全 文 ：Vol131 , No15
pp1 592 - 595 　May , 2005作 　物 　学 　报ACTA A GRONOM ICA SIN ICA第 31 卷 第 5 期2005 年 5 月 　592～595 页
隐性长穗颈温敏核不育水稻穗颈节间的细胞学观察
钟卫华　肖辉海　梁满中　陈良碧 3 Ξ
(湖南师范大学生命科学学院 ,湖南长沙 410081)
摘 　要 : 以培矮 64S为对照 ,对隐性长穗颈温敏核不育水稻长选 3S 穗颈节间的细胞进行比较分析。结果表明 ,隐性长
穗颈不育水稻长选 3S穗颈节间比对照培矮 64S长 1416 cm ,其纵列外层薄壁壁细胞和内层薄壁细胞数分别比培矮 64S
多1 248个和 580 个 ;外层薄壁细胞和内层薄壁细胞平均长度分别比培矮 64S长 2313μm 和 3813μm ,尤其是中部区段的
外层薄壁细胞和内层薄壁细胞 ,分别比对照长 2418μm 和 4817μm。隐性长穗颈温敏核不育水稻穗颈节间伸长是由细
胞数目增多和细胞长度增加双重作用所致 ,其中后者作用更显著。
关键词 : 温敏核不育水稻 ;长穗颈 ;细胞
中图分类号 : S511
Cytological Studies on Uppermost Internode of TGMS Rice with eui Gene
ZHON G Wei2Hua ,XIAO Hui2Hai ,L IAN G Man2Zhong ,CHEN Liang2Bi 3
( College of L if e Science , Hunan Normal U niversity , Changsha 410081 , Hunan , China)
Abstract : The poor exserted panicle of the male sterile line in rice is one of the main problems in hybrid seed
production1 In order to overcome the panicle enclosed , spraying GA3 is the only sure to make panicle exserted1
However , elongated uppermost internode gene( eui) is very useful for seed production of hybrid rice1 Changxuan 3S
was thermo2sensitive genic male sterile ( TGMS) rice with eui gene selected from Pei’ai 64S irradiated by 350 Gy60
Coγ2ray1 Cytological studies on Changxuan 3S and Pei’ai 64S showed that the number of external and internal
parenchyma cell in the uppermost internode of Changxuan 3S was 1 248 and 580 more than those of Pei’ai 64S
respectively( Table 2) , and the length 2313μm and 3813μm longer respectively1The length of parenchyma cell in
middle section of the uppermost internode in Changxuan 3S was much longer than that in Pei’ai 64S( Plate Ⅰ23 ,4) ,
i1e1 the two kinds of parenchyma cells were 2418μm and 4817μm longer respectively( Table 3) 1 Those resulted in
1416 cm longer for uppermost internode and 1318 cm longer for panicle exserted in Changxuan 3S than that in Pei’
ai 64S ( Table 1) 1 It is , therefore , evident that the elongation of uppermost internode of Changxuan 3S is due to the
increase of cell number and cell elongation1 And the elongation of the lattter is more significant1
Key words : TGMS rice ; Elongated uppermost internode( eui) ;Cell
　　无论是“三系法”杂交水稻还是“两系法”杂交水
稻都存在一个共同的缺点 ,即抽穗时包颈。解决包
颈的有效方法是在抽穗时喷施“九二 ○”[ 1 ] 。人们早
就想通过遗传方法解决不育系的包颈问题。日本的
Okuno K和 Kawai T 于 1978 年首次报道由γ射线
诱变获得下部节间伸长的隐性高秆突变体 LM1[ 2 ] ,
1981 年美国的 Rutger 等在粳稻 MgΠTerso 的 F3 群
