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。     

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。     

玉米胚乳的发育及其养分输入的途径

采用树脂包埋切片法观察了玉米籽粒的结构和胚乳细胞的发育，主要结果如下：（１）玉米胚乳细胞的增殖为有丝分裂，籽粒的鲜重与胚乳细胞数量呈正相关；（２）玉米胚乳囊呈“瓢”状，授粉后第３ｄ游离核间出现细胞壁；（３）角质胚乳的形成与淀粉体充实有关，处在籽粒中上部边缘的胚乳，因其中淀粉体发育好而成为角质胚乳；（４）由背部维管束运来的养分经珠心突起先卸至质外体，其后再由糊粉层细胞吸收；（５）在靠近籽粒基部维管束的胚乳表层细胞特化成胚乳转移细胞；（６）糊粉层和有色层的形成与灌浆“废物”的屯积有关，玉米胚乳转移细胞及其周围细胞积聚“废物”多，因而成为黑色层。     

3类谷物胚乳淀粉体形态发育的比较

以小麦、水稻和玉米不同发育天数的颖果和成熟籽粒为试材,对这3类谷物近糊粉层、中央胚乳细胞内淀粉体的发育过程及成熟籽粒淀粉粒的形态结构进行系统观察和比较。结果表明:①随着颖果的生长,这3类谷物中央胚乳细胞淀粉体形态发生不同转变,小麦由长条形转变为不规则形,水稻由梭形向椭球形转变,玉米由圆球形转变为不规则形。②在颖果发育后期,小麦、水稻和玉米近糊粉层胚乳细胞中淀粉体体积明显小于中央胚乳。③在成熟籽粒里,小麦淀粉体分圆饼状大淀粉体和圆球状或不规则状小淀粉体,水稻淀粉体以椭球状为主,内部淀粉粒呈棱角状,少量淀粉体呈圆球状,玉米淀粉粒呈不规则状和圆球状。④小麦淀粉粒度分布范围最广,玉米次之,水稻最低;平均直径由大到小依次为玉米、小麦、水稻。⑤小麦、水稻、玉米胚乳中均存在单粒和复粒淀粉体,其中小麦和玉米以单粒淀粉体为主,水稻以复粒淀粉体为主。证明在胚乳不同部位,这3类谷物淀粉体的发育和形态上存在较多异同点。     

小麦胚乳充实与颖果运输组织的解剖学研究

[目的]探明小麦胚乳物质充实状况与颖果养分运输组织在结构发育方面的关系。[方法]以连云港地区的主推品种连麦8号、连麦7号和山农20为材料,精确标记颖花的开花时间,运用树脂切片和显微技术研究了小麦胚乳物质充实与维管束和传递细胞等养分运输组织发育的结构特征。[结果]在颖果发育过程中,连麦8号的千粒重日增加量最多,充实最快,其次是连麦7号,山农20最慢;3个品种相比,连麦8号胚乳淀粉体和蛋白体结合最紧密,淀粉体和蛋白体充实度最高,连麦7号次之,山农20最低。连麦8号颖果维管束最发达,传递细胞分化最早,养分运输能力最强。[结论]连麦8号养分运输组织发育好,有利于灌浆物质的输入,导致胚乳细胞淀粉和蛋白积累增多,这可能是连麦8号胚乳物质充实好的结构基础。     

干旱胁迫对小麦颖果发育的影响

以扬麦16为材料,在小麦幼苗返青期至颖果成熟期内进行干旱处理,研究小麦颖果组织在干旱胁迫下细胞学结构的变化特征。结果表明:(1)在颖果发育过程中,干旱胁迫能促进前期颖果生长,但抑制后期颖果生长。(2)干旱胁迫在颖果发育早期促进果皮组织发育,而在后期阻碍果皮细胞的程序性死亡,降低果皮中淀粉体的降解速率。(3)干旱胁迫下颖果胚乳组织在早期发育较快,但在后期胚乳细胞的进一步生长受到抑制,胚乳淀粉体的积累减少。(4)干旱胁迫下小麦颖果在发育早期胚组织分化早、发育快,但随着干旱的持续,胚体积的进一步扩张受阻,营养物质积累下降。综合而言,干旱胁迫通过改变颖果各组织结构发育影响颖果生长发育,总体表现为在发育前期促进颖果生长,此后随着干旱的持续,阻碍颖果的进一步发育和成熟。     

