巨胚稻胚生長動態(tài)的比較研究

杜 冰， 金應(yīng)浩， 柏 鶴， 李美善*， 許明子， 劉憲虎

(1.延邊大學(xué)農(nóng)學(xué)院，吉林 延吉 133002；2.琿春市農(nóng)業(yè)技術(shù)推廣總站，吉林 琿春 133300)

巨胚稻胚生長動態(tài)的比較研究

杜 冰1， 金應(yīng)浩2， 柏 鶴1， 李美善1*， 許明子1， 劉憲虎1

(1.延邊大學(xué)農(nóng)學(xué)院，吉林 延吉 133002；2.琿春市農(nóng)業(yè)技術(shù)推廣總站，吉林 琿春 133300)

本文采用石蠟切片法觀察分析了普通稻和巨胚稻胚的生長動態(tài)。結(jié)果表明：1) 普通稻和巨胚稻胚的生長在開花后前9 d較快，是胚的快速生長期；從開花后第9～21天，胚生長緩慢，胚進入穩(wěn)定生長期；開花后第21～30天，胚生長不再明顯，胚基本成熟；2) 同一時期，巨胚稻的胚大于普通稻，且細(xì)胞數(shù)目多于普通稻，盾片細(xì)胞大小也大于普通稻。

巨胚稻；胚；石蠟切片；生長動態(tài)

水稻起源于并被廣泛種植于亞洲的熱帶區(qū)域[1]，是我國第1大糧食作物，種植面積和總產(chǎn)量均居全國首位，分別占糧食作物種植面積和總產(chǎn)量的30%和40%以上[2]。中國作為栽培稻的原產(chǎn)地之一，具有豐富多樣的水稻種質(zhì)資源，包括帶有特殊性狀和用途的特種稻種質(zhì)資源[3]。

巨胚稻作為特種稻的一種，其高營養(yǎng)的特點符合現(xiàn)在人們對飲食的需求。雖然前人曾對巨胚稻進行了一些研究[4-20]，但對其生長發(fā)育的研究鮮有報道，因此，需要對巨胚稻的生長特點尤其是巨胚的特點進行研究。本研究利用石蠟切片技術(shù)對普通稻和巨胚稻的胚生長過程進行對比研究，觀察胚在生長發(fā)育過程中的相關(guān)特征，探究巨胚的形成原因，為巨胚稻的基礎(chǔ)研究和開發(fā)利用提供參考依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料

選用延邊大學(xué)農(nóng)學(xué)院水稻育種室保存的2個水稻種質(zhì)，普通稻品種(吉玉粳)和巨胚稻種質(zhì)“黑巨胚”。試驗地點為延邊大學(xué)農(nóng)學(xué)院水稻試驗田；常規(guī)方法處理種子(浸種催芽)，4月19日播種，大棚旱育苗，5月26日單本移植，移植密度30 cm×20 cm。其他管理同當(dāng)?shù)卮筇铩?/p>

1.2 方法

1.2.1 取樣

在供試材料開花盛期，選取同一天開花、長勢一致的稻穗150個，每穗選取1個大小基本一致、剛開過花的水稻枝梗掛牌標(biāo)記。每隔3 d對標(biāo)記枝梗進行取樣，至開花后第30天止。供試材料每次取10個標(biāo)記枝梗，立即放入事先裝有FAA固定液的離心管中固定，室溫放置，備用。

1.2.2 切片

采用石蠟制片法制片，其主要步驟為：取材→固定(FAA固定液)→軟化(30%氫氟酸10 d)→脫水(乙醇為脫水劑)→透明(二甲苯為透明劑)→浸蠟→包埋→切片→粘片及展片→脫蠟(二甲苯)→染色(龍膽紫染色法)→透明(二甲苯)→封片(加拿大樹膠)→觀察。

1.2.3 觀察測量

通過光學(xué)顯微鏡觀察開花后不同時期胚的結(jié)構(gòu)。在同一時期的切片里，供試材料隨機選取5個效果較好、具有代表性的視野，用萬能成像裝置(LY-WN-HPCCD)測量胚的長度和厚度、胚芽的長度和寬度、胚根的長度和寬度，同時在每個視野隨機選取10個盾片細(xì)胞，測量其長和寬，并統(tǒng)計胚縱切面細(xì)胞個數(shù)。

2 結(jié)果與分析

2.1 普通稻和巨胚稻胚長和胚厚的生長動態(tài)比較

在開花后第6天時，普通品種吉玉粳平均胚長564.95 μm，平均胚厚254.68 μm，均明顯小于黑巨胚(1 005.16 μm，506.42 μm)，在第6～9天，供試材料胚的平均長度和平均厚度明顯增大，平均胚長吉玉粳850.71 μm、黑巨胚達到了1 775.46 μm；平均胚厚吉玉粳400.56 μm、黑巨胚增加到856.49 μm。

開花后第9～21天，供試材料胚增長的速度逐漸放緩，到第21～30天，胚基本不再生長，說明胚的生長發(fā)育已經(jīng)基本完成(表1)。

表1 胚長和胚厚的生長動態(tài)比較

注：表中的數(shù)據(jù)為5個重復(fù)的平均值±標(biāo)準(zhǔn)差(SD)

