紫粳4x和紫粳2x水稻品系在3个植物学性状上的差异性比较
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第 43卷 第 4期 2009年 8月
河南农业大学学报 Journal of Henan A gricultural U niversity
Vol. 43 No. 4 Aug. 2009
文章编号 : 1000 - 2340 (2009) 04 - 0359 - 05
紫粳 4x和紫粳 2x水稻品系在 3个植物学 性状上的差异性比较
50) ,如芒长恰为 5 的整数倍 ,则将其归入比其小 的组限. 1. 2. 4 数据的统计与分析 用 DPS数据处理软 件进行两组平均数 student t检验并分析各性状的 差异显著性.
2 结果与分析
2. 1 紫粳 2x和紫粳 4x根尖和气孔的差异比较 染色体组数目的增加直接促使多倍体拥有比
二倍体更大的细胞与细胞核 ,这一差异在根尖和气 孔上表现尤为突出. 对不同倍性的紫粳根尖进行细 胞学观察 ,结果如表 1所示 ,细胞核直径 、细胞直径 和胚根直径都达到 1%的差异显著水平. 紫粳 4x 的细胞核直径比紫粳 2x 的细胞核直径增加了 34. 38% ,达到 ( 8. 60 ±1. 26)μm;细胞直径增加了 23. 03% ,达到 (17. 36 ±3. 02)μm;胚根直径增加了 27. 38% ,达到 ( 664. 97 ±43. 03)μm. 由此可见 ,染 色体组虽然增加 1倍 ,但这 3个参数上的差异并没 有随之增加 1倍 ,增幅在 23. 03% ～34. 38%. 对气 孔的长和宽比较分析表明 ,紫粳 4x的气孔长比紫 粳 2x的气孔长增加了 36. 26% ,达到了 ( 26. 53 ± 1. 60)μm ,差异达到极显著水平 ;而气孔宽仅增加 了 4. 95% ,差异不显著. 总之 ,同源四倍体与二倍 体在根尖和气孔上的差异明显 ,可以作为倍性鉴定 的间接依据. 2. 2 紫粳 2x和紫粳 4x的花器官性状的差异比较
种芽或愈伤组织可以获得染色体组加倍的同源四 倍体植株. 它们的性状存在明显差异. 同源四倍体 水稻具有生长势强 、生物学产量高 ,子粒大 ,米质好 和抗逆性强等特点 , 被列为 21世纪水稻育种新战 略之一 [ 2 ] . 目前 ,同源四倍体水稻与二倍体水稻的 差异研究主要集中在生物学特征 、生殖发育特性 、 胚乳蛋白表达 、分子标记等方面 [ 3～5 ] ,对其有性繁
收稿日期 : 2009 - 04 - 19 基金项目 :国家“十五 ”科技攻关项目 (2001BA302B ) 作者简介 :黄雅琴 (1986 - ) ,女 ,河南信阳人 ,硕士生 ,现从事离子束生物效应方面的研究工作 ;通讯作者 :黄群策.
360
河 南 农 业 大 学 学 报
第 43卷
D ifference compar ison on three botan ica l characters of r ice stra in s Z ijing 2x and Z ijing 4x
HUANG Ya2qin, HUANG Qun2ce源自文库 ZHAO Shuai2peng (Henan Provincial Key Laboratory of Ion Beam B io2Engineering, Zhengzhou University,
殖器官花器结构和组成的变化及其生殖发育的影 响 ,人们的认识还很肤浅. 本研究以同源四倍体水 稻品系紫粳 4x 和相应的二倍体水稻品系紫粳 2x 为材料 ,在根尖 、气孔 、花器官性状上进行了比较研 究 ,以期为研究基因组多倍化以后重复基因组在细 胞水平和花器官上的表达结果提供一些依据.
