野牛草种子休眠机理及破眠蛋白质组学研究

论文摘要

野牛草（Buchloe dactyloides （Nutt.））为暖季型禾本科草坪草,自上世纪50年代引入我国,种植历史已近60年。在诸多的草坪草种中,野牛草以其突出的抗旱、抗寒、抗病等特性,历经日益恶化的气候条件。特别是在我国的东北、西北、华北地区,野牛草表现出草坪管护耗水量低、用肥量低、生长缓慢、修剪次数少等优良的坪用特性。但野牛草种子休眠性较强,影响直播草坪的成坪质量和植物种的大面积推广。因此,深入开展该植物种子破眠机理的研究,对丰富草业科学研究内容以及指导生产实践都具有一定的意义。本研究以我国自主选育的“中坪一号”野牛草种子为实验材料,对其休眠原因和破眠方法进行了研究。在此基础上,应用蛋白质双向电泳技术与质谱分析,鉴定野牛草种子破眠差异表达蛋白,从蛋白质水平阐述野牛草种子破眠机理。具体研究结果如下:1野牛草种子较小,平均长度1.75mm;宽度1.01mm;千粒重为2.0g。2～5粒种子着生于聚合生长的颖苞内。颖片间因难以接合而形成孔道和腔道。这些孔道和腔道是野牛草种子通气透水的门户。2电镜及能谱观测结果表明,颖苞表面光亮;结构致密;质地坚硬,并镶嵌有富硅鳞片状类晶物体,硅元素含量高达26.92%。且富硅鳞片状类晶物体脱落疤痕处无颖孔,同结缕草颖苞结构不同。3通过2006年去颖苞种子和种球发芽率间的极显著差异;种球内未发芽种子较高的生活力（80%以上）;未突破种皮的胚根生长方向;颖苞表面结构与成分;不同贮藏时间内野牛草种子发芽率的极显著差异:以及赤霉素（GA3）对休眠性最强的2008年种子引发效果（发芽率提高到85.33%）等方面,充分证明了野牛草种子属内源性休眠占主导地位的综合休眠类型。4野牛草种子破眠方法的选择,需综合考虑野牛草种子休眠种类、贮藏时间、破眠后种子发芽效果等因素。贮藏时间超过2年的野牛草种子,采用机械破眠法剥除颖苞,可使种子发芽率达到80%以上;贮藏时间不足1年或2年以下的野牛草种子,需采用机械破眠与生理性破眠相结合的方法,使种子发芽率达到80%以上,赤霉素引发浓度以60mg/Kg为宜。5使用TRIZOL沉淀蛋白; pH4-7 IPG胶条;合理的聚焦程序,能得到高分辨率,重复性好的蛋白质2-DE图谱。银染后软件分析,可以检测到800个以上蛋白点。6以2008年去离子水浸泡的种子为对照,去离子水浸泡的2006年种子和外源激素浸泡的2008年种子为处理,进行野牛草种子破眠差异蛋白质组学研究。2-DE图谱分析结果表明,所有处理和对照中,共检测到34个蛋白丰度差异表达变化在2倍以上的蛋白点。对其中的20个蛋白点进行了MALDI-TOF-MS分析,有16个蛋白点得到了有效鉴定,通过功能分析,表明这些蛋白主要参与到了能量代谢和电子传递,光合作用,转录调控,信号传导以及蛋白质合成和生长发育等过程。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 文献综述
• 1 植物种子休眠及休眠原因
• 1.1 种子休眠的概念
• 1.2 种子休眠类型
• 1.2.1 内源因素
• 1.2.2 外源因素
• 1.2.3 综合休眠
• 1.3 破眠机理
• 1.3.1 激素作用机理
• 1.3.2 分子生物学机理
• 1.3.3 激光作用机理
• 1.3.4 烟和热
• 2作用机理'>1.3.5 CO₂作用机理
• 1.4 种子休眠的解除方法
• 1.4.1 物理方法
• 1.4.2 层积处理
• 1.4.3 激素处理
• 1.4.4 化学药剂处理
• 1.4.5 其它方法
• 1.5 野牛草种子休眠特性的研究
• 2 蛋白质组学研究
• 2.1 蛋白质组学的产生与概念
• 2.2 蛋白质组学的发展现状及研究策略
• 2.3 蛋白组学研究的方法和技术
• 2.3.1 蛋白质样品的制备
• 2.3.2 蛋白质组样品的分离和分析
• 2.3.3 蛋白点的检测
• 2.3.4 图像分析
• 2.3.5 蛋白质的鉴定技术
• 2.3.6 生物信息学分析
• 3 种子蛋白质组研究进展
• 3.1 种子蛋白及其分类
• 3.2 种子蛋白质组学研究内容
