水稻内外稃异常发育突变体blg1(beak like grain 1)的表型分析与精细定位

【目的】水稻花器官的正常发育对水稻的成功繁殖和产量至关重要。对水稻花器官发育相关基因进行遗传定位,可以完善和丰富其花器官发育调控网络,对水稻育种具有指导意义。【方法】从育种材料中分离鉴定出一个内外稃发育异常的突变体blg1,对blg1突变体和对照株系花器官形态进行了观察。将该突变体与Dular杂交,构建F2群体,对突变表型进行遗传分析,并对BLG1基因进行了精细定位和候选基因分析。【结果】表型观察显示,blg1突变体表现为内外稃不能正常闭合、稃间弯曲严重、籽粒变小等。遗传分析表明,blg1的突变性状由一对隐性核基因控制。通过精细定位,将目标基因定位于第5染色体长臂末端InD3和InD5两个标记之间,物理距离为50 kb,包含8个开放阅读框。通过分析,LOC_Os05g48760可能是BLG1基因的候选基因。【结论】BLG1是一个控制水稻内外稃发育的新基因。

水稻PDL2的突变导致小穗外稃退化

【目的】小穗是禾本科植物特有的花器官。在水稻中,小穗作为花序的基本单位和独有结构,对水稻的产量和品质具有重要影响。因此,研究水稻小穗和花器官的发育,为水稻产量和品质的形成提供依据。【方法】使用甲基磺酸乙酯(ethyl methane sulfonate,EMS)诱变籼稻保持系西农1B,获得2个具有相似突变表型的水稻等位突变体polarity defect of lateral organs 2-1和polarity defect of lateral organs 2-2(pdl2-1和pdl2-2)。由于二者表型相似,选取pdl2-1(命名为pdl2)为材料,通过显微观察和石蜡切片技术分析其小穗突变表型;通过农艺性状考察分析小穗外稃突变对水稻产量的影响;通过图位克隆技术验证PDL2的功能;运用原位杂交技术及实时荧光定量PCR(RT-qPCR)技术分析PDL2的表达模式。【结果】表型分析结果表明,与野生型相比,pdl2突变体外稃明显变窄,不能与内稃紧密钩合,导致小穗开裂,内轮花器官部分裸露在外,但其雄蕊、雌蕊和浆片的形态和数量均表现正常。进一步的石蜡切片结果表明,突变体外稃硅化细胞和泡状细胞体积、数量的降低,以及维管束间距的减小,是导致pdl2外稃的宽度明显变窄的原因。农艺性状考察表明,pdl2外稃的变化最终引起籽粒呈水滴状,并使得pdl2突变体的结实率和千粒重等产量性状明显下降。遗传分析和图位克隆结果表明,PDL2是一个单隐性核基因,是位于水稻第4染色体的OsDCL4。该基因编码一个Dicer-like蛋白,在水稻ta-siRNA的合成途径中发挥重要作用,并且pdl2突变体是OsDCL4的一个新的弱等位突变。利用原位杂交技术及RT-qPCR技术进行的表达模式分析和基因功能分析结果表明,PDL2在水稻各轮花器官中组成型表达,该基因的突变不会影响水稻花器官特征的形成,但会干扰水稻ta-siRNA合成,影响水稻近-远轴极性建立相关基因的表达,从而导致突变体外稃近-远轴极性建立紊乱。【结论】水稻外稃退化基因PDL2的突变使得外稃近-远轴极性建立紊乱,影响小穗外稃的发育和产量性状的形成。

蒙古冰草外稃微形态特征的变异式样

采用电镜扫描技术对蒙古冰草 (AgropyronmongolicumKeng) 6个天然居群和 2个栽培品种的外稃进行了观察分析。结果表明 ,外稃的微形态特征存在有 1 4种变异类型 ,具有丰富的多态性 ;从这些变异的分布格局来看 ,主要存在于居群内的个体间 ,居群间的分化并不明显 。

