玉米籽粒胚乳细胞相关性状的杂种优势研究

为了解析玉米粒重性状杂种优势的产生原因,对籽粒胚乳细胞数目、细胞大小开展了研究。以玉米品种‘郑单958’、‘先玉335’及其亲本为试验材料,分析了杂交种与亲本在单籽粒重量、单籽粒胚乳细胞数目及胚乳细胞面积的杂种优势关系。结果表明,‘先玉335’和‘郑单958’胚乳细胞数目的中亲优势分别为40.81%和36.03%,超亲优势分别为33.09%和23.82%;百粒重的中亲优势分别为27.22%和28.89%,超亲优势分别为19.72%和18.34%;而胚乳细胞面积的中亲优势分别为-44.42%和-24.79%,超亲优势分别为-45.75%和-37.30%。单籽粒胚乳细胞数目与粒重呈极显著正相关,相关系数为0.796。综上所述,玉米杂交种籽粒的胚乳细胞数目多于亲本是粒重杂种优势产生的重要原因,选育籽粒胚乳细胞数目多的自交系进行杂交组配利于提高杂交种的粒重。

高温胁迫下水稻胚乳磷酸化与泛素化蛋白质组学联合分析

水稻胚乳的代谢依赖于多个翻译后修饰信号网络的精确调控,包括磷酸化和泛素化修饰。本研究通过磷酸化与泛素化蛋白质组学的联合分析,发现水稻胚乳中有143个蛋白质同时具有磷酸化和泛素化位点,这为研究磷酸化和泛素化修饰之间的串扰机制提供了组学基础。一方面,磷酸化修饰通过影响泛素-蛋白酶体系统中的关键蛋白来调控泛素化修饰;另一方面,泛素化修饰通过影响蛋白激酶和蛋白磷酸酶来间接调控植物体内的磷酸化信号网络。高温胁迫下,磷酸化和泛素化修饰协同调控酚类化合物的合成通路,并最终影响酚类化合物清除活性氧的能力以及植物在逆境中的抗性。多种淀粉代谢相关酶同时具有磷酸化和泛素化修饰,并且有18对具有不同修饰类型的位点出现在同一蛋白质的相邻位置,揭示了不同修饰之间的串扰机制以及高温胁迫中磷酸化与泛素化修饰对淀粉代谢的协同调节作用。

H5N1亚型禽流感病毒HA蛋白在水稻胚乳中的表达及其纯化

为制备H5N1亚型禽流感病毒HA蛋白并评估其免疫原性,利用水稻表达系统表达H5N1亚型禽流感病毒重组HA蛋白。首先构建了重组植物表达载体pCAMBIA1300-HA,该载体具有GT13特有启动子、信号肽SP和终止子,有利于外源基因在水稻中表达。之后将重组质粒pCAMBIA1300-HA通过电转化法导入根癌农杆菌EHA105中,筛选出阳性菌落并侵染水稻愈伤组织。经过暗培养、潮霉素筛选、分化、生根、成苗,采用CTAB法提取水稻叶片DNA,PCR鉴定结果显示,HA基因已插入到水稻基因组中,重组HA基因大小为4660 bp。将阳性植株移植到大田中,4个月后收获水稻种子,提取水稻胚乳蛋白,Western blot鉴定结果表明,HA蛋白在水稻胚乳中成功表达。重组HA蛋白通过Q阴离子层析、疏水层析和凝胶过滤层析三步分离纯化,其纯度达到90%以上。最后将纯化后的重组HA蛋白与ISA 50V佐剂混合并乳化制成疫苗,免疫小鼠,小鼠血清具有较高的特异性抗体水平,表明重组HA蛋白免疫原性较好。综上,成功构建了H5N1亚型禽流感病毒HA重组蛋白的水稻表达系统,并分离纯化获得了高纯度和免疫原性良好的重组HA蛋白。

