全 文 ：　文章编号 :100028551 (2002) 0120015205
水稻无侧根突变体 RM109 冠根的解剖学观察
郝再彬
(东北农业大学生命科学学院 ,黑龙江 哈尔滨　150030)
摘 　要 :对水稻无侧根突变体 RM109 与原品种大力 ( Oryza sativa L. ,cv. Oochikara)的冠
根组织形态进行比较 ,结果表明 ,大力品种可观察到侧根原基及侧根 ,而 RM109 均
无 ;RM109 的原生木质部间中柱鞘细胞数目减少 ,为大力的 77 % ;后生木质部导管数
增加 ,其导管 I的数量为大力的 149 % ,其导管 Ⅱ的数量为大力的 321 % ,且导管排列
散乱。推测其原因在于根尖生长点细胞分化异常和 IAA 合成能力低下。
关键词 :水稻 ;侧根突变体 ;冠根 ;解剖学
收稿日期 :2001206211
作者简介 :郝再彬 (1958～) ,男 ,哈尔滨人 ,博士 ,主要从事植物突变体的遗传育种及生理生化研究
本试验在日本香川大学农学部进行
近年来国外从植物根系遗传材料进行突变体的研究 ,以求对根系形态、养分和水分吸收生
理、对遗传基因有更深入地了解[1 ,2 ] 。如关于根的突变体 ,已先后在番茄和模型植物拟南芥中
选育出了 dgt [3 ]和 tir3[4 ] 、axr2[5 ]等 ,然而水稻在此方面的研究尚未见报道。我们用化学诱变剂
处理粳稻品种大力 ( Oryza sativa L. ,cv. Oochikara) 种子 ,在后代得到了单显性基因 (Lrt 1) 无侧
根突变体 RM109[6 ] ,填补了水稻根系遗传材料的空白 ,为从形态到生理生化进一步到基因图的
解析奠定了基础。本报告对 RM109 冠根的无侧根进行了解剖学比较 ,试图观察它们在组织结
构方面是否有差异并探讨了无侧根的原因。
1 　材料与方法
111 　材料
粳稻品种大力 ( Oryza satival L. ,cv. Oochikara) 。
112 　诱变及突变体的筛选
用 NaN3 处理 (10 - 3 molΠL ,25 ℃,6h) 后的大力种子 ,育苗后田间栽培、繁殖 ,获得 M2 种子。
M2 种子消毒催芽后 ,播种于 2 ,42D 水溶液 (10 - 6 molΠL ,pH510)的网上培养 (自然光照 ,10d) 。以
根的长度显著长于原品种为目标 ,筛选具有 2 ,42D 抗性的植株 ,移栽至土壤中 ,获得 M3 种子。
M3 继续做 2 ,42D 抗性鉴定 ,直到获得具有稳定 2 ,42D 抗性的突变体 ,然后从 M3 中以无侧根和
根向重性异常为目标进一步再筛选。
113 　解剖学观察
原品种大力、M6 突变体 RM109 种子分别浸种 3d ,催芽种子播种于水稻木村氏 B 培养液
51　核 农 学 报　2002 ,16 (1) :15～19Acta Agriculturae Nucleatae Sinica
(pH510)的水培网上培养 (30 ℃,24h 光照) 4 周。培养液的浓度是 1L 水中 A 液和 B 液各 2ml。
A 液 : (NH4 ) 2 SO4 , 24110gΠL ; MgSO4 ·7H2O , 67147gΠL ; KNO3 , 9125gΠL ; KH2 PO4 , 12140gΠL ; K2 SO4 ,
7195gΠL。B 液 :Ca (NO3 ) 2·4H2O :43110gΠL ;FeC6 H5O7·XH2O :2100gΠL ;1N HCl :200mlΠL。4 周后取
各材料 10 株 ,每株各取冠根 1 条 ,从根尖端起每 1cm 为一段 ,材料固定、包埋和制片参照一井
方法[7 ] 。对距根尖端 10cm 处的成熟区分别做横切、纵切 ,切片厚度为 5μm。苏木精染色 ,用
Olympus VANOX2S 型显微镜测定、照相。
2 　结 　　果
211 　突变体获得
用化学诱变剂处理粳稻品种大力种子M1 ,经过栽培管理后 ,收 M2 种子。用 2 ,42D 溶液处
理 M2 种子 ,从 6 万个幼苗中得到 25 个具有 2 ,42D 耐性的个体 ,命名 RM101～RM125。对它们
以无侧根和根向重性异常为目标进一步再筛选 ,得到 2 ,42D 耐性、无侧根和根向重性异常突变
体 RM109[6 ] 。
212 　冠根形态和解剖学观察
对培养 4 周的大力和 RM109 冠根观察 ,大力的冠根上侧根密布 ;RM109 的表面十分光滑、
无侧根 (图版 Ⅰ) 。成熟区纵切面的组织调查表明 :大力可以清楚地看到侧根和侧根原基 ;
图版 Ⅰ　大力和 RM109 冠根的形态
Plate Ⅰ　Morphology of Oochikara and RM109 crest root
RM109 既无侧根 , 也无侧根原基 (表 1) 。RM109 的表皮细胞长度为大力的 123 % ,差异极显著 ;
后生木质部导管 Ⅱ长度为大力的 110 % ,差异显著 ;皮层薄壁细胞长度差异不显著。成熟区横
切面的组织调查表明 :接近侧根的皮层薄壁细胞组织不发生皮层崩溃 ,只有远离侧根的皮层薄
壁细胞组织才发生皮层薄壁组织崩溃 ;RM109 没有侧根 ,但是皮层薄壁细胞组织也发生了皮层
崩溃。大力的后生木质部导管 Ⅰ和 Ⅱ排列整齐 ;RM109 的中心柱直径、后生木质部导管 Ⅰ和 Ⅱ
数量都有增加 ,分别为大力的 115 %、149 %和 321 % ,并且后生木质部导管 Ⅰ和 Ⅱ大小不一 ,排
列散乱 ,中柱鞘细胞的细胞壁比大力厚 (图版 Ⅱ) ,中心柱内的细胞层数和原生导管间中柱鞘细
