水稻淀粉胚乳细胞发育期间程序性死亡的研究

 应用透射电子显微镜观察水稻淀粉胚乳细胞核在发育期间的形态变化。结果表明,伴随淀粉胚乳发育进程,其细胞核呈现染色质凝聚这一程序性细胞死亡(PCD)的典型特征。水稻胚乳细胞还出现核变形、核膜破裂、核基质进入胞质乃至核降解形成核残体的现象,细胞核从变形到解体是以一种有序的方式进行,证实水稻淀粉胚乳的细胞死亡是程序性细胞死亡。EVANS BLUE染色结果表明,水稻淀粉胚乳细胞死亡顺序是由胚乳中部向四周扩展。随发育进程,水稻胚乳中的超氧物歧化酶(SOD)和过氧化氢酶(CAT)活性持续下降。对水稻淀粉胚乳中的DNA进行     

不同大麦淀粉胚乳细胞中淀粉和贮藏蛋白的积累

 对3个不同类型的大麦亚种华7618(粉质胚乳)、20A2(角质胚乳)和华2012(中间型)在其淀粉胚乳发育进程中，细胞内淀粉体和蛋白质体的发生、积累过程以及它们的形态变化作了光镜和透射电镜的连续观察。结果表明，粉质大麦华7618，胚乳细胞中大淀粉体增长最快，成熟时体积最大，小淀粉粒数量最多，蛋白质含量低，千粒重最大；角质大麦20A2，胚乳细胞中大淀粉体增长最慢，成熟时体积最小，小淀粉粒数量最少，蛋白质含量高，千粒重最小；中间型大麦华2012则介乎于两者之间。大淀粉体均只含1粒大淀粉粒，大淀粉体的数量在开花第13天以后基本不再增加；蛋白质体在颖果发育前期呈球状颗粒分散于淀粉体间，在颖果发育后期蛋白质体相互融合，沉积在淀粉体之间。在颖果发育中期，淀粉胚乳细胞的核逐步发生变形和解体，而小淀粉粒均在胚乳细胞核解体期间或解体之后发生。     

不同类型水稻品种胚乳发育的研究

【目的】探明不同水稻品种胚乳发育过程的异同。【方法】以日本晴（粳）、扬稻6号（籼）、武育糯16号（粳糯）和扬辐糯4号（籼糯）4个水稻品种为试验材料,通过精确标记颖果受精后的发育天数,观测颖果的生长;采用碘-碘化钾、TTC染色法观察胚乳细胞发育过程中淀粉的积累和生理活性的变化差异;采取树脂包埋法制作半薄切片,用光镜详细观察水稻内胚乳细胞和糊粉层细胞在颖果发育过程中结构的变化差异;用扫描电镜研究水稻成熟籽粒断面的超微结构,并使用能谱仪对其相关部位元素组成的差异进行探测。【结果】粳稻与籼稻颖果长、宽、高的变化存在明显区别,二者粒型存在显著差异,是否为糯性并不影响颖果的外形发育。供试的4种水稻颖果中,2个籼稻品种,扬稻6号与扬辐糯4号发育要快于粳稻品种;2个糯稻品种,武育糯16号与扬辐糯4号有着近乎一致的干重增长曲线;随着细胞内淀粉体和蛋白体的充实,内胚乳细胞在发育的中后期会发生核变形而衰亡;细胞核衰亡以后,胞内淀粉体仍可膨大生长。4种水稻内胚乳细胞所含淀粉体均为复粒;直链淀粉含量高的非糯品种,其胚乳淀粉充实程度高;2个籼稻品种的糊粉层细胞体积要大于2个粳稻品种;粳糯品种武育糯16号P、K、Mg、S等矿质元素含量低于其他3个供试品种;籼糯品种扬辐糯4号糊粉层含有少量单粒淀粉体,O元素含量高于其他品种。【结论】水稻颖果胚乳发育是一种特殊的细胞程序性死亡方式,细胞核的死亡并不影响胚乳同化产物的积累,淀粉体在内胚乳细胞内都是以复粒淀粉形式存在。以上这几点,供试的4个品种水稻之间几乎没有区别。而在总体发育进程、分化、细胞形态、活性变化、同化产物积累、淀粉体形态大小及在不同部位的分布上,4种水稻品种各自呈现了一定程度的差异与联系。粳稻2个品种与籼稻2个品种间差异更多体现在颖果发育进程上;而糯稻与非糯稻的区别则更多体现在淀粉体的形态与灌浆的充实程度上。     