“宜黄野生稻”的植物分类学地位和外稃乳突结构的扫描电镜观察

【目的】为了明确于1999年在江西省宜黄县发现的“宜黄野生稻”的植物分类学地位。【方法】对“宜黄野生稻”的植物学特征进行了分属、分种检索,同时利用扫描电镜对其外稃乳突结构与普通野生稻(O.rufipogon)、药用野生稻(O.officinalis)、疣粒野生稻(O.meyeriana)和颗粒野生稻(O.granulata)进行了对比观察。【结果】分属检索结果表明,“宜黄野生稻”不属稻属(OryzaL.)、水禾属(HygroryzaNees)和山涧草属(ChikusichloaKoidz.),而属假稻属(LeersiaSoland.ExSwartz.)植物;分种检索结果表明,“宜黄野生稻”不是李氏禾(L.hexandraSwartz.)和假稻(L.japonica(Makino)Honda),也不同于蓉草(L.oryzoides(L.)Swartz.),而是秕壳草(L.sayanukaOhwi)。外稃乳突结构的扫描电镜观察结果表明,“宜黄野生稻”的外稃乳突结构不同于中国现存的3种野生稻和颗粒野生稻,乳突结构属嵌硅双峰乳突类,与假稻属的细线粒野稻(L.tisseranti)相似,这为上述植物学分类检索结果提供了辅证。【结论】“宜黄野生稻”并非稻属野生稻种植物,其植物分类学地位应是假稻属的秕壳草。

稻属和假稻属植物外稃表面乳突结构的研究

用扫描电镜对稻属植物 2 1个种和假稻属植物 2个种的外稃表面乳突作了观察。根据乳突的形态特征 ,将乳突分为 6类 ,即双峰乳突、多向双峰乳突、瘤峰乳突、四峰乳突、凹痕乳突和假稻属的嵌硅双峰乳突。根据双峰距、垭深、距 /深比和峰角度等性状 ,将双峰乳突分为锐型和钝型的两种类型。

MT-1象草及其近缘品种的外稃微形态特征

采用电镜扫描技术对MT-1象草及其近缘品种的外稃进行了观察分析。结果表明,象草外稃的微形态具有丰富的多态性,5个象草品种(品系)间,其外稃共有7种表皮细胞形态,其中以十字形、哑铃形、念珠形硅细胞最为普遍;外稃毛被主要集中在中部,各品种类型各异,11种毛被类型中短基微毛和有尖刺毛为共有类型。依据乳突类型,可以将5个品种(品系)分为4类。根据外稃表皮微形态的差异,可以对MT-1象草及其近缘品种进行比较鉴定并加以区分。

我国三种野生稻及其与栽培稻种间杂种外稃表面显微特征的比较观察

用扫描电镜对栽培稻的两个籼型品种（Ｏｒｙｚａｓａｔｉｖａｓｕｂｓｐ．ｉｎｄｉｃａ）、普通野生稻（Ｏ．ｒｕｆｉｐｏｇｏｎ）、药用野生稻（Ｏ．ｏｆｆｉｃｉｎａｌｉｓ）、疣粒野生稻（Ｏ．ｍｅｙｅｒｉａｎａ）及野生稻与栽培稻的种间杂种Ｆ１的外稃表面显微特征进行了比较研究，观察到外稃表面的显微特征有明显的种间差异，并初步概述了三种野生稻的乳突特征。栽培稻与野生稻的种间杂种外稃显微特征受亲本影响，其中乳突座间距、列宽主要受野生稻亲本影响；底座以上的峰突特征如峰距、峰数则表现为栽培稻亲本的特征；乳突分布密度表现为超亲现象。

稻属20个种外稃乳突的扫描电镜观察

用扫描电镜对稻属植物20个种的外稃表面乳突性状作了观察。根据乳突的形态特征,将乳突分为s类,即双峰乳突,多峰乳突,瘤峰乳突,单峰乳突和凹痕乳突。根据峰角度和垭角度性状,将双峰乳突进一步分为锐型和钝型两种类型。并研讨了乳突特征与稻种分类的关系问题。

中国三种野生稻谷粒外稃乳突结构的电镜观察

用扫描电镜对中国的普通野生稻、药用野生稻、疣粒野生稻以及栽培籼、粳稻谷粒外稃的乳突结构进行了观察和比较。结果表明 :普通野生稻、药用野生稻和栽培籼稻的乳突属锐型双峰乳突 ,疣粒野生稻的乳突属瘤型单峰乳突 ,栽培粳稻属钝型双峰乳突。谷粒外稃乳突特征是稳定的微观形态形状。

水稻颖花外稃表面双峰乳突扫描电镜观察

用扫描电镜对普通野稻和普通栽培稻的籼粳两亚种外稃表面双峰乳突的结构作了比较观察。根据双峰距、垭深度、峰角度等特征,把双峰乳突分为两种基本类型。籼稻为"锐型",粳稻为"钝型",普通野稻为中间型。

菰属系统与演化研究——孕花外稃表皮微形态

应用扫描电子显微镜对禾本科菰属及其有关9属14种3变种1变型的孕花外稃顶端及其芒基部的表皮微形态进行观察比较研究。研究结果基本符合E.E.Terrell与W.P.Wergin的研究报道,但我们不仅种类收集齐全而且增加研究了与菰属有关的属种,及菰属下的一些变种及混淆种,更有利于探讨菰属的系统位置及其演化关系。菰属以其稻型的双胞微毛与硅质体应隶属于稻族。又根据它们所具硅质体形状及硅质乳突的数量,除揭示它为单性花一支与稻属、假稻属、水禾属等两性花一支在稻族中存在平行演化现象外,也揭示了在菰属中共有4种、2亚种,其中以菰最为原始。