胞数都有减少 ,分别为大力 64 %和 77 % ,这 5 项差异极显著 ;RM109 的皮层薄壁组织数、表皮
细胞数外皮细胞数、厚壁细胞数和内皮细胞数为大力的 87 %～105 % ,这 5 项差异不显著 (表
61 核　农　学　报 16 卷
2) 。RM109 的表皮细胞、外皮细胞和厚壁细胞的形态也都表现出异常 ,细胞排列散乱、细胞壁
变厚、细胞对染料着色浅 ,根毛长度明显变短。
表 1 　大力和 RM109 的冠根成熟区纵切面的组织形态
Tabel 1 　The tissue form vertical section of Oochikara and RM109 crest root maturation zone
项目
items
大力
Oochikara
RM109
　
侧根数
number of lateral root (No.Πcm) 614 ±019 0
侧根原基数
number of lateral root primordium(No.Πcm) 311 ±014 0
表皮细胞
length of epideris cell (μm) 9215 ±013 11317 ±1211 (123) 3 3
皮层薄壁细胞长
length of cortex cell (μm) 10710 ±814 11712 ±612 (110) ns
后生木质部导管Ⅱ长
length of metaxylem vessel Ⅱcell (μm) 27816 ±3412 30711 ±713 (110) 3
　　注 : 3 , 3 3 :在 5 % ,1 %水平差异显著 ,ns :差异不显著 ,下表同。
Note : 3 , 3 3 :Significant different at 5 % and 1 % level ;ns :No significance ,same as the following table.
图版 Ⅱ　大力和 RM109 冠根成熟区中心柱的横切面 (1000 ×)
Plate Ⅱ　Cross sections in stele of Oochikara and RM109 crest root maturation zone (1000 ×)
C:皮层薄壁组织 ;MXⅠ:后生木质部导管Ⅰ;MXⅡ:后生木质部导管Ⅱ。
C:Cortex ;MXⅠ:Metaxylem vessels Ⅰ;MXⅡ:Metaxylem vessels Ⅱ
3 　讨 　论
根尖端生长点的分裂活动具有分层特性 ,在分生区内的后部分别形成原形成层、基本分生
71　1 期 水稻无侧根突变体 RM109 冠根的解剖学观察
组织和原表皮 3 种初生分生组织[9 ] ,原形成层进一步分化成中柱。中柱由髓、木质部、韧皮部
　 表 2 　大力和 RM109 的冠根成熟区横切面的组织形态
Tabel 2 　The tissue form cross section of Oochikara and RM109 crest root maturation zone
项目
items
大力
Oochikara
RM109
　
中心柱直径
diameter of the stele (μm) 158. 3 ±17. 1 182. 7 ±5. 2 (115)
3 3
后生木质部导管 I 数
number of metaxylem vessel Ⅰ 11. 7 ±2. 3 17. 4 ±3. 1 (149)
3 3
后生木质部导管Ⅱ数
number of metaxylem vessel Ⅱ 4. 3 ±0. 4 13. 8 ±4. 3 (321)
3 3
中心柱内的细胞层数
number of cell tier in the stele
6. 7 ±0. 7 4. 3 ±0. 4 (64) 3 3
中柱鞘细胞数
number of pericycle cell
8. 2 ±0. 8 6. 3 ±1. 1 (77) 3 3
皮层薄壁组织细胞层数
number of cortex
9. 3 ±1. 9 8. 1 ±0. 7 (87) ns
表皮细胞数
number of epideris cell
143. 7 ±12. 6 137. 2 ±10. 1 (96) ns
外皮细胞数
number of exodermis cell
83. 1 ±7. 2 79. 5 ±4. 3 (96) ns
厚壁细胞数
number of sclerenchyma cell
92. 3 ±11. 2 81. 1 ±9. 7 (88) ns
内皮细胞数
number of endodermis cell
29. 3 ±3. 1 30. 7 ±2. 7 (105) ns
和中柱鞘构成。侧根起源于原生木质部与原生韧皮部之间相对应的中柱鞘相应部位细胞。几
个中柱鞘相应细胞首先进行切向分裂 ,增加细胞层数 ,继而进行各个方向的分裂产生一团新细
胞 ,形成侧根原基 ,进一步发育为侧根[10 ] 。最近植物生理学及遗传学的研究表明 ,侧根原基的
发生和侧根的继续生长都离不开植物激素 ,外源激素能刺激中柱鞘细胞分裂 ,分化出侧根原
基[4 ] 。激素处理促进细胞横向增长 ,减少根细胞伸长 ,激素刺激横向增长对皮层薄壁细胞的作
用大于中柱鞘 ,对中柱鞘的刺激作用是促进细胞分裂形成侧根[8 ] 。拟南芥中选育出的单基因
显性遗传 axr2 突变体内源 IAA 含量降低[5 ] ,其表现与 RM109 相似。由此可以认为 RM109 冠
根上无侧根和导管数增加的原因也是由于根尖端生长点细胞失去部分生理功能 ,其表现之一
