叶色白化水稻突变体转绿中若干生理与叶绿体发育特型的研究

以水稻白化转绿型叶色突变体及其野生型亲本为材料,研究突变体转绿过程中叶片相关生理特性及其叶绿体发育超微结构变化.研究结果表明:突变体随着叶色转绿,叶片叶绿素、可溶性蛋白含量增加、超氧化物歧化酶(SOD)活性降低,突变体叶色在完全转绿后,SOD活性电泳中出现了清晰的Fe-SOD谱带;突变体在2叶1心期,叶肉细胞内都是囊状空泡,没有叶绿体,而野生型亲本叶肉细胞内已具有大量叶绿体存在;突变体6叶1心期,叶肉内可以观察到叶绿体的存在,但叶绿体形态不规则或畸形;野生型亲本叶绿体可以直接由前质体正常发育而来,而突变体的叶绿体发育经历了“前质体-白色体-叶绿体”的过程,其叶绿体发育明显滞后.     

白条纹水稻突变体的光合特性分析

从水稻组织培养突变体中发现可稳定遗传的白色条纹突变体,其生育期呈现白色和绿色条带相间的表型。电镜观察表明突变体绿色条带叶肉细胞具有正常的叶绿体发育,白色条带叶肉细胞则表现出叶绿体缺失。与野生型相比,突变体单位重量叶片叶绿素含量显著下降,但叶绿素光能吸收强度略有上升。突变体类囊体膜上的光系统II产生的激发能量降低,并将更多的激发能分配给光系统I。突变体保持叶片光合效率稳定的机制是通过提高胡萝卜素与叶绿素比值来补偿光合色素含量和激发能的降低引起的光合效率下降。     

水稻淡绿叶基因PGL11的鉴定与精细定位

【目的】叶片是水稻进行光合作用的主要场所,叶片颜色的变化与水稻的生长发育直接相关。发掘水稻叶色突变体,是水稻功能基因组学研究的重要遗传基础。【方法】利用EMS诱变日本晴获得一个能稳定遗传的淡绿叶突变体,暂命名为pgl11(pale green leaf 11)。在不同生育期测定野生型与突变体的叶绿素含量。在苗期,取野生型与突变体叶片进行叶绿体结构的透射电镜观察。在分蘖期,测定野生型与突变体的光合参数并观察气孔结构。在成熟期,测定野生型和pgl11的主要农艺性状。以pgl11为母本,南京6号为父本构建相应的F2群体,采用图位克隆的方法,对该基因进行定位。【结果】从苗期开始,突变体pgl11的每一片新叶均表现为淡绿色,叶绿素含量显著降低,叶绿体发育异常。随着叶片的生长,叶色由淡绿逐渐转绿,至抽穗期时叶绿素含量亦无明显差异。pgl11还表现光合速率、气孔导度明显下降,胞间CO_2浓度上升。扫描电镜观察发现,突变体pgl11的气孔发育异常。与野生型相比,突变体的农艺性状如株高、剑叶宽、二次枝梗数、每穗粒数、粒长、粒宽、千粒重以及结实率等均显著降低。对叶绿素合成、光合作用以及质体发育相关基因的表达量测定表明,突变体pgl11中参与叶绿体转录和翻译相关基因的表达量显著升高,而叶绿素合成和光合作用相关基因的表达量显著下降。遗传分析表明,该突变表型受一对隐性核基因控制。通过图位克隆的方法将该基因定位于第1染色体上的C6和C8标记之间,物理距离约为110 kb。【结论】该定位区间内未见有叶色相关基因报道,推测PGL11基因可能是一个新的水稻叶色基因。     