含热带种质玉米自交系ZOL-1胚乳发育的转录组研究

【目的】研究含热带种质玉米自交系胚乳发育分子机制及相关调控网络。【方法】通过高通量RNA-seq测序技术,对热带血缘玉米自交系ZOL-1在授粉后5、10、15、20、25、30 d 6个时期的胚乳转录组进行比较,得到的差异表达基因进行KEGG与GO功能注释,并对FPKM平均值大于1的基因进行时间序列分析。【结果】玉米自交系ZOL-1胚乳发育在授粉后25~30 d时籽粒长、宽、厚增长速率最快,增长率分别达到15.9%、16.1%和10.2%。经过转录组测序和同参考基因组比对,过滤后reads占比至少为83.99%,测序质量和组装效果均较好。按照连续比较系统方法,在10 d_VS_5 d、15 d_VS_10 d、20 d_VS_15 d、25 d_VS_20 d和30 d_VS_25 d分别检测到7129、5252、4254、775和312个差异表达基因。GO功能注释表明,差异表达基因主要分布于细胞分化过程、代谢过程、催化活性和细胞器等条目中。KEGG功能富集分析显示,差异表达基因主要富集在能量代谢、碳水化合物代谢、碳代谢、氨基酸代谢、信号转导等与胚乳发育相关的通路。通过对FPKM平均值大于1的基因进行时间序列分析,19554个基因共划分为10个Clusters,并在Cluster 7鉴定出8个淀粉合成酶相关基因,它们的表达量在授粉后15 d时开始显著提升,此后保持较高表达水平。【结论】玉米自交系胚乳发育可能主要受下调基因表达调控,在授粉后15 d前后胚乳的发育模式发生变化,转录组有重新编程的迹象,同时挖掘到玉米淀粉生物合成相关基因8个,有利于研究胚乳发育的分子调控机理。

低温胁迫对不同胚乳类型高粱幼苗的影响

为了研究低温胁迫对不同胚乳类型高粱幼苗的影响,选用胚乳中不含玻璃质的高粱材料RN005和RN109,含有玻璃质的高粱材料RB104和RB142,分析高粱籽粒主要成分差异,以及常温下的吸水性,并进行25℃常温和4℃低温处理,通过比较高粱幼苗株高、苗鲜质量、可溶性糖含量、脯氨酸含量以及SOD、POD、CAT活性的变化,研究低温对不同类型高粱幼苗的影响。结果表明,不同胚乳类型高粱籽粒直链淀粉含量有显著差异,RN005和RN109直链淀粉含量较低,RB104和RB142直链淀粉含量较高。吸水性与直链淀粉含量成反比,RN005和RN109吸水性较强,RB104和RB142吸水性较差。低温处理7 d,与对照相比,高粱幼苗株高和鲜质量显著降低,RB104和RB142降低幅度较小,表现出较强的耐低温能力;RN005和RN109降低幅度较大,耐低温性较差,高粱幼苗耐低温性可能与种子吸水性有关,单位时间内吸水量越多越易受低温影响。同类型高粱幼苗在相同温度处理下,各生理指标的变化趋势相似。在低温处理3 d,2种类型高粱生理指标差异最为显著,RB104和RB142的可溶性糖含量、脯氨酸含量、SOD活性、POD活性、CAT活性均显著高于RN005和RN109。

基于YOLO v5-OBB与CT的浸种玉米胚乳裂纹检测

浸种是玉米生产中重要的播前增种技术,对浸种过程中裂纹的高效检测是分析玉米胚乳裂纹变化规律的基础,是优良品种性状选育的关键之一,尚存在内部胚乳裂纹不可见、自动化检测程度不高等困难。基于CT扫描技术,在YOLO v5n检测网络的基础上,设计了YOLO v5-OBB旋转目标检测网络,其中OBB为有向目标边框,该网络使用旋转矩形框代替普通矩形框,并在Backbone部分加入位置注意力模块(CA),同时采用倾斜非极大值抑制算法(Skew-NMS)进行非极大值抑制得到最终预测框,以此实现长宽比大、方向不一的玉米胚乳裂纹检测。经过300次迭代训练,模型在测试集上的精确率P为94.2%,召回率R为81.7%,平均精度(AP)为88.2%,模型内存占用量为4.21 MB,单幅图像平均检测时间为0.01 s,与SASM、S2A-Net和ReDet旋转目标检测网络相比,AP分别提高15.0、16.9、7.0个百分点,单幅图像平均检测时间分别减少0.19、0.22、0.46 s,同时YOLO v5-OBB模型内存占用量分别为SASM、S2A-Net和ReDet模型的1.50%、1.43%和1.73%,与采用水平矩形框标注的YOLO v5网络相比,AP提高0.6个百分点,模型大小减小0.19 MB,单幅图像平均检测时间不变,两者均为0.01 s。将YOLO v5-OBB网络获取裂纹目标框坐标信息后得到的裂纹长度与在DragonflyEZ软件中得到的裂纹真实长度相比,两者绝对误差为0.04 mm,相对误差为0.93%。对不同CT灰度分布情况下玉米胚乳裂纹检测结果表明,该模型对较小灰度、较大灰度、混合灰度3种玉米胚乳裂纹图像的P分别为100%、100%、93.3%,R分别为100%、82.4%和79.8%,AP分别为99.5%、91.2%和86.8%。结果表明,所设计模型能有效实现玉米胚乳裂纹的检测,同时模型鲁棒性高,内存占用量小,可为玉米浸种过程胚乳裂纹的自动监测提供借鉴。

