黄瓜根尖边缘细胞对铜胁迫的响应机制研究

摘要

铜是我国重金属污染土壤中的主要污染元素之一，严重威胁着农产品的产量和质量安全。根尖边缘细胞是植物应对胁迫反应的先驱，直接参与了重金属的胁迫响应。然而，根尖边缘细胞对铜胁迫的响应机制还有待研究。本文以典型铜敏感农产品—黄瓜(CucumissativusL.)的根尖边缘细胞(Rootbordercells，RBCs)为研究对象，采用透射电镜、荧光显微镜等技术研究了边缘细胞的生理特性及其对铜胁迫的响应，初步阐明了边缘细胞对铜胁迫的响应机制，为植物耐铜机制研究探索新途径。研究成果主要包括:
　　黄瓜RBCs的生理特征与根的生长密切相关。RBCs的发育启动与根发育几乎同步。根冠果胶甲基酯酶(Pectolyticenzyme，PME)活性检测表明，PME活性在RBCs释放过程中起着重要作用。在根生长过程中，RBCs具有较高活性(64％～77％);其粘液层厚度在不同根长下没有明显差异。根据这些结果，后续实验均采用20～25mm根长下的RBCs为实验对象。
　　铜胁迫对黄瓜RBCs发育有明显的抑制作用。PME活性检测表明，铜可能通过抑制根冠细胞壁PME活性从而抑制RBCs的发育。铜胁迫对边缘细胞活性的影响非常明显，并刺激边缘细胞不断分泌粘液。较高浓度或长时间铜胁迫下，边缘细胞及其粘液对其根尖具有一定的保护作用，边缘细胞可能通过加速死亡和分泌粘液来缓解铜对根尖的毒性作用。
　　活性氧簇(Reactiveoxygenspecies，ROS)介导的程序性死亡(Programedcelldeath，PCD)是边缘细胞抵抗铜胁迫的重要响应机制之一。Hoechst-PI染色结果表明，1～20μM铜胁迫下，边缘细胞出现了程序性死亡典型特征，将这种细胞死亡形式称之为铜诱导PCD。随着铜处理浓度增加，边缘细胞有从凋亡向死亡转化的趋势。DCFH-DA染色结果表明，铜诱导PCD通过ROS信号传导途径来实现。铜诱导边缘细胞产生大量ROS，ROS累积引起线粒体膜电位下降，从而引发一系列凋亡过程，而半胱氨酸蛋白酶(Cysteinylaspartatespecificproteinase，caspase)可能是PCD过程的执行者。

目录

声明

论文说明

致谢

摘要

1 绪论

1．1 植物铜毒害及耐性机制研究现状

1．1．1 铜对植物的毒害作用

1．1．2 植物对铜的耐性机制

1．2 高等植物根尖边缘细胞研究现状

1．2．1 边缘细胞的发育

1．2．2 边缘细胞的形状、大小、数量及活性

1．2．3 边缘细胞的粘液层及其成分

1．2．4 边缘细胞的生物学功能

1．3 高等植物细胞程序性死亡研究现状

1．3．1 高等植物细胞程序性死亡的生物学特征

1．3．2 高等植物细胞凋亡的信号传导途径

1．3．3 高等植物细胞凋亡的研究方法

1．3．4 展望

1．4 研究内容及技术路线

1．4．1 研究背景

1．4．2 研究内容

1．4．3 技术路线

2 黄瓜根尖边缘细胞与根生长的动态关系

2．1 引言

2．2 材料与方法

2．2．1 种子培养与处理

2．2．2 黄瓜根尖PME的提取及活性检测

2．2．3 黄瓜根尖边缘细胞数目及活性测定

2．2．4 黄瓜根尖边缘细胞的粘液层厚度测量

2．2．5 数据处理

2．3 结果与讨论

2．3．1 黄瓜根尖边缘细胞的释放

2．3．2 黄瓜根尖PME活性随根生长变化

2．3．3 黄瓜根尖边缘细胞数目及活性随根生长的变化

2．3．4 黄瓜根尖边缘细胞粘液层厚度随根生长的变化

2．4 小结

3 黄瓜根尖边缘细胞对铜胁迫的响应

3．1 引言

3．2 材料与方法

3．2．1 种子培养与处理

3．2．2 黄瓜根尖PME活性测定

3．2．3 黄瓜根尖边缘细胞数目及活性测定

3．2．4 黄瓜根尖边缘细胞的超微结构观察

3．2．5 黄瓜根尖边缘细胞粘液层厚度测量

3．2．6 黄瓜根相对伸长率、含水量、含铜量、根尖酶活性测定

3．2．7 数据处理

3．3 结果与讨论

3．3．1 铜胁迫对黄瓜根尖PME活性的影响

3．3．2 铜胁迫对黄瓜根尖边缘细胞数目及活性的影响

3．3．3 铜胁迫对黄瓜根尖边缘细胞超微结构的影响

3．3．4 铜胁迫对黄瓜根尖边缘细胞粘液层厚度的影响

3．3．5 铜胁迫下黄瓜根尖边缘细胞的生物学功能

3．4 小结

4 铜诱导黄瓜根尖边缘细胞程序性死亡

4．1 引言

4．2 材料与方法

4．2．1 种子培养与处理

4．2．2 黄瓜根尖边缘细胞程序性死亡形态观察

4．2．3 黄瓜根尖边缘细胞ROS水平检测

4．2．4 黄瓜根尖边缘细胞线粒体膜电位(去极化)检测

4．2．5 黄瓜根尖边缘细胞类caspase 3活性检测

4．2．6 数据处理

4．3 结果与讨论

4．3．1 铜诱导黄瓜根尖边缘细胞程序性死亡

4．3．2 铜诱导黄瓜根尖边缘细胞产生ROS

4．3．3 铜诱导黄瓜根尖边缘细胞线粒体膜电位下降

4．3．4 铜诱导黄瓜根尖边缘细胞的类caspase蛋白酶活性

4．4 小结

5 全文研究结论及展望

5．1 主要研究结论

5．2 研究展望

5．2．1 从分子水平研究黄瓜根尖边缘细胞重金属形态与解毒的关系

5．2．2 确定边缘细胞粘液层组成成分及与铜的螯合机制

5．2．3 边缘细胞程序性死亡相关蛋白及基因寻找

参考文献

作者简历

攻读硕士期间撰写论文及奖励