同源四倍体水稻胚乳发育:糊粉层细胞壁纤维素物质发育、胚乳淀粉积累及胼胝质“套”的形成

 利用荧光显微术观察，发现同源四倍体水稻与其二倍体原种的糊粉层细胞壁纤维素物质都存在一个“充实”的过程。授粉后5～6 d，糊粉层开始分化形成，此时其细胞壁上未观察到纤维素物质；授粉后6～8 d，糊粉层细胞壁上开始积累纤维素物质；授粉后8～9 d，糊粉层细胞壁积累了大量的纤维素物质。胚乳淀粉的积累存在一个变化的过程：初生胚乳核周围可见一些淀粉体，随着胚乳游离核的增多，游离核周围淀粉体的数量逐渐减少，胚乳细胞化后，胚乳细胞内开始大量形成淀粉体。利用苯胺蓝染色连续切片荧光观察，发现同源四倍体水稻及其二倍体原种胚乳发育过程中，在珠心表皮和内珠被之间存在一层胼胝质物质，围绕着胚囊并包裹住珠心呈“套”状。这个结构的形成变化过程为：授粉后30 min在珠孔端珠心表皮细胞与内珠被之间开始积累少量的胼胝质，之后胼胝质逐渐增多并向合点端扩展延伸；授粉后1～2 d包裹着整个胚囊外的珠心而仅在维管束处断开；授粉后9～13 d，胼胝质“套”消失。该结构可能与胚和胚乳在发育期间的水分和养分的调节等有密切关系。同源四倍体水稻还存在糊粉层细胞壁发育不同步、糊粉层细胞壁结构异常以及胼胝质“套”不消失等异常现象。这些现象有可能会影响同源四倍体水稻的结实率。     

不同倍性水稻的花粉发育特征分析

以水稻品种红米2x和其对应的同源四倍体红米4x为试验材料,用激光扫描共聚焦显微镜观察了不同倍性水稻的花粉发育特征。结果表明,不同倍性水稻花粉粒形成过程基本相似,但与相应的二倍体水稻相比,同源四倍体水稻在减数分裂及后期发育过程中存在多种异常现象,如纤维素壁降解不完全、细胞不均等分裂及分裂不同步等现象;在成熟花粉中,二倍体水稻的正常花粉占89.92%,败育率为10.18%,四倍体水稻的正常花粉占69.96%,败育率高达30.04%;四倍体水稻的花粉直径显著大于二倍体水稻,且四倍体水稻的花粉粒萌发延迟。认为不同倍性水稻的花粉发育存在差异,染色体加倍对水稻花粉发育产生了不良影响。     

水稻胚乳游离核的分裂及其影响因素

为了探讨水稻胚乳分裂的过程及其影响因素,采用整体解剖和树脂包埋切片等方法,用光学和电子显微镜观察了水稻胚乳游离核的分裂方式及细胞学特征。水稻胚乳游离核的分裂具有多样性,既有有丝分裂,也有无丝分裂,还有有丝分裂后的子核不经间期随即进行无丝分裂等方式;游离核的分裂速率因核间距不同而异,核间距大时分裂速率比核间距小时快;气温升高能促进游离核分裂,缩短分裂周期;孕穗期施氮肥、适度干旱处理,都能在一定程度上促进游离核的分裂。     

西卡柱花草受精作用和胚及胚乳发育的研究

应用常规石蜡切片与压片方法,用铁矾苏木精、汞溴酚蓝和ＰＡＳ反应等进行染色观 察西卡柱花草（Ｓｔｙｌｏｓａｎｔｈｅｓｓｃａｂｒａ ｃｖ． ｓｅｃａ）受精作用和胚及胚乳发育过程。开花后 ３～６ ｈ, 发生双受精作用。卵核的受精作用属有丝分裂前配子融合类型。极核受精过程有２种类型： （１）两极核融合成次生核,然后次生核与精核融合;（２）精核先与上极核融合,受精极核与 另一极核直到有丝分裂开始时才融合。花后２２～２３ ｈ,合子分裂为二细胞原胚,经历单列细 胞胚、长棒形胚、球形胚、心形胚、鱼雷形胚、幼胚、扩大生长胚阶段,花后 ２５～３０ｄ胚发育成 熟。胚发育属于茄型。在扩大生长压时期胚体开始积累淀粉和蛋白质。花后８～９ｈ初生胚乳 核分裂,胚乳发育为核型。至胚长大,充满整个胶囊时胚乳开始退化,胚发育成熟时胚乳仅余 残迹。      