1 材料与方法
染色体组的多倍化是植物进化的重要途径之 一 ,在推动植物进化变异的过程中起着重要作用. 据统计 ,在被子植物中 ,就有约 70%的物种经历过 一次或多次多倍化事件 [ 1 ]. 稻属的染色体组以二 倍体为主 , 目前的亚洲栽培稻均为二倍体 ( 2n = 2x = 24) ,在禾谷类作物中其基因组最小 ,系统进化 程度很有限. 利用低浓度的秋水仙素人工处理水稻
除上述差异外 ,在柱头的颜色上 ,与紫粳 2x相 比 ,紫粳 4x 也发生了很大的变化 ,如图 1 - B ～G 所示. 从直观上观察柱头 (图 1 - B , C) ,不同的紫 粳 2x雌蕊上的柱头颜色均为深紫色 ,彼此之间没 有明显的差异 ,而同一个雌蕊上的两个羽毛状柱头 也都是深紫色 ,颜色均一 ,大小一致 ;不同的紫粳
Zhengzhou, 450052, China)
Abstract: Compared w ith the dip loid rice, this paper researched the post2genetic differential exp res2 sion of autotetrap loid rice in root, stom a and floral organ after genome doubling. The results showed that both root parameters and stoma parameters increased by less than 50%. Among the 11 floral organ characters, style length + stigm a length did not reseach significant difference level, sp ikelets ratio of length to w idth reached 5% of the significant difference level, and the rem aining 9 characters of 11 flo2 ral organ characters reached 1% of the significant difference level. The color of stigma in autotetrap loid rice, which showed a certain color gradient, was shallower than that was in dip loid rice. The emer2 gence of awn was one salient feature after genom e doubling. There were som e characteristics on the length and distribution of awn. Most of them were less than or equal to 5 mm long. The florets which possessed the longer awn were at the top of branches. Key words: autotetrap loid rice; floral organ character; genetic differences; stigma; awn
材料类型 Material type
紫粳 2x Zijing 2x 紫粳 4x Zijing 4x 差异 D ifferences
参数 Pa ram e te r
变幅 Change 均值 Mean 变幅 Change 均值 Mean ︱t︱
1. 1 供试材料 试验中所采用的材料是同源四倍体水稻品系
紫粳 4x和相应的二倍体水稻品系紫粳 2x. 紫粳 4x 是以紫粳 2x为材料 ,用秋水仙素对其种芽进行诱 导 ,在诱导后代中筛选到的同源四倍体品系 [ 6 ]. 这 2个水稻品系已连续试种多年 ,经反复筛选后 ,基 因纯合 ,根尖 、气孔 、花器官性状及其他主要农艺性 状稳定. 1. 2 试验方法 1. 2. 1 根尖的比较观察 根尖细胞的观察采用常 规的植物染色体压片法. 分别将紫粳 2x和紫粳 4x 的成熟子粒在自来水中浸种 1 d,其间换水 2次 ,再 将种子取出 ,置于铺有滤纸的培养皿中于 25 ℃恒 温培养箱中催芽 ,注意要保持滤纸的湿润. 约 3～5 d后每粒种子都长出 1 cm 左右的胚根. 通过取材 、 固定 、离析 、染色 、压片等步骤 ,制取清晰的根尖分 生区细胞装片 ,再镜检. 先用镜台测微尺对双目显 微镜进行矫正 (下同 ) ,再用目镜测微尺测量细胞 核直径和细胞直径 (单位为 μm ). 每个品种分别选 用 20个长 1 cm、生长良好的胚根 ,在其成熟区进 行胚根直径的测量 (单位为 μm ). 1. 2. 2 气孔的比较观察 分别随机挑选紫粳 2x 和紫粳 4x的 3片生长状况良好植株的剑叶 ,将叶 片撕碎放在载玻片上 ,滴上一滴清水 ,盖上盖玻片 在双目显微镜下镜检 ,用目镜测微尺测量气孔的长 和宽 (单位为 μm ). 每片剑叶统计 50个气孔. 1. 2. 3 花器官性状的比较观察 在抽穗期 ,分别 随机挑选紫粳 2x和紫粳 4x的 3 个生长良好的未 花幼穗 ,每穗上 、中 、下各取 3朵颖花 , 用游标卡尺 测量颖花长 、颖花宽 ,长 、宽均测量颖花最长最宽 处 , 精确至 0. 02 mm ,重复 3 次. 在双目显微镜下 用目镜测微尺测量花粉直径 (单位为 mm ) ,用图像 扫描法测量柱头长 、柱头宽 、花柱长 、子房高 、子房 宽 、花 药 长 、花 药 宽 (单 位 均 为 mm ). 随 机 选 取 1 000粒紫粳 4x稻谷进行芒长的测定 ,并根据所得 数据实际情况将其分成 10组 ,计算每一组的概率. 每组的组距为 5 mm ,组限为 (0, 5) , (5, 10) … ( 45,
由表 2可知 ,在研究的 11个花器官性状中 ,达 到 1%差异显著水平的有花粉直径 、柱头长 、柱头 宽 、花药长 、花药宽 、子房高 、子房宽 、颖花长 、颖花 宽. 在这些性状上 ,紫粳 4x 比紫粳 2x 分别增加了
19. 18% , 33. 33% , 52. 63% , 34. 44% , 25. 81% , 21. 74% , 28. 95% , 27. 84% , 20%. 增 幅 为 19. 18% ～52. 63% ,变化最小的是花粉直径 ,达到 (0. 046 0 ±0. 004 0) mm ,最大的是柱头宽 (图 1 D , E) ,达到 ( 0. 58 ±0. 04 ) mm. 达到 5%差异显著 水平的是颖花长宽比 ,紫粳 4x 比紫粳 2x 增加了 4. 76%. 没有达到差异显著性的是花柱长 +柱头 长 ,紫粳 4x比紫粳 2x仅增加了 4. 02%. 可见 ,染色 体组加倍后 ,不同的花器官性状增幅不同.