• 3.2.1 种子发育过程中蛋白质组的变化
• 3.2.2 种子休眠和萌发的相关蛋白质组
• 3.2.3 翻译后修饰的蛋白质组
• 3.2.4 组织和亚细胞的差异蛋白质组
• 3.2.5 环境因子对种子蛋白质组的影响
• 4 本研究的目的
• 第二章 野牛草果实的生物学特性
• 1 试验材料与方法
• 1.1 试验材料
• 1.2 试验方法
• 1.2.1 果实的形态特征
• 1.2.2 种球颖苞的扫描电镜观察
• 1.2.3 结实率测算
• 1.2.4 颖苞重量及重量百分比测算
• 1.2.5 种子生活力的测定
• 2 结果与分析
• 2.1 果实形态特征
• 2.1.1 种子形态特征
• 2.1.2 种球形态特征
• 2.2 颖苞表面结构
• 2.3 种球结实率测算
• 2.4 颖苞重量及重量百分比测算
• 2.5 种子生活力的测定
• 3 讨论与小结
• 3.1 野牛草种子的形态特征及生活力是其适时萌发的基础条件
• 3.2 特殊结构的颖苞兼具种子保护与通透双重功能
• 3.3 颖苞表面结构有可能是限制种子萌发的机械障碍
• 第三章 野牛草种子休眠原因的分析与破眠方法的探讨
• 1 试验材料与方法
• 1.1 试验材料
• 1.2 试验方法
• 1.2.1 野牛草种子休眠原因的检测分析
• 1.2.2 野牛草种子破眠方法探讨
• 1.3 数据分析处理
• 2 结果与分析
• 2.1 野牛草种子外源休眠检验
• 2.2 野牛草种子内源休眠检测
• 2.3 野牛草种子破眠方法的探讨
• 3 讨论与小结
• 3.1 野牛草种子休眠类型
• 3.2 野牛草种子破眠方法
• 第四章 野牛草种子蛋白质双向电泳体系的优化
• 1 试验材料与方法
• 1.1 生物试验材料、生化制剂与仪器设备
• 1.1.1 生物试验材料
• 1.1.2 生化制剂
• 1.1.3 仪器
• 1.2 试验方法
• 1.2.1 样品制备
• 1.2.2 双向电泳
• 2 结果与分析
• 2.1 蛋白质不同制备方法对双向电泳结果的影响
• 2.2 等电聚焦条件对野牛草种子蛋白质双向电泳效果的影响
• 2.3 IPG 胶条 pH 范围的选择
• 3 讨论与小结
• 3.1 Trizol 沉淀法是野牛草种子蛋白质提取的有效方法
• 3.2 等电聚胶程序Ⅲ是野牛草种子蛋白质双向电泳的优化条件
• 3.3 选择 pH4～7 的 IPG 胶条为野牛草种子蛋白质双向电泳载体
• 第五章 野牛草种子破眠蛋白质组学分析
• 1 试验材料与方法
• 1.1 试验材料
• 1.1.1 试验材料以及处理
• 1.1.2 化学试剂和耗材
• 1.2 试验方法
• 1.2.1 实验材料的蛋白质制备
• 1.2.2 蛋白质定量上样
• 1.2.3 蛋白质双向电泳
• 1.2.4 凝胶染色和扫描
• 1.2.5 图像扫描和分析
• 1.2.6 差异切取和胶内酶切
• 1.2.7 胰酶解肽段混合物的MALDI-TOF-MS 检测
• 2 结果与分析
• 2.1 不同材料的处理和双向电泳图谱分析
• 2.2 不同处理差异蛋白的丰度分析
• 2.3 差异表达的蛋白质谱鉴定
• 2.4 差异表达蛋白点的分类
• 3 讨论与小结
• 3.1 染色方法及质谱鉴定
• 3.2 不同处理条件下蛋白表达量的变化与种子休眠间的关系
• 3.2.1 能量代谢和电子传递
• 3.2.2 光合作用系统（Photosynthesis）
• 3.2.3 转录调控蛋白（Transcription）
• 3.2.4 信号传导（Signal transduction）
• 3.2.5 蛋白合成和植物发育（Protein synthesis/ Development）
• 第六章 综合讨论与结论
• 1 讨论
• 1.1 野牛草果实的形态特征与休眠
• 1.2 野牛草种子的引发与休眠
• 1.3 野牛草种子破眠蛋白质组研究
• 2 结论
• 2.1 野牛草果实形态
• 2.2 颖苞表面的观察与组分分析
• 2.3 野牛草种子休眠性
• 2.4 野牛草种子破眠方法
• 2.5 野牛草种子破眠蛋白质组分析
• 致谢
• 参考文献
• 附录
• 作者简介