一个水稻低温移栽白条纹突变体wltt的鉴定和基因定位

【目的】叶色突变相关基因的鉴定与克隆为研究叶绿体发育、叶绿素合成和光合作用等分子机制提供理论基础。【方法】从常规粳稻镇糯19杂交后代中分离出一个低温移栽后叶色转成白条纹的自然变异突变体,命名为wltt (white stripe leaf after transplanting at low temperature)。成熟期测定野生型和wltt的主要农艺性状,分别在苗期、移栽后15 d和同时期直播条件下测定新生叶片的色素含量并观察叶绿体的超微结构;将wltt和野生型正反交进行遗传分析;用wltt与籼稻9311杂交产生的F_2作为定位群体进行基因定位;采用RT-qPCR分析叶绿体发育、叶绿素合成和光合作用相关基因在野生型和wltt中的表达水平。【结果】wltt突变体在苗期表现正常绿色,移栽15 d后心叶出现白条纹叶表型,至分蘖末期心叶叶色恢复;而不经移栽,突变体不会出现白条纹叶。人工模拟实验表明该表型是由低温条件下根损伤引起的。与野生型相比,wltt突变体移栽后的新生叶色素含量显著降低,光合速率下降;同时株高变矮,穗长、剑叶长和每穗粒数均显著降低。叶绿体的超微结构显示,突变体的叶肉细胞中,仅少数细胞含有正常的叶绿体,其余大部分叶肉细胞不含叶绿体。进一步研究发现,突变体中部分光合系统相关基因和叶绿体发育相关基因表达下调,叶绿素生物合成相关的14个基因表达也下调。遗传分析表明,该突变性状受一对隐性核基因控制。利用wltt突变体/9311的F_2群体,将该基因定位于水稻第2染色体着丝粒附近853kb区间内。目前,该区间内没有叶色相关基因的报道。【结论】WLTT是低温条件下移栽调控叶片转色的关键基因,在叶绿体发育过程中发挥重要作用。     

水稻苗期低温白叶突变体cde2的鉴定和基因定位

从粳稻品种Asominori的组培后代中发现了一个温度敏感的叶绿素缺乏突变体。低温(23℃)条件下该突变体幼苗3叶期前表现为白化表型随后致死,但在正常温度条件下与野生型无明显差异(30℃)。与野生型相比,该突变体幼苗低温条件下叶绿素含量明显下降,叶绿体结构发育异常。遗传分析结果表明,该突变体受一对隐性核基因控制,定名为cde2(chlorophyll deficient 2)基因。从cde2与籼稻品种培矮64衍生的F2群体中挑选1064株表现为突变表型的单株进行基因定位,将该基因初步定位于水稻第1染色体的着丝粒附近,随后利用已有的SSR标记和自行开发的Indel标记,进一步将该基因定位在标记RM11041和Indel1之间,物理距离为365.6kb。此外,对该突变体叶绿素合成、光合作用以及质体转录/翻译系统相关基因的表达量测定表明,CDE2突变后增加了与叶绿素合成和质体转录/翻译相关基因的表达,但降低了光合作用相关基因的表达。结果表明,CDE2在水稻叶绿素合成以及叶绿体的发育过程中起着重要的作用。     

波罗蜜叶片突变体叶绿素含量测定和超微结构观察

波罗蜜（Artocarpus heterophyllus）是一种热带果树,至今对其突变体的研究少有报道。本研究以波罗蜜叶片为试验材料,探究其叶片出现白化和返绿现象的可能原因。（1）用分光光度计法、比色法测定波罗蜜叶片突变体和正常绿叶的叶绿素及叶绿素前体物质含量;（2）用叶绿素酶Elisa试剂盒测定叶绿素酶活性;（3）用透射电子显微镜对叶绿体的超微形态结构进行观察。研究结果表明：（1）不同叶色所产生的叶绿素a含量、叶绿素b含量、叶绿素总含量、类胡萝卜素含量均存在显著差异;（2）波罗蜜叶片突变体和正常绿叶的叶绿素合成前体物质含量之间并没有出现显著性差异;（3）对波罗蜜叶片的叶绿素酶活性进行测定时,发现其活性出现显著差异,但对其叶绿素含量的差异性并没有产生较大影响;（4）观察波罗蜜叶片内叶绿体超微形态结构时,发现正常绿叶的叶绿体形态完好且数量较多,白化叶和返绿叶的叶绿体内部结构存在缺陷,其原因是叶绿体基粒构建阶段受阻;基于测定波罗蜜叶片中的叶绿素、叶绿素前体物质含量和叶绿素酶活性,并观察波罗蜜叶片内叶绿体的超微形态结构,对得到的数据结果进行比较分析。本研究推测是在叶绿素合成阶段,原脱植基叶绿素合成叶绿素时受阻及叶绿体发不良导致波罗蜜出现白化和返绿现象,为今后进一步综合研究波罗蜜突变体提供理论依据。     

