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(zhǎng)動(dòng)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(zhǎng)動(dòng)態(tài)。結(jié)果表明：1) 普通稻和巨胚稻胚的生長(zhǎng)在開(kāi)花后前9 d較快，是胚的快速生長(zhǎng)期；從開(kāi)花后第9～21天，胚生長(zhǎng)緩慢，胚進(jìn)入穩(wěn)定生長(zhǎng)期；開(kāi)花后第21～30天，胚生長(zhǎng)不再明顯，胚基本成熟；2) 同一時(shí)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(zhǎng)動(dòng)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(guó)第1大糧食作物，種植面積和總產(chǎn)量均居全國(guó)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(guó)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(yíng)養(yǎng)的特點(diǎn)符合現(xiàn)在人們對(duì)飲食的需求。雖然前人曾對(duì)巨胚稻進(jìn)行了一些研究[4-20]，但對(duì)其生長(zhǎng)發(fā)育的研究鮮有報(bào)道，因此，需要對(duì)巨胚稻的生長(zhǎng)特點(diǎn)尤其是巨胚的特點(diǎn)進(jìn)行研究。本研究利用石蠟切片技術(shù)對(duì)普通稻和巨胚稻的胚生長(zhǎng)過(guò)程進(jìn)行對(duì)比研究，觀察胚在生長(zhǎng)發(fā)育過(guò)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(kāi)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(gè)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(yàn)地點(diǎn)為延邊大學(xué)農(nóng)學(xué)院水稻試驗(yàn)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(kāi)花盛期，選取同一天開(kāi)花、長(zhǎng)勢(shì)一致的稻穗150個(gè)，每穗選取1個(gè)大小基本一致、剛開(kāi)過(guò)花的水稻枝梗掛牌標(biāo)記。每隔3 d對(duì)標(biāo)記枝梗進(jìn)行取樣，至開(kāi)花后第30天止。供試材料每次取10個(gè)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(shù)膠)→觀察。

1.2.3 觀察測(cè)量

通過(guò)光學(xué)顯微鏡觀察開(kāi)花后不同時(shí)期胚的結(jié)構(gòu)。在同一時(shí)期的切片里，供試材料隨機(jī)選取5個(gè)效果較好、具有代表性的視野，用萬(wàn)能成像裝置(LY-WN-HPCCD)測(cè)量胚的長(zhǎng)度和厚度、胚芽的長(zhǎng)度和寬度、胚根的長(zhǎng)度和寬度，同時(shí)在每個(gè)視野隨機(jī)選取10個(gè)盾片細(xì)胞，測(cè)量其長(zhǎng)和寬，并統(tǒng)計(jì)胚縱切面細(xì)胞個(gè)數(shù)。

2 結(jié)果與分析

2.1 普通稻和巨胚稻胚長(zhǎng)和胚厚的生長(zhǎng)動(dòng)態(tài)比較

在開(kāi)花后第6天時(shí)，普通品種吉玉粳平均胚長(zhǎng)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(zhǎng)度和平均厚度明顯增大，平均胚長(zhǎng)吉玉粳850.71 μm、黑巨胚達(dá)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(kāi)花后第9～21天，供試材料胚增長(zhǎng)的速度逐漸放緩，到第21～30天，胚基本不再生長(zhǎng)，說(shuō)明胚的生長(zhǎng)發(fā)育已經(jīng)基本完成(表1)。

表1 胚長(zhǎng)和胚厚的生長(zhǎng)動(dòng)態(tài)比較

注：表中的數(shù)據(jù)為5個(gè)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(zhǎng)動(dòng)態(tài)比較

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

表2 胚芽的生長(zhǎng)動(dòng)態(tài)比較

注：表中的數(shù)據(jù)為5個(gè)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(zhǎng)動(dòng)態(tài)比較

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

表3 胚根的生長(zhǎng)動(dòng)態(tài)比較

注：表中的數(shù)據(jù)為5個(gè)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(kāi)花后各個(gè)時(shí)期吉玉粳的胚縱切面的細(xì)胞數(shù)目均少于黑巨胚，隨開(kāi)花后時(shí)間的推移，細(xì)胞數(shù)目也明顯增多，開(kāi)花后前9 d，供試材料的細(xì)胞數(shù)目增加最快，開(kāi)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(kāi)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(kāi)花后各個(gè)時(shí)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(zhǎng)度開(kāi)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(zhǎng)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(kāi)花后前9 d，盾片細(xì)胞長(zhǎng)度迅速增大到35.5 μm；開(kāi)花后第9～21 天略有增大，但不再明顯，開(kāi)花后第21天為39.8 μm；開(kāi)花后第21～30天，盾片細(xì)胞長(zhǎng)度基本保持不變。盾片細(xì)胞寬度變化同長(zhǎng)度基本一致，供試材料開(kāi)花后前9 d細(xì)胞寬度增加明顯，開(kāi)花后第9～21天，略有增大，開(kāi)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(gè)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(gè)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(shí)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(duì)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(shí)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(shuō)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(jìn)一步的深入研究。

[1] 蔡洪法.我國(guó)水稻生產(chǎn)現(xiàn)狀與發(fā)展展望[J].中國(guó)稻米，2000，6：5-8.