2.2 普通稻和巨胚稻胚芽的生長動態(tài)比較

胚芽的生長趨勢同胚的生長趨勢，開花后前9 d快速生長，等9～21天生長緩慢，等21～30天胚芽已基本停止生長，基本發(fā)育完成(表2)。

表2 胚芽的生長動態(tài)比較

注：表中的數(shù)據(jù)為5個重復(fù)的平均值±標(biāo)準(zhǔn)差(SD)

2.3 普通稻和巨胚稻胚根的生長動態(tài)比較

胚根的生長趨勢同胚的生長趨勢，開花后前9 d快速生長，第9～21天生長緩慢，第21～30天胚根已基本停止生長，發(fā)育趨于完成(表3)。

表3 胚根的生長動態(tài)比較

注：表中的數(shù)據(jù)為5個重復(fù)的平均值±標(biāo)準(zhǔn)差(SD)

2.4 普通稻和巨胚稻胚縱切面細(xì)胞數(shù)目和盾片細(xì)胞大小的比較

開花后各個時期吉玉粳的胚縱切面的細(xì)胞數(shù)目均少于黑巨胚，隨開花后時間的推移，細(xì)胞數(shù)目也明顯增多，開花后前9 d，供試材料的細(xì)胞數(shù)目增加最快，開花后第9～21天，細(xì)胞數(shù)目仍然在逐漸增加，但增加幅度小，開花后第21 d之后，細(xì)胞數(shù)目基本不再增加，保持穩(wěn)定。

開花后各個時期吉玉粳的盾片均明顯小于黑巨胚。吉玉粳的盾片細(xì)胞長度開花后前9 d迅速增大到21.5 μm；在第9～21天，吉玉粳盾片細(xì)胞長仍略有增大，但不再明顯，第21天之后基本不再增大。黑巨胚在開花后前9 d，盾片細(xì)胞長度迅速增大到35.5 μm；開花后第9～21 天略有增大，但不再明顯，開花后第21天為39.8 μm；開花后第21～30天，盾片細(xì)胞長度基本保持不變。盾片細(xì)胞寬度變化同長度基本一致，供試材料開花后前9 d細(xì)胞寬度增加明顯，開花后第9～21天，略有增大，開花后第21天之后基本不再增大，保持穩(wěn)定。

綜上，水稻胚的增大應(yīng)當(dāng)是盾片細(xì)胞個數(shù)的增多和細(xì)胞體積的增大共同引起的，這是導(dǎo)致巨胚稻的胚比普通品種大的原因(表4)。

表4 胚縱切面細(xì)胞數(shù)目和盾片細(xì)胞大小的比較

注：表中的數(shù)據(jù)為10個重復(fù)的平均值±標(biāo)準(zhǔn)差(SD)

3 討論

根據(jù)觀察結(jié)果，同一時期，吉玉粳和黑巨胚的胚芽、胚根、盾片等結(jié)構(gòu)都隨著胚的增大而增大，變化規(guī)律與胚的變化規(guī)律相似。據(jù)章清杞等(2003)的研究結(jié)果表明，細(xì)胞數(shù)目對胚增大不起決定作用，而細(xì)胞自身體積的增大是導(dǎo)致胚增大的原因。本研究在觀察盾片細(xì)胞數(shù)目時發(fā)現(xiàn)，隨著黑巨胚胚的增大，細(xì)胞數(shù)目和細(xì)胞體積也在逐漸增加和增大，這說明黑巨胚的胚增大應(yīng)當(dāng)是細(xì)胞的數(shù)目增多和細(xì)胞體積增大共同作用的結(jié)果，這與章清杞[7]的研究不同。關(guān)于巨胚稻胚增大的具體原因，還需進一步的深入研究。

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Comparative studies on embryo growth dynamics of giant embryo rice

DU Bing1, JIN Yinghao2, BAI He1, LI Meishan1, XU Mingzi1, LIU Xianhu1

(1.AgriculturalCollegeofYanbianUniversity,YanjiJilij133002,China;2.AgriculturalTechnologyExtensionStationofHunchunCity,HunchunJilin133300,China)

In this paper, dynamic growth of embryo between giant embryo rice and ordinary rice was observed by paraffin section. The results showed that both embryos of giant embryo rice and ordinary embryo rice grew fast in initial 9 days after flowering, being defined as embryo rapid growth stage. From 9 to 21 days after flowering, both embryos were growing slowly and were in a stable growth stage. Embryos of both rice did not grew obviously, and become mature from 21 to 30 days. During the same stages, the giant embryo rice was larger in size of embryo and scutellum cell than ordinary rice, and the embryo cell number of giant embryo rice were great than ordinary embryo rice.

giant embryo rice; embryo; paraffin section; growth dynamics

2016-11-18

杜冰(1988—)，男，吉林長春人，碩士，在讀博士,研究方向為植物遺傳育種。李美善為通信作者，

E-mail：lims@ybu.edu.cn

1004-7999(2016)04-0342-04

10.13478/j.cnki.jasyu.2016.04.011

S511

A