巴西橡胶树胚及胚乳发育的研究

本文分三方面叙述。 1.雌蕊及胚珠的构造:巴西橡胶花的雌蕊由三心皮构成。花柱中的诱导组织明显。子房三室,每室仅有一枚倒生胚珠。珠孔上方罩有一帽状珠孔塞。珠心发达,属厚珠心型,有明显的珠心喙。胚囊由8个细胞组成。 2.胚乳的发育、消退和外胚乳的形成过程:初生胚乳核在授粉后24小时开始进行第一次有丝分裂,授粉后60—65天珠孔端的游离核开始产生细胞壁,到授粉后70天左右,全部的游离核都形成了胚乳细胞。以后胚乳细胞的养分逐渐被发育中的幼胚和珠心所吸收,最后只剩下极薄的一层。而珠心组织则一天天增厚,其细胞体积也一天天增大,最后成为种子的永久性的营业养组织即外胚乳。 3.胚的发育过程:合子横分裂是在授粉后40天左右。接着顶细胞进行纵裂,随后胚体细胞以对角线的方式进行分裂产生一个具胚芽原的幼胚。随着顶细胞的发育,基细胞也进行横分裂产生上下两个细胞,上方一个体积略为增大而形成胚柄;下方一个将来发育成根冠。因此巴西橡胶树的胚属十字花型。     

水稻胚乳细胞发育的结构观察及其矿质元素分析

 为了探明水稻胚乳发育的过程和糊粉层形成的机理, 用光学显微镜和电子显微镜观察了水稻糊粉层细胞和内胚乳细胞在颖果发育过程中的结构变化,用能谱仪分析了胚乳细胞中元素的种类和相对含量。结果表明, 糊粉层细胞是由胚乳表层细胞转化而来的。糊粉层细胞中的P、K、Mg和Ca等矿质元素含量要明显高于内胚乳细胞。发育初期糊粉层细胞中富含线粒体、圆球体和小液泡;发育中后期小液泡积累蛋白质和矿质元素而形成糊粉粒。在发育中后期,内胚乳细胞随着细胞内淀粉体的充实,细胞核发生形变而衰亡;而糊粉层细胞的核在发育过程中不消亡。糊粉层的形成与表层细胞积聚矿质和脂类等“灌浆废物”(指非内胚乳细胞的贮藏物)有关。因而,转运灌浆物质多的胚乳背部,其糊粉层细胞的层数要比腹部和侧部多。谷物胚乳发育分为游离核期、细胞化期、分化期和成熟期四个时期。     

同源四倍体水稻双受精过程的细胞学观察

通过镜检对二倍体水稻APIV（2）和同源四倍体水稻APIV（4）的双受精过程进行了对比观察，结果表明，与二倍体水稻相比，同源四倍体水稻的双受精过程比较特殊，花粉粒在其柱头上萌发比较慢，花粉管在花柱内的伸长比较迟缓，双受精延迟，退化型胚囊的频率比较高（36.0%)，极核和反足细胞的形态异常，存在着一定频率的胚自发现象。由此认为，同源四倍体水稻的有性生殖能力已经明显变弱。     