体中发现了一个最上节节间伸长的隐性高秆突变
体 ,并把控制此性状的基因命名为 eui (elongated2
uppermost2internode) [ 3 ] 。此后 ,国内的水稻研究者
也分别报道由一对隐性高秆基因控制的突变体
Grlc[ 4 ] 、Mh21[ 5 ] 、02428h[ 6 ] 、珍长 A[ 7 ] 、协青早 eB21
和协青早 eB22[ 8 ] 。1999 年 ,湖南师范大学与福建农
业大学合作 ,以两用温敏核不育系培矮 64S 中选出
的育性更稳定的一个株系为材料进行γ辐射诱变 ,
获得了两个长穗颈温敏核不育突变株[ 9 ] ,在 M2 代
群体中获得稳定遗传的长穗颈不育株 ,并命名为长
选 3S。该长穗颈性状由一对隐性 eui 基因控制[ 10 ] 。
有关隐性长穗颈不育水稻穗颈节间伸长的细胞学机
制还未见报道。本文以隐性长穗颈温敏核不育水稻
长选 3S 为材料 ,以培矮 64S为对照 ,对其穗颈节节间
细胞数目和细胞长度进行了比较观察 ,为应用具有Ξ基金项目 : 国家“863”计划资助项目 (2002AA2Z1001219) ,湖南省自然科学基金重点项目 (02ZZY2058)资助。
作者简介 : 钟卫华 (1978 - ) ,女 ,广西南宁人 ,硕士 ,主要从事植物发育生物学研究。3 通讯作者 :陈良碧。Tel : 073128872617 ;
E2mail : chenliangbi @hotmail1com
Received(收稿日期) :2004204205 , Accepted(接受日期) :20042082291

eui 基因的不育系提供理论支持。
1 　材料与方法
111 　材料
　　隐性长穗颈温敏核不育水稻为本单位选育的长
选 3S。对照材料温敏核不育水稻培矮 64S 由国家
杂交水稻工程中心供种。
112 　方法
11211 　材料栽培与茎秆长度的测定 　　供试材料
于 2002 年 5 月 15 日播种 ,6 月 14 日移栽 ,两个材
料各移栽 10 盆 ,每盆 6 株 ,常规肥水管理 ,抽穗期取
当天开花的花粉 ,用 2 %碘2碘化钾溶液染色 ,在显
微镜下检查花粉育性 ,对花粉败育率达 99 %的单株
挂牌 ,待穗颈节间停止伸长后 ,测量植株的秆高、倒
一至倒四节间长、剑叶鞘长和穗颈伸出度 ,取 30 株
的平均值作为各性状指标。
11212 　穗颈节间细胞切片制备与观察 　　取定长
的长选 3S 和培矮 64S 的穗颈节间切成若干小段 ,节
间两端每段长 017 cm ,节间中部每段长 115 cm。用
FAA 固定液固定 ,经酒精脱水、二甲苯透明及石蜡
包埋后进行连续纵向切片 ,切片经 110 %的番红和苯
胺蓝染色。在显微镜下对各小段切片中靠髓腔一侧
的第一列薄壁细胞 (内层薄壁细胞)和紧靠厚壁纤维
细胞层的最外一列薄壁细胞 (外层薄壁细胞)进行计
数 ,并用显微测微计量取细胞的长度。然后用
OL YMPUS BH22 型显微摄像机 ,选择有代表性的
部位进行拍照。根据整个穗颈节间细胞的长度 ,将
细胞长于 50μm 的区段称为中部区段 ,由中部区段
至穗颈节的区段称为顶部区段 ,由中部区段至倒一
节的区段称为基部区段 ,并分别对不同区段的细胞
数目和细胞长度进行统计分析。
2 　结果与分析
211 　隐性长穗颈不育系与对照材料茎秆各节间长
度的比较
　　长选 3S 的茎秆高度比培矮 64S 的高 2413 cm
(表 1) ,倒一节间 (即穗颈节间) 比培矮 64S 长 1616
cm , 倒一节间的伸长占长选 3S 茎秆高度增加的
6813 %。倒二节间、倒三节间也有一定伸长 ,倒四节
间长度与对照基本一致。穗颈伸出度由倒一节间长
度和剑叶鞘长度决定 ,长选 3S 剑叶叶鞘与培矮 64S
相比增长 218 cm ,表明隐性长穗颈基因对叶鞘伸长
有一定的促进作用 ,但这种促进作用远小于对穗颈
节间伸长的促进作用 ,使隐性长穗颈不育系的穗都
伸展在叶鞘以上 ,而培矮 64S 剑叶鞘比穗颈节长
1117 cm ,故相当一部分颖花被包在叶鞘中。
表 1 长选 3S与培矮 64S各节间长度及穗颈伸出性状比较
Table 1 Comparison of length and character of panicle exserted between Changxuan 3S and Pei’ai 64S
性状
Character
长选 3S
Changxuan3S(A)
培矮 64S
Pei’ai 64S(B) A - B
增长 1
Increasing 1 ( %) 3 增长 2Increasing 2 ( %) 3 3
茎秆高度 Length of culm(cm) 7616 ±4144 5213 ±1130 2413 3117 -
倒一节间长 (穗颈节间) Length of 1 st internode (cm) 3511 ±2125 1815 ±1198 1616 4713 6813
倒二节间长 Length of 2nd internode (cm) 2014 ±1162 1417 ±1111 517 2719 2315
倒三节间长 Length of 3 rd internode (cm) 1111 ±1145 912 ±0158 119 1711 718
倒四节间长 Length of 4 th internode (cm) 610 ±0183 519 ±0159 011 117 014
