淹水誘導(dǎo)小麥根通氣組織形成及皮層細(xì)胞程序化死亡的研究.pdf

1、濕害是長(zhǎng)江流域麥區(qū)嚴(yán)重的自然災(zāi)害之一。該區(qū)每年3月～4月雨季正好是小麥孕穗時(shí)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(zhǎng)發(fā)育受阻進(jìn)而引起產(chǎn)量下降。提高小麥耐濕能力成為保證長(zhǎng)江流域麥區(qū)小麥穩(wěn)產(chǎn)和高產(chǎn)的關(guān)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(duì)濕害逆境下小麥根皮層細(xì)胞PCD發(fā)生的機(jī)理和通氣組織的形成過(guò)程進(jìn)行了研究，獲得如下主要結(jié)果： 1.耐濕的華麥8號(hào)和不耐濕的華麥9號(hào)根顯微結(jié)構(gòu)

2、比較表明，淹水后兩個(gè)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(xì)胞之間產(chǎn)生裂生間隙，且皮層中部某些細(xì)胞增大，然后這些增大的細(xì)胞逐漸發(fā)生死亡和溶解形成溶生腔隙。隨著淹水時(shí)間的延長(zhǎng)，在皮層中越來(lái)越多的溶生腔隙出現(xiàn)，最后導(dǎo)致整個(gè)根呈一“車輪樣”的結(jié)構(gòu)。華麥8號(hào)在淹水后次生根孔積率一直升高，增長(zhǎng)幅度大，各時(shí)期之間均存在顯著差異。華麥9號(hào)根孔積率在整個(gè)淹水期間也有增大，但是其增長(zhǎng)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(hào)的根依然保持完整，而華麥9號(hào)的根皮層和中柱脫離，且中柱有部分細(xì)胞破裂。上述結(jié)構(gòu)的差異是華麥8號(hào)的耐濕能力大于華麥9號(hào)的細(xì)胞學(xué)基礎(chǔ)。 2.以華麥8號(hào)為材料，利用脫氧核糖核苷酸末端轉(zhuǎn)移酶介導(dǎo)的缺口末端標(biāo)記法(TUNEL)，發(fā)現(xiàn)淹水處理能促進(jìn)根皮層細(xì)胞DNA發(fā)生斷裂，細(xì)胞呈TUNEL陽(yáng)性。對(duì)皮層中TUNEL陽(yáng)性細(xì)胞核統(tǒng)計(jì)表明，淹水8h后皮層中陽(yáng)性細(xì)胞核數(shù)量百分比顯著增加，并隨處理時(shí)間延長(zhǎng)百分比數(shù)值一直升高，在淹水144h后

4、達(dá)到最大值。 3.皮層細(xì)胞超微結(jié)構(gòu)研究表明，淹水誘導(dǎo)根皮層細(xì)胞發(fā)生了程序化細(xì)胞死亡(PCD)，細(xì)胞死亡是由一系列細(xì)胞學(xué)事件順序發(fā)生的方式進(jìn)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(xì)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(xì)胞壁變得

5、電子透明。在PCD末期，質(zhì)膜破裂，細(xì)胞器和細(xì)胞壁發(fā)生溶解，細(xì)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(xì)胞的PCD是以一種獨(dú)特的方式進(jìn)行的，其特征有一部分類似于細(xì)胞質(zhì)細(xì)胞死亡(CCD)，一部分類似于細(xì)胞凋亡，還有一部分類似于自噬性細(xì)胞死亡(ACD)。 4.酸性磷酸酶(ACP酶)的超微細(xì)胞化學(xué)定位表明，淹水處理后，細(xì)胞間隙、細(xì)胞壁、質(zhì)膜及細(xì)胞核上的酸性磷酸酶活性升高；并隨著淹水時(shí)間延長(zhǎng)逐漸增強(qiáng)。在細(xì)胞發(fā)生降解末期，被降解