的乳突、刺狀稃毛和短桿狀纖細(xì)毛，纖細(xì)毛著生于乳突細(xì)胞之間；內(nèi)表面不含乳突和稃毛，只含有纖細(xì)毛，且集中分布在維管束周圍，內(nèi)表面還含有氣孔。外稃和內(nèi)稃的差異主要表現(xiàn)在維管束和內(nèi)層薄壁細(xì)胞兩方面。外稃含有5列維管束，而內(nèi)稃只含有3列；整個(gè)發(fā)育過程中，內(nèi)稃薄壁細(xì)胞數(shù)目比外稃薄壁細(xì)胞數(shù)目少，且略大于外稃薄壁細(xì)胞。
　　 4．水稻長粒品種和短粒品種內(nèi)稃細(xì)胞數(shù)

6、目的比較
　　 細(xì)胞學(xué)觀察與統(tǒng)計(jì)結(jié)果表明，長粒和短粒水稻稃片發(fā)育過程基本一致，但長粒和短粒水稻內(nèi)稃薄壁細(xì)胞數(shù)目在稃片發(fā)育過程中，始終存在極顯著差異；內(nèi)稃的中部和基部細(xì)胞對其長度的貢獻(xiàn)大于上部細(xì)胞。稃片達(dá)終長度時(shí)，長粒品種內(nèi)稃薄壁細(xì)胞數(shù)目比短粒品種增加60.98％，而中、基部細(xì)胞長度僅增加1.81％和8.05％，因此，細(xì)胞數(shù)目是導(dǎo)致水稻長粒和短粒品種稃片長度差異的主要因素。
　　 5．水稻粒長主效基因GS3在稃片中的表達(dá)<