不同倍性栽培稻与药用野生稻种间杂交不结实性的比较胚胎学观察

以栽培稻(Oryza sativa)品种L202二倍体（L202 2x）及其同源四倍体（L202 4x）作母本分别与药用野生稻（Oryza officinalis）杂交,比较了两个杂交组合的杂交结实性及影响结实性的杂种胚胎发育细胞学。两个杂交组合所取得的一致结果是：杂交授粉后30 d所有杂交小穗均干枯死亡,不能结实;种间杂交不结实的原因在于受精和杂种胚胎胚乳发育异常。两个杂交组合的受精和杂种胚胎胚乳发育虽然均存在双受精、单受精和未受精类型,但就受精率而言,L202 2x作母本的平均总受精率为59.45％,略高于L202 4x（54.87％）; L202 4x的单受精率（24.60％）则高于L202 2x的单受精率（15.30％）。两个杂交组合的杂种胚胎胚乳发育均严重异常,虽然在授粉后1 d形成小的球形胚;到授粉后3 d,胚胎发育停滞并开始解体;至授粉后5 d,只有二倍体杂交组合的极少数胚胎可发育到梨形胚时期,四倍体组合的胚胎则基本全部解体。双受精胚囊内胚乳发育更为异常,在授粉后1 d,游离胚乳核就开始解体退化,到授粉后3 d不能形成细胞化胚乳或细胞化过程异常。与L202 2x作母本的杂交相比,以L202 4x作母本所得杂种胚胎发育更为滞后,且退化严重,形成的游离胚乳核少,解体早,不能进行细胞化。因此,利用同源四倍体栽培稻与药用野生稻杂交获得种间杂种的难度更大。     

两个玉米品种胚乳发育的比较

以农乐988和扬糯1号两个品种的玉米颖果为材料,利用树脂半薄切片、组织化学染色及生理测定等方法研究胚乳组织和细胞的发育过程。结果表明,两个玉米品种粒重及淀粉含量的变化呈S形生长曲线;可溶性糖变化呈单峰曲线,授粉后12 d含量最高;总蛋白含量在授粉后6 d较高。颖果粒重和总蛋白含量农乐988>扬糯1号;可溶性糖及淀粉含量扬糯1号>农乐988。授粉后0~2 d胚乳处在游离核期,授粉后3~5 d胚乳处在细胞化期,授粉6 d以后胚乳细胞开始分化,内胚乳细胞出现淀粉体和蛋白体。胚乳中淀粉的积累由颖果顶端向基部、由胚乳外层向中央推进。扬糯1号胚乳发育较提前,失活较晚;农乐988胚乳发育相对滞后,失活较早。玉米胚乳发育和颖果发育关系紧密,胚乳游离核期和细胞化期相当于颖果形成期,胚乳分化期相当于颖果乳熟期,胚乳成熟期相当于颖果蜡熟期与完熟期。     

不同类型专用小麦品种胚乳发育的比较研究

为揭示不同类型专用小麦品种胚乳发育的差异,以强筋小麦皖麦38和弱筋小麦扬麦9号为材料,比较了两者胚乳细胞游离核分裂状况、细胞数目的增殖变化、细胞体积的变化、糊粉层发育、淀粉体和蛋白质体发育等内容,主要结果如下：（1）皖麦38游离核有丝分裂所占比例较大,扬麦9号无丝分裂所占比例较大,且受温度影响较大;（2）胚乳细胞增殖均呈"S"型曲线变化,皖麦38胚乳细胞增殖较快,胚乳体积较大,最终粒重较高;（3）皖麦38胚乳细胞中大淀粉体数目多于扬麦9号,而小淀粉体数目表现却相反;（4）皖麦38与扬麦9号相比较,糊粉层出现时间较晚,而且糊粉层细胞壁较厚,被甲苯胺蓝染色更浓;（5）成熟籽粒中淀粉粒形状有饼形、椭圆形和近圆球形三种。皖麦38胚乳中饼形和椭圆形淀粉粒较多,且相互结合较紧密;扬麦9号饼形和近球形淀粉粒较多,胚乳结构疏松。     