中国看麦娘属植物颖片与外稃微形态研究

通过扫描电子显微镜对中国看麦娘属7种植物的颖片和外稃微形态进行观察,以明确颖片和外稃微形态特征的系统分类学意义。结果显示:(1)看麦娘属颖片的长细胞为长筒状,细胞壁多为波状弯曲;短细胞为近圆形或肾形;气孔器常见或缺如或稀少;冠细胞密布或者稀少;刺细胞常见或少见;硅细胞的形状多为椭圆形或者近圆形。颖片的不同主要体现在冠细胞和气孔器的有、无及刺细胞的分布。(2)看麦娘属外稃的长细胞长筒状或短筒状,细胞壁波状弯曲;短细胞椭圆形或近圆形或近长方形;气孔器常见或无;刺细胞均常见;硅细胞多椭圆形或近圆形或长方形;冠细胞偶见或密布。外稃的不同主要体现在短细胞和气孔器的分布或缺如及硅细胞的不同形状。(3)对看麦娘属的颖片和外稃微形态特征进行聚类分析,看麦娘属植物分成了2个分支,分支Ⅰ由看麦娘、长芒看麦娘和日本看麦娘组成,分支Ⅱ包括苇状看麦娘、大看麦娘、短穗看麦娘和大穗看麦娘;7种植物的颖片和外稃微形态分类检索表依次列出。研究表明,颖片和外稃微形态特征都可以作为看麦娘属植物种间的分类依据,除短穗看麦娘外,颖片和外稃聚类分析的结果与看麦娘属内划分的组一致,颖片和外稃微形态支持短穗看麦娘划入sect.Alopecurus。

水稻护颖外稃化突变体lsl的遗传分析与基因定位

护颖是水稻等稻族禾本科植物的小穗器官,关于其进化及发育的分子机制还不十分清楚。本研究报道了一个来源于保持系水稻‘西农1B’的EMS诱变群体中的护颖异常突变体,暂被命名为lsl(lemma-like sterile lemma),主要表现为护颖显著伸长变宽。花器官发育早期,lsl突变体护颖原基表现出与野生型护颖一致的发育分化模式;到成熟期,lsl突变体护颖表层细胞严重硅化,着生大量毛刺,与外稃类似,护颖内部细胞结构解剖也和外稃一致。这些结果表明突变体的护颖发生了向外稃的同源异型转化。将lsl与‘缙恢10号’杂交构建F1和F2定位群体。遗传分析表明该突变体受隐性单基因控制。利用SSR分子标记,通过BSA法,将LSL基因定位在第7染色体上SSR标记RM1085和RM6663之间,物理距离为735.5 kb。本研究为进一步理解LSL基因的功能及分子机理奠定了良好的基础。

裸燕麦小花形态表型鉴定方法与落粒的形态学机制研究

落粒性是影响裸燕麦产量与品质的关键性状。本研究对228份具有代表性的裸燕麦材料的落粒性及小花的形态等15个性状进行田间多点鉴定,并建立了裸燕麦小花形态表型的鉴定方法。结果表明,15个性状在3个试验地点之间均表现出了不同程度的差异;裸燕麦的落粒性同内稃宽度(相关系数r=-0.36)、内稃面积(r=-0.30)、外稃宽度(r=-0.26)等9个性状呈显著或极显著负相关,与种子同内稃宽度的比值(r=0.37)及种子同外稃宽度的比值(r=0.20)呈极显著正相关,说明内外稃的宽度影响小花中种子的包裹程度,外稃厚度影响小花抵抗外力的能力,从而影响裸燕麦的落粒性。K-means聚类分析将参试材料分为两大类,Ⅰ类占整个群体的48%(110个),内稃和外稃整体上更加窄小,落粒性较高;Ⅱ类占群体的52%(118个),内稃和外稃整体上更加宽大,落粒性较低。对3个地点参试材料落粒性的密度分布进行了分析,提出了裸燕麦落粒性评价的等级划分标准:0~0.03为低落粒性,0.03~0.08为中落粒性,0.08~0.16为较高落粒性,0.16~0.23为高落粒性,大于0.23为极高落粒性。

