同源四倍体水稻的胚囊内反足细胞团多态性及其研究成果

2023-11-28 理论教育版权反馈

【摘要】：已经知道，同源四倍体水稻由于其细胞内染色体组的多倍性而被视为不同于二倍体水稻的新物种。然而，有关同源四倍体水稻胚囊内反足细胞和反足细胞团的多态性和发育动态尚未引起研究者的注意。本文报道了我们利用激光扫描共聚焦显微技术对几份同源四倍体水稻在生殖发育过程中胚囊内反足细胞团的多态性进行研究的实验结果。

同源四倍体水稻胚囊内反足细胞团的多态性⁽¹⁾

黄群策　向茂成　刘文海

摘要　利用激光扫描共聚焦显微技术对6份同源四倍体水稻在生殖发育过程中胚囊内反足细胞或反足细胞团的多态性进行了研究。研究结果表明，在同源四倍体水稻的雌配子体发育过程中已经存在着一些不正常的发育现象。在同源四倍体水稻的胚囊内反足细胞或反足细胞团的多态性比在二倍体水稻的胚囊内表现得更明显。反足细胞或反足细胞团的多态性主要表现为在胚囊内形态的多样性和位置的多样性，这是其有性生殖能力变弱和雌配子体不正常的部分形态学特征。

关键词　同源四倍体水稻;激光扫描共聚焦显微技术;反足细胞团;多态性

水稻生殖生物学研究的一个重要方面就是对其雌雄配子和雌雄配子体的特征特性进行研究，这将有助于从理论上阐明水稻的发育特性和从育种上挖掘水稻的增产潜力。关于在二倍体水平上多胚苗水稻品系APIV胚囊的结构及其遗传多态性和多胚水稻品系APIV反足细胞多样性的研究前人已做过一些工作^［1，2］，这对于进一步认识多胚苗水稻品系APIV的特征特性有很大的帮助。已经知道，同源四倍体水稻由于其细胞内染色体组的多倍性而被视为不同于二倍体水稻的新物种。关于同源四倍体水稻的生殖特性，已有一些报道^［3－6］。然而，有关同源四倍体水稻胚囊内反足细胞和反足细胞团的多态性和发育动态尚未引起研究者的注意。本文报道了我们利用激光扫描共聚焦显微技术对几份同源四倍体水稻在生殖发育过程中胚囊内反足细胞团的多态性进行研究的实验结果。

1　材料与方法

在试验中采用了六份同源四倍体水稻Ce47₍₄₎［试验材料的下标(4)和(2)分别代表同源四倍体水稻和二倍体水稻］、Ce48₍₄₎、Ce49₍₄₎、Ce64₍₄₎、Ce90₍₄₎、Gui97₍₄₎和相应的二倍体水稻Ce47₍₂₎、Ce48₍₂₎、Ce49₍₂₎、Ce64₍₂₎、Ce90₍₂₎、Gui97₍₂₎。当试验材料生长发育至花粉粒充实期开始直至开花后4 d，利用FAA溶液对实验材料的颖花进行固定，在4℃条件下保存备用。在开花前按照胚囊不同的发育时期进行颖花固定，而在开花后按照0.5、1.0、1.5、2.0、2.5、3.0、5.0、7.0、9.0、11.0、13.0、15.0、24、48、72、96h等时间段进行材料固定。在每个时间段每份材料固定50～60个颖花待用。

在试验过程中首先将固定在FAA溶液中的颖花取出，剥出其中的子房。在室温条件(25℃)下分别利用浓度为70%、85%和95%的乙醇对子房进行梯度脱水，在每1梯度乙醇中的浸泡时间为20min。随后，将子房放入无水乙醇中浸泡两次，每次的浸泡时间为2．0h。接着，再转入无水乙醇中过夜。第2天将已经脱水的子房放入由无水乙醇和冬青油(1∶1)组成的混合溶液中过渡1.0h，再用冬青油清洗3次，在前两次清洗时每次浸泡2.0小时，最后一次浸泡的时间为15.0h。所有的试验材料经过冬青油透明处理后可以留在冬青油中保存备用。

试验材料经过预处理之后，再利用激光扫描共聚焦显微技术对试验材料进行观察鉴定，以确定在授粉后其子房内部的形态特征和受精作用。首先将保存在冬青油中的子房放置在一张凹玻片的中央，加一滴冬青油，盖上盖玻片，再用指甲油封片。随后，在激光扫描共聚焦显微镜(BioRadMRC600CLSM)下对每份材料的子房内部结构特征进行观察、分析、比较和鉴定，由此阐明同源四倍体水稻在生殖发育过程中雌配子体内反足细胞和反足细胞团的发育特性。

