麦类作物淀粉胚乳PCD过程中细胞核衰退和胞质发育研究

论文摘要

本论文研究了小麦和大麦胚乳发育过程中淀粉胚乳细胞的程序性细胞死亡(PCD),胚乳贮藏物质蛋白体和淀粉粒的发育,以及淀粉粒的部分理化特性,主要结果如下:1、麦类作物淀粉胚乳PCD研究。透射电镜观察结果表明,淀粉胚乳在胚乳生长分化期的中、后期,细胞核表现典型的植物PCD的形态特征:核变形、染色质凝缩、核膜多处降解破坏,核基质外泄等。DAPI染色也表明,细胞核形态由规则变为不规则到解体形成核残体分散于淀粉粒之间。伴随胚乳发育进程,TUNEL标记结果显示细胞核DNA发生了断裂,DNA在琼脂糖凝胶电泳上表现为梯状条带。Evan’s blue活体染色表明淀粉胚乳细胞的死亡在胚乳中是随机发生。上述结果表明,淀粉胚乳发育经历了PCD。在淀粉胚乳细胞核衰退解体中或解体后,无核的胞质细胞器丰富,淀粉胚乳细胞继续合成和积累淀粉粒和贮藏蛋白,表现为很强的代谢活性。超氧化物岐化酶、过氧化物酶和过氧化氢酶等抗氧化酶在胚乳发育后期仍维持很高的活性,粒重的测定表明,籽粒仍在增重,表明淀粉胚乳细胞在核衰退解体后,胚乳细胞并未立即死亡,这与植物PCD过程中细胞核是最后消失的细胞器不同,是一种特殊形式的PCD。2、麦类作物胚乳淀粉粒的发育和理化特性研究。扫描电镜和透射电镜观察结果都表明,在胚乳发育早期,前质体转变为淀粉质体,大淀粉粒在这些质体内发生与发育,淀粉质体通过缢缩和出芽进行增殖,一个淀粉体只包含一个大淀粉粒,表明大淀粉粒为单粒淀粉。在胚乳发育的中期和后期,包含大淀粉粒的淀粉体被膜向细胞基质突起,出芽产生许多淀粉体,小淀粉粒在这些淀粉体内发生与发育;包含小淀粉粒的淀粉体也可以通过缢缩或被膜外突出芽产生新淀粉体,用来形成小淀粉粒;多个小淀粉粒可以同时在一个淀粉体内发生与发育,表明小淀粉粒为复粒淀粉。当淀粉体被淀粉粒所充满,淀粉体被膜降解消失,释放淀粉粒到细胞基质中。在胚乳发育过程中,大、小淀粉粒的形态没有差异,但淀粉粒的比例、大小、直链淀粉含量、糊化特性和晶体特性表现有明显差异。3、麦类作物胚乳蛋白体的发育。透射电镜观察表明,贮藏蛋白积累在蛋白贮藏液泡中,但贮藏蛋白从ER到达蛋白贮藏液泡的具体途径在大麦和小麦中不同,高尔基体参与了小麦贮藏蛋白的运输,而大麦贮藏蛋白积累在内质网,然后从内质网直接到达液泡。