剑叶叶鞘长 Length of flag leaf sheath(cm) 3310 ±1181 3012 ±1112 218 815 -
穗长 Length of panicle (cm) 1817 ±1107 1919 ±0194 - 112 - -
穗颈节伸出度 Panicle exserted(cm) 211 ±0172 - 1117 ±0193 1318 - -
　　注 : 3 , 增长 1 是指与培矮 64S 相比 ,长选 3S 各节间的增长长度占本节间总长度的百分比。3 3 , 增长 2 是指长选 3S 各节间的增长占茎秆
高度增长的百分比。
Notes : 3 , increasing 1 was the ratio of increasing length to the total length of each internode of Changxuan 3S compared to that of Pei’ai 64S13 3
, increasing 2 was the ratio of increasing length to each internode of the increasing length of culm of Changxuan 3S1
212 　穗颈节间细胞数目和细胞平均长度的比较
长选 3S 穗颈节间外层薄壁细胞和内层薄壁细
胞比培矮 64S 分别多 1 248 个和 580 个 (表 2) ,说明
水稻隐性长穗颈基因具有促进细胞分裂的作用 ,即
穗颈节间细胞数量的增加是促进节间伸长的原因之
一。长选 3S 穗颈节间薄壁细胞的平均长度也较培
矮 64S 长 ,其中尤以内层薄壁细胞平均长度差值较
大 ,说明水稻隐性长穗颈基因促进穗颈节间细胞长
度增加是促进穗颈节伸长的另一重要原因。按增加
的细胞数与平均细胞长度的乘积来表示细胞数量增
加对穗颈节间伸长的贡献率 ,长选 3S 外层薄壁细胞
数量增加使穗颈节伸长的长度为 8196 cm ,占穗颈
节间总增加长度的 4918 % ;由外层薄壁细胞伸长使
穗颈节伸长的长度为 9104 cm ,贡献率为 5012 % ,说
明外层薄壁细胞数量的增加与细胞长度增加对穗颈
节伸长的贡献率基本相当。长选 3S 内层薄壁细胞
数量增加较少 ,对穗颈节伸长的贡献为 5161 cm ,仅
占总增加长度的 3112 % ,内层薄壁细胞伸长的贡献
395　第 5 期 钟卫华等 :隐性长穗颈温敏核不育水稻穗颈节间的细胞学观察 　　　

则占 6818 % ,由此说明内层薄壁细胞主要靠细胞伸
长促进穗颈节伸长。
213 　穗颈节间细胞长度变化的比较
隐性长穗颈温敏核不育水稻和对照培矮 64S 穗
颈节间细胞长度的变化规律是节间两端的细胞长度
较小 ,中部区段细胞最长 ,无论是外层薄壁细胞还是
内层薄壁细胞都呈现相同的规律 (表 3) 。隐性长穗
颈温敏核不育水稻离穗颈节间顶端、基部区段的细
胞长度与培矮 64S 的相差不大 (图 1 ,图 221 ,2) ,表
明穗颈节间在分化、生长初期 , eui 基因对细胞伸长
的促进作用不明显。随后分化的节间薄壁细胞至
中、下部区段内层薄壁细胞一直保持较长的长度 (图
1 ,图 223 ,4) ,其中部区段比培矮 64S长 1718 cm ,直到
节间基部处内层薄壁细胞迅速变短 (图 1 , 图 225 ,6) 。
节间中下部伸长对应的是始穗前后穗颈节快速伸长
期 ,表明此时期主要以细胞伸长而促进节间伸长。除
节间两端外 ,培矮 64S 各区段的薄壁细胞长度都较长
穗颈薄壁细胞长度小 ,但中下部区段差值最大 ,即始
穗期前后培矮 64S 穗颈节间伸长的长度过少 ,致使
部分穗被包在叶鞘中。
表 2 穗颈节间细胞数目和平均长度的比较
Table 2 Comparison of the number and length of uppermost internode cell
比较项目
Entry
材料
Material
穗颈节间
Uppermost
internode
A - B
节间长度 长选 3SChangxuan 3S(A) 3619
Length of
internode (cm)
培矮 64S
Pei’ai 64S(B) 1819 1810
外层薄壁细胞个数 长选 3SChangxuan 3S(A) 5 142
Number of external
parenchyma cell ( Entries)
培矮 64S
Pei’ai 64S(B) 3 894
1 248
内层薄壁细胞个数 长选 3SChangxuan 3S(A) 3 816
Number of internal
parenchyma cell ( Entries)
培矮 64S
Pei’ai 64S(B) 3 236
580
外层薄壁细胞长 长选 3SChangxuan 3S(A) 7118
Length of external
parenchyma cell (μm)
培矮 64S
Pei’ai 64S(B) 4815 2313
内层薄壁细胞长 长选 3SChangxuan 3S(A) 9617
Length of internal
parenchyma cell (μm)
培矮 64S
Pei’ai 64S(B) 5814 3813
表 3 穗颈节间不同区段薄壁细胞数目和长度的比较
Table 3 Comparison of parenchyma cell number and length in different sections
