研究生：陈 义 芳 导 师：王忠教授 专 业：植 物 学 开题报告 粒重差异的四水稻品种 颖果发育的比较 研究生：陈 义 芳 导 师：王忠教授 专 业：植 物 学

一、研究现状及存在问题 水稻是我国最主要的粮食作物，我国60%以上人口以稻米为主食。因而稻米产量高低和品质优劣与人们的生活密切相关。因此，如何有效地改进稻米品质，已成为水稻育种和栽培生产的一个重要课题。

水稻的主要收获部位是籽粒，由谷壳和颖果（糙米）组成（如图），颖果的发育状况决定着稻米的重量和品质。有关籽粒的充实生理，籽粒充实的物质来源前人已作过较多的探讨，一般认为籽粒中三分之二以上的干物质是开花后通过光合作用获得的，在水稻结实过程中，籽粒是主要是作为同化产物的接收器官而倍受重视。

稻米的主要食用部分是胚乳，胚乳的形态结构以及其中各种物质成分的累积分布特点和形态是食用稻米品质形成的基础，通过观察胚乳的结构就有可能了解稻米品质的直接成因。因此对胚乳发育的研究一直受到水稻品质研究工作者的关注和重视。

1.国外研究现状及存在问题

星川清亲在二十世纪六十年代就对水稻胚乳的发育、米的形成以及细胞形态作过观察，长户一雄等也曾用光学显微镜方法研究了稻米胚乳细胞与垩白的关系，但由于当时的观察手段主要依赖于石蜡切片与光学显微镜，工作局限于组织和细胞水平上。

80年代国外开始用电子显微镜观察水稻胚乳细胞结构，如松田智明用电镜观察胚乳淀粉体的发育，并把水稻中胚乳淀粉体发育分成：①质体增殖期，②质体膨大期，③淀粉积累期，④小型淀粉体形成期，⑤被膜扩增期，⑥大型淀粉体形成期等6个时期. 近年来，有人开始研究胚乳中贮藏蛋白的分子结构，与淀粉合成有关的酶和贮藏蛋白的基因表达，也有人对转基因水稻中的胚乳性状的表达进行了考察。

2.国内研究现状及存在问题

中国在水稻胚乳发育方面的研究主要集中在粒重与胚乳细胞数目、品质的遗传分析以及用扫描电镜分析淀粉体形态与米质的关系等方面，而在胚乳发育，尤其是用透射电镜观察胚乳细胞和亚细胞的发育上就显得很少，这可能是因为稻米淀粉含量高，难以用树脂包埋进行切片观察的缘故。

王忠等在用电子显微镜观察水稻胚乳发育时发现了许多新现象。例如，观察到水稻胚乳游离核的分裂具有多样性，除进行一般的有丝分裂与无丝分裂以外，还存在有丝分裂末期随即进行无丝分裂的情况，从而使游离核的分裂速度加快，同时还观察到胚乳的分裂、分化以及米的形状均受力的影响，即细胞和整个胚乳的发育受子房壁和颖壳的影响等。

虽然有关胚乳发育的研究方面已有了基础，但有关胚乳细胞分裂、分化与充实的规律以及其发育与粒重和米质的关系还没有搞清楚。 例如，胚乳原核是三倍体，那胚乳细胞是否都是三倍体？如果是三倍体，那三倍染色体在核和细胞进行分裂的过程中是如何分配的？又如米中的淀粉有两类：直链淀粉和支链淀粉，它们存在于同一淀粉体中，也可能存在于同一淀粉粒上，而它们是如何合成的？受哪些因素的调控等也有待研究。已知胚乳细胞中有两种蛋白质体，然而这两种蛋白质体中各含有哪些蛋白质，这些蛋白质中哪些与品质和食味关系最为密切，它们的形成受哪些因素影响？这些是与稻米营养和食味直接相关的问题，现仍不很清楚。

如不进一步探明水稻胚乳细胞分裂、分化的规律、胚乳细胞发育以及其中淀粉体和蛋白质体充实的过程，是难以正确分析粒重和品质遗传的规律以及米质形成的机制的。  

因此进一步探索上述问题的本质，将会深化胚乳细胞发育及其与粒重和品质关系的研究，这不仅会丰富细胞生物学、作物生理学等学科的内容，而且可为稻米品质的改良和高产优质栽培提供新的理论与方法。

二、研究内容、目的和意义

（一）研究内容 1.比较研究四品种水稻籽粒灌浆过程 包括颖果的鲜干重动态变化、含水率变化、烘干后颖果长、宽、厚的动态变化以及胚乳细胞增殖情况。

2.比较研究四品种水稻颖果的形态与结构 包括颖果的切片观察（主要观察胚乳细胞中淀粉体和蛋白体的发育及其积累以及果皮糊粉层的发育等）、花后2天胚乳囊的形态大小和胚乳游离核数目、成熟颖果断面的SEM观察等。