黄雅琴 ,黄群策 ,赵帅鹏
(郑州大学离子束生物工程省重点实验室 , 河南 郑州 450052)
摘要 :以二倍体水稻为对照 ,从根尖 、气孔 、花器官性状上 ,研究了同源四倍体水稻在染色体组加倍后的遗传差异 表达. 研究结果表明 ,根尖参数和气孔参数均有了小于 50%的增幅 ; 11个花器官性状中 ,花柱长 +柱头长没有达 到差异显著性 ,颖花长宽比达到 5%差异显著水平 ,其余 9个性状均达到 1%差异显著水平 ;四倍体水稻的柱头 颜色比二倍体的浅 ,并且呈现一定的色彩梯度 ;芒的出现也是多倍化后的显著特征 ,芒的长度及分布也具有一定 的特点 ,长度 ≤5 mm 的最多 ,枝梗顶端上部颖花的芒较长. 关键词 :同源四倍体水稻 ;花器官性状 ;遗传差异 ;柱头 ;芒 中图分类号 : S511 文献标志码 : A
第 4期
黄雅琴等 :紫粳 4x和紫粳 2x水稻品系在 3个植物学性状上的差异性比较
361
表 1 紫粳 2x和紫粳 4x的根尖和气孔的差异比较 Table 1 D ifference com par ison on root tip and stoma between Z ijing 2x and Z ijing 4x
河南农业大学学报 Journal of Henan A gricultural U niversity
Vol. 43 No. 4 Aug. 2009
文章编号 : 1000 - 2340 (2009) 04 - 0359 - 05
紫粳 4x和紫粳 2x水稻品系在 3个植物学 性状上的差异性比较
50) ,如芒长恰为 5 的整数倍 ,则将其归入比其小 的组限. 1. 2. 4 数据的统计与分析 用 DPS数据处理软 件进行两组平均数 student t检验并分析各性状的 差异显著性.
2 结果与分析
2. 1 紫粳 2x和紫粳 4x根尖和气孔的差异比较 染色体组数目的增加直接促使多倍体拥有比
二倍体更大的细胞与细胞核 ,这一差异在根尖和气 孔上表现尤为突出. 对不同倍性的紫粳根尖进行细 胞学观察 ,结果如表 1所示 ,细胞核直径 、细胞直径 和胚根直径都达到 1%的差异显著水平. 紫粳 4x 的细胞核直径比紫粳 2x 的细胞核直径增加了 34. 38% ,达到 ( 8. 60 ±1. 26)μm;细胞直径增加了 23. 03% ,达到 (17. 36 ±3. 02)μm;胚根直径增加了 27. 38% ,达到 ( 664. 97 ±43. 03)μm. 由此可见 ,染 色体组虽然增加 1倍 ,但这 3个参数上的差异并没 有随之增加 1倍 ,增幅在 23. 03% ～34. 38%. 对气 孔的长和宽比较分析表明 ,紫粳 4x的气孔长比紫 粳 2x的气孔长增加了 36. 26% ,达到了 ( 26. 53 ± 1. 60)μm ,差异达到极显著水平 ;而气孔宽仅增加 了 4. 95% ,差异不显著. 总之 ,同源四倍体与二倍 体在根尖和气孔上的差异明显 ,可以作为倍性鉴定 的间接依据. 2. 2 紫粳 2x和紫粳 4x的花器官性状的差异比较
种芽或愈伤组织可以获得染色体组加倍的同源四 倍体植株. 它们的性状存在明显差异. 同源四倍体 水稻具有生长势强 、生物学产量高 ,子粒大 ,米质好 和抗逆性强等特点 , 被列为 21世纪水稻育种新战 略之一 [ 2 ] . 目前 ,同源四倍体水稻与二倍体水稻的 差异研究主要集中在生物学特征 、生殖发育特性 、 胚乳蛋白表达 、分子标记等方面 [ 3～5 ] ,对其有性繁
收稿日期 : 2009 - 04 - 19 基金项目 :国家“十五 ”科技攻关项目 (2001BA302B ) 作者简介 :黄雅琴 (1986 - ) ,女 ,河南信阳人 ,硕士生 ,现从事离子束生物效应方面的研究工作 ;通讯作者 :黄群策.
