淹水誘導小麥根通氣組織形成及皮層細胞程序化死亡的研究.pdf

1、濕害是長江流域麥區(qū)嚴重的自然災害之一。該區(qū)每年3月～4月雨季正好是小麥孕穗時期，連續(xù)的降雨造成小麥濕害。濕害容易引起小麥根際缺O(jiān)2，吸收功能減弱，造成小麥生長發(fā)育受阻進而引起產(chǎn)量下降。提高小麥耐濕能力成為保證長江流域麥區(qū)小麥穩(wěn)產(chǎn)和高產(chǎn)的關鍵。本研究以淹水處理的孕穗期小麥為材料，借助多種手段，對濕害逆境下小麥根皮層細胞PCD發(fā)生的機理和通氣組織的形成過程進行了研究，獲得如下主要結(jié)果： 1.耐濕的華麥8號和不耐濕的華麥9號根顯微結(jié)構(gòu)

2、比較表明，淹水后兩個品種次生根中均能形成明顯的通氣組織。首先是根皮層中部的一些細胞之間產(chǎn)生裂生間隙，且皮層中部某些細胞增大，然后這些增大的細胞逐漸發(fā)生死亡和溶解形成溶生腔隙。隨著淹水時間的延長，在皮層中越來越多的溶生腔隙出現(xiàn)，最后導致整個根呈一“車輪樣”的結(jié)構(gòu)。華麥8號在淹水后次生根孔積率一直升高，增長幅度大，各時期之間均存在顯著差異。華麥9號根孔積率在整個淹水期間也有增大，但是其增長幅度很小，且在淹水前期差異不顯著。此外，淹水144h

3、后，華麥8號的根依然保持完整，而華麥9號的根皮層和中柱脫離，且中柱有部分細胞破裂。上述結(jié)構(gòu)的差異是華麥8號的耐濕能力大于華麥9號的細胞學基礎。 2.以華麥8號為材料，利用脫氧核糖核苷酸末端轉(zhuǎn)移酶介導的缺口末端標記法(TUNEL)，發(fā)現(xiàn)淹水處理能促進根皮層細胞DNA發(fā)生斷裂，細胞呈TUNEL陽性。對皮層中TUNEL陽性細胞核統(tǒng)計表明，淹水8h后皮層中陽性細胞核數(shù)量百分比顯著增加，并隨處理時間延長百分比數(shù)值一直升高，在淹水144h后

4、達到最大值。 3.皮層細胞超微結(jié)構(gòu)研究表明，淹水誘導根皮層細胞發(fā)生了程序化細胞死亡(PCD)，細胞死亡是由一系列細胞學事件順序發(fā)生的方式進行，并呈現(xiàn)出自身特征。在PCD早期，首先觀察到質(zhì)膜和胞質(zhì)出現(xiàn)變化，包括質(zhì)膜的內(nèi)陷、胞質(zhì)液泡化、液泡內(nèi)深染色顆粒的出現(xiàn)等；PCD中、后期，細胞核也發(fā)生變化，包括核形狀扭曲、染色體凝集并位于核邊緣、核膜變模糊等。此外，還觀察到類似于自噬小體的雙膜包裹小體的產(chǎn)生和內(nèi)質(zhì)網(wǎng)形成的同心環(huán)結(jié)構(gòu)等。細胞壁變得

5、電子透明。在PCD末期，質(zhì)膜破裂，細胞器和細胞壁發(fā)生溶解，細胞內(nèi)容物消失，形成氣腔。因此，濕害脅迫下的小麥根皮層細胞的PCD是以一種獨特的方式進行的，其特征有一部分類似于細胞質(zhì)細胞死亡(CCD)，一部分類似于細胞凋亡，還有一部分類似于自噬性細胞死亡(ACD)。 4.酸性磷酸酶(ACP酶)的超微細胞化學定位表明，淹水處理后，細胞間隙、細胞壁、質(zhì)膜及細胞核上的酸性磷酸酶活性升高；并隨著淹水時間延長逐漸增強。在細胞發(fā)生降解末期，被降解