[2] 廖西元，陳慶根.我國(guó)優(yōu)質(zhì)水稻生產(chǎn)現(xiàn)狀與發(fā)展對(duì)策[J].農(nóng)業(yè)技術(shù)經(jīng)濟(jì)，2002，5：32-34.

[3] 馬麗蓮，郭龍彪，錢前.水稻大粒種質(zhì)資源和遺傳分析[J].植物學(xué)通報(bào)，2006，23(04):395-401.

[4] 葉浩田，張琳琳，張登宇.水稻巨大胚突變體MH-ge1的萌發(fā)生理研究[J].安徽農(nóng)業(yè)科學(xué)，2016，7：111-113.

[5] 蔡治君，黃菊，王英存，等. 分子標(biāo)記輔助育種選育黑色香型巨胚水稻[J].分子植物育種，2014，6:1112-1118.

[6] 紀(jì)哲，韓堯雯，時(shí)亞瓊，等. “上師大5號(hào)”巨胚水稻幼穗再生體系的建立[J].種子，2014，5:71-73.

[7] 章清杞，楊艷荔，李毓，等.秈稻巨胚不育系龍?zhí)仄謌eA的選育[J].核農(nóng)學(xué)報(bào)，2003，17(04)：245-248.

[8] 李毓，章清杞，楊艷荔，等.秈型巨胚稻的發(fā)現(xiàn)及其遺傳育種研究[J].作物學(xué)報(bào)，2004，30(02)：122-125.

[9] 平寶哲，時(shí)亞瓊， 謝米雪，等. 1個(gè)新巨胚等位基因的鑒定與表達(dá)分析及其性狀考察[J].西北植物學(xué)報(bào)，2015，5:1518-1523.

[10] 張標(biāo)金； 張祥喜； 羅林廣. 秈型巨胚功能稻新品系贛巨1號(hào)的選育與應(yīng)用[J].江西農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，2014，1：16-20.

[11] 鄭植，黃忠財(cái)，張艷華，等. 巨胚水稻的研究進(jìn)展 [J].亞熱帶農(nóng)業(yè)研究，2012，4：221-225.

[12] 趙則勝，蔣家云.高營(yíng)養(yǎng)功能性巨胚稻米研究初報(bào)[J].上海農(nóng)業(yè)學(xué)報(bào)，2002，18(增刊)：5-8.

[13] 章清杞，張書(shū)標(biāo)，黃榮華，等.秈稻巨胚不育系98-14geA的選育與研究[J].上海交通大學(xué)學(xué)報(bào)：農(nóng)業(yè)科學(xué)版，2005，23(03)：223-228.

[14] 章清杞，鄭寶東，張書(shū)標(biāo)，等.功能性特種巨胚稻—MhgeR的選育及應(yīng)用[J].核農(nóng)學(xué)報(bào)，2009，23(02)：180-184.

[15] 章清杞，黃榮華，張書(shū)標(biāo)，等.巨胚雜交稻的農(nóng)藝及產(chǎn)量性狀[J].熱帶作物學(xué)報(bào)，2007，28(02)：33-36.

[16] 韓龍植，南鐘浩，全東興，等.特種稻種質(zhì)創(chuàng)新與營(yíng)養(yǎng)特性評(píng)價(jià)[J].植物遺傳資源學(xué)報(bào)，2003，4(03)：207-213.

[17] 章清杞，張書(shū)標(biāo)，黃榮華，等. 巨胚稻的生物學(xué)特性研究[J].作物學(xué)報(bào)， 2007，33(06)：1034-1037.

[18] 章清杞，黃榮華，林光，等. 秈稻巨胚種質(zhì)的誘變獲得及遺傳研究[J].中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)，2007，42(07)：1309-1314.

[19] 張祥喜，羅林廣，劉凱，等. 秈型巨胚水稻新品系蓮塘巨胚紅的選育與應(yīng)用[J].江西農(nóng)業(yè)科學(xué)，2012，24(05)：1-3.

[20] 魏振承，張名位，池建偉，等. 引進(jìn)巨胚稻與普通稻的米質(zhì)和營(yíng)養(yǎng)成分分析比較[J].植物遺傳資源學(xué)報(bào)，2005，6(04)：386-389.

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(zhǎng)春人，碩士，在讀博士,研究方向?yàn)橹参镞z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