360
河 南 农 业 大 学 学 报
第 43卷
D ifference compar ison on three botan ica l characters of r ice stra in s Z ijing 2x and Z ijing 4x
HUANG Ya2qin, HUANG Qun2ce源自文库 ZHAO Shuai2peng (Henan Provincial Key Laboratory of Ion Beam B io2Engineering, Zhengzhou University,
殖器官花器结构和组成的变化及其生殖发育的影 响 ,人们的认识还很肤浅. 本研究以同源四倍体水 稻品系紫粳 4x 和相应的二倍体水稻品系紫粳 2x 为材料 ,在根尖 、气孔 、花器官性状上进行了比较研 究 ,以期为研究基因组多倍化以后重复基因组在细 胞水平和花器官上的表达结果提供一些依据.
1 材料与方法
染色体组的多倍化是植物进化的重要途径之 一 ,在推动植物进化变异的过程中起着重要作用. 据统计 ,在被子植物中 ,就有约 70%的物种经历过 一次或多次多倍化事件 [ 1 ]. 稻属的染色体组以二 倍体为主 , 目前的亚洲栽培稻均为二倍体 ( 2n = 2x = 24) ,在禾谷类作物中其基因组最小 ,系统进化 程度很有限. 利用低浓度的秋水仙素人工处理水稻
除上述差异外 ,在柱头的颜色上 ,与紫粳 2x相 比 ,紫粳 4x 也发生了很大的变化 ,如图 1 - B ～G 所示. 从直观上观察柱头 (图 1 - B , C) ,不同的紫 粳 2x雌蕊上的柱头颜色均为深紫色 ,彼此之间没 有明显的差异 ,而同一个雌蕊上的两个羽毛状柱头 也都是深紫色 ,颜色均一 ,大小一致 ;不同的紫粳
Zhengzhou, 450052, China)
Abstract: Compared w ith the dip loid rice, this paper researched the post2genetic differential exp res2 sion of autotetrap loid rice in root, stom a and floral organ after genome doubling. The results showed that both root parameters and stoma parameters increased by less than 50%. Among the 11 floral organ characters, style length + stigm a length did not reseach significant difference level, sp ikelets ratio of length to w idth reached 5% of the significant difference level, and the rem aining 9 characters of 11 flo2 ral organ characters reached 1% of the significant difference level. The color of stigma in autotetrap loid rice, which showed a certain color gradient, was shallower than that was in dip loid rice. The emer2 gence of awn was one salient feature after genom e doubling. There were som e characteristics on the length and distribution of awn. Most of them were less than or equal to 5 mm long. The florets which possessed the longer awn were at the top of branches. Key words: autotetrap loid rice; floral organ character; genetic differences; stigma; awn
材料类型 Material type
紫粳 2x Zijing 2x 紫粳 4x Zijing 4x 差异 D ifferences
参数 Pa ram e te r