论文目录

• 中文摘要
• 英文摘要
• 第一章 文献综述
• 1、禾谷类胚乳发育概述
• 2、禾谷类作物胚乳PCD 的研究概况
• 2.1 植物PCD 的普遍性
• 2.2 玉米胚乳 PCD 的研究概况
• 2.3 水稻胚乳 PCD 的研究概况
• 2.4 麦类作物胚乳PCD 的研究概况
• 3、胚乳淀粉粒发育和理化特性
• 3.1 淀粉质体的发生
• 3.2 禾谷类胚乳淀粉粒的发育
• 3.3 麦类胚乳淀粉粒的结构和理化特性
• 4、禾谷类作物胚乳蛋白体的研究概况
• 4.1 玉米胚乳蛋白体的发育研究
• 4.2 水稻胚乳蛋白体的发育研究
• 4.3 小麦胚乳蛋白体的发育研究
• 4.4 大麦胚乳蛋白体的发育研究
• 5、参考文献
• 第二章 麦类作物淀粉胚乳发育期间程序性细胞死亡的研究
• 1、材料与方法
• 1.1 试验材料
• 1.2 透射电镜样品制备与超微结构观察
• 1.3 Evan’s blue 染色
• 1.4 Steedman’s wax 包埋块的制备与切片
• 1.5 DAPI 染色及观察
• 1.6 原位末端标记（TUNEL）检测 DNA 缺口
• 1.7 DNA 抽提和电泳
• 1.8 抗氧化酶活性的测定
• 1.8.1 粗酶液提取
• 1.8.2 超氧化物歧化酶（SOD）活性测定
• 1.8.3 过氧化物酶（POD）活性测定
• 1.8.4 过氧化氢酶（CAT）活性测定
• 1.9 颖果增重测定
• 2、实验结果
• 2.1 小麦淀粉胚乳PCD
• 2.1.1 小麦淀粉胚乳 PCD 过程中细胞核衰退的超微结构变化
• 2.1.2 DAPI 染色检测小麦淀粉胚乳PCD 过程中细胞核形态的变化
• 2.1.3 TUNEL 检测小麦淀粉胚乳PCD 过程中细胞核DNA 断裂
• 2.1.4 小麦胚乳核DNA 条带的检测
• 2.1.5 小麦淀粉胚乳细胞死亡的 Evan’s blue 染色检测
• 2.1.6 小麦胚乳细胞发育中抗氧化酶的活性动态
• 2.1.7 小麦颖果发育过程中干重的测定
• 2.2 大麦淀粉胚乳PCD
• 2.2.1 大麦淀粉胚乳 PCD 过程中细胞核衰退的超微结构变化
• 2.2.2 DAPI 染色检测大麦淀粉胚乳PCD 过程中细胞核形态的变化
• 2.2.3 TUNEL 检测大麦淀粉胚乳 PCD 过程中细胞核 DNA 断裂
• 2.2.4 大麦淀粉胚乳死亡的Evan’s blue 染色检测
• 2.2.5 大麦胚乳细胞发育中抗氧化酶的活性动态
• 2.2.6 大麦籽粒粒重的测定
• 3、讨论
• 3.1 淀粉胚乳 PCD 过程中核的衰退解体
• 3.2 淀粉胚乳 PCD 过程中的胞质发育
• 3.3 淀粉胚乳细胞的发育是一种特殊形式的PCD 过程
• 4、参考文献
• 第三章 麦类作物胚乳淀粉粒发育和理化特性
• 1、材料与方法
• 1.1 试验材料
• 1.2 常规透射电镜制样及超微结构观察
• 1.3 高锰酸钾固定制样及结构观察
• 1.4 半薄切片及光镜染色观察
• 1.4.1 半薄切片制备
• 1.4.2 高碘酸锡夫反应（PAS 法染色）
• 1.5 胚乳断面的扫描电镜观察
• 1.6 胚乳中大、小淀粉粒的理化特性测定
• 1.6.1 大、小淀粉粒的分离
• 1.6.2 淀粉粒直链淀粉含量测定
• 1.6.3 淀粉粒大小的统计分析
• 1.6.4 淀粉粒热力学特性的测定
• 2、实验结果
• 2.1 小麦胚乳淀粉粒发育和理化特性
• 2.1.1 半薄切片观察小麦胚乳细胞中淀粉粒的积累
• 2.1.2 扫描电镜观察不同发育时期小麦胚乳细胞中淀粉粒的形态
• 2.1.3 小麦胚乳细胞中淀粉质体的发育
• 2.1.4 小麦胚乳发育过程中大、小淀粉粒的理化特性
• 2.2 大麦胚乳淀粉粒发育和理化特性
• 2.2.1 半薄切片观察大麦胚乳细胞中淀粉粒的积累
• 2.2.2 扫描电镜观察大麦胚乳细胞中淀粉粒的发育
• 2.2.3 大麦胚乳细胞中淀粉质体的发育
• 2.2.4 大麦胚乳发育过程中淀粉粒的理化特性
• 3、讨论
• 3.1 麦类胚乳淀粉粒的发生与发育
• 3.2 麦类胚乳小淀粉粒是复粒淀粉
• 3.3 麦类作物胚乳发育中大、小淀粉粒的理化性质
• 4、参考文献
• 第四章 麦类作物胚乳蛋白体发育
• 1、材料与方法
• 1.1 试验材料
• 1.2 半薄切片及光镜染色观察
• 1.2.1 半薄切片制备
• 1.2.2 考马斯亮兰染色显示贮藏蛋白
• 1.3 常规透射电镜制样及超微结构观察
• 2、实验结果
• 2.1 小麦胚乳蛋白体发育
• 2.1.1 半薄切片观察蛋白质的积累动态
• 2.1.2 蛋白体的形成与发育
• 2.2 大麦胚乳蛋白体发育
• 2.2.1 半薄切片观察蛋白质的积累动态
• 2.2.2 蛋白体的发育
• 3、讨论
• 3.1 麦类胚乳细胞中贮藏蛋白质的积累
• 3.2 小麦胚乳蛋白体的发育
• 3.3 大麦胚乳蛋白体的发育
• 4、参考文献
• 致谢
• 攻读学位期间已发表和待发表的学术论文目录