是合成 IAA 的能力减弱 ,从根尖端向根基部运输的 IAA 含量减少 ,导致成熟区 IAA 含量下降 ,
无足够的 IAA 刺激中柱鞘细胞 ,不能分化侧根原基 ;表现之二是原形成层分化异常 ,导致中柱
内导管数目增加。
综上所述 ,首先水稻在上述方面的研究尚未见报道。其次 RM109 的冠根表现为无侧根和
导管数显著增加。因此 ,以该突变体为研究对象 ,探讨植物根系生长发育的基因调控、根系生
理功能的变化都具有非常重要的实际意义。
81 核　农　学　报 16 卷
参考文献 :
[ 1 ] 　一井真比古. 植物の根に关する诸问题[16 ] —突然变异体による遗传解析—,农业及び园芸 ,1994 ,69 ,1223～1237
[ 2 ] 　梁正伟 ,一井真比古. „ ­品种 IR8 由来短根突然变异体LM10 幼植物形态特性 ,日本作物纪事 ,1996 ,65 ,473～478
[ 3 ] 　Zobel ,RW. Genetics of the dgt mutant in the tomato ,J Heced ,1972 ,63 ,94～97
[ 4 ] 　Ruegger M ,Dewey E ,Hobbie L ,Brown D ,Becnasconi P ,Turnex J ,Mudey G,Esteele M. Reduced naphthylphthalamic acid binding in
the tir3 mutant of Arabidopsis is associated with a reduction in polar auxin transport and diverse morphological defects. Plant Cell ,
1997 ,9 ,745～757
[ 5 ] 　Timpte C ,Wilson A K,Estelle M. The axr 221 mutation of Arabidopsis thaliana is a gain2of2function mutation that disrupts an early
step in auxin response. Genetics ,1994 ,138 ,1239～1249
[ 6 ] 　郝再彬 ,一井真比古. 无侧根及び向重性异常を示す„ ­突然变异体 RM109 の形态的特性及 び遗 解析 ,日本作物纪
事 ,1999 ,68 ,245～252
[ 7 ] 　一井真比古. 细胞·组织の观察. 谷坂隆俊编 ,植物遗　育种学实验法.朝仓书店 ,东京 ,1995 ,56～58
[ 8 ] 　Pulgarin A ,Casero PJ ,Casimiro I. Polar transverse expansion of pericycle cells in auxin2treated adventitious roots of onion. Can J Bot ,
1996 ,74 ,544～552.
[ 9 ] 　李扬汉. 植物学. 上海 :上海科学技术出版社 ,1993 ,85～107
[10 ] 　川田信一郎著. 水稻的根系 ,北京 :北京农业出版社 ,1984
ANATOMY OBSERVATION ON CREST ROOTS IN THE RICE
ALTERED LATERAL ROOT MUTANT RM109
HAO Zai2bin1
(11Life Science College , Northeast Agriculture Univesity , Harbin , Heilongjiang prov . 　150030)
ABSTRACT :The crest root tissue of the without lateral root rice mutant RM109 and its wild type
( Oryza sativa L. , cv. OOchikara ) were studied in morphology. The results indicates that the
Oochikara has lateral root primordium and lateral root , and RM109 has no those. The number
of pericycle cells in protoxylem of RM109 reduces to the 77 %of that of Oochikara ; the number of
vessel in metaxylem increases , and the number of vessel Ⅰ is the 149 %of that of Oochikara ; the
number of vessel Ⅱ is the 321 % of that of Oochikara ; and the vessels arrange disorderly. The
cause might be that the cells of root tip growing point differentiates abnormally and the ability of
IAA syntesis is very low.
Key words :rice ;lateral root mutant ;crest root ;anatomy
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2002 ,16 (1) :15～19