3.比较研究四品种水稻颖果的一些生理活性变化 包括对TTC和I2-KI的染色反应、颖果含糖量、淀粉含量以及含氮量的变化等。

（二）研究目的和意义 通过上述研究，旨在探明水稻颖果的发育过程，水稻胚乳细胞的分裂、分化和充实的生理过程，超微结构变化的特点，水稻胚乳细胞数目与粒重、淀粉体和蛋白体的发育与米质的关系等方面内容，为稻米高产优质提供理论与途径。

（三）创新之处

1.研究层次： 用电镜观察水稻胚乳细胞的超微结构，从亚细胞水平研究水稻胚乳细胞的发生、分裂、分化和充实的规律；从胚乳细胞数目与粒重，淀粉体的充实和蛋白体的种类与稻米品质等关系方面来探讨提高水稻产量与改良品质的途径。这与一般的仅从整体、组织、器管水平上的研究相比较，无疑有很大进步。

2.研究方法： 在谷物中水稻胚乳核较小，淀粉含量相对较高而蛋白质的含量相对较低(切片易碎)，因而研究水稻胚乳发育的难度要大于小麦、大麦和玉米等胚乳。本实验室已摸索出一整套研究水稻胚乳细胞发育的行之有效的方法。如用整体解剖染色法能完整地从胚珠中挑出胚乳囊，一个也不少地数清花后1～3天的游离核数,计算游离核分裂周期,观察分裂方式和染色体的分配;选用优良的固定剂与低粘性的树脂固定与包埋观察材料,改石蜡切片(通常切片厚为10～15μ)为半薄切片(1μ),使光镜下能清楚观察淀粉体与蛋白质体等的形态结构。

三、材料和方法

（一）供试材料 水稻品种：三粒寸（大粒籼稻）、大力（大粒粳稻）、IR36（小粒籼稻）、农垦57（小粒粳稻）为方便起见，下文简称为大籼、大粳、小籼、小粳。

大籼 大粳 小籼 小粳

（二）实验方法 1.发育不同天数的颖果采集 采用记号笔点开颖颖花与植株上挂牌相结合的方法来标记颖花的开花日期与授粉时刻。在开花期每天标花，直标到全田开花结束，这样能在某一天里采集到发育不同天数或授粉后不同时间的颖果。

2.颖果鲜干重的测定 每隔5天，即花后5天、10天……直至成熟的颖果，以30粒为一单位，称取颖果鲜重，烘干后称干重，并求含水率，剥去颖果的果种皮和胚后烘干，可称取胚乳干重。

3.胚乳游离核的分裂及核分裂周期的观察 采用整体解剖染色法,即将开花后1～3天的颖果用卡诺固定剂固定;铁矾-苏木精染色,从胚珠中完整地挑出胚乳囊,并将胚乳囊展平后置显微镜下观察游离核的形态与分裂方式；测定每个胚乳囊中的核数；选择处在分裂中期的游离核,压片后测定每核中的染色体数目。由于花后0～3d的胚乳核分裂很同步,因此可根据受精后时间(t)与胚乳核数(x)按下式推算出核分裂周期(Y)：Y=(lg2/lgx)t

图 水稻胚乳囊和染色体 A.花后第2天 B.花后第3天(下端为胚，胚乳囊中每1小黑点就是一游离核，中央的黑色块为反足细胞处) C. 胚乳核中的染色体(上下各为1个核，此2个核中的染色体数目是2倍体而不是3倍体)

4.胚乳细胞的分离和细胞数的测定 按以下步骤进行胚乳细胞的分离：

图 水稻胚乳细胞 (由纤维素酶解离)的形态随花后天数的变化 1. 花后 6d; 2. 花后 9d; 3. 花后12d; 4. 花后15d; 5. 花后18d; 6. 花后21d; 7. 花后24d

5.结构观察 取材 前固定 后固定 脱水 置换 浸透 包埋聚合 修块 切片 染色 观察

6.颖果生理活性的测定 胚乳中淀粉的积累用I2-KI鉴定；颖果中脱氢酶活性用TTC染色法鉴定；含氮量用凯氏定氮法测定；含糖量用恩酮法测定；淀粉含量用双波长法测定。

四、研究进展

（一）部分研究结果

 

（二）下阶段工作计划 （1）对水稻颖果进行切片观察，并完成颖果含糖量、含氮量和淀粉含量的测定。 （2）试验数据处理及结果分析，完成学位论文，申请论文答辩。

谢谢！