关于稻根通气组织形成和外皮层边缘厚壁细胞发育的研究

论文摘要

为了探讨水稻（Oryza sativa L.）根发育的机理及其调控因子,本研究以扬稻6号等水稻品种为材料,对水稻根通气组织形成和外皮层边缘厚壁细胞（ROL屏障）发育作了一系统的解剖学研究,得到了以下结果:（1）稻根的生长呈现典型的顶端生长性质,一条根由下至上不同部位可反映根细胞的发生、分化、成熟、死亡等发育过程;种子根和次生不定根结构相似,但存在差异;通气组织一般在距离根尖1.5 cm部位开始发生,位于中皮层部位的较大细胞最先发生解体、变形,残存细胞壁叠合后两侧形成通气空腔;侧根原基由中柱鞘和内皮层的特定细胞经过平周分裂后形成;ROL屏障的形成是木质素和栓质层共同沉积的结果,与ROL屏障相连的外皮层和最外侧皮层细胞也都表现出木栓质增厚的现象;不同介质培养下水稻根在形态和结构上存在着显著的差异。（2）稻根内通气组织形成的方式是根皮层细胞衰亡自溶和细胞间隙扩大的联合。形成过程大体分为:皮层细胞生长停止,细胞间隙增大;皮层细胞衰老,并发生自溶,内含物解体;解体物逐渐撤走,皮层细胞开始收缩、内陷,当细胞内含物全部撤走,相邻细胞的残留细胞壁叠合即在两侧形成通气空腔;径向上相邻的皮层细胞逐步发生凹陷和细胞壁叠合,结合方形的细胞间隙一起构成通气组织。（3）稻根内通气组织形成的实质很可能是位于内皮层和外皮层之间的皮层细胞发生非凋亡的程序化细胞死亡（PCD）形成的。透射电子显微镜观察通气组织形成中皮层细胞内有序发生超微结构事件,主要表现为:细胞高度液泡化后,细胞核内染色质趋边化并开始凝集;随着中央大液泡的形成,细胞核发生变形;接着液泡膜瓦解,质膜进一步破裂,内含物解体。（4）为了探讨乙烯对稻根组成型通气组织形成的诱导作用,通过外源乙烯利对通气组织形成的影响加以验证。随营养液中乙烯利浓度的增高,中皮层细胞解体形成通气空腔数增多,超氧化物歧化酶（SOD）和过氧化氢酶（CAT）的活性均呈下降趋势;乙烯利能显著提高根轴孔隙度值;乙烯利处理后根皮层细胞发生死亡解体的时间早,在距离根尖0.4 cm处多数细胞内核已解体消亡,细胞壁周围可见较多的高尔基体、线粒体和膜包裹的空泡等;另外,对照组中未发现有DNA降解的小片段,处理组中4 h后可见微弱的条带产生,并随时间的延长而愈明显,从而证实乙烯利能诱导根皮层细胞发生同步死亡。（5）采用RT-PCR技术检测水稻根不同部位XET基因的表达差异以及外源乙烯利对XET表达的影响。XET基因的积累与通气组织形成具有一定的同步性,外源乙烯利的实施很可能促进根中内源乙烯的增生,激发XET基因的高表达,进而促进根皮层细胞解体和通气空腔形成。（6）通过PEG模拟水分胁迫比较水稻（扬稻6号）和旱稻（中旱3号）根内外皮层边缘厚壁细胞（ROL屏障）的形态差异,从而揭示这一层次细胞加厚的规律。随PEG浓度的升高,水稻（扬稻6号）根的ROL屏障厚壁细胞胞壁宽度明显增加;旱稻（中旱3号）对低浓度PEG胁迫不敏感,当PEG浓度达50 g·L-1以上时,ROL屏障厚壁细胞才表现出明显加厚的趋势,且随PEG胁迫时间的延长,厚壁细胞栓质化程度变高。由此推测水稻根系在干旱胁迫条件下具有一定的缓冲能力,可有效的抵抗水分丧失保护根组织免受干旱的伤害。

