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水稻种子发育相关突变体和生殖发育进程的细胞学研究

作　者: 赵佳
导　师: 姚家玲
学　校: 华中农业大学
专　业: 植物学
关键词: 水稻种子突变体细胞学生殖发育相关性
分类号: S511
类　型: 硕士论文
年　份: 2013年
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内容摘要

水稻作为重要的农作物和模式植物,人们对于其种子发育调控的认识还十分有限,因此对水稻种子发育相关基因的研究具有重要的理论和实践意义。课题组研究发现水稻PcG类基因的OsiEzl和OsCLF的RNAi植株出现结实率降低的表型。本项目通过细胞学研究方法,观察了OsCLFi植株的胚胎和胚乳发育过程,利用原位杂交技术获得了这2个基因的时空表达谱,为进一步研究OsiEzl和OsCLF的功能提供细胞学依据。本项目同时以课题组前期筛选的一个水稻种子发育缺陷的T-DNA插入突变体为材料,观察其种子发育过程,为该基因的克隆和功能鉴定提供细胞学基础。主要研究结果如下：1.水稻PcG类基因的细胞学研究OsCLF基因的研究结果：原位杂交实验检测到该基因在水稻营养器官(根、茎、叶)和生殖器官(小穗、花药、雌蕊以及种子)中都有杂交信号,在发育早期的胚和胚乳组织中有较显著的nRNA积累,与定量RT-PCR结果基本一致,表明OsCLF具有组成型表达模式,在种子发育早期的高表达显示其可能参与种子发育调控。OsCLF干涉突变体植株的胚胎和胚乳在种子发育过程中出现了一定比例的异常表型。如胚胎形态异常,呈花椰菜状、胚乳细胞有降解消失趋势,以及胚乳细胞不饱满等,其中以受精后1d和8d的子房异常比例最高,达33.33%。OsiEzl基因的原位杂交结果：该基因在水稻营养器官根、茎、叶中都有表达,但在根、茎的分生组织和幼叶细胞中表达较高；在生殖器官如小穗、花药、种子中也有杂交信号,尤其在受精后4天的胚乳中杂交信号很强,与该基因的定量RT-PCR检测结果基本一致。2.水稻种子发育缺陷突变体的细胞学研究对该突变体2个株系种子发育过程的细胞学切片显示,其种子发育异常主要表现在：种子中没有胚胎形成、胚胎畸形,胚胎发育延迟等；也观察到一些胚乳细胞分布不均匀,部分种子的胚乳细胞有降解消失的现象。这些异常比例最低2%,最高达50%。水稻的生殖发育直接与产量和品质相关,其生殖包括雌、雄蕊的发育和果实(种子)的形成,其内部发育进程与生殖器官外部形态之间的相关性尚缺乏研究。本文以水稻粳稻品种中花11为材料,研究其雌、雄蕊和种子发育过程与器官外部形态的相关性,为研究者判断水稻生殖发育时期与进程,提供颖花大小和形态的直观数据,为水稻生殖发育及其遗传分子机理的相关研究提供细胞学和形态学依据。具体结果如下：1.雌、雄蕊发育进程与颖花的形态学相关性系统观察了水稻雄蕊(花粉)和雌蕊(胚囊)的发育进程,结合对水稻颖花稃片的形态观察和长度的测量,确定了该品种雌雄蕊发育时期与颖花稃片长度的对应关系。如大、小孢子母细胞时期的稃片长度在1.5-2.5mm之间,减数分裂期的稃片长度在2.5-3.0mm之间,大、小孢子形成时稃片长度大约在3.5mm左右,随后是配子体形成过程,也是稃片的快速生长期,花粉和胚囊成熟时,稃片通常达到终长度6.2mm左右。2.种子发育进程与颖果及稃片长度和形态的相关性在受精后1-6d时,颖果生长速度快,但稃片伸长不明显。受精后7-8d,颖果伸长速度变缓,至受精后9d时,颖果发育伸长至最大值。受精后10-21d,颖果不再伸长,主要进行横向加宽。颖果颜色从最开始几近透明的嫩绿色逐渐变浅变白,继而转为不透明的淡绿色,至成熟时,果皮呈现半透明的米白色。

全文目录

目录  4-6
中文摘要  6-8
Abstract  8-11
第一章水稻种子发育相关突变体的细胞学研究  11-38
  1 前言  11-18
    1.1 水稻种子(颖果)的形态结构和发育过程  11-14
      1.1.1 水稻种子(颖果)的组成结构及成分  11
      1.1.2 水稻果皮和种皮的发育  11-13
      1.1.3 水稻种子中胚胎和胚乳的发育  13-14
    1.2 水稻种子发育相关基因的研究  14-15
    1.3 多梳蛋白(PcG)类基因研究进展  15-18
      1.3.1 多梳蛋白(PcG)类基因研究概述  15-16
      1.3.2 拟南芥中E(z)基因的功能  16-18
    1.4 课题的提出及研究的目的和意义  18
  2. 材料和方法  18-20
    2.1 实验材料  18-19
    2.2 实验方法  19-20
      2.2.1 水稻OsCLF干涉突变体发育过程的细胞学观察  19
      2.2.2 组织原位杂交方法  19-20
      2.2.3 水稻种子发育缺陷突变体的发育过程细胞学观察  20
  3 结果与分析  20-35
    3.1 水稻OsiEz1基因在其发育过程中的时空表达  20-23
    3.2 水稻OsCLF基因在其发育过程中的时空表达  23-26
    3.3 OsCLF干涉突变体种子发育过程的细胞学研究  26-30
      3.3.1 OsCLF干涉植株T3代6-4家系种子发育异常  26-28
      3.3.2 OsCLF干涉植株T3代6-10家系种子发育异常  28-30
    3.4 水稻种子发育缺陷突变体的细胞学观察  30-35
      3.4.1 Os2887纯合突变体第6株系的种子发育  31-33
      3.4.2 Os2887纯合突变体第18株系的种子发育  33-35
  4 讨论  35-38
    4.1 OsiEz1基因和OsCLF基因在生长发育过程中的作用分析  35-36
    4.2 OsCLF基因与水稻种子的发育  36-37
    4.3 Os2887基因与水稻颖果发育  37-38
第二章水稻生殖发育进程与小穗外部形态的相关性研究  38-50
  1 前言  38-41
    1.1 水稻生殖发育细胞学研究  38-40
      1.1.1 水稻的生殖生长  38
      1.1.2 幼穗和颖花的组成  38
      1.1.3 幼穗和颖花的发育  38-39
      1.1.4 雌雄蕊的发育及种子的形成  39-40
      1.1.5 水稻生殖发育的相关研究  40
    1.2 课题的提出及研究的目的和意义  40-41
  2 材料和方法  41-42
    2.1 实验材料与取样  41
    2.2 实验方法  41-42
      2.2.1 中花11生殖器官发育的形态学过程观察  41
      2.2.2 中花11的生殖器官发育的细胞学过程观察  41-42
  3 结果与分析  42-49
    3.1 雌雄蕊与颖花发育进程的相关性  42-45
      3.1.1 胚珠和胚囊的发育  42
      3.1.2 花粉和花药的发育  42
      3.1.3 雌、雄蕊的发育进程与颖花的形态学相关性  42-45
    3.2 颖果发育过程的细胞学和形态学相关性  45-49
      3.2.1 颖果中胚和胚乳的发育  45-46
      3.2.2 种子发育进程与颖果及稃片长度和形态的相关性  46-49
  4 讨论  49-50
参考文献  50-57
附录  57-60
致谢  60

水稻种子发育相关突变体和生殖发育进程的细胞学研究

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