水稻根冠的發(fā)育研究.pdf

1、根系是植物與土壤進(jìn)行物質(zhì)交換和信息交流的橋梁。發(fā)育良好的根系是作物高產(chǎn)和穩(wěn)產(chǎn)的基礎(chǔ)。根冠處于根系的最尖端，保護(hù)著幼嫩的根尖分生組織區(qū)域，能感知并傳遞外界信號進(jìn)而引導(dǎo)根趨利避害。但是，為了適應(yīng)根系周邊環(huán)境，水稻根冠是如何發(fā)育的，又是如何實(shí)現(xiàn)其功能的？相關(guān)問題還有待解決。本研究中利用常規(guī)細(xì)胞學(xué)技術(shù)對水稻胚胎根冠的發(fā)育過程、胚后主根根冠的結(jié)構(gòu)及細(xì)胞譜系進(jìn)行跟蹤觀察;利用根冠再生系統(tǒng)對影響根冠發(fā)育的因素進(jìn)行探索;以根尖角度作為衡量指標(biāo)找到了根冠

2、構(gòu)型差異極端的水稻家系，進(jìn)而對根冠構(gòu)型的作用和遺傳機(jī)制做初步研究。主要結(jié)果如下:
　　1.水稻胚胎樹脂半薄切片結(jié)果顯示:水稻胚胎根冠最早在3.5 DAA時開始發(fā)育，在4 DAA時形成明顯的根冠結(jié)合處（root cap junction）;之后隨著根冠結(jié)合處下方的根冠干細(xì)胞多次分裂，在7 DAA時小柱細(xì)胞中開始出現(xiàn)淀粉顆粒;8 DAA時側(cè)根冠中開始出現(xiàn)淀粉顆粒，說明此時根冠具備了所有基本結(jié)構(gòu)，可能具備了基本功能。發(fā)芽試驗(yàn)表明最早在8

3、 DAA時的水稻種子才可萌發(fā)，說明種子萌發(fā)需要有功能的根冠存在。胚胎根冠在9 DAA時發(fā)育成熟，主要由3層干細(xì)胞、13層含淀粉顆粒的小柱細(xì)胞和周圍圍繞的側(cè)根冠細(xì)胞構(gòu)成。
　　2.擬南芥胚胎發(fā)育觀察結(jié)果顯示:擬南芥胚胎根冠從4 DAA時開始發(fā)育，在7DAA時中間一層的小柱細(xì)胞開始出現(xiàn)淀粉顆粒;9DAA時根冠發(fā)育成熟;發(fā)芽試驗(yàn)表明最早在9 DAA時的擬南芥種子才可萌發(fā)。水稻和擬南芥胚胎根冠從發(fā)育起始到最終成熟的時間及發(fā)育過程基本一致，

4、說明胚胎根冠發(fā)育過程在單雙子葉植物中具有保守性。
　　3.水稻主根樹脂半薄切片結(jié)果顯示:水稻主根根冠由13層左右的小柱細(xì)胞組成;每層約有50個小柱細(xì)胞呈圓形排列，周圍由3-5層側(cè)根冠細(xì)胞圍繞。Lugol染色和EdU標(biāo)記結(jié)果顯示:小柱細(xì)胞和根冠結(jié)合處之間有1-2層的小柱細(xì)胞分生組織細(xì)胞，第一層細(xì)胞是小柱細(xì)胞的干細(xì)胞，這些干細(xì)胞能夠通過垂周分裂產(chǎn)生小柱干細(xì)胞的子細(xì)胞，甚至繼續(xù)分裂形成一整列小柱細(xì)胞。通過細(xì)胞譜系追蹤系統(tǒng)證實(shí):小柱干細(xì)胞

5、向下分裂形成子細(xì)胞及小柱細(xì)胞;側(cè)根冠和小柱細(xì)胞起源于不同的干細(xì)胞;側(cè)根冠干細(xì)胞通過平周分裂產(chǎn)生新的側(cè)根冠干細(xì)胞及側(cè)根冠干細(xì)胞的子細(xì)胞，而側(cè)根冠干細(xì)胞的子細(xì)胞則能進(jìn)一步發(fā)生垂周分裂，進(jìn)而產(chǎn)生具有淀粉顆粒的側(cè)根冠細(xì)胞。
　　4.通過根冠再生體系研究表明，根冠再生過程中伴隨著生長素的動態(tài)變化，而地上部分來源的生長素能夠影響新生根冠的發(fā)育。在去除QC及干細(xì)胞小生境的前提下，生長素作為關(guān)鍵因素影響著根冠啟動再生?？傊?，水稻根冠的再生需要QC

6、或地上來源生長素的存在。根冠再生過程中的轉(zhuǎn)錄組分析表明，植物激素，特別是生長素和細(xì)胞分裂素參與了根冠的再生過程。
　　5.通過對7個家系的水稻根尖角度表型的觀察研究，發(fā)現(xiàn)特青與珍汕97兩個家系的根尖角度差異極端。進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)該極端表型是因?yàn)閮蓚€家系的小柱細(xì)胞的長度不同照成的。對特青/珍汕97重組自交系群體的根尖角度表型做考察統(tǒng)計，并進(jìn)行QTL定位，共發(fā)現(xiàn)4個QTL位點(diǎn)，其中第4染色體的一個QTL(Qta4)在三次重復(fù)實(shí)驗(yàn)中都被檢