水稻幼穗形态发生与顶端分生组织的研究

西北植物学报1999,19(3):415—421

Acta Bot.Boreal.-Occident.Sin.

文章编号:1000-4025-(1999)03-0415-07

水稻幼穗形态发生与顶端分生组织的研究

丛　斌,贾红武,李　严,张丕方,孙崇荣

(复旦大学生命科学学院,上海200433)

摘　要:应用“铸模”扫描电镜法和组织切片技术对水稻幼穗的形态发生过程和顶端分生组织

(A pical mer istem)进行了系统而细致的研究。研究表明:从营养生长转入到生殖生长早期,水

稻生长锥发生了显著的变化,根据苗端分生组织(Sho ot apical mer istem,SAM)中原基分化的

属性,将水稻幼穗早期起源和发育过程分为花序顶端分生组织期(Inflo rescence a pical mer is-

tem phase,I AM P)、小穗顶端分生组织期(Spikelet apical mer istem phase,SPA M P)、花顶端

分生组织期(F lor al mer istem phase,F M P)。在这3个大的发育时期,又根据每一发育时期中

的原基分生组织生长发育的程度及先后顺序分别又可分为:花序0期、花序Ⅰ期、花序Ⅱ期;

小穗期Ⅰ期、小穗Ⅱ期、小穗Ⅲ期;内稃原基分化期、浆片原基分化期、雄蕊原基分化期、心皮

原基分化期。同时,在研究过程中还发现了一些与前人所不同的形态发生特征,并初步探讨了

水稻幼穗早期的起源及分化发育的机理。

关键词:水稻;幼穗;形态发生;顶端分生组织

中图分类号:Q944 文献标识码:A

Studies on morphogenesis and shoot apical meristem

(SAM)of rudimentary panicle in rice

CONG Bin,JIA Ho ng-wu,LI Yan,ZHANG Pi-fang,SU N Chong-rong

(School of Life Science,Fudan University,Sh ang hai200433)

Abstract:M orphogenesis and shoo t apical meristem(SAM)of rudim entary panicle o f rice(Guang luai4)w er e studied by SEM and tissue sectioning.Results demonstrate that there are conspicuous changes from vegetative shoot apical meristem to r eproductive shoo t apical meristem.The pr ocess of early differentiatio n and dev elo pm ent of SAM w er e divided into the fo llow ing three developmental phases by the identities of the pri-收稿日期:1999-03-03

416西　北　植　物　学　报19卷mor dia:inflorescence apical m eristem phase(IAM P),spikelet apical m er istem phase (SPAMP)and floral meristem phase(FM P).Furthermo re,each developmental phase show ed several different phases,these included inflor escence0phase,inflorescenceⅠphase,inflorescenceⅡphase;spikeletⅠphase,spikeletⅡphase,spikeletⅢphase; palea primordium phase,lodicule prim ordium phase,stamen pr im ordium phase and carpel primor dium phase.In the cour se of the differentiation and development,some new characters o f mo rphog enesis w ere found,and the m echanism of early dev elo pment o f rudimentary panicle w ere understo od further,with w hich recent prog ress made in an-giosperm shoo t apical meristem structure and function were discussed.

Key words:rice;rudimentary panicle;morphogenesis;sho ot apical m eristem

稻穗发育形态的研究,在国内外已有一些报道[1～3]。由于当时条件的限制,人们主要凭借着肉眼、放大镜或一般解剖镜来观察水稻穗的发育过程。以后,由于电子显微镜技术的发展,通过常规扫描电镜技术对水稻穗的形态发育曾进行过某些研究[4]。但在制样过程中,化学、物理方法的处理易使幼嫩复杂的结构受到损伤甚至变形。随着近年来水稻幼穗发育分子生物学研究的深入,包括对hom eo tic gene时空表达规律的了解[5,6],以及水稻幼穗突变体形成机理的阐明,都需要对水稻幼穗形态发生过程中的顶端分生组织有准确而清晰的观察。为此,我们应用最近发展起来的“铸模”SEM方法[7],并结合组织切片技术,系统地研究了水稻幼穗的形态发生过程。由于这种方法最大限度地保持了原有的结构,使我们观察到更细致的动态变化,为进一步揭示幼穗早期发育过程中基因的调控提供了可靠的细胞组织学依据。

1　材料和方法

水稻(Ory z a sative,广陆矮4号)种子于40℃水中浸种3～4d后,点播于上海植物生理研究所人工气候室(25℃,12h光照)。生长28d后,每天取材1次,每次5株,于解剖镜下仔细剥去外面的叶片,直至露出生长锥。分别取一滴合成树脂(resin)和催化剂(catalyst)(购自coltene Ltp.PRESIDENT light body,A rt.No.466,Sw itzerland)于干净的载玻片上,并迅速调匀。用毛细管蘸此混合物涂于生长锥表面,待聚合后揭下模套,然后向模套中铸入事先等量混合好的环氧树脂(epox y)和催化剂(catalyst)(购自Devcon Ltp. 2-T on Epox y,Ireland),铸模过程中要避免有气泡产生。环氧树脂凝固后小心取出模型,模型喷金后直接进行SEM观察。所用试剂由John inns center罗达博士惠赠。

同时每天取5株的生长锥固定于FAA中,用常规石蜡切片法处理。切片厚度为9 m 的连续切片,用代氏苏木精和PAS反应双重染色法。于Oly mpus BH-2观察并拍照。

2　结　果

通过扫描电镜和组织切片的观察,并根据研究水稻幼穗发育分子生物学的需要,在水稻由营养生长转入生殖生长后,茎尖及各原基分生组织发生和分化的先后顺序,将其分为