施硫时期对小麦颖果和胚乳发育的影响

[目的]本文旨在探究施硫时期对小麦颖果和胚乳发育的影响。[方法]以‘扬麦16’为材料,研究了播种期、拔节期、孕穗期、开花期各施60 kg·hm~(-2)硫肥对小麦颖果发育形态、胚乳中蛋白和淀粉分布与积累的影响,以不施硫肥为对照。[结果]施硫使小麦灌浆中后期颖果长度、宽度、周长、投影面积和干、鲜质量增加,发育后期颖果投影面积增加了0.5%~18.7%;在孕穗期施硫显著增加胚乳细胞数,相对增加量为92%~97%。胚乳中蛋白体总面积因施硫而增加,而小淀粉粒总面积则降低。施用硫肥提高了籽粒各层蛋白质含量,主要调控皮层和外胚乳中淀粉含量。各施硫时期对籽粒蛋白质和淀粉分布及含量的影响从大到小依次为孕穗期、播种期、开花期、拔节期。[结论]施硫提高胚乳细胞数,增大籽粒库容;提高了灌浆中期蛋白体的比例,有利于成熟籽粒蛋白质的积累,并以孕穗期施硫处理调控效果最好。     

不同小麦品种颖果背部维管束发育研究

为探明灌浆、脱水速率不同的小麦品种扬麦16和扬麦15颖果背部维管束发育的差异,采用半薄切片法对花后不同时间颖果进行显微观察。结果表明:2个品种导管数为6～10个,筛管数为30～50个;花后10 d,维管束发育基本完善;随着颖果灌浆成熟,扬麦16韧皮部筛管和周围薄壁细胞率先发生扭曲,细胞膜表面积增大,利于细胞间的物质运输;扬麦16韧皮部与合点间的薄壁细胞压缩比扬麦15早,缩短了同化物从筛分子卸出后到合点和珠心突起的运输距离;扬麦15背部维管束发育过程中细胞形态变化幅度较小。花后25 d,2个品种的筛管和维管薄壁细胞中积累淀粉粒,运输功能开始下降;此时,扬麦16的导管结构比扬麦15完整,内径较大且呈线形排列,与周围环境接触面积大,可能更易于颖果中多余水分的排出。     

镉胁迫对水稻颖果胚乳细胞增殖和粒重的影响

盆栽试验研究了镉(Cd)胁迫对扬稻6号和武运粳7号颖果充实过程中颖果胚乳细胞增殖速度和粒重的影响.结果显示,①Cd胁迫降低水稻颖果含水率、呼吸活性和ATP含量,缩短维持上述生理活性的天数;②降低颖果胚乳细胞分裂的速度,缩短颖果胚乳细胞分裂的天数;③颖果灌浆速度减慢,鲜重和干重增加速率减缓,灌浆的天数变短,最终成熟颖果粒重降低.Cd胁迫降低颖果呼吸活性和能量物质,从而降低颖果的代谢活性和时间,一方面降低贮藏物质合成的能力,另一方面降低胚乳细胞的分裂能力,从而降低库容量,最终引起接纳同化物的量减少是Cd胁迫降低颖果粒重的一个原因.     

水稻胚乳发育中ATP酶的超微细胞化学定位和功能分析

 应用磷酸铅沉淀技术 ,对水稻 (OryzasativaL .)胚乳发育中ATP酶进行了超微细胞化学定位研究。结果表明 ,在胚乳游离核期和细胞化期 ,胚囊壁、细胞核和质膜上有ATP酶活性分布。在生长分化期的早期 ,ATP酶主要定位于胚乳细胞质膜上。在灌浆高峰期 ,糊粉层细胞的质膜、胞间隙和胞间连丝上有显著的ATP酶活性 ;亚糊粉层间的质膜上ATP酶活性较高 ;淀粉胚乳细胞的质膜、衰退的细胞核上有ATP酶活性分布 ;胚乳细胞的液泡、蛋白体周围分布有ATP酶。综合观察结果 ,认为ATP酶主要参与胚乳对物质的吸收和贮藏蛋白质的合成。     

Study on Flavonoids in the Caryopsis of Indica Rice Rdh

To detect if there are phenolic flavonoids such as proanthocyanidins in Rdh, histochemistry assay toluidine blue O (TBO) staining and vanillin tests were performed. Rdh caryopsis transverse sections were stained by metachromatic stain TBO. It showed that there were a great deal of polyphenols in the pericarp and seed-coat tissues, and a little of them was in the cell wall of aleurone layers. The ovaries of Rdh and colorless rice were dealt with vanillin. It showed that all fertilized ovaries of Rdh were bright red regardless what degree the caryopsis maturity was, and all the ovaries of it before fertilization were not red after vanillin treatment. It suggested that every Rdh caryopsis had proanthocyanidins or its precursors, and fertilization was the premise of proanthocyanidins or its precursor synthesis. But colorless rice could not accumulate proanthocyanidins or its precursors. The pericarp, seed-coat and aleurone layer tissues of Rdh and colorless rice were anatomized and were dealt with vanillin. It was showed that three layers of Rdh were all bright red after treatment, revealing that they all had proanthocyanidins or its precursors, but colorless rice could not. It was suggested that polymerized proanthocyanindins were synthesized and accumulated in the pericarp of Rdh, and monomer-proanthocyanidins or leucoanthocyanidins were synthesized and accumulated in the seed-coat and the aleurone layer tissues.     