小麦颖花开放过程中花器不同部位茉莉酸类的动态变化

以宁麦8号为试材,研究了茉莉酸类(jasmonates,JAs)的2种主要化合物,茉莉酸甲酯(methyljasmonate,Me JA)和茉莉酸(jasmonicacid,JA)对小麦离体穗颖花开放的诱导效应。结果发现它们均可诱导小麦颖花开放,但JA的活性略低于MeJA。用基于抗茉莉酸甲酯单克隆抗体的酶联免疫吸附测定法(ELISA),在颖花开放前后,对其雄蕊、雌蕊、浆片、内外稃组织中的内源JAs含量进行定量分析。结果表明:雄蕊、浆片和内外稃的JAs含量随着开颖时间的临近而逐渐升高,在颖花开放时达最大值,花后2h下降;相反,雌蕊的JAs含量在开颖前1d较高,接近开花时下降,而到花后2h大幅度上升。颖花自然开放过程中,浆片鲜重逐渐增加并在开花时达到最大值。MeJA诱导的颖花开放过程也伴随着浆片鲜重的增加。上述结果提示,JAs可能通过作用于颖花的各个组织来调控颖花的开放过程。

水稻鸟嘴状颖壳突变体bsg1的稻米品质特性研究

为评价花器官突变对稻米品质的影响,以浙粳22辐射诱变产生的鸟嘴状颖壳bsg1突变体为材料,研究了花器官的变化对稻米的外观品质、碾磨品质、营养品质和蒸煮食味品质的影响。结果表明,与野生型浙粳22相比,bsg1突变体的花器官主要在内外稃的形状上发生变化:内外稃均变直,尤其是内稃;内外稃上的表皮毛变短,籽粒变小,垩白粒率和垩白度极显著下降,糙米率、精米率和直链淀粉含量显著降低,胶稠度极显著提高,但整精米率、蛋白质含量没有变化,口感较软。表明bsg1突变体花器官内外稃的变化对稻米品质有所改善。本研究为通过辐照诱变进行水稻的品质育种奠定了基础。

水稻小穗颖壳发育的研究进展

水稻(Oryza sativa L.)是世界上重要的粮食作物,也是单子叶植物的模式植物。开花时间、花序和花器官的形态结构对其产量和品质均有重要影响。对花器官形态结构及发育机理的研究有助于提高水稻产量并改良其品质。花器官的形成和发育是水稻从营养生长转向生殖生长的重要过程,其发育模式和分子机理,一直是生物学研究的热点和焦点。水稻小穗的颖壳是禾本科特有的器官,主要包括内外稃、护颖和副护颖,关于其起源和形成的分子机制还知之甚少。近些年对颖壳的研究不断深入,不仅有助于深入认识水稻小穗或花器官的发育,而且能系统地了解水稻小穗或花器官发育的整个调控网络。本文主要介绍了水稻小穗颖壳发育的相关进展及植物花器官发育的ABCDE模型。

CA雄性不育性状在裸燕麦上的转育

用CA燕麦雄性不育材料与8个不同类型裸燕麦品种进行远缘杂交,对8个组合的F1,F2外稃性状的表现与分离进行了研究。结果表明,外稃性状F1穗型表现为既有皮型小穗又有裸型小穗的混合型,在F2外稃性状发生分离,分离比例为裸型∶混合型∶皮型=0.77∶2.16∶1.07。转育出4个不同类型的裸燕麦雄性不育材料,分别为Nms9602,Nms9606,Nms9801,Nms9804。

稻属植物谷粒形态和稃面乳突结构研究

对稻属植物18个种的谷粒形态和稃面乳突结构进行观察。结果表明:谷粒形态在稻种间差异较大,亚洲栽培稻、非洲栽培稻、普通野生稻、尼瓦拉野生稻、南方野生稻、展颖野生稻和巴蒂野生稻谷粒的长、宽和厚较大,短药野生稻谷粒的长/宽比最大。乳突类型在稻属组间差异较大,组内较稳定。亚洲栽培稻、非洲栽培稻、普通野生稻、尼瓦拉野生稻、南方野生稻、展颖野生稻、巴蒂野生稻、药用野生稻、根茎野生稻、高秆野生稻、宽叶野生稻和澳洲野生稻的外稃有双峰乳突,斑点野生稻、小粒野生稻和紧穗野生稻的外稃有多峰乳突,马来野生稻的外稃有单峰乳突,短药野生稻的外稃有凹痕乳突,颗粒野生稻的外稃有瘤峰乳突。颗粒野生稻外稃表面没有稃毛,短药野生稻和马来野生稻外稃稃毛较少,紧穗野生稻、高秆野生稻、斑点野生稻、澳洲野生稻、宽叶野生稻、小粒野生稻和药用野生稻外稃稃毛在外稃边缘较多,而中部较少,其余稻种外稃大多密布稃毛。