低能氩离子注入对玉米花粉萌发过程中微丝骨架和钙离子浓度分布的影响

论文摘要

花粉萌发、花粉管伸长是种子植物实现有性生殖的重要环节,花粉是极有代表性的顶端生长的细胞之一。细胞顶端生长的调控是微丝骨架和Ca2+等参与的十分复杂的过程,因此作为具有顶端生长特征的花粉管已成为研究Ca2+信号与植物细胞骨架的典型材料。本文以玉米花粉为材料,研究了低能Ar+注入对其萌发活性、花粉内的微丝结构、以及胞内Ca2+浓度分布的影响,为进一步了解花粉极性形成,花粉萌发及花粉管生长的发育调控机理提供了新方法。主要得到如下结果:1、利用能量为30keV,剂量为0.78×1015ion/cm2-13×1015ion/cm2的Ar+注入玉米花粉粒,以未注入离子的花粉做为对照观察花粉体外萌发后发现:当注入剂量为5.2×1015ions/cm2离子时,玉米花粉的萌发率有了明显的提高;当注入剂量超过7.8×1015ion/cm2以后,萌发率呈现急剧下降的趋势;在注入离子剂量为9.1×1015ion/cm2时,萌发的花粉不足50%,可以视为半致死剂量。同时我们发现,一些经Ar+注入后的花粉花粉管生长变的异常,出现了诸如萌发出两条花粉管以及花粉管出现了分枝的现象。2、用TRITC-phalloidin对花粉粒和花粉管内的微丝骨架进行染色后,利用激光共聚焦显微镜观察了低能Ar+注入对花粉粒及花粉管内微丝骨架的影响。用促进花粉萌发的剂量5.2×1015ions/cm2的Ar+注入后的花粉在萌发过程中微丝骨架的动态变化明显提前,在未经过离子注入的花粉内的微丝骨架分布还处于启动初期的网络状态时,经离子注入的花粉中的微丝骨架已经完成了它的重新聚合排列,从较为随机的在萌发孔处的交叉排列状态变为浓密的平行束状或环状结构,并集中于花粉萌发孔处;而用剂量为9.1×1015ion/cm2的Ar+注入的花粉中的微丝骨架动态变化则相对滞后。说明离子注入可能是改变了花粉内微丝骨架的动态装配,从而对花粉萌发启动产生影响的。3、利用低温孵育法在完整的玉米花粉粒中,成功地载入酯化形式的Ca2+荧光探针fluo-3 AM。结果表明,萌发的花粉内游离Ca2+呈极性分布,集中分布于与萌发密切相关的萌发沟部位,以萌发孔部位的Ca2+浓度最高,而在未萌发的花粉中则观察不到Ca2+的极性分布,表明Ca2+有可能是控制花粉萌发启动的重要因素;同样在生长的花粉管内,Ca2+浓度呈现梯度分布,以花粉管尖端Ca2+浓度最高,表明Ca2+与花粉管伸长密切相关。用促进花粉萌发的剂量5.2×1015ions/cm2Ar+注入后的花粉在萌发起始,细胞中Ca2+浓度明显增加;而用剂量为9.1×1015ion/cm2Ar+注入的花粉却观察到相反的现象。这一结果揭示了低能离子注入后引起了花粉内Ca2+浓度的动态变化可能是微丝骨架的动态装配和花粉萌发变化的初始效应。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 目录
• 插图与附表清单
• 1、文献综述
• 1.1 花粉的萌发和花粉管的生长
• 1.1.1 花粉管结构
• 1.1.2 花粉的萌发
• 1.1.3 花粉管的生长
• 1.2 花粉极性生长的调控机制
• 1.2.1 微丝骨架在花粉萌发与花粉管极性生长中的作用
• 1.2.1.1 植物微丝骨架的研究进展
• 1.2.1.2 花粉和花粉管内微丝骨架的分布
• 1.2.1.3 微丝骨架在花粉萌发与花粉管极性生长中的作用
• 2+在花粉花粉萌发与花粉管极性生长中的作用'>1.2.2 Ca²⁺在花粉花粉萌发与花粉管极性生长中的作用
• 2+在花粉和花粉管内的分布'>1.2.2.1 Ca²⁺在花粉和花粉管内的分布
• 2+在花粉萌发、花粉管生长过程中的作用'>1.2.2.2 Ca²⁺在花粉萌发、花粉管生长过程中的作用
• 2+与细胞骨架的关系'>1.2.3 花粉极性生长中Ca²⁺与细胞骨架的关系
• 1.3 低能离子注入在生物体中的研究
• 1.3.1 低能离子生物学的发展
• 1.3.2 离子注入的生物学效应
• 1.3.3 离子束生物工程
• 2、引言
• 2.1 本研究的目的与意义
• 2.2 本研究的内容、目标
• 2.2.1 研究内容
• 2.2.2 研究目标
• 2.3 本研究采用的技术路线
• 3、材料与方法
• 3.1 实验材料
• 3.1.1 花粉材料
• 3.1.2 主要仪器设备和试剂
• 3.2 实验方法
• 3.2.1 低能离子注入
• 3.2.2 玉米花粉的萌发
• 3.2.3 花粉内微丝结构的荧光标记
• 2+荧光标记'>3.2.4 花粉内游离Ca²⁺荧光标记
• 3.2.5 图像的收集
• 4、结果与分析
• 4.1 玉米花粉的萌发和花粉管生长
• 4.2 低能氩离子注入对花粉萌发的影响
• 4.2.1 注入剂量对花粉萌发活性的影响
• 4.2.2 注入剂量对花粉管生长的影响
• 4.3 低能氩离子注入对花粉微丝骨架结构的影响
• +注入对萌发启动时花粉内微丝骨架的影响'>4.3.1 Ar⁺注入对萌发启动时花粉内微丝骨架的影响
• +注入对花粉管内微丝骨架的影响'>4.3.2 Ar⁺注入对花粉管内微丝骨架的影响
• 4.4 低能氩离子注入对钙离子浓度及分布的影响
• 4.4.1 玉米花粉的钙离子探针装载
• +注入对花粉内钙离子浓度的影响'>4.4.2 Ar⁺注入对花粉内钙离子浓度的影响
• +注入对花粉管内钙离子分布的影响'>4.4.3 Ar⁺注入对花粉管内钙离子分布的影响
• 5、讨论
• 6、结论
• 参考文献
• 致谢
• 作者简介