水稻叶片内卷突变体rl(t)的鉴定与基因定位

【目的】叶片是水稻理想株型的重要内容,叶片适度卷曲可以提高光合效率。对卷叶相关基因进行遗传分析和初步定位,为下一步的基因克隆与功能分析提供研究基础。【方法】利用EMS诱变雄性不育保持系宜香1B获得一份稳定遗传的叶片向内卷曲突变体,暂命名为rl(t)。在成熟期,测定野生型和rl(t)的主要农艺性状;在分蘖期,取野生型和rl(t)叶片用FAA固定液固定进行石蜡切片,同时,用野生型和rl(t)剑叶测定叶绿素含量;在抽穗期,利用Li-6400便携式光合仪测定10株抽穗期的野生型和rl(t)的光合参数;将rl(t)与野生型及日本晴杂交,观察F_1植株表型,对F_2表型分离进行χ~2测验,对突变体进行遗传分析。以rl(t)/日本晴的F_2群体为材料,利用BSA法进行定位。【结果】与野生型相比,突变体叶片向内卷曲明显,叶片更加直立,叶色变深,其他主要农艺性状均有不同程度降低。光合特性分析表明,突变体比野生型具有更高的光合色素含量,但光合效率没有明显差异。叶片组织切片观察表明,突变体中泡状细胞变小可能是导致叶片卷曲的主要原因。遗传分析表明,该突变体受一对隐性核基因控制,利用突变体与日本晴的F_2群体进行基因定位,最终将该基因定位在第7染色体长臂InDel标记Ind3和Ind4间610 kb的物理区间。【结论】rl(t)叶片内卷是由于近轴面泡状细胞面积减小。RL(t)定位区间内未见卷叶相关基因报道,推测RL(t)可能是一对新基因。     

海南油茶不育株花器发育生物学特性及解剖学观察

从解剖学、细胞生物学及遗传学角度对海南油茶不育株花器发育过程导致不育的原因进行研究。以海南油茶正常株和不育株为实验材料,对其花芽发育过程外部形态特性进行阶段性比较观察,并应用花粉原位萌发技术检测其花粉萌发及花粉管发育差异;应用石蜡切片法对花芽分化过程中雌雄蕊进行解剖学观察,分析雌雄蕊发育时期与其花芽外部形态的相关性。结果表明：不育花与正常花外部形态上并无明显差异,但不育株开花后子房即脱落,表明没有正常授精,不育株柱头授粉后花粉粒不萌发,花粉管并不伸长;从雌雄蕊石蜡切片可以看出,不育株花器发育失常,其花药的绒毡层降解异常,无法形成成熟花粉粒,而在其胚珠发育过程中不育株未能形成成熟胚囊,导致空心胚珠。     

水稻斑马叶突变体zl7的鉴定与基因的精细定位

【目的】斑马叶突变体作为水稻叶色突变体的重要种质资源，是研究植物光合作用机制和高光效育种的理想材料，对于解析光合作用机理和提高水稻产量具有重要意义。【方法】用甲基磺酸乙酯（EMS）诱变粳稻品种春江06建立突变体库，从突变体库中筛选到1份苗期为斑马叶的突变体，该突变体被命名为zl7(zebra leaf7)。在常规大田种植条件下分别比较突变体与野生型在苗期、抽穗期和成熟期叶色表型和产量性状差异，通过透射电镜实验分析叶片叶绿体发育情况，利用图位克隆方法克隆候选基因，利用荧光定量PCR方法分析参与叶绿素合成和叶绿体发育相关基因的表达水平。【结果】从苗期开始，突变体zl7表现出典型的斑马叶，叶绿素含量降低，直到抽穗期，斑马叶表型消失，叶片逐渐复绿，叶绿素含量无明显差异。光合速率测定和电镜观察结果显示，突变体zl7的光合速率、气孔导度下降，叶绿体发育异常。与野生型相比，突变体的株高、分蘖、穗长、一次枝梗、二次枝梗和每穗粒数均显著降低，而粒长、粒宽和千粒重均略有增加。荧光定量PCR结果表明突变体中参与叶绿素降解相关基因的表达量显著升高，而参与叶绿素合成和叶绿体发育相关基因的表达量显著降低。遗传分析...     

