小麥胚乳細胞程序性死亡機理初探以及淹水脅迫對其進程的影響.pdf

1、前期研究已經(jīng)證實小麥胚乳細胞的發(fā)育是一種特殊的細胞編程性死亡(programmed cell death, PCD)過程。環(huán)境脅迫對胚乳PCD發(fā)生具有重要的影響。其中，濕害作為一種自然災害，嚴重影響小麥的產(chǎn)量和品質(zhì)。目前，關于小麥胚乳細胞PCD機理及淹水脅迫對小麥胚乳淀粉質(zhì)體和胚乳PCD進程的研究比較少。本研究以小麥品種(Triticum aestivumL.)華麥8號為實驗材料，對處于開花期的小麥進行不同時間梯度的淹水處理，采用四個處

2、理：不淹水處理(對照)、淹水3d(3dayswaterlogging treatment, 3DWT,)、淹水7d(7DWT)、淹水12d(12DWT)，然后恢復正常生長。從超微結(jié)構、TUNEL檢測、DNA凝膠電泳和基因表達四個方面來探討在發(fā)育后期的正常生長條件下，小麥胚乳細胞發(fā)生PCD的機理。同時，采用掃描電子顯微術(Scanning Electron Microscope, SEM)和LUGOL染色對淹水條件下淀粉粒的發(fā)育狀況進行觀

3、察；用透射電子顯微術(Transmission Electron Microscope,TEM)、Evans-Blue染色法、TUNEL和DNA凝膠電泳檢測來研究淹水脅迫對胚乳細胞PCD進程的影響。主要結(jié)果如下：
　　 1.正常生長條件下，胚乳細胞的超微結(jié)構顯示花后12d(12dayspostanthesis,12DPA)，細胞核的雙層核膜出現(xiàn)模糊，隨后染色質(zhì)開始凝集，但不發(fā)生典型的趨邊化；細胞核降解形成核殘體。25DPA，細胞

4、核大量降解，在胚乳細胞中很難找到完整的細胞核。16DPA，線粒體發(fā)生降解，內(nèi)質(zhì)網(wǎng)發(fā)生膨脹、環(huán)化。說明，細胞核DNA在25DPA已大量降解。
　　 2.TUNEL檢測表明12DPA，即可在原位檢測到核DNA斷裂，隨后陽性核數(shù)目增加。16DPA，陽性核數(shù)目達到最大值。
　　 3.正常生長條件下，胚乳細胞的瓊脂糖凝膠電泳檢測顯示，16DPA,DNA開始降解；30DPA，檢測到典型的DNAladdering條帶。
　　

5、4.RT-PCR結(jié)果表明，AGPase(葡萄糖焦磷酸化酶)的RNA相對表達量變化顯著，3DPA,AGPase表達量較低；9DPA，其表達量增加；12DPA，表達量達到最大值；隨后開始下降，21DPA,AGPase僅有少量表達。
　　 以上結(jié)果說明，胚乳細胞發(fā)生PCD，在細胞核大量降解之前，與淀粉合成相關酶基因的RNA已大量合成，從而為后期淀粉的合成提供了物質(zhì)保證。
　　 5.花后小麥旗葉葉綠素含量呈下降趨勢；淹水處理后，

6、葉綠素含量下降趨勢更加顯著，且淹水時間越長，葉綠素含量越低。淹水造成籽粒體積減小，隨著淹水時間的延長，現(xiàn)象越明顯。
　　 6.胚乳細胞發(fā)育期間，淀粉粒數(shù)目增長呈S型變化。在發(fā)育早期(8～10DPA),不同處理胚乳細胞中淀粉粒數(shù)目均在20個左右。發(fā)育后期(20DPA)淀粉粒的數(shù)目差異明顯，7DWT,12DWT的淀粉粒數(shù)目分別占對照的82.5％和68％。說明淹水造成胚乳細胞中淀粉粒數(shù)目減少。
　　 7.通過LUGOL染色和掃

7、描電鏡觀察可知，短期淹水(3DWT)未造成淀粉粒數(shù)目減少；但長時間淹水(7DWT,12DWT)導致胚乳細胞變形嚴重，B型淀粉粒數(shù)目大量減少，胚乳充實度差。
　　 8.Evans-Blue染色證實，淹水加速了胚乳細胞的死亡，10DWT,10DPA，在胚乳背部即有少量藍色出現(xiàn)。TUNEL實驗發(fā)現(xiàn)淹水加劇胚乳細胞核DNA降解，開始降解時間提前，且隨著淹水時間延長，陽性核比率升高。不淹水處理的小麥淀粉胚乳在30DPA出現(xiàn)典型的DNAla

8、ddering條帶；而長時間淹水處理(12DWT)在20DPA就已經(jīng)出現(xiàn)DNAladdering條帶，說明淹水導致小麥胚乳細胞核DNA大量降解。TEM觀察發(fā)現(xiàn)，不淹水處理的胚乳細胞核核膜在12DPA出現(xiàn)降解，而3DWT的胚乳在10DPA出現(xiàn)核膜降解；7DWT的胚乳細胞在8DPA核膜就開始降解。不淹水處理的胚乳細胞在12DPA，線粒體內(nèi)嵴和內(nèi)質(zhì)網(wǎng)開始膨脹；而7DWT的胚乳在10DPA,線粒體就開始降解、內(nèi)質(zhì)網(wǎng)結(jié)構發(fā)生變形，形成潴泡。可見淹