Endosperm Development in Autotetraploid Rice

By using the laser scanning confocal microscope and plastic （Leica 7022 historesin embedding kit） semi-thin sectioning technique, comparative studies on the development of endosperm were carried out between autotetraploid and diploid rices. About one third of the ovaries in the autotetraploid showed normal endosperm development as those in the diploid. In these ovaries, one of the polar nuclei would fuse with the sperm nucleus, and the primary endosperm nucleus formed and underwent the first division in 4 hours after pollination; the anticlinal wall began to grow centripetally between the free nuclei starting from the wall ingrowths of the embryo sac near the micropylar end, and some of the phragmoplasts formed transformed into periclinal walls. In addition, some of the cell wall situated in the middle of the endosperm appeared to originate from phragmoplasts, whereas others seemed to develop randomly without the obvious formation of phragmoplasts. Cellulose began to accumulate in the wall of aleurone cell layer at 6 days after pollination. The cellulose wall of the cells of the aleurone cell layer appeared to have completely formed within 7 to 8 days after pollination. On the other hand, about two thirds of the ovaries in the autotetraploid showed abnormality in endosperm development with various types, such as non-fertilization, abnormal fertilization, endosperm development-delay and non-synchronization in the development of cellulose wall of cells of the aleurone layer. These abnormalities usually resulted in decreased seed setting in autotetraploid rice.     

同源四倍体水稻成熟胚囊的结构及异常现象

应用整体染色透明激光扫描共聚焦显微术（WCLSM）,对包括籼稻、粳稻及爪哇稻在内的13份同源四倍体水稻的成熟胚囊结构进行了观察。同源四倍体水稻多数子房（平均6290%）胚囊结构正常,与二倍体的正常蓼型的相似,一些子房（平均3710%）胚囊结构出现异常,异常包括雌性生殖单位退化、极核异常、胚囊退化、卵器退化、异常小胚囊和“双套结构”胚囊等6类。这些异常胚囊都可能影响受精,从而导致结实率降低。不同类型的同源四倍体水稻间异常结构胚囊的频率差异极显著。籼稻与粳稻比较,总的趋势是粳稻异常胚囊的频率高于籼稻,其中粳稻平均为2566%,籼稻平均为1934%。同一品种内异常类型的频率也存在明显的差异,显示异常结构胚囊的形成可能与品种的基因型有密切关系。     

同源四倍体多胚苗水稻双受精过程及胚胎早期发育的观察

以同源四倍体多胚苗突变水稻IR36 双为材料,利用激光扫描共聚焦显微镜技术对其双受精过程及胚、胚乳的早期发育特征进行了观察。在“IR36 双”双受精及胚胎发育过程中,观察到一些异常受精现象和胚囊发生败育的异常类型。统计结果表明,异常受精作用或败育胚囊的发生频率高达46.67%,远高于其野生型品种IR36 4x（33.00%）。主要有子房退化、胚囊退化、单受精、双胚珠、双胚等几种异常类型。这些异常类型是导致结实率降低及形成双胚苗的细胞学基础。     

Observation on Double Fertilization and Early Embryonic Development in Autotetraploid Polyembryonic Rice

The process of double fertilization and the characters of embryo and endosperm development in an autotetraploid polyembryonic mutant rice IR36-Shuang were studied with a laser scanning confocal microscopy. Some abnormalities including degenerated ovary, abortive embryo sac, single fertilization, double-ovule and double-embryo and so on. were found during double fertilization and embryo development in IR36-Shuang. The rate of the abnormalities was 46.67% in IR36-Shuang, significantly higher than that in the control, an autotetraploid rice line IR36-4X (33.00%). Cytological and embryonic evidences were provided for seed setting decline and the initiation of additional embryo in IR36-Shuang.     

同源四倍体水稻胚囊内反足细胞团的多态性

利用激光扫描共聚焦显微技术对6份同源四倍体水稻在生殖发育过程中胚囊内反足细胞或反足细胞团的多态性进行了研究。结果表明，在同源四倍体水稻的雌配子体发育过程中已经存在着一些不正常的发育现象。在同源四倍体水稻的胚囊内反足细胞或反足细胞团的多态性比在二倍体水稻的胚囊内表现得更明显。反足细胞或反足细胞团的多态性主要表现为胚囊内形态的多样性和位置的多样性，这是其有性生殖能力变弱和雌配子体不正常的部分形态学特征。     

Abnormal Structure of Embryo Sac in Autotetraploid Rice

Autotetraploid rice is a special genetic stock line derived from colchicine-treated diploid rice. Compared with the original diploid, the chromosomes and genome of the autotetraploids are doubled. Therefore, the phenotype or morphology, especially the rep…