安吉白茶特异性状的生理生化本质

安吉白茶的特异性主要表现在春季发芽时新梢嫩叶叶色的可逆性白化现象, 在白化过程中新梢的叶绿素含量急剧下降和氨基酸含量显著上升。研究表明, 安吉白茶是一个温度敏感的自然突变体, 其白化表达的温度阈值在20 ～22 ℃之间, 但该温度仅在芽萌发初期发挥作用; 其正常复绿的启动温度在16 ～18℃之间。叶片白化期的主要生理生化变化是叶绿体膜结构发育发生障碍, 叶绿体退化解体, 叶绿素合成受阻, 质体膜上各种色素蛋白复合体缺失, 导致了叶色的变化; RuBP羧化酶的大、小亚基含量及酶活性下降, 同时伴随蛋白水解酶活性的升高, 终因叶绿体不能继续发育, 多余的可溶性蛋白水解, 导致游离氨基酸含量显著上升。文中对其返白机理进行了讨论, 认为该温度敏感型突变体的突变很可能是由核基因或核质互作控制的。     

Genetic Analysis of Streaked and Abnormal Floret Mutant st-fon

A double mutant with streaked leaf and abnormal floret was found and temporarily named streaked leaf and floral organ number mutant (st-fon).For this mutant,besides white streak appeared on culm,leaves and panicles,the number of floral organs increased and florets cracked.The extreme phenotype was that several small florets grew from one floret or branch rachis in small florets extended and developed into panicles.By using transmission electron microscope to observe the ultrastructure of white histocytes of leaves at the seedling stage,the white tissues which showed abnormal plastids,lamellas and thylakoids could not develop into normal chloroplast,and the development of chloroplast was blocked at the early growth stage of plastid.Scanning electron microscope and paraffin section were also used to observe the development of floral organs,and the results indicated that the development of floral meristem was out of order and unlimited,whereas in the twisty leaves,vascular bundle sheath cells grew excessively,or some bubbly cells increased.Genetic analyses carried out by means of cross and backcross with four normal-leaf-color materials revealed that the mutant is of cytoplasm inheritance.     

Characterization and Genetic Analysis of a Novel Mutant mst of Rice Defective in Flower Development

A spontaneous mutant with multiple stigmas (mst) was found in an indica rice line 466. The mst mutant exhibits normal at the vegetative development stage and produces normal inflorescence structures. The difference between the mutant and the wild type was observed when the stamen primordium began to develop. In the mst florets, palea and lemma opened, lodicules were homeotically transformed into palea/lemma-like structures, and stamens were homeotically transformed into carpel-like structures. It looked like multiple stigmas being full of the whole floret. The phenotypic changes of mst were very similar to that of B-like mutant spw1. Compared with other mutants with pistillate morphologies, the severe mst florets showed that the inner three floral organs were completely changed into palea/lemma-like structures. Moreover, the mutant was female sterile. Occasionally, with the changing environment, one or two stamens were fertile. Genetic analysis indicated that the mutant traits were controlled by a single recessive gene.     

普通小麦及其近缘物种花序、小穗和小花的形态结构分析

花的发育影响着种子的发育。普通小麦是三大粮食作物之一,但对小麦花序发育的研究滞后于水稻和玉米。为揭示小麦花发育的机理,本研究采用体视镜观察、扫描电子显微镜观察和组织切片后光学显微镜观察等方法,对普通小麦及其近缘物种一粒小麦、拟斯卑尔脱山羊草、粗山羊草、二粒小麦以及二穗短柄草的花序、小穗和小花形态结构进行了系统观察和分析比较。结果表明,普通小麦与二倍体小麦、二粒小麦表现出一定差别:普通小麦每个小穗形成8~10朵小花,但在发育后期,大多数小花退化不育,每个小穗只有3~4朵小花能够形成种子;二倍体小麦和二粒小麦的小穗结构与普通小麦类似,但每个小穗发育形成3~5朵小花,小花数目明显减少。与普通小麦相似,二穗短柄草每个小穗同样分化形成多朵小花,不同的是,二穗短柄草的大多数小花发育正常,是可育的。以上这些研究结果暗示小麦具有巨大的增产潜力。     