板栗胚胎及胚乳发育过程的形态解剖观察

【目的】掌握板栗发育的生殖周期和发育时序特征,为探明板栗结实率低的内在原因提供解剖学依据。【方法】以北京市怀柔区‘怀黄’板栗为研究对象,用石蜡切片技术对其胚胎和胚乳的发育过程进行观察。【结果】结果表明:盛花期后15～20 d,合子发育至球形胚,游离核胚乳开始从珠孔端向合点端细胞化,直至充满整个胚囊;盛花期后20～30 d,胚胎先发育至心形,继而发育至鱼雷形,胚乳细胞具有完整的细胞壁并迅速扩张,同时出现胚乳腔;盛花期后35 d左右,胚胎发育至子叶形并开始膨大,胚乳细胞横向扩张,继而被胚体吸收,大量解体。【结论】由此表明,在胚胎发育的过程中,胚乳通过复杂多样的变化在胚体营养供给方面发挥着至关重要的作用。     

不同类型玉米品种籽粒胚乳细胞增殖与籽粒建成的关系

【目的】研究不同类型玉米品种籽粒胚乳细胞增殖与籽粒充实期相关性状的关系。【方法】以紧凑型玉米品种(先玉335和郑单958)和平展型玉米品种(长城799和农大364)为试验材料,于授粉后3,5,7,10,15,20,25,30,35,40,45,50,55,60 d取果穗中部籽粒,观测胚乳细胞数目、单粒质量、灌浆速率、淀粉含量、籽粒淀粉磷酸化酶和蔗糖转化酶活性等指标的变化动态,并分析不同玉米品种籽粒胚乳细胞增殖动态与籽粒灌浆期相关生理指标的关系。【结果】随着灌浆期的延长,不同玉米品种籽粒胚乳细胞数、单粒质量、淀粉含量均呈"S"型曲线增长,籽粒胚乳细胞数在授粉后20 d基本稳定。胚乳细胞数与单粒质量、淀粉含量和灌浆速率均呈极显著正相关;籽粒充实期的生理状态影响着籽粒灌浆,淀粉磷酸化酶和蔗糖转化酶活性在灌浆期呈现单峰曲线,但峰值出现时间因品种而异,紧凑型玉米酶活性最高点出现时间要晚于平展型玉米;籽粒胚乳细胞数与这两种酶活性均呈显著相关。【结论】玉米籽粒中胚乳细胞数与胚乳细胞的充实状态、籽粒单粒质量、灌浆速率、淀粉含量、淀粉磷酸化酶蔗糖转化酶活性均呈显著正相关;要提高玉米产量,应在灌浆前期提高胚乳细胞增殖速率和灌浆速率,保证光合产物快速充分地运送到籽粒中去,使籽粒淀粉积累达到最佳状态,进而达到高产。     

