多胚水稻胚胎学研究：Ⅳ.反足细胞的发育及特点

本文系统的研究了多胚水稻反足细胞的发生、发育及退化的规律,描述了形态上极富变化的反足细胞团在子房纵切面上所见到的各种形态及特点。研究表明,在多胚水稻中不存在由反足细胞发育为胚的现象。文章概括了反足细胞的共同特点及与珠心细胞团和不定胚的区别,并讨论了反足细胞团在胚囊内营养物质供应关系中的可能作用。     

同源四倍体双胚苗水稻雄配子体的发育特征

利用激光共聚焦显微扫描技术对同源四倍体双胚苗水稻品系ASDOR05-01的雄配子体发育特征进行了观察鉴定.研究结果表明,在每一份试验材料中均存在着正常雄配子体和异常雄配子体,而同源四倍体双胚苗水稻品系ASDOR05-01表现出更弱的有性生殖能力.在3份试验材料中,正常雄配子体的发育特征基本相似,没有表现出因试验材料的种类不同所呈现出的明显差异.同源四倍体双胚苗水稻品系ASDOR05-01在小孢子母细胞进行减数分裂时,出现了5种不正常的分裂现象,即部分染色体不能正常配对、在分裂中期形成了三极纺锤体、形成异常的二分体、在第二次减数分裂中期出现了分裂不同步现象、形成异常的四分体.花粉发育过程中的败育现象可能是导致其结实率比较低的主要原因之一.     

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。     

同源四倍体水稻与狼尾草杂交结实的胚胎学证据

在以6份同源四倍体水稻为杂交母本与狼尾草进行属间杂交中发现,其结实率达到0.84%～2.06%,而在以二倍体水稻为母本的属间杂交中却没有获得结实种子.利用激光扫描共聚焦显微技术对属间杂交结籽的特殊生殖现象进行了观察研究,试图寻找其杂交结实的胚胎学证据.结果表明,狼尾草的花粉粒不能在二倍体水稻的柱头上萌发,说明二倍体水稻与狼尾草的生殖隔离很严格,两者很难杂交.然而,狼尾草的花粉粒在同源四倍体水稻的柱头上能萌发,花粉管能在花柱中伸长并能将雄配子送入胚囊内与雌配子融合成受精卵.同源四倍体水稻与狼尾草的受精作用比较特殊,包括精细胞与卵细胞的单受精作用、精细胞与次生极核的单受精作用和正常的双受精作用,总受精率和总成胚率分别为6.36%～11.68%和4.11%～9.44%.试验结果为解释同源四倍体水稻与狼尾草杂交结籽的特殊生殖现象提供了有力的胚胎学证据.     

荔枝大孢子发生和雌配子体发育的研究

本研究对荔枝大孢子发生和雌配子体的发育,及其淀粉的动态和引起座果率低的原因,作了较详细的观察,结果如下: (1) 子房两室,每室具一个胚珠。 (2) 倒生胚珠,具两层珠被。 (3) 胚珠发育属厚珠心胚珠。 (4) 胚囊发育为蓼型。开花前,大多数情况下,两个极核均合并为次生核。成熟胚囊包含卵器(由两个助细胞、一个卵细胞组成),中央细胞及三个反足细胞。 (5) 从孢原细胞分化,雌配子体发育成熟至开花,约需19～21天。 (6) 胚珠早期退化是导致座果率低的原因之一。 (7) 大孢子发生和雌配子体发育过程中,胚珠内淀粉的积累是由珠心顶端到胚珠基部,由外珠被到内珠被。胚囊内淀粉主要分布在次生核的周围以及它和卵细胞之间的细胞质中。开花前一天的花柱中已积累大量淀粉粒。     