水稻花器官发育基因DPS2的鉴定和精细定位

【目的】鉴定和克隆花器官发育相关基因,为进一步研究水稻花发育的分子机制奠定基础。【方法】在大田常规种植条件下比较了突变体dps2 (Defective pistil and stamens 2)和野生型春江06的主要农艺性状及花器官形态特征差异;扫描电镜及石蜡切片观察花药结构并用染色法观察花粉和胚囊的育性;利用图位克隆方法进行基因精细定位;qRT-PCR分析了花发育相关基因在野生型和突变体中的表达水平。【结果】dps2突变体抽穗期变长,不能正常扬花,雄蕊和雌蕊皱缩且花药和柱头数目增多;进一步研究发现,dps2突变体花药腔室塌陷,内无可见小孢子,即使部分花药形成腔室,花粉粒也无淀粉积累呈干瘪状。此外,突变体胚囊育性也受到影响;遗传分析表明该突变性状受一对隐性核基因控制,该基因位于第4染色体短臂上91.2 kb的区间内,区间内未见花器官发育相关基因的报道。qRT-PCR检测发现,水稻ABCDE模型中的B类、C类和E类基因的表达在突变体中显著升高。【结论】dps2突变体的雄蕊及雌蕊均发育异常,最终导致完全不育,推测DPS2可能在水稻第3轮雄蕊发育和第4轮雌蕊发育调控中发挥重要作用。     

Plant regeneration and floral bud formation from intact floral parts of African violet (Saintpaulia ionantha H. Wendl.) cultured in vitro

Intact immature flower buds of African violet (Saintpaulia ionantha H. Wendl.) were used as explant sources for in vitro studies. The effect of exogenous hormones, NAA and BAP on the indirect organogenesis of this species was observed. Callus was formed on the cut end (base) of pedicels of floral buds where they were in contact with the medium. When maintained on the same medium, callus was differentiated into adventitious shoots after 10 weeks in culture. MS media supplemented with 2.0 mg L(-1) NAA and 1.0 mg L(-1) BAP gave the highest number of sterile or vegetative floral buds from the surface of callus of the explants, but these buds failed to develop further. The floral buds were expanded as abnormal flowers. The floral structures were smaller in size compared to intact flowers. Petals (corolla) were white to purple in colour but did not form any reproductive organs, i.e., stamens or pistils. All sterile or vegetative floral buds and abnormal flowers survived for 3 months in culture but failed to reach anthesis.     

一个水稻多重颖壳突变体的形态学观察及初步遗传分析

从T DNA插入突变体库中筛选获得1份多重颖壳突变体。解剖镜下观察发现其内外稃伸长,同时伴有类颖壳状结构而普遍呈现多重颖壳。在所观察的215朵颖花中,14.27%的颖花没有雌、雄蕊,23.72%的颖花包含有额外小花,6201%的颖花其雌、雄蕊数目变化分别为1~3枚和1~9枚,部分颖花的花丝基部可看到泡状透明瘤状物;突变体浆片稃片化而使其颖花在自然条件下不能开放;完全雄性和雌性不育。扫描电镜观察揭示其颖花原基分化正常,但进入雌、雄蕊原基的分化较迟,会继续进行类似多重颖壳状器官的分化;同时,颖花原基进行不均衡分裂,产生数目不等的雌、雄蕊。遗传分析显示该突变是一个单基因控制的隐性性状,并与T DNA插入表现共分离。推断它是E类基因引起的功能突变。     

Morphogenesis, Anatomical Observation and Primary Genetic Analysis of a Multi-glume Floral Organ Mutant in Rice

The floral development is one of the pivotal characteristics of the transition from vegetative to reproductive phase in plant, while the generated seeds are the important source of propagation and population dispersal. Furthermore, it serves as the foundation of grain yield and quality in crop. Therefore, the floral development and its regulation becomes current research hotspot in plant molecular biology. Previously, some genes controlling flower development have been cloned in Snapdragon and…     

实用转绿型叶色标记不育系白丰A的应用研究

用γ射线诱变Ⅱ32B干种子,筛选出苗期转绿型叶色突变体,并经回交选育,获得带转绿型叶色标记不育系白丰A。经考查,白丰A苗期第1~3叶表现叶片或叶缘白化,白化程度前2叶相对较高,4叶期开始转绿。该叶色突变性状受隐性单基因控制。白丰A主要花器性状和不育特性与Ⅱ32A相似,配合力仍保持Ⅱ32A的强优特点。不论稀播或密播,白丰A苗期生长均略慢于正常绿苗对照,但不会造成竞争致死。模拟杂交稻生产和制种繁种,表明利用苗期叶色标记结合人工去杂,可有效提高田间纯度。