紫梗籽银桂种胚发育与胚乳营养物质的变化研究

为研究桂花种胚发育过程及成熟机制,以紫梗籽银桂种子为研究材料,对其发育过程中胚和胚乳进行生物学观察,并对胚乳的可溶性糖、淀粉、可溶性蛋白和粗脂肪等含量进行了测定和分析。结果表明,紫梗籽银桂花期为9—10月,种胚的发育大约经历三个阶段:种胚开始形成期、种胚快速形成期和种胚成熟期。随着紫梗籽银桂种子的发育,胚乳可溶性糖含量呈上升的趋势,淀粉含量呈先降后升的趋势;可溶性蛋白含量前期比较平稳,后期呈上升趋势;粗脂肪含量不断增加。紫梗籽银桂种子各类营养物质快速积累发生在花后180 d之后,此期间种胚开始大量形成,到种子成熟阶段达到峰值。

水稻种子胚形态与胚乳组成对稻米留胚特性的影响

【目的】稻米留胚能够提高稻米营养品质,但稻米留胚特性与胚性状、胚乳成分的关系等相关生物学机制并不明确。因此,有必要深入研究不同类型稻米品种留胚率差异及其影响因素。【方法】选取粳稻中软米型和普通型两类典型留胚材料及非留胚材料为试材,首先切片观察两类品种籽粒胚发育特点,继而对比表观直链淀粉含量(apparent amylose content,AAC)和离层果胶含量,最后以外源细胞分裂素(cytokinin,CTK)调控,比较胚性状、胚乳组成及留胚率差异。【结果】与非留胚材料相比,软米型和普通型留胚材料具有胚内幅和外幅较大,胚发育速度快,胚体积较大的特点;籽粒充实度好,粒形更宽、厚;同时离层果胶含量也较高。外施CTK后,软米型留胚材料中后期胚发育速度加快,普通型材料胚发育减缓;两类材料的AAC、果胶含量、胚比重及留胚率均提高。【结论】除胚性状对两类品种留胚率均有明显影响外,胚乳组成主要影响软米型材料留胚特性,而粒形是影响普通型材料留胚特性的重要因素。CTK则通过影响籽粒不同性状对不同类型材料留胚率进行调控。这为后续高留胚水稻品种的培育和栽培调控提供了理论依据和指导方向。

水稻和小麦胚乳发育的比较

以水稻盐粳 2 35和小麦扬麦 5号为研究材料 ,用整体解剖和树脂包埋切片等方法比较研究了这两种作物胚乳细胞分裂、分化和充实的特点 .两者发育的主要差异有 :(1)水稻胚乳囊呈香蕉形 ;小麦胚乳囊呈南瓜子形 .小麦的游离核与胚乳细胞要比水稻大 .(2 )水稻游离核的分裂以无丝分裂为主 ,而小麦游离核的分裂以有丝分裂为主 .水稻游离核及细胞的分裂速度较小麦快 .(3)水稻胚乳细胞中淀粉体约在花后第 4天出现 ,蛋白质体约在花后第 5天出现 ;小麦胚乳细胞中淀粉体约在花后第 7天出现 ,而蛋白质体约在花后第 9天出现 .(4 )水稻胚乳淀粉体中含有多个淀粉粒 ,而小麦胚乳淀粉体中仅含有一个淀粉粒 .(5 )水稻胚乳含两种蛋白质体类型 ,即PB1和PB2 ,而小麦胚乳只含一种蛋白质体 .(6 )水稻胚乳的背部有多层糊粉层细胞 ,其细胞壁上没有内突 ;而小麦腹部 (沟 )维管束的糊粉层细胞壁上有内突 。