高粱胚乳细胞与母体组织发育关系的研究

【目的】探明高粱颖果发育过程中胚乳细胞与母体组织发育关系及其胞内淀粉体的发育特性。【方法】通过挂牌和记号笔点颖相结合的方法对供试高粱品种KS-304花后发育天数进行精确标记,详细跟踪观测了颖果的生长;采取Spurr树脂包埋、番红-甲基紫复染法制作半薄切片,光镜下详细观察了高粱颖果发育各过程中胚乳各部位以及种皮果皮结构的变化差异与联系;采用扫描电镜研究发育中后期及成熟时颖果断面不同部位细胞内淀粉体的形态;应用冰冻切片,荧光显微镜观察了成熟颖果横断面的结构。【结果】颖果发育分形成期、乳熟期、蜡熟期与完熟期,内胚乳发育分为游离核期、细胞化期、分化期、发育期及成熟期;其中颖果发育形成期与胚乳发育的前3个时期相对应,乳熟期对应发育期,而蜡熟期与完熟期对应胚乳的成熟期。颖果发育早期,珠心组织存留时间较长,珠心表皮细胞约在花后15 d消失。花后7 d,表层胚乳细胞开始积累脂质体,11 d时转为糊粉层细胞,成熟时糊粉层为1层,其细胞内除常规糊粉粒圆球体外,还含有少量单粒淀粉体,粒径约3 μm。亚糊粉层细胞位于糊粉层细胞与内胚乳细胞之间,兼糊粉层与内胚乳细胞特点,贮藏大量蛋白体,细胞内淀粉体构成复杂。内胚乳发育存在区域差异,中央近胚处的细胞物质积累滞后于周缘胚乳细胞,成熟时,前者淀粉体充实较为疏松,发育为粉质胚乳,后者充实紧密,淀粉体彼此受到挤压呈多面体,最终发育为角质胚乳。高粱胚乳细胞内存在于不同于其他谷物颖果胚乳淀粉体的“发生中心”结构,主要表现为淀粉粒在管状质体内生长,随着体积的增长,后期与“发生中心”分离而形成新的淀粉体。果皮发育前期增厚,中后期呈缓慢减薄的趋势,中果皮发育后期细胞内观察到淀粉体存在特殊的二次增长,构成从前期复粒淀粉体为主转为单粒;“种皮”来源于珠心、珠被细胞依次降解后的胞壁残留堆叠而成,中间含有透明角质层。【结论】白高粱KS-304胚乳发育与玉米颖果胚乳类似,最终形成角质与粉质胚乳;颖果胚乳淀粉体发育存在独特的“发生中心”;中果皮发育后期其细胞可能行使积累同化产物“库”的作用。     

大白菜核不育花药绒毡层的异常细胞程序性死亡(PCD)导致小孢子败育研究

【目的】观察大白菜花药发育中绒毡层与小孢子的细胞形态,为研究大白菜核不育花药败育机理提供依据。【方法】以大白菜核不育近等基因系10L03为试材,采用石蜡切片法和TUNEL法对可育和不育花药的细胞结构进行观察。【结果】大白菜核不育花药败育起始于减数分裂期绒毡层结构异常,小孢子在四分体时期开始败育;不育发生后,伴随着绒毡层细胞异常膨大,严重空泡化,提前降解,小孢子变形干瘪而死亡;不育与绒毡层提前发生细胞程序性死亡(programmed cell death,PCD)有关,绒毡层PCD过程失控,导致绒毡层爆发性提前降解,影响绒毡层对小孢子进一步发育的营养供应。【结论】不育四分体不能及时释放单核小孢子而影响小孢子的进一步发育,是导致小孢子败育的直接原因。     

不同株型玉米籽粒胚乳细胞与淀粉合成关键酶活性分析

【目的】研究不同类型玉米品种籽粒胚乳细胞增殖与籽粒充实期淀粉合成关键酶活性的关系。【方法】以紧凑型玉米品种(先玉335和郑单958)和平展型玉米品种(长城799和农大364)为试验材料,于授粉后不同时间取果穗中部籽粒,测定胚乳细胞数、单粒质量、淀粉含量、腺苷二磷酸葡萄糖焦磷酸化酶(ADPG)、尿苷二磷酸葡萄糖焦磷酸化酶(UDPG)活性、可溶性淀粉合成酶(SSS)和束缚态淀粉合成酶(GBSS)活性,研究不同玉米品种籽粒胚乳细胞增殖动态和籽粒淀粉合成关键酶活性的关系。【结果】在灌浆中后期,先玉335籽粒淀粉合成关键酶(ADPG、UDPG、SSS和GBSS)活性均高于其他3个玉米品种;先玉335和郑单958籽粒胚乳细胞数、淀粉含量、单粒质量均显著高于长城799和农大364。玉米籽粒胚乳细胞数与单粒质量、淀粉含量和4种淀粉合成关键酶均呈正相关。【结论】库容量和库活性是制约玉米籽粒淀粉积累的主要因素。保证籽粒充实期间较高的胚乳细胞增殖速率及淀粉合成关键酶活性是实现玉米高产的关键。     

