淹水胁迫诱导小麦胚乳细胞编程性死亡提前的生理机制和细胞骨架动态研究

摘要

前期研究表明，小麦胚乳发育需经历编程性细胞死亡(Programmed cell death，PCD)过程，淹水可加速其进程(Fan et al2013)。本研究以耐湿品种华麦8号和不耐湿品种华麦9号为材料，探讨了淹水胁迫下小麦胚乳PCD进程提前的生理及细胞学机制。主要结果如下:
　　1.Evans Blue染色结果显示，正常生长的华麦8号和华麦9号胚乳均在花后15d可检测到PCD现象。淹水处理后，同期生长的胚乳着色更深，PCD进程加剧;与华麦8号相比，华麦9号胚乳PCD进程提前。半薄切片染色结果显示，正常生长的两品种小麦胚乳细胞中淀粉粒和蛋白体均随发育天数增加逐渐增多，淹水可加速淀粉体和蛋白体在胚乳细胞中积累。正常生长的两品种胚乳细胞核分别在花后12d和15d发生降解;淹水可加剧同期胚乳核降解过程，并能使华麦9号胚乳细胞核降解提前发生。
　　2.淹水胁迫后，华麦8号颖果含水率下降，胚乳中MDA、H2O2和O2-含量上升，早期发育的胚乳中可溶性糖、可溶性蛋白和脯氨酸含量增加，SOD和CAT活性上升，SOD同工酶谱上新增了SOD1带，CAT同工酶谱上新增了CAT2、CAT5带，且各种CAT同工酶活性均增强;华麦9号胚乳中MDA、O2-、H2O2和可溶性蛋白含量显著上升，SOD和POD活性略有升高，而CAT活性随发育天数的增加呈“降-升-降”的趋势，SOD同工酶变化不大，仅SOD2活性有所上升，而各CAT同工酶活性均上升。
　　3.微管蛋白免疫荧光及免疫电镜结果显示，随着胚乳发育的进行，细胞中微管蛋白荧光信号逐渐增强。胶体金统计分析结果显示，淹水后早期发育的胚乳淀粉质体周围和细胞质囊泡中微管蛋白胶体金数目显著高于对照;花后12d的胚乳中微管蛋白胶体金颗粒增加，主要分布在淀粉质体周围;花后15d的胚乳线粒体和淀粉质体周围微管蛋白数量增加，细胞质中分布较少。微丝蛋白免疫荧光及免疫电镜结果显示，正常发育的胚乳细胞中微丝蛋白荧光信号，随发育天数的增加逐渐增强。胶体金统计分析结果显示，淹水处理后，早期发育的胚乳淀粉质体周围和细胞质中微丝蛋白胶体金颗粒显著增加;花后12d的胚乳线粒体周围微丝蛋白胶体金数目减少;花后15d，细胞质中仍然分布大量微丝蛋白。
　　综上所述，淹水处理后，华麦8号和华麦9号胚乳中MDA及活性氧含量均上升，造成胚乳PCD进程加剧;早期发育的华麦9号胚乳中活性氧上升幅度大，而其清除能力弱，PCD进程提前。胚乳细胞中养分和淀粉质体迅速积累，细胞骨架可能作为运输轨道，协助胚乳细胞提前完成生命过程，以减轻淹水造成的伤害，其还可能参与淹水胁迫的应急反应，调控胚乳细胞PCD进程。

目录

声明

摘要

缩略表

1 前言

1．1 植物细胞PCD

1．1．1 胚乳细胞PCD特征

1．1．2 环境胁迫和植物激素对胚乳细胞PCD进程的影响

1．2 淹水胁迫对植物生理特性的影响

1．2．1 淹水胁迫对植物形态的影响

1．2．2 淹水胁迫对植物活性氧的影响

1．2．3 淹水胁迫对植物抗氧化酶系统的影响

1．2．4 淹水胁迫对植物抗氧化物质积累的影响

1．2．5 淹水胁迫对植物渗透调节物质积累的影晌

1．2．6 淹水胁迫对植物细胞膜透性和丙二醛含量的影响

1．3 同工酶

1．3．1 同工酶的定义及研究手段

1．3．2 逆境胁迫对植物同工酶的影响

1．4 植物细胞骨架

1．4．1 环境胁迫对植物细胞骨架的影响

1．4．2 植物细胞骨架动态对PCD进程的影响

1．5 本研究的目的及意义

2 材料与方法

2．1 材料培养与处理

2．2 小麦胚乳PCD的检测

2．3 小麦胚乳生理指标的测定

2．3．1 小麦颖果脱氢酶活性的检测

2．3．2 小麦颖果含水率的测定

2．3．3 小麦胚乳中可溶性蛋白含量的测定

2．3．4 小麦胚乳中可溶性糖含量的测定

2．3．5 小麦胚乳中脯氨酸(Pro)含量的测定

2．3．6 小麦胚乳中丙二醛(MDA)含量的测定

2．3．7 小麦胚乳中超氧阴离子(O2-)含量的测定

2．3．8 小麦胚乳中过氧化氢(H2O2)含量的测定

2．3．9 小麦胚乳中超氧化物歧化酶(SOD)活性的测定

2．3．11 小麦胚乳中过氧化氢酶(CAT)活性的测定

2．4 小麦胚乳同工酶PAGE电泳

2．4．1 小麦胚乳粗酶液的提取

2．4．2 凝胶的制备

2．4．3 同工酶染色

2．4．4 酶谱的记录

2．5 小麦胚乳细胞显微结构的观察

2．6 小麦胚乳细胞骨架的免疫荧光定位

2．7 小麦胚乳细胞骨架的免疫电镜定位

2．8 数据统计分析

3 结果与分析

3．1 淹水胁迫对小麦胚乳细胞PCD进程的影响

3．2 淹水胁迫后小麦胚乳细胞显微结构变化

3．3 淹水胁迫对小麦胚乳生理的影响

3．3．1 淹水胁迫对小麦颖果脱氢酶活性的影响

3．3．2 淹水胁迫后小麦颖果含水率的变化

3．3．3 淹水胁迫后小麦胚乳中可溶性蛋白含量的变化

3．3．4 淹水胁迫后小麦胚乳中可溶性糖含量的变化

3．3．5 淹水胁追后小麦胚乳中MDA含量的变化

3．3．6 淹水胁迫后小麦胚乳中H2O2含量的变化

3．3．7 淹水胁迫后小麦胚乳中O2-含量的变化

3．3．8 淹水胁迫后小麦胚乳中Pro含量的变化

3．3．9 淹水胁迫后小麦胚乳中SOD活性的变化

3．3．10 淹水胁迫后小麦胚乳中POD活性的变化

3．3．11 淹水胁迫后小麦胚乳中CAT活性的变化

3．2．12 淹水胁迫后小麦胚乳各指标问的相关性分析

3．3．13 淹水胁迫后小麦胚乳抗氧化酶同工酶谱带的变化

3．4 淹水胁迫后小麦胚乳细胞微管骨架的动态变化

3．5 淹水胁迫后小麦胚乳细胞微丝骨架的动态变化

4 讨论

4．1 小麦胚乳对淹水胁迫的生理响应

4．2 淹水胁迫加速小麦胚乳细胞PCD过程

4．3 小麦胚乳细胞骨架对外界淹水环境的响应

4．4 本研究创新性和不足

4．5 展望

参考文献

附录1 实验所用试剂用量及配方

附录2 在读期间发表和拟发表的文章

附录3 论文图版

致谢