根系是植物与土壤进行物质交换和信息交流的桥梁。发育良好的根系是作物高产和稳产的基础。根冠处于根系的最尖端,保护着幼嫩的根尖分生组织区域,能感知并传递外界信号进而引导根趋利避害。但是,为了适应根系周边环境,水稻根冠是如何发育的,又是如何实现其功能的?相关问题还有待解决。本研究中利用常规细胞学技术对水稻胚胎根冠的发育过程、胚后主根根冠的结构及细胞谱系进行跟踪观察；利用根冠再生系统对影响根冠发育的因素进行探索；以根尖角度作为衡量指标找到了根冠构型差异极端的水稻家系,进而对根冠构型的作用和遗传机制做初步研究。主要结果如下：1.水稻胚胎树脂半薄切片结果显示：水稻胚胎根冠最早在3.5 DAA时开始发育,在4 DAA时形成明显的根冠结合处(root cap junction);之后随着根冠结合处下方的根冠干细胞多次分裂,在7 DAA时小柱细胞中开始出现淀粉颗粒；8 DAA时侧根冠中开始出现淀粉颗粒,说明此时根冠具备了所有基本结构,可能具备了基本功能。发芽试验表明最早在8 DAA时的水稻种子才可萌发,说明种子萌发需要有功能的根冠存在。胚胎根冠在9 DAA时发育成熟,主要由3层干细胞、13层含淀粉颗粒的小柱细胞和周围围绕的侧根冠细胞构成。2.拟南芥胚胎发育观察结果显示：拟南芥胚胎根冠从4 DAA时开始发育,在7DAA时中间一层的小柱细胞开始出现淀粉颗粒；9 DAA时根冠发育成熟；发芽试验表明最早在9 DAA时的拟南芥种子才可萌发。水稻和拟南芥胚胎根冠从发育起始到最终成熟的时间及发育过程基本一致,说明胚胎根冠发育过程在单双子叶植物中具有保守性。3.水稻主根树脂半薄切片结果显示：水稻主根根冠由13层左右的小柱细胞组成；每层约有50个小柱细胞呈圆形排列,周围由3-5层侧根冠细胞围绕。Lugol染色和EdU标记结果显示：小柱细胞和根冠结合处之间有1-2层的小柱细胞分生组织细胞,第一层细胞是小柱细胞的干细胞,这些干细胞能够通过垂周分裂产生小柱干细胞的子细胞,甚至继续分裂形成一整列小柱细胞。通过细胞谱系追踪系统证实：小柱干细胞向下分裂形成子细胞及小柱细胞；侧根冠和小柱细胞起源于不同的干细胞；侧根冠干细胞通过平周分裂产生新的侧根冠干细胞及侧根冠干细胞的子细胞,而侧根冠干细胞的子细胞则能进一步发生垂周分裂,进而产生具有淀粉颗粒的侧根冠细胞。4.通过根冠再生体系研究表明,根冠再生过程中伴随着生长素的动态变化,而地上部分来源的生长素能够影响新生根冠的发育。在去除QC及干细胞小生境的前提下,生长素作为关键因素影响着根冠启动再生。总之,水稻根冠的再生需要QC或地上来源生长素的存在。根冠再生过程中的转录组分析表明,植物激素,特别是生长素和细胞分裂素参与了根冠的再生过程。5.通过对7个家系的水稻根尖角度表型的观察研究,发现特青与珍汕97两个家系的根尖角度差异极端。进一步研究发现该极端表型是因为两个家系的小柱细胞的长度不同照成的。对特青／珍汕97重组自交系群体的根尖角度表型做考察统计,并进行QTL定位,共发现4个QTL位点,其中第4染色体的一个QTL(Qta4)在三次重复实验中都被检测到。6.通过各种试剂的处理,发现乙烯信号转导抑制剂或乙烯生物合成抑制剂处理后,根尖角度小的材料能够产生更多的边缘细胞,说明根冠构型相关基因和乙烯信号参与了边缘细胞的产生。通过对根冠不同部位有染色的GAL4/ UAS::GUS家系分析鉴定,结果发现乙烯相关抑制剂处理通过加速根冠细胞自我更新的速度,进而加速根冠边缘细胞的产生。