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。     

同源四倍体水稻胚乳发育:极核融合和胚乳细胞化

利用激光扫描共聚焦显微术和塑料包埋半薄切片技术观察同源四倍体水稻极核融合及游离核进一步发育的过程,发现同源四倍体水稻约有1/3子房极核融合过程和游离核进一步发育与其二倍体原种的基本一致;2/3子房出现各种异常现象,如极核未受精、受精异常和胚乳游离核发育滞后等。应用荧光增白剂染色对胚乳细胞化过程进行观察,直接观察到胚乳初生壁的出现和形成过程以及不同部位的胚乳细胞壁的形成机理。表明同源四倍体水稻与二倍体水稻胚乳的细胞化过程基本一致,胚乳细胞初始垂周壁来源于珠孔端胚囊壁内突向心游离生长,初始平周壁来源于游离核有丝分裂产生的成膜体,而中间胚乳细胞壁则有些来源于游离核有丝分裂产生的成膜体,有些是自由生长而来。同源四倍体水稻胚乳细胞化过程也出现相当比例的异常现象,如无细胞壁形成、细胞化不同步和产生分枝状的细胞壁等。同源四倍体水稻胚乳发育过程中出现的极核融合、游离核发育和细胞化过程等异常都可能导致同源四倍体水稻的结实率降低。     

水稻同源多倍体的研究策略

在同源多倍体水稻的研究中存在3大局限性,即思想观念的局限性、材料数量(或材料类型)的局限性和技术思路的局限性。在对同源三倍体水稻和同源四倍体水稻的研究中发现了值得注意的4种奇特现象,即同源三倍体水稻的结籽现象及其倍性的遗传稳定性、在异倍性水稻间的杂交后代中早世代性状稳定遗传的现象、在隔离条件下同源四倍体的胚自发现象和离子束注入后同源四倍体水稻单株的高结实现象。为了挖掘同源多倍体水稻的潜在利用价值,在今后的研究中有如下4条途径值得探索,即探索直接利用同源四倍体水稻的可能性、探索利用同源四倍体水稻杂种优势的可能性、探索以同源多倍体水稻为桥梁完成异源遗传物质转移和丰富水稻基因库的可能性及探索同源多倍体水稻特征特性的遗传规律。     

同源四倍体水稻雌雄配子体多态性的研究

同源四倍体水稻（２ｎ＝４ｘ＝４８）由于其细胞内染色体数的倍增而导致其生殖性状发生了明显的变化。在其雄配子体中存在着比较少的正常花粉粒（１３．３５％￣１７．４９％）和比较多的败育花粉粒（８２．５１％￣８６．６５％）。在败育花粉粒中包括典败,园败和染败花粉粒。在同源四倍体水稻ＡＰＩＶ的成熟胚囊内存在着正常蓼型胚囊（４３．０％）,退化型胚囊（３６．０％）和变异型胚囊（２１．０％）,在变异型胚囊中包括双卵     

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。     

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…     

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。     

水稻无孢子生殖的胚胎学研究

 为进一步确定水稻HDAR的无融合生殖胚的倍性及发生类型，系统观察了胚囊的发生发育。结果表明水稻HDAR中具有一定频率的无孢子生殖胚囊和由卵细胞孤雌生殖而形成的无融合生殖胚。     

广东高州普通野生稻与粳稻杂交F1胚囊育性及发育特点

利用整体染色激光扫描共聚焦显微术(WE CLSM), 对广东高州普通野生稻与粳稻台中65杂交F1的成熟胚囊育性、胚囊形成发育及受精特点进行研究。杂种F1成熟胚囊平均育性为64.61%。不同杂种的成熟胚囊均存在不同程度的异常现象, 异常的主要类型有：胚囊退化、小胚囊、雌性生殖单位退化、卵器退化、极核数目或位置异常及其他异常等类型。其中频率最高的异常类型为雌性生殖单位退化（10.49%）,其次是胚囊退化（9.80%）。杂种F1的胚囊发育过程与高州野生稻原种基本一致,育性低的杂种F1胚囊发育过程出现多种异常现象。对3个杂种F1受粉后1 d的胚囊进行观察发现,除正常受精膨大的胚囊外,还存在结构正常未受精和结构异常未受精等异常现象。受粉后7 d的胚囊基本上与受粉后1 d的相似。研究结果表明,广东高州普通野生稻可能具有决定杂种F1胚囊育性的不同基因,包括中性基因等。     