变幅 Change 均值 Mean 变幅 Change 均值 Mean ︱t︱
1. 1 供试材料 试验中所采用的材料是同源四倍体水稻品系
紫粳 4x和相应的二倍体水稻品系紫粳 2x. 紫粳 4x 是以紫粳 2x为材料 ,用秋水仙素对其种芽进行诱 导 ,在诱导后代中筛选到的同源四倍体品系 [ 6 ]. 这 2个水稻品系已连续试种多年 ,经反复筛选后 ,基 因纯合 ,根尖 、气孔 、花器官性状及其他主要农艺性 状稳定. 1. 2 试验方法 1. 2. 1 根尖的比较观察 根尖细胞的观察采用常 规的植物染色体压片法. 分别将紫粳 2x和紫粳 4x 的成熟子粒在自来水中浸种 1 d,其间换水 2次 ,再 将种子取出 ,置于铺有滤纸的培养皿中于 25 ℃恒 温培养箱中催芽 ,注意要保持滤纸的湿润. 约 3～5 d后每粒种子都长出 1 cm 左右的胚根. 通过取材 、 固定 、离析 、染色 、压片等步骤 ,制取清晰的根尖分 生区细胞装片 ,再镜检. 先用镜台测微尺对双目显 微镜进行矫正 (下同 ) ,再用目镜测微尺测量细胞 核直径和细胞直径 (单位为 μm ). 每个品种分别选 用 20个长 1 cm、生长良好的胚根 ,在其成熟区进 行胚根直径的测量 (单位为 μm ). 1. 2. 2 气孔的比较观察 分别随机挑选紫粳 2x 和紫粳 4x的 3片生长状况良好植株的剑叶 ,将叶 片撕碎放在载玻片上 ,滴上一滴清水 ,盖上盖玻片 在双目显微镜下镜检 ,用目镜测微尺测量气孔的长 和宽 (单位为 μm ). 每片剑叶统计 50个气孔. 1. 2. 3 花器官性状的比较观察 在抽穗期 ,分别 随机挑选紫粳 2x和紫粳 4x的 3 个生长良好的未 花幼穗 ,每穗上 、中 、下各取 3朵颖花 , 用游标卡尺 测量颖花长 、颖花宽 ,长 、宽均测量颖花最长最宽 处 , 精确至 0. 02 mm ,重复 3 次. 在双目显微镜下 用目镜测微尺测量花粉直径 (单位为 mm ) ,用图像 扫描法测量柱头长 、柱头宽 、花柱长 、子房高 、子房 宽 、花 药 长 、花 药 宽 (单 位 均 为 mm ). 随 机 选 取 1 000粒紫粳 4x稻谷进行芒长的测定 ,并根据所得 数据实际情况将其分成 10组 ,计算每一组的概率. 每组的组距为 5 mm ,组限为 (0, 5) , (5, 10) … ( 45,
由表 2可知 ,在研究的 11个花器官性状中 ,达 到 1%差异显著水平的有花粉直径 、柱头长 、柱头 宽 、花药长 、花药宽 、子房高 、子房宽 、颖花长 、颖花 宽. 在这些性状上 ,紫粳 4x 比紫粳 2x 分别增加了
19. 18% , 33. 33% , 52. 63% , 34. 44% , 25. 81% , 21. 74% , 28. 95% , 27. 84% , 20%. 增 幅 为 19. 18% ～52. 63% ,变化最小的是花粉直径 ,达到 (0. 046 0 ±0. 004 0) mm ,最大的是柱头宽 (图 1 D , E) ,达到 ( 0. 58 ±0. 04 ) mm. 达到 5%差异显著 水平的是颖花长宽比 ,紫粳 4x 比紫粳 2x 增加了 4. 76%. 没有达到差异显著性的是花柱长 +柱头 长 ,紫粳 4x比紫粳 2x仅增加了 4. 02%. 可见 ,染色 体组加倍后 ,不同的花器官性状增幅不同.
黄雅琴 ,黄群策 ,赵帅鹏
(郑州大学离子束生物工程省重点实验室 , 河南 郑州 450052)
摘要 :以二倍体水稻为对照 ,从根尖 、气孔 、花器官性状上 ,研究了同源四倍体水稻在染色体组加倍后的遗传差异 表达. 研究结果表明 ,根尖参数和气孔参数均有了小于 50%的增幅 ; 11个花器官性状中 ,花柱长 +柱头长没有达 到差异显著性 ,颖花长宽比达到 5%差异显著水平 ,其余 9个性状均达到 1%差异显著水平 ;四倍体水稻的柱头 颜色比二倍体的浅 ,并且呈现一定的色彩梯度 ;芒的出现也是多倍化后的显著特征 ,芒的长度及分布也具有一定 的特点 ,长度 ≤5 mm 的最多 ,枝梗顶端上部颖花的芒较长. 关键词 :同源四倍体水稻 ;花器官性状 ;遗传差异 ;柱头 ;芒 中图分类号 : S511 文献标志码 : A
第 4期
黄雅琴等 :紫粳 4x和紫粳 2x水稻品系在 3个植物学性状上的差异性比较
361
表 1 紫粳 2x和紫粳 4x的根尖和气孔的差异比较 Table 1 D ifference com par ison on root tip and stoma between Z ijing 2x and Z ijing 4x