小麦胚乳A、B型淀粉粒理化特性研究

【目的】研究小麦胚乳A、B型淀粉粒对其理化特性的影响。【方法】利用扫描电镜对4个小麦品种籽粒发育不同时期自然断面和分离提纯的A、B型淀粉粒进行观察;用直链、支链淀粉试剂盒对籽粒不同发育时期胚乳中A、B型淀粉粒的直链、支链淀粉含量进行测定;成熟籽粒A、B型淀粉粒膨胀势依据McCormick的方法进行了测定。【结果】小麦胚乳淀粉粒形态出现规则形状和反常态,胚乳淀粉粒中直链淀粉形成早于支链淀粉,但最终积累量支链淀粉大于直链淀粉。供试的4个品种中,B型淀粉粒膨胀势均大于各自A型淀粉粒的膨胀势。【结论】小麦胚乳A型和B型淀粉粒从形态上分为常规型和反常型。成熟小麦胚乳A、B型淀粉粒中,支链淀粉的含量大于直链淀粉,且与总淀粉含量呈正相关趋势。B型淀粉粒的膨胀势大于A型淀粉粒。     

棉花晋A不育系小孢子发育的超微结构研究

对晋A细胞质雄性不育系小孢子发育的超微结构观察发现,晋A不育系在造孢细胞增殖时期即表现出败育迹象。绒毡层细胞质膜断裂破碎,细胞质解体,线粒体、质体等细胞器解体,绒毡层细胞提前解体退化,并可看到明显的细胞质和细胞核浓缩现象。因此,我们认为,小孢子败育过程中绒毡层细胞解体是一种与细胞程序性死亡(PCD)有关的有序过程。     

Studies on the Programmed Cell Death in Rice During Starchy Endosperm Development

Morphological variations of the nucleus in starchy endosperm cell were observed by the electron-transmisson microscope during endosperm development in rice. Along with the development of the starchy endosperm,the nuclei of the cells showed chromatin condensation,the typical feature of programmed cell death(PCD). The nuclei also showed nucleus deformation,disruption of nuclear envelope,nucleoplasm leaking into the cytoplasm and nucleus disintegration resulting in nuclear residue formation. From the nucleus deformation to the nucleus disintegration,the morphological changes of the nucleus were orderly progressive. This indicated that the cell death of starchy endosperm in rice was programmed cell death. Evans Blue staining observation showed that the cell death was initially detected in the central part of starchy endosperm in rice,then expanded outward. The activities of superoxide dismutase(SOD)and catalase(CAT)in rice starchy endosperm both descended continuously as development progressed. The analysis of DNA of rice starchy endosperm did not show the presence of DNA laddering. The above results showed that the cell death of starchy endosperm in rice was a special form of PCD.     

AtIPS1与细胞程序化死亡相关蛋白ATXR5/6的相互作用

【目的】对拟南芥肌醇磷酸合酶AtIPS1进行亚细胞水平定位,并验证AtIPS1与细胞程序化死亡（PCD）相关蛋白ATXR5或ATXR6的相互作用。【方法】构建pAtIPS1::AtIPS1-GFP融合基因表达载体,并分别转化烟草BY-2细胞和拟南芥植株,共聚焦显微镜下观察绿色荧光蛋白GFP的分布。采用双分子荧光互补（BiFC）技术分析AtIPS1与ATXR5/6的相互作用,并观察突变体atips1的表型。【结果】AtIPS1定位于细胞质和细胞核。AtIPS1与ATXR5和ATXR6之间存在相互作用,且互作位点与AtIPS1的细胞定位一致。突变体atips1叶片上自然产生细胞死亡的表型,外源增加肌醇或AtIPS1超表达可恢复突变体的野生型表型,叶片不再出现坏死斑。【结论】AtIPS1突变可导致植物细胞死亡;AtIPS1定位于细胞质和细胞核;AtIPS1通过与ATXR5/6互作参与了植物PCD的调控。     