极良食味粳型软米胚乳成分特征分析

中国稻作目前已经由高产型逐渐向质量效益型转变,对于消费者来说,稻米食味是稻米品质的核心。软米总体具有较高的食味,但软米品种间还存在食味差异,遴选食味更加优良的软米品种具有重要意义。采用稻米食味感官品尝、饭食味计及快速黏度分析仪分析大米样品的食味特性,并比较大米样品胚乳性状组成及米饭显微特征,以明确几个软米新材料的食味特性。结果表明:软米感官品尝食味综合评价显著优于其他材料,100分制评分在90分以上,达到极良水平。其快速黏度分析仪特征值的峰值黏度、崩解值显著高,最低黏度、最终黏度和消减值、峰值时间显著低;胚乳性状表现为直链淀粉含量、支链淀粉长链显著低,其上限可能分别在13%、15%,清蛋白含量显著高,甜味氨基酸和苦味氨基酸总含量偏高,样品间可溶性糖含量差异显著,但极良食味品种没有表现出显著多。极良食味品种米饭显微图像自表及里,表现出充分糊化的网孔状特征,而不良食味品种则表现为没有充分糊化的熔岩状特点。多元回归分析表明,食味性状是由胚乳特性综合影响导致。综上,本研究的软米材料食味明显优良,具有显著的快速黏度分析仪特征值和胚乳成分含量特征。

胚乳蛋白质对稻米品质影响的研究进展

蛋白质是稻米胚乳中仅次于淀粉的第二大贮藏物质,蛋白质含量、组分、形态以及分布特征对稻米品质均具有重要影响。本文梳理了胚乳蛋白质与稻米外观品质、加工品质、营养品质和蒸煮食味品质关系的研究进展,并对未来研究方向提出了展望。结果可为进一步解析胚乳蛋白质在稻米品质形成中的作用和稻米品质改良提供参考。

微胚乳玉米花粉对普通玉米籽粒性状及含油率的直感效应

【目的】分析微胚乳玉米花粉与普通玉米授粉杂交当代玉米籽粒的性状及含油率,为利用微胚乳玉米花粉直感效应改良普通玉米品质提供参考依据。【方法】以2个微胚乳玉米自交系和6个微胚乳玉米杂交组合为父本,与3个普通玉米品种进行授粉杂交,以普通玉米品种自交为对照(CK),测定分析各组合杂交当代玉米籽粒的百粒重、胚重比、含油率和胚含油率等性状,并进行相关分析。【结果】以微胚乳玉米自交系的花粉和微胚乳玉米杂交组合的花粉分别与普通玉米授粉,总体上均可提高其当代籽粒的百粒重,尤其对提高桂单0810×71-72、桂单0810×45-48、桂单166×71-72、桂单166×49-52、桂单166×65-66、桂单901×61-62和桂单901×49-52组合百粒重的效果更佳;各杂交当代玉米籽粒百粒重的相对花粉直感效应值中除桂单0810×63-64组合外,其余组合较其对应的CK提高1.37%~20.27%;8个微胚乳玉米材料花粉授粉均可显著(P<0.05,下同)或极显著(P<0.01,下同)提高桂单0810、桂单166和桂单901当代籽粒的胚重比;杂交当代玉米籽粒的含油率较其对应CK提高18.55%~68.70%,其中,GD901×65-66组合的籽粒含油率最高,GD166×61-62组合的籽粒含油率最低;胚含油率较其对应CK提高16.22%~35.26%,其中,GD901×73-74组合的胚含油率最高,GD166×61-62组合的胚含油率最低。相关分析表明,杂交当代玉米籽粒的含油率与胚含油率和胚重比呈极显著正相关,百粒重与胚重比呈显著正相关。【结论】微胚乳玉米花粉对普通玉米存在花粉直感效应,与普通玉米授粉杂交后当代玉米籽粒的胚重比、含油率和胚含油率均有所提高,因此,微胚乳玉米花粉可在普通玉米品质改良中发挥正向作用。微胚乳玉米花粉与普通玉米授粉杂交当代籽粒的含油率可通过提高籽粒胚重比、百粒重和胚含油率得到提高。