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。     

小麦籽粒不同部位矿质元素组成及含量分析

以陇黑麦838(黑粒)、平凉44号、农大3753(黑粒)、农大5181、陇鉴108和陇育4号为试验材料,采用X-射线能谱仪测定小麦籽粒不同部位的部分矿质元素组成和相对含量。结果表明,小麦籽粒中除含有大量C、O外,皮层富含K、Ca、Fe,其次是Na、Mg、Cl和Cu。糊粉层富含K、Mg和Fe,其次是Si、Cl、Ca和Mn。胚乳层O含量最高,Cl、K、Ca和Fe次之,并含少量Na、Mg、和Se等元素。胚中Mg、Cl、K、Ca和Fe含量较高,Na、Mn、Cu和Se次之。黑粒小麦陇黑麦838和农大3753籽粒Ca、Fe、Zn和Se元素的相对含量高于普通小麦。总体来看,所有品种(系)糊粉层矿质元素含量最高,皮层和胚次之,胚乳最低。不同类型品种(系)籽粒各部位的矿质元素含量存在基因型差异,黑粒小麦矿质价值高于普通小麦。     

关中小麦品种的籽粒结构与磨粉品质关系

用扫描电镜研究关中几个小麦品种(系)籽粒组织结构与磨粉品质关系的结果表明,胚乳栅栏淀粉细胞的数量,糊粉层细胞的质量与小麦籽粒角质率、容重和出粉率具有密切的关系;基质蛋白质质量与数量以及与淀粉粒结合的紧密程度对小麦品种磨粉品质和工艺有较大的影响。     

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。     

Accumulation characteristic of protein bodies in different regions of wheat endosperm under drought stress

The structural characteristics of protein body accumulation in different endosperm regions of hard wheat cultivar(XM33) and soft wheat cultivar(NM13) under drought stress were investigated. Drought stress treatment was implemented from plant regreening to the caryopsis mature stage. Microscope images of endosperm cells were obtained using resin semithin slice technology to observe the distribution and relative area of protein body(PB). Compared with NM13, relative PB area of XM33 was significantly higher in sub-aleurone endosperm region. The amount of accumulation, including the size and relative area of PB, in two wheat cultivars was higher in sub-aleurone region than that in central region at 18 days post anthesis(DPA). Drought stress significantly enhanced the sizes and relative areas of PBs in the dorsal and abdominal endosperms in two wheat cultivars. Particularly for dorsal endosperm, drought stress enhanced the relative PB area at 18 DPA and NM13(5.0% vs. 6.73%) showed less enhancement than XM33(5.49% vs. 8.96%). However, NM13(9.58% vs. 12.02%) showed greater enhancement than XM33(10.25% vs. 11.7%) at 28 DPA. The protein content in the dorsal and abdominal endosperms of the two wheat cultivars decreased at 12 DPA and then increased until 38 DPA. Drought stress significantly increased the protein contents in the two main regions. From 12 to 38 DPA, the amount of PB accumulation and the protein content were higher in XM33 than those in NM13. The results revealed that PB distribution varied in different endosperm tissues and that the amount of PB accumulation was remarkably augmented by drought stress.     

胚乳切割与置换对小麦种子萌发和幼苗生长的影响

为探究异源胚乳对小麦种子萌发、幼苗生长的影响,利用胚乳置换法,将小麦种子胚乳切割并进行同品种和不同品种间胚乳置换,比较考察小麦幼苗农艺性状与生长速率的变化。结果显示,与正常种子相比,胚乳切割并置换同品种或不同品种外源种子活性胚乳后,胚的萌发基本正常,幼苗生长较为迟缓;置换失活异源胚乳的种子虽能萌发,但幼苗生长滞后,长势明显较弱。在3叶期之后,置换异源活性胚乳的麦苗生长加快,生长速率同于或快于正常对照幼苗,且成熟期植株个体性状和产量与正常对照差异不显著。结果表明,小麦种子胚乳可以切割并进行不同品种间胚乳置换,置换后胚与胚乳间的物质流动和幼苗生长速率减缓,但并未受到明显抑制。     

不同穗型粳稻胚乳发育过程研究

以直立和弯曲两种穗型粳稻品种为试材,采取花后分期取样,制作受精子房半薄切片的方法,用光镜观察比较其在结实过程中胚乳形态结构的变化。结果表明:直立穗型水稻受精后游离核增殖较弯穗型水稻慢,但胚乳细胞分裂增殖较快;淀粉粒均最先出现于边缘胚乳细胞,当边缘游离核细胞膜逐渐形成时,核的周围出现小的淀粉粒;直立穗型水稻胚乳形态约在花后11d内基本定型,较弯穗型水稻早,同时,其胚乳细胞分裂时间短于弯穗型水稻;水稻的胚乳结构未见有明显的粒间差异,但各籽粒之间的形态进程仍有1~2d差距;花后20d内,直立穗型胚乳细胞内物质的累积优于弯穗水稻的同期水平。