水稻粉质胚乳fse3突变体的表型分析及基因定位

【目的】水稻各种类型的胚及胚乳变异突变体是解析胚发育及淀粉合成和调控路径的优良材料。研究旨在通过大规模的粉质胚乳致死突变体的基因克隆和功能鉴定,获得一系列调控胚发育及淀粉合成的关键基因,为稻米品质改良提供理论指导。【方法】从化学诱变剂N-甲基-N-亚硝基脲（MNU）处理的粳稻品种宁粳3号突变体库中,筛选到一个稳定遗传的胚乳粉质皱缩致死突变体,命名为fse3（floury and shrunken endosperm 3）。将其与9311配制杂交组合,利用F2群体中隐性极端个体进行精细定位;将种子在30℃条件下清水浸种24 h,然后在35℃黑暗条件下用TTC染色2 h检测种子活力;用体视镜观察30℃吸胀9 h后的种子胚结构;从突变体杂合植株上分离粉质成熟种子,去壳后磨成糙米粉进行理化性质分析;用扫描电镜观察成熟淀粉颗粒的结构;制备半薄切片观察发育胚乳中的淀粉颗粒结构;利用qRT-PCR测定籽粒灌浆时期的淀粉合成相关基因表达量;并通过Western-blot检测相关淀粉合成酶的蛋白积累。【结果】与野生型相比,突变体籽粒的千粒重、籽粒大小、总淀粉含量、表观直链淀粉含量等指标均降低,淀粉在尿素溶液中的膨胀能力减弱,淀粉的黏度曲线与野生型也存在显著差异,fse3突变体的最高黏度、热浆黏度、冷浆黏度以及崩解值都显著高于野生型。TTC染色表明其胚活力下降,对发育中的胚纵切片观察发现突变体没有心型胚的分化。对发育中胚乳淀粉结构进行观察,发现fse3突变体的胚乳中产生大量小而不规则排布的单淀粉颗粒,复合淀粉颗粒发育滞后。成熟种子横截面观察发现fse3突变体淀粉颗粒排列疏松,大小不均匀,颗粒间存在较大间隙。利用F2群体中分离出的22个隐性极端个体将FSE3连锁在第9染色体长臂上,随后共用1 400个极端个体将目标基因定位于228 kb的区间内,包含28个开放阅读框。qRT-PCR发现在突变体中多个淀粉合成相关基因表现出不同程度的上调和下调,Western-blot结果表明部分淀粉合成酶的蛋白积累减少。【结论】FSE3是一个新的粉质胚致死基因,基因精细定位在第9染色体228 kb的物理区间,FSE3在水稻种子胚及胚乳的发育调控中起重要作用。     

Steedman’s wax包埋切片DAPI染色法证实铝诱导花生根尖细胞程序性死亡

【目的】检验Steedman’swax包埋切片DAPI染色法是否适用于观察花生根尖细胞核形态。【方法】分别采取100μmol/L AlCl3处理不同时间（0、4、8、12 h）后两个花生品种（铝敏感型中花2号和耐铝型99-1507）的根尖,经过Steedman’s wax包埋切片等一系列过程,利用荧光染料DAPI染色观察细胞核形态变化。【结果】100μmol/L AlCl3可引起花生根尖细胞核形态发生改变,核质浓缩、核边缘化、呈新月状等,具有明显的PCD特征。花生根尖细胞在铝胁迫下发生PCD,PCD程度与花生耐铝性呈负相关,与处理时间呈正相关。【结论】Steedman’swax包埋切片DAPI染色法是一种快速、高效的适用于观察花生根尖细胞核形态的方法。     

淀粉粒径对大麦淀粉物化特性的影响

[目的]大麦籽粒是一类重要的谷物原料,在啤酒酿造、禽畜喂饲、药食保健等领域的用途十分广泛.研究表明,籽粒中的淀粉颗粒大小及淀粉组成结构决定其用途.通过研究不同品种大麦不同粒径淀粉颗粒的组成结构及物化性质,为大麦淀粉加工利用提供参考.[方法]以西引2号(Xiyin-2)、京辛1号(Jingxin-1)、苏啤6号(Supi...     