2　实验结果

2.1　在开花前雌配子体的发育特点

水稻的雌配子体位于胚珠内，也称之为胚囊。水稻胚囊的发育类型为单孢子型。在正常情况下在水稻的雌配子体内包含着7个细胞，即在珠孔端的1个卵细胞和2个助细胞，在合点端的3个反足细胞，在胚囊中部还存在1个包含有2个极核的中央细胞。在本实验中的观察结果表明，同源四倍体水稻和二倍体水稻在开花前雌配子体的发育都比较相似，它们均由单个的大孢子母细胞发育成蓼型胚囊结构，即8核7细胞结构。然而，在同源四倍体水稻的发育过程中有大量的雌配子体在发育的中途会停止进一步发育，出现细胞解体现象，最后出现败育胚囊，败育胚囊的比例高达30%～40%;在二倍体水稻的发育过程中则比较正常，败育胚囊的比例均低于1%。由此可见，在同源四倍体水稻的雌配子体发育过程中已经存在着一些不正常的发育现象，这是其有性生殖能力比较弱的形态特征的一部分表现。

2.2　在开花后雌配子体内反足细胞团的发育特点

根据对各种被子植物所做的观察研究结果，在其成熟胚囊内通常存在着3个反足细胞，它们一般位于胚囊内的合点端，其功能是分泌特殊的营养物质以维持胚囊的正常代谢活性。反足细胞可以通过不断地分裂后形成一群细胞即反足细胞团。在本实验中观察到，不论是二倍体水稻还是同源四倍体水稻，其成熟胚囊内的反足细胞仍然具有旺盛的代谢活性，它们具有增殖潜力、多核性、多倍性和多态性，与花药内的绒毡层细胞具有相似的性质。通过比较分析后发现，尽管二倍体水稻的某些胚囊内的反足细胞团也会表现出一些特殊性，其频率比较低，但同源四倍体水稻胚囊内的反足细胞团在其发育过程中其特殊性更普遍，其频率比较高。

在同源四倍体水稻胚囊内的反足细胞或反足细胞团在胚囊成熟时已经呈现出形态上的多态性，其中有以单细胞形态存在的正常型反足细胞和退化型反足细胞;有以多细胞形态存在的单核正常型反足细胞团和多核正常型反足细胞团、单核畸形反足细胞团和多核畸形反足细胞团、单核拟胚状反足细胞团和多核拟胚状反足细胞团。正常型的反足细胞或反足细胞团在形态上具有清晰的细胞形态，细胞核很明显，细胞轮廓很分明，而退化型的反足细胞或反足细胞团在形态上表现为细胞形态很模糊，细胞核和细胞的轮廓不容易区分。单核型反足细胞团在形态上表现为在一群细胞内只有1个细胞携带有细胞核，而其他细胞均为无核细胞。畸形反足细胞团表现为形态不规则，有线条型、哑铃型、重叠型和半月型等。单核拟胚状反足细胞团和多核拟胚状反足细胞团在形态上表现为类似球形胚或心形胚的形状，但是，这种拟胚状的每一个细胞表现为细胞核数目不一致，在某些细胞内没有细胞核，在另一些细胞内存在着2～9个细胞核，并且，拟胚状的每一个细胞的形态很不规则，它们与真正的球形胚或心形胚有明显的区别。(www.chuimin.cn)

除此之外，我们在有些胚囊内还发现，反足细胞团从合点端开始靠胚囊的内壁呈线状排列一直到达珠孔端，各细胞一个接一个地依次排列。

3　讨论

在水稻的雌配子体内，反足细胞或反足细胞团是重要的组成成分，其发育状态在一定程度上会影响到胚囊的正常发育。前人在对二倍体水稻的胚囊发育进行研究时已经发现，在胚囊内组成反足细胞团的细胞数目、在同一细胞内的细胞核数目或核仁数目因材料不同而异^［7］。过去的研究已经证实，反足细胞的功能主要是为8核胚囊的发育提供营养，这种功能主要在8核胚囊发育的早中期表现得比较明显，而在8核胚囊发育的后期却表现得不是很重要。在本实验中所得到的观察结果与前人的结果有很大的差异。在同源四倍体水稻的雌配子体发育过程中已经存在着一些不正常的发育现象。在同源四倍体水稻的胚囊内反足细胞或反足细胞团的多态性比在二倍体水稻的胚囊内表现得更明显。反足细胞或反足细胞团的多态性主要表现为在胚囊内形态的多样性和位置的多样性，这是其有性生殖能力变弱和雌配子体不正常的部分形态学特征。

参考文献

［1］刘向东，卢永根，徐雪宾，等．多胚水稻品系APIV胚囊的结构及其遗传多态性研究［J］．植物学报，1996，38: 594－598．

［2］刘向东，卢永根，徐雪宾，等．多胚水稻品系APIV反足细胞多样性的观察［J］．华南农业大学学报，1997，18(2):7－12．

［3］黄群策，孙敬三．同源四倍体水稻的生殖特性研究［J］．中国农业科学，1999，32: 14－17．

［4］黄群策，孙敬三．四倍体水稻雌雄配子的多态性研究［J］．杂交水稻，1999，14: 32－35．

［5］黄群策．同源四倍体水稻与假稻杂交获得实粒种子［J］．作物学报，2001，27: 135－137．

［6］黄群策．同源四倍体水稻与狼尾草杂交的效果［J］．中国水稻科学，2000，14: 48－50．

［7］戴伦焰，曾子申．水稻胚囊的形成与发育［J］．武汉大学学报，1964，10(2):97－110．

【注释】

(1)该文曾在《杂交水稻》［2002，17(3):47～49］刊出

同源四倍体水稻的胚囊内反足细胞团多态性及其研究成果

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