水稻雌性败育基因FA的图位克隆

目的 对水稻胚囊突变体的表型观察、遗传定位和基因克隆,将为研究植物生殖发育奠定理论基础。方法 从粳稻品种宁粳4号突变体库中筛选出一个雌性败育突变体female abortion(fa),对野生型和突变体不同发育时期的胚囊进行细胞学观察并统计胚囊类型。以突变体杂合型为母本,N22为父本构建定位群体,对该表型进行遗传分析,采用图位克隆方法精确定位目的基因。结果 表型分析显示,突变体雌蕊在外观上没有表现出差异,但成熟时植株完全不育。与野生型相比, 该突变体胚囊发育异常,不能形成七细胞八核胚囊结构,而且形成多种类型的异常胚囊。遗传分析表明,该突变性状受一对隐性核基因控制。我们将该基因初定位在第1染色体的分子标记L1和L3之间,通过扩大定位群体,最终将基因定位在分子标记L10和L11之间,物理距离为117 kb。测序分析发现该区间内LOC_{_}Os01g68870外显子上有一个单碱基替换,由胸腺嘧啶(T)替换成胞嘧啶(C),氨基酸由亮氨酸变为脯氨酸,从而导致该表型的出现。qRT-PCR结果显示,相对于OsMADS13、OsAPC6、OsTDL1A基因在突变体fa胚囊中表达量而言,OsDEES1基因在突变体fa胚囊中表达量变化最为显著,FA可能是OsDEES1的上游基因。亚细胞定位结果显示,该蛋白定位于质膜。结论 FA是多孢囊基因MULTIPLE SPOROCYTE 1(MSP1)的新等位基因。本研究进一步明确了该基因对于水稻胚囊发育的重要性,可为探明它所在的调控网络体系提供新的线索。     

同源四倍体水稻与非洲栽培稻杂交的后效性研究

利用亚洲栽培稻中的4份同源四倍体水稻(O.sativa,2n=4x=48)和相应的4份二倍体水稻(O.sativa,2n=2x=24)为母本,以4份非洲栽培稻(O.glaberrima,2n=2x=24)为花粉供体进行远缘杂交后,对其杂种后代的分离动态进行了研究.结果表明,不同倍性的普通栽培稻与非洲栽培稻之间杂交后代的结实率以二倍体普通栽培稻的较高.在配制的32个杂交组合中,其杂种第1代群体均表现出明显的营养生长优势.从群体的生长势来看,杂种第2代群体比杂种第1代群体要弱一些;在杂种第2代群体中,以同源四倍体水稻为母本的杂交组合的分离现象比以二倍体水稻为母本的杂交组合的分离现象更明显.在各杂交组合的第3代群体中,从植株的株叶形态和生育期来看,株系间的差异和株系内的变异依然很明显,变异频率更宽,变异种类更多.在普通栽培稻与非洲栽培稻的杂交组合中,育性变异、生长势变异、株叶形态变异、染色体变异和结实性变异等是较易发现的变异现象.     

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.     

Megasporogenesis and Megagametogenesis in Autotetraploid Indica/Japonica Rice Hybrid

Autotetraploid indica/japonica rice hybrid combines both the advantages of polyploidy and the heterosis between indica and japonica rice.Embryo sac abortion is an important factor influencing spikelet fertility in autotetraploid rice hybrid.To clarify the cytological mechanism of embryo sac abortion,the megasporogenesis and megagametogenesis in an autotetraploid japonica/indica hybrid were examined by the whole-mount eosin B-staining confocal laser scanning microscopy(WE-CLSM)technique.Abnormalities were ob...