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。

白桦胚珠发育及胚、胚乳发育关系的研究

以30年生白桦(Betulaplatyphylla)的雌花序为材料,研究了白桦有性生殖期间胚珠和胚乳的发育过程,以及胚和胚乳发育之间的关系。观察结果表明:白桦为合生心皮雌蕊,花柱2,子房室2,每室1～2个胚珠或无,中轴胎座,倒生胚珠,单层珠被,厚珠心发育;胚柄短小,由三个细胞构成;在历时4个月之久的雌配子体形成、胚胎发育直至成熟期间,胚珠经历了形态结构的变化和适应;在胚的发育过程中,胚乳起主要营养作用,胚乳发育类型为核型胚乳。最后对胚、胚乳发育的解剖结构及其相互关系以及影响种子质量的各环节进行了研究和讨论。

高粱胚乳发育的观察与研究

采集花后不同天数的高粱颖果进行实验,得到以下主要结果:（1）高粱颖果的鲜、干重前期增长较快,后期增长速度减慢,而颖果的含水率呈下降趋势.（2）发育初期的胚乳组织在反足极有一突起,并插入珠心组织.（3）高粱的淀粉体从花后第6天开始积累淀粉,颖果上方中部的胚乳细胞中淀粉体充实较好,而胚和转移细胞间的胚乳细胞淀粉体充实较差.（4）在颖果发育的前期和中期,果皮细胞中大量积累淀粉,而在颖果发育中期,果皮细胞中积累的淀粉随胚乳的进一步充实而消失.（5）在颖果背部维管束和胚乳组织间有充满液体的空腔,空腔周边的胚乳细胞特化成胚乳转移细胞,推测由背部维管束卸出的灌浆物质需经过这个空腔即质外体后才能进入胚乳.（6）糊粉层和色素层的形成与灌浆“废物”的屯积有关,高粱胚乳转移细胞及周围积聚的“废物”较多,因而成为黑色层.

水稻胚乳发育中淀粉体和蛋白体ATPase活性的动态变化

利用ATPase定位技术,对水稻品种(OryzasativaL.cv.Minghui63)胚乳细胞发育中后期淀粉体和蛋白体的ATPase活性进行了超微细胞化学定位。结果表明,在淀粉体内外膜上、淀粉粒间的通道上和淀粉体四周的无定形物上呈现显著的ATPase活性。蛋白体Ⅰ和蛋白体Ⅱ的膜上和四周的囊泡、小泡上均出现ATPase活性产物。另外,胚乳细胞的胞壁和质膜,糊粉层和亚糊粉层细胞的胞壁、质膜、细胞核和胞间连丝上也有定位的ATPase活性产物分布。根据ATPase活性产物分布特点,推测淀粉体内的网状通道是便于养分进入淀粉体内部的转运通道。淀粉体膜和蛋白体膜上的ATPase主要是为养分进入内部提供跨膜动力。

玉米胚乳发育研究进展

综述了玉米胚乳发育研究进展,阐述了胚乳细胞分裂增殖、充实过程及影响因素,分析了胚乳细胞发育与粒重的关系,探讨了胚乳形成的调控机制,并提出了存在的问题和需要解决的问题。

水稻淀粉胚乳发育中的内质网活动

超微结构观察表明,内质网在水稻(Oryza sativa L.)淀粉胚乳发育中十分活跃,参与许多功能过程:①部分粗面内质网槽库膨大,积累淀粉,发育成淀粉质体;②粗面内质网产生蛋白体Ⅰ;③内质网参与营养物质在质外体与共质体间的运输;④内质网片段化,包围细胞质,形成环状内质网或内质网兜(ER pockets),参与细胞基质的降解。

微胚乳玉米子粒显微结构研究

以5大类型的24个玉米材料为试验对象,对微胚乳超高油玉米(微胚乳玉米,MEM)成熟子粒的显微结构进行了初步研究,通过这些玉米材料的胚重/子粒重比值的分析,进一步探讨微胚乳玉米材料与其它4大类非微胚乳玉米材料的显微结构的差异。显微观察结果显示:微胚乳玉米材料的胚乳含量很少,有些材料甚至不含胚乳(除糊粉层外),说明微胚乳玉米材料的胚乳存在不同程度的解体。但它们的胚却是5大类玉米材料中最大的。同时,微胚乳玉米材料的胚重/子粒重比值也是5大类玉米材料中最大的。

被子植物核型胚乳的细胞化

文章介绍被子植物胚乳多核体的产生及其意义、初始垂周壁和初始平周壁的产生以及微管在初始垂周壁和初始平周壁产生中的作用、胚乳发育及胚乳核细胞化的分子机制以及胚乳细胞壁的物质来源和组成的研究进展。