比较项目
Entry
材料
Material
穗颈节间基部区段
Basal section of
uppermost internode
穗颈节间中部区段
Middle section of
uppermost internode
穗颈节间顶部区段
Top section of
uppermost internode
区段长 长选 3S 　Changxuan 3S 119 3212 218
Length of section (cm) 培矮 64S 　Pei’ai 64S 116 1515 118
外层薄壁细胞个数 长选 3S 　Changxuan 3S 498 3 446 1 498
Number of external parenchyma ( Entries) 培矮 64S 　Pei’ai 64S 469 2 260 1 165
内层薄壁细胞个数 长选 3S 　Changxuan 3S 412 2 818 586
Number of internal parenchyma cel ( Entries) 培矮 64S 　Pei’ai 64S 402 2 362 472
外层薄壁细胞长 长选 3S 　Changxuan 3S 3812 9314 4718
Length of external parenchyma cell (μm) 培矮 64S 　Pei’ai 64S 3411 6816 3515
内层薄壁细胞长 长选 3S 　Changxuan 3S 4611 11413 4718
Length of internal parenchyma cell (μm) 培矮 64S 　Pei’ai 64S 3918 6516 3811
图 1 穗颈节间细胞长度变化的比较
Fig11 Comparison of cell length change in uppermost internode 3 　讨论自从 Rutger 发现了第一个隐性长穗颈基因以来[ 3 ] ,人们就在不断地探索通过遗传基因从根本上解决杂交水稻不育系抽穗不畅的问题。经过多年努力 ,杨仁崔总结出一条直接通过辐射诱变保持系获得突变体 ,而后与其不育系回交 ,进而转育成相应的不育系的技术路线[ 11 ] ,长选 3S 是应用直接辐射处理温敏核不育系而获得的隐性长穗颈温敏核不育水稻。通过对长选 3S 的穗颈节间细胞进行比较观察 ,其 eui 基因对不同位置细胞的作用不同 ,促进穗颈节间内层薄壁细胞伸长的作用明显大于促进其分裂的作用 ,研究表明紧接髓腔的薄壁细胞具营养物质
运输作用[ 12 ] ;促进穗颈节间外层薄壁细胞分裂的作
495 　　　　作 　　物 　　学 　　报 第 31 卷 　

图 2 穗颈节间不同区段细胞的比较( ×120)
Fig12 Comparison of different sections of
uppermost internode bet ween Changxuan 3S and Pei’ai 64S( ×120)
IT :内层薄壁细胞 ; ET :外层薄壁细胞。
1 :长选 3S 顶部区段细胞 ;2 :培矮 64S 顶部区段细胞 ;
3 :长选 3S 中部区段细胞 ;4 :培矮 64S 中部区段细胞 ;
5 :长选 3S 基部区段细胞 ;6 :培矮 64S 基部区段细胞。
IT : Internal parenchyma cell ; ET : External parenchyma cell1
1 :Cell of top section for Changxuan3S ;
2 :Cell of top section for Pei’ai64S ;
3 :Cell of middle section for Changxuan3S ;
4 :Cell of middle section for Pei’ai64S ;
5 :Cell of basal section for Changxuan3S ;
6 :Cell of basal section for Pei’ai64S1
用十分明显 ,外层薄壁细胞与厚壁纤维细胞紧接 ,具
有机械支持作用 ,其壁比较厚[ 12 ] 。这说明 eui 基因
促进节间伸长的作用机制是较复杂的。细胞伸长是
否与细胞壁较厚有关还有待进一步的研究。在今后
研究 eui 表达条件及作用的分子机理时要注重不同
位置细胞的差异和研究的侧重点。对穗颈节各区段
的细胞长度变化的比较研究表明 ,隐性长穗颈温敏
核不育系穗颈节顶部区段薄壁细胞长度与培矮 64S
差别不大 ,在穗颈节间中部区段细胞长度差别最显
著 ,且长穗颈材料下部区段持续强烈伸长 ,在节间基
部处细胞长度陡降。这说明 eui 基因在穗颈节中的
作用具有位置和时间差异 ,穗颈节中、下部是该基因
作用的主要部位 ,始穗前后是其促进细胞伸长的主
要作用时期。我们还测定了穗颈节中、下部区段伸
长过程中激素含量的变化 ,赤霉素、生长素等促进细
胞分裂和伸长的激素含量并不比对照高 (待发表) ,
推测隐性长穗颈基因很可能并不是促进激素的合
成 ,而是一类对赤霉素敏感的突变类型 ,因为某些隐
性长穗颈不育材料对外源赤霉素特别敏感[ 13～15 ] 。
阐明 eui 基因表达条件和作用规律对促进该基因在
杂交水稻中的应用十分重要 ,有关该基因促进穗颈
伸长的机制仍需进一步深入研究。
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