Wx蛋白组成对小麦籽粒淀粉合成的影响

 【目的】通过对籽粒淀粉积累和淀粉合成关键酶的活性进行比较,初步明确不同Wx蛋白组成小麦品种淀粉理化特性差异的酶学基础。【方法】以6类Wx蛋白组成的14个小麦品种为试材,测定其籽粒灌浆过程中直、支链淀粉积累动态和4种淀粉合成关键酶的活性变化,对测定结果进行统计分析。【结果】Wx蛋白数目和类型对4种淀粉合成关键酶活性和直、支链淀粉合成有明显影响。随着Wx蛋白数目的增多,4种淀粉合成关键酶活性呈现升高的趋势,尤其是淀粉粒束缚淀粉合成酶（GBSS）,籽粒直链淀粉含量也相应升高。Wx-B1缺失蛋白对GBSS活性影响最大,直链淀粉合成能力下降最明显,其次是缺失Wx-D1蛋白,Wx-A1蛋白缺失作用最小。籽粒灌浆过程中,4种淀粉合成关键酶活性高度相关,并与直、支链淀粉含量密切相关,说明直、支链淀粉的合成是相互影响、相互制约、同步进行的。【结论】Wx基因是影响籽粒直链淀粉含量的重要决定因素,Wx基因可以通过自身数目和组成的变化,控制GBSS的活性,并对其它淀粉合成关键酶的活性产生影响,最终影响直、支链淀粉的合成,形成不同的淀粉理化特性和加工品质。     

陕糯1号与非糯小麦西农1330胚乳发育及淀粉形态、粒径分析

【目的】比较分析糯小麦陕糯1号和非糯小麦西农1330胚乳发育及淀粉形态、粒径的差异,为糯性与非糯性小麦的品质改良和开发利用提供理论依据。【方法】选用陕糯1号（糯性）和西农1330（非糯性）2个小麦品种,取发育过程中籽粒（花后5、8、12、15、18、21、25和28 d）液氮速冻后横断,经戊二醛和锇酸固定、磷酸缓冲液漂洗、丙酮梯度脱水、Epon812胶包埋后,采用超薄切片机切成1 μm厚的半薄切片,经1%甲苯胺蓝染色后采用光学显微镜观察胚乳细胞发育。提取2个小麦品种的淀粉粒,将其与成熟期籽粒横断面分别固定在样品台上,经离子溅射镀金后用扫描电镜观察成熟期胚乳结构及淀粉粒形态。采用MASTERSIZER-2000激光粒度仪分析淀粉粒粒径分布特征,每个样品重复3次,测定结果采用DPS统计软件进行数据统计分析,Sigmaplot 12.0作图。【结果】在小麦籽粒发育过程中,陕糯1号胚乳细胞体积大小及增大幅度均小于西农1330,发育早期,二者淀粉粒表面均能被甲苯胺蓝染色,发育中后期,陕糯1号淀粉粒仍能被染色,西农1330淀粉粒则不能被染色。与西农1330相比,陕糯1号胚乳细胞内蛋白基质较少,蛋白质与淀粉粒结合较疏松。陕糯1号B型淀粉粒形态多为不规则的多边形,西农1330B型淀粉粒大多呈圆球形,二者A型淀粉粒形态无明显差异。陕糯1号和西农1330淀粉粒粒径分布存在差异。陕糯1号淀粉粒体积分布呈四峰曲线变化,西农1330则呈双峰曲线变化,二者表面积分布均呈三峰曲线变化,数目分布均呈单峰曲线变化。陕糯1号A 型（>10 μm）淀粉粒体积、表面积百分比均低于西农1330,B型（<10 μm）淀粉粒体积、表面积百分比均高于西农1330,二者A、B型淀粉粒数目百分比无明显差异。陕糯1号中SB型（<1 μm）淀粉粒的体积、表面积、数目占总淀粉粒比例分别比西农1330低1.11%、11.60%和9.28%,LB型（1-10 μm）淀粉粒的体积、表面积、数目占总淀粉粒比例分别比西农1330高8.27%、15.88%、9.27%。陕糯1号具有少量LA（>53 μm）型淀粉粒,而西农1330没有。【结论】在小麦籽粒发育过程中,陕糯1号与西农1330的胚乳发育及淀粉形态存在明显差异。LB型淀粉粒对陕糯1号与西农1330 B型淀粉粒粒径分布影响较大。