甘蔗蔗茎增粗的细胞学基础研究——茎尖微管骨架的初步研究

摘要

甘蔗是广西重要的经济作物。茎尖是维管植物地上部分一切组织形态发生的中心，微管在植物的形态建成中具有重要作用，研究甘蔗茎尖微管骨架的变化与细胞生长分化的关系对于阐明甘蔗的增粗机理具有重要意义。 本研究选用粤糖86/368(YT86/368)、美国CP80/1827(CP80/1827)两个茎径有明显差异的甘蔗品种为供试材料，利用改进的冰冻切片法结合间接免疫荧光标记技术对甘蔗茎尖不同区域内的微管骨架进行了研究，结果如下： 1 利用改进的冰冻切片法结合间接免疫荧光标记技术可以对甘蔗茎尖微管骨架进行研究，有丝分裂中的四种典型的微管骨架都可以得到很好的标记，冰冻切片前适当浓度的二甲基亚砜处理可以很好的保持细胞形态，甘蔗茎尖微管最适宜的抗体浓度为1:200(1抗)和1:40(2抗)。 2 除了有丝分裂中典型的微管列阵外，还观察到各种微管列阵的中间过渡状态，表明甘蔗茎尖微管骨架具有和许多双子叶共同的变化规律。在甘蔗幼叶部位，迅速伸长的细胞周质微管主要为横向排列，伸长缓慢的细胞其周质微管以纵向周质微管为主。迅速伸长幼叶细胞的分裂相微管也主要为垂周分裂，微管的这些排列可能和幼叶的生长状态密切相联系的。 3 甘蔗茎尖顶端原生分生组织区域中，原套原始细胞区及周缘分生区周质微管主要为垂周排列，原套细胞分裂相微管以垂周分裂为主。在原体细胞区域中，观察到的最多的是和原套表面平行的周质微管，肋状分生组织周质微管为横向周质微管，排列较稀疏。原体细胞中分裂相微管也变化多端，紧邻原套细胞的原体细胞分裂相微管主要进行垂周分裂，离原套稍远区域分布的主要为平周分裂的微管，肋状分生组织细胞的微管为横向分裂方向。 4 在甘蔗茎尖原生分生组织区域下方的初生分生组织中，在原表皮最外层，可以观擦到周质微管、早前期微管带、纺锤体微管和成膜体微管列阵，周质微管以横向排列为主，偶尔见到有斜向周质微管分布；平周及垂周分裂相的微管都有分布，分布的主要是垂周分裂相微管。不同茎径甘蔗品种原表皮进行垂周分裂的微管骨架存在差异，表现为大茎种垂周分裂的微管骨架数目大于小茎品种，但是无论是大茎种YueTang86/368还是小茎种CP80/1827都是早前期微管带在分裂相微管中占有最高的比例。 5 原表皮靠内的几层细胞分裂相微管主要为纺锤体微管，观察到的平周分裂微管多于垂周及其它分裂相微管骨架；周质微管开始出现多种排列方式，横向、斜向、纵向及随机网络状等都有分布，其中横向及斜向微管排列密度较纵向和随机状稀疏。 6 在第三幼叶基部原表皮内侧的初生增粗分生组织中，可以观察到很多分裂相的微管列阵，从纵切面上观察，纺锤体微管与早前期微管带大多进行平周分裂，本研究所选用的两个甘蔗品种初生增粗分生组织平周分裂的微管数表现为大茎品种显著大于小茎品种。这可能是甘蔗蔗茎增粗的一个原因。初生增粗分生组织细胞周质微管列阵中，同一个细胞中出现多种微管列阵同时并存的状态，说明该组织部位细胞正在处于活跃的动态且功能多样化的方向发展。 7 在原形成束细胞中除了可以观察到同一个细胞中存在不同周质微管列阵外，且同一个细胞不同的周质微管列阵密度存在差异，其差异程度随细胞发育方式有所不同。原形成层束在发育成导管的过程中，周质微管列阵也有不同的变化，但是发育为导管后，导管壁上周质的排列逐渐恒定，纹孔和穿孔附近没有微管的分布。在原形成束还观察到有进行平周分裂的分裂相微管的存在。 8 在基本分生组织中可以观察到各种周质微管列阵及分裂相微管列阵。周质微管列阵中，出现许多细胞核周围排列不均一的特点，即一侧为有规则的横向或纵向排列，另一端为随机状排列。在周质微管的典型列阵表现为纵向周质微管>横向周质微管>斜向周质微管>随机周质微管，且不同茎径甘蔗品种纵向和随机周质微管存在显著性差异。分裂相微管列阵大多为平周分裂，不同茎径甘蔗品种基本分生组织进行平周分裂的微管列阵数目不同，表现为大径品种极显著大于小茎，这也可能甘蔗蔗茎增粗的另一个因素。 9 相关性分析结果表明，第三幼叶基部初生增粗分生组织中平周分裂、垂周分裂的微管骨架数目、基本分生组织中分裂相微管骨架数目及纵向周质微管列阵数目与蔗茎呈极显著正相关，其中初生增粗分生组织中平周分裂的微管骨架数目和蔗茎的相关系数达到0.948，在蔗茎增粗中起到最为重要的作用。

目录

文摘

英文文摘

声明

前言

第一章材料与方法

1.1材料

1.2方法

1.2.1试验设计

1.2.2取样

1.2.3细胞形态的观察及研究方法

1.2.4微管固定剂及固定液的选择和配制方法

1.2.5材料的固定及切片

1.2.6微管的免疫荧光标记

1.2.7荧光显微镜的观察及图像的处理

第二章结果与分析

2.1冰冻切片法在植物微管骨架研究中的应用

2.2甘蔗茎尖细胞有丝分裂过程中微管骨架的变化

2.2.1间期细胞的周质微管列阵(Cortical microtubule array)

2.2.2早前期微管带列阵(Preprophase band microtubule array)

2.2.3纺锤体微管列阵(Spindle microtubule array)

2.2.4成膜体微管列阵(Phragmoplast microtubule array)

2.3甘蔗茎尖发生、分化过程中的微管骨架的动态变化

2.3.1不同茎径甘蔗品种节间直径的变化

2.3.2甘蔗茎尖顶端原生分生组织处的微管列阵变化

2.3.3甘蔗茎尖初生分生组织处微管列阵的变化

2.3.4甘蔗茎尖幼叶部位微管骨架的变化

2.4甘蔗茎尖各种微管骨架列阵与甘蔗蔗茎的相关分析

第三章讨论

3.1冰冻切片法在植物微管骨架研究中的应用

3.2甘蔗茎尖细胞有丝分裂过程中微管骨架的变化

3.3微管骨架在甘蔗茎尖发育过程中的作用

3.3.1微管骨架在甘蔗茎尖顶端原生分生组织中的作用

3.3.2微管骨架在甘蔗茎尖初生分生组织中的作用

3.3.3微管骨架在甘蔗茎尖幼叶中的作用

3.3.4甘蔗茎尖各种微管骨架之间及和蔗茎的相关性

3.3.5植物微管骨架的可能调控因素

第四章结论

参考文献

附录（一）

附录（二）

致谢

攻读硕士期间发表的论文