论文部分内容阅读
小麦孕穗期淹水胁迫是影响我国长江中下游麦区小麦高产、稳产及品质形成的主要限制因子之一.在淹水胁迫下小麦根皮层能形成通气组织以适应外界不利环境变化.在前期研究小麦根皮层通气组织形成的生理和细胞学机理的基础上,本研究重点聚焦于通气组织形成过程中根皮层细胞壁的结构变化,以及与细胞壁降解相关酶类活性的动态变化.在显微和超微结构水平上连续观察了根皮层细胞壁降解过程,同时通过超微细胞化学定位研究了细胞壁主要成分多糖的分布和细胞壁降解相关酶类,如纤维素酶和果胶酶活性变化特征.检测了细胞壁修饰相关酶,如内切木葡聚糖转移酶(XET)和内切葡聚糖酶(CEL)基因的差异性表达,并分析了它们在细胞壁降解和通气组织形成过程的作用.主要研究结果如下：1.淹水胁迫能诱导小麦幼根通气组织形成,且通气组织形成过程中伴随有皮层中部细胞径向伸长.径向伸长的细胞主要是位于皮层3rd、4th和5th层细胞,其中淹水诱导12h时,4th层细胞伸长幅度最大.超微结构观察还发现淹水12 h,皮层中部发生径向伸长的细胞会发生质壁分离；有双层膜包裹的降解小体出现,液泡降解；出现染色质皱缩和核边缘化等细胞程序性死亡(PCD)特征.2.细胞壁变化结果表明,淹水诱导6～12 h,根皮层细胞间隙扩大,相邻皮层细胞发生裂生分离,但细胞壁厚度未变化.此过程中,皮层细胞壁已经发生变形,胞间层消失,细胞壁局部透明且开始出现断裂位点.淹水诱导24 h,选择性降解的细胞壁整个节段透明化,此时细胞壁已经明显变薄.淹水诱导48 h,皮层中部细胞壁降解,使得两个相邻细胞发生融合,而不发生降解的径向细胞壁叠合,形成通气组织支架,通气组织基本形成.3.超微细胞化学定位结果显示,淹水诱导6h,细胞壁降解相关酶,如纤维素酶和果胶酶等在皮层细胞壁上迅速累积,且有较高的酶活性.淹水诱导12 h,皮层细胞壁发生变形,皮层细胞壁酶活达到最强,并且在细胞壁上形成不均匀的降解位点,这可能是导致细胞壁选择性降解的原因之一.淹水诱导24 h,细胞壁上纤维素酶和果胶酶活性明显减弱.淹水诱导48 h,细胞壁上检测不到纤维素酶和果胶酶活性,但在细胞内降解残留物上有明显酶活性存在.淹水诱导6h,根皮层细胞壁多糖分布均匀,且细胞壁上含有大量多糖结合物.随着淹水时间延长,到淹水诱导12 h,细胞壁上多糖量逐步降低且分布不均匀,但细胞壁整体结构未发生明显的变化；进一步到淹水24～48 h,细胞壁上多糖量明显降低,使得细胞壁明显变薄,细胞壁降解.4.基因表达分析表明,淹水诱导下,细胞壁修饰相关基因XET、CEL表达水平整体呈现上调表达,其中12h表达量达到最高,48 h表达量又趋于正常.同时发现,淹水处理时细胞壁修饰相关基因(XET和CEL)的表达和细胞壁修饰相关酶的变化具有一定的同步性,说明XET和CEL参与了细胞壁降解和小麦根细胞通气组织的形成.综上所述,淹水胁迫下小麦根细胞通气组织形成过程中伴随有皮层细胞径向伸长和细胞壁降解的相关事件发生.纤维素酶和果胶酶活化,细胞壁修饰相关基因(XET、 CEL)表达在淹水处理早期(6 h)就已经发生,但细胞壁降解在淹水处理后期(24n)才开始.纤维素酶和果胶酶在皮层细胞壁上的不均匀分布,导致细胞壁分解产物多糖的不均匀分布,进而导致细胞壁的选择性降解,形成通气组织.