论文目录

• 中文摘要
• 英文摘要
• 符号说明
• 第一章 文献综述
• 1 稻根的结构和发育
• 1.1 稻根的形态
• 1.2 稻根的结构
• 1.3 稻根的发育
• 1.4 侧根的发生
• 2 影响稻根发育的环境因子
• 2.1 水分对稻根发育的影响
• 2.1.1 淹涝胁迫
• 2.1.2 干旱胁迫
• 2.2 重力对稻根发育的影响
• 2.3 光照对稻根发育的影响
• 2.4 植物激素对稻根发育的影响
• 2.4.1 生长素
• 2.4.2 乙烯
• 2.5 养分对稻根发育的影响
• 2.5.1 氮素
• 2.5.2 磷素
• 3 稻根通气组织的形成和功能
• 3.1 通气组织的概念和种类
• 3.2 通气组织的功能
• 3.3 通气组织的形成
• 3.4 调控通气组织形成的因子
• 3.4.1 外界因子
• 3.4.2 乙烯
• 2+'>3.4.3 CA²⁺
• 3.4.4 活性氧
• 3.5 相关酶和基因参与通气组织形成
• 3.5.1 纤维素酶（Β1，4-转葡聚糖酶）
• 3.5.2 木葡聚糖转葡萄糖苷酶（XET）
• 3.6 通气组织形成中的信号转导途径
• 4 稻根的 ROL 屏障和功能
• 4.1 ROL 屏障的概念和分类
• 4.2 ROL 屏障的结构特征
• 4.3 ROL 屏障的功能
• 4.4 ROL 屏障的调节机制
• 5 本项研究的意义和内容
• 5.1 本研究的意义
• 5.2 本研究的主要内容
• 6 参考文献
• 第二章 稻根生长发育的解剖学研究
• 1 材料与方法
• 1.1 材料培养
• 1.2 稻根形态观察
• 1.3 稻根结构观察
• 1.3.1 取材
• 1.3.2 树脂切片制备
• 1.3.3 测量与统计
• 1.3.4 ROL 屏障的观察
• 2 结果与分析
• 2.1 稻根的生长
• 2.2 种子根的发育
• 2.3 不定根的发育
• 2.4 侧根的发育
• 2.5 稻根ROL 屏障的形成
• 2.6 不同培养介质下稻根结构的比较
• 3 讨论
• 3.1 水稻根的发育
• 3.2 不定根和侧根的形成
• 3.3 水稻根适应性结构的产生
• 4 参考文献
• 第三章 稻根通气组织形成的研究
• 1 材料与方法
• 1.1 材料培养
• 1.2 取材
• 1.3 超微结构观察
• 1.3.1 树脂切片制备
• 1.3.2 电镜观察
• 2+的细胞化学定位'>1.4 CA²⁺的细胞化学定位
• 2 结果与分析
• 2.1 通气组织形成过程中的结构变化
• 2.2 通气组织形成过程中皮层细胞的超微结构变化
• 2.3 通气组织形成过程中皮层细胞核的结构变化
• 2+的分布'>2.4 通气组织形成过程中皮层细胞内CA²⁺的分布
• 3 讨论
• 3.1 水稻根内通气组织的形成模式
• 3.2 通气组织形成与PCD
• 3.3 周质微管（CMT）的作用
• 4 参考文献
• 第四章 乙烯对稻根通气组织形成的诱导作用
• 1 材料与方法
• 1.1 材料培养
• 1.2 根生长情况观察
• 1.3 根内通气空腔数的观察
• 1.4 SOD 和CAT 活性的测定
• 1.5 不同部位根轴孔隙度的测量
• 1.6 透射电镜观察
• 1.7 DNA 的提取与检测
• 2 结果与分析
• 2.1 乙烯利浓度对稻根生长和侧根发生的影响
• 2.2 乙烯利浓度对皮层细胞解体和通气组织形成的影响
• 2.3 乙烯利浓度对稻根SOD 和CAT 酶活性的影响
• 2.4 乙烯利对不同部位根轴孔隙度的影响
• 2.5 乙烯利对DNA 降解的影响
• 2.6 乙烯利对根皮层细胞超微结构的影响
• 3 讨论
• 3.1 乙烯利与根的发育
• 3.2 乙烯与活性氧
• 3.3 DNA LADDER 与PCD
• 4 参考文献
• 第五章 通气组织形成过程中 XET 基因的表达
• 1 材料与方法
• 1.1 不定根的培养
• 1.2 RNA 的提取
• 1.3 CDNA 的合成
• 1.4 引物设计和RT-RCR
• 2 结果与分析
• 2.1 水稻根不同部位XET 基因的表达
• 2.2 乙烯利对XET 基因表达的影响
• 3 讨论
• 4 参考文献
• 第六章 水分胁迫对稻根 ROL 屏障形成的影响
• 1 材料与方法
• 1.1 材料培养
• 1.2 根生长情况测量
• 1.3 石蜡切片荧光观察
• 1.4 树脂切片制备
• 1.5 测量与统计
• 2 结果与分析
• 2.1 稻根ROL 屏障的形成过程
• 2.2 不同浓度PEG 胁迫对水稻幼苗生长的影响
• 2.3 不同浓度PEG 胁迫对ROL 屏障的影响
• 2.4 延长PEG 胁迫时间对ROL 屏障的影响
• 3 讨论
• 3.1 PEG 胁迫对水稻幼苗生长的影响
• 3.2 外皮层凯氏带的形成
• 3.3 ROL 屏障的双重功能
• 4 参考文献
• 第七章 本研究的主要结论和创新之处
• 1 本研究的主要结论
• 2 主要创新之处
• 致谢
• 攻读博士学位期间发表论文目录（2006～2009 年）