棉花纤维发育过程超微结构观察和次生壁木质素含量的分析

论文摘要

棉花是纺织工业的主要原料。棉纤维是由胚珠表皮细胞分化而来的单细胞。棉纤维分化、发育的过程也是其产量和品质形成的过程,棉纤维细胞壁的组分含量直接关系到棉花的产量、品质及其利用。因此,了解棉纤维发育过程及其棉纤维发育过程中纤维细胞壁组分的变化对于正确认识棉纤维品质形成的分子生物学基础有着重要的意义。本研究旨在从纤维细胞发育、形成细胞壁交联结构的木质素方向探索棉花纤维品质形成基础,了解棉花纤维细胞壁的特征。主要研究结果如下:首先,利用透射电镜观察陆地棉新陆早36号棉花纤维发育过程中的超微结构变化。在纤维发育10DPA纤维细胞初生壁形成期,液泡占据纤维细胞中央,细胞质中有大量的线粒体、内质网、高尔基体等细胞器,初生壁较薄且厚度均匀;20DPA的纤维在初生壁内已明显形成一层薄薄的次生壁,细胞质中细胞器部分解体;随后次生壁增厚速度逐步加快,在30DPA到40DPA之间,纤维平均增厚速度约为每天0.139μm,在40DPA到50DPA之间,纤维平均增厚速度约为每天0.470μm。纤维细胞次生壁向内层逐步层层加厚,形成“日生长轮”。随着纤维细胞的脱水成熟,纤维细胞次生壁增厚使纤维中腔只剩下一条窄缝。观察结果表明新陆早36号棉花纤维细胞的发育进程与所报道的其他棉花品种具有相似性。其次,利用荧光显微镜对成熟棉纤维进行了观察,结果发现成熟棉纤维在紫外光的照射下,具有苯丙烷类化合物的自发荧光现象,特别是在横截面内蓝绿色荧光较强,显示自发荧光主要来自棉纤维的次生壁;同时分别利用Klason、乙酰溴、巯基乙酸三种生化方法对多个品种的成熟棉纤维进行了检测;并对用Klason法提取的棉秆和樟子松的枝条中的木质素和利用同种方法提取的棉纤维中的木质素残渣进行了比较;利用巯基乙酸法在紫外光谱范围内提取的木质素与标样木质素和其它一些木质素单体进行了比较。上述结果综合显示成熟棉纤维中存在着木质素。与此同时优化了检测木质素的生化方法,使其更适应棉纤维中少量木质素的检测。最后,用三种生化方法检测发育中棉花纤维木质素的含量。结果显示随着发育时期的增加,木质素含量不断降低。在换算成单位棉铃纤维的木质素含量后,发现木质素含量随着时期的增加而逐渐增加。显然单位棉铃纤维木质素的含量更能说明实际的问题。另外我们发现木质素积累的趋势与棉纤维在超微结构中次生壁厚度增加的趋势相同,说明了木质素的沉积与纤维素的合成有一定的联系。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 棉花纤维发育及物质组成研究进展
• 1.1 棉纤维的发育
• 1.1.1 棉纤维细胞的分化与突起
• 1.1.2 棉纤维细胞的伸长及初生壁的形成
• 1.1.3 棉花纤维次生壁的合成和增厚
• 1.1.4 棉纤维的脱水成熟
• 1.2 棉纤维细胞壁结构物质组成
• 1.2.1 初生壁组成
• 1.2.2 次生壁组成
• 1.3 植物细胞次生壁中的木质素
• 1.3.1 木质素性质、结构及其在植物细胞壁中的作用
• 1.3.2 木质素的测定方法
• 1.4 本课题研究的目的及意义
• 第二章 棉花纤维超微结构观察
• 2.1 实验材料及试剂设备
• 2.1.1 实验材料
• 2.1.2 主要试剂
• 2.1.3 主要设备
• 2.2 实验方法
• 2.2.1 透射电镜制样与观察
• 2.2.2 测量细胞次生壁厚度
• 2.3 结果观察
• 2.3.1 棉纤维初生壁发育形成期
• 2.3.2 棉纤维次生壁发育形成期
• 2.3.3 棉纤维脱水成熟期
• 2.4 讨论
• 2.4.1 棉纤维初生壁发育形成的机理
• 2.4.2 棉纤维次生壁发育形成的机理
• 第三章 成熟棉纤维木质素存在的验证及测定方法的比较
• 3.1 实验材料及仪器设备
• 3.1.1 实验材料
• 3.1.2 主要试剂
• 3.1.3 主要仪器设备
• 3.2 实验方法
• 3.2.1 实验材料的前处理
• 3.2.2 荧光电镜观察的方法
• 3.2.3 三种测定成熟棉纤维中木质素的方法
• 3.2.4 各种标样的配制方法
• 3.3 结果分析
• 3.3.1 成熟棉花纤维自发荧光
• 3.3.2 三种方法测定成熟棉纤维中木质素含量
• 3.3.3 Klason 法实验过程照片的比较
• 3.3.4 巯基乙酸法提取成熟棉纤维中物质与各种标样扫描曲线的比较
• 3.4 讨论
• 3.4.1 成熟棉纤维中存在木质素
• 3.4.2 选择三种生化方法的原因及测定木素含量的差异
• 第四章 不同发育时期棉纤维木质素含量的研究
• 4.1 实验材料及仪器设备
• 4.1.1 实验材料
• 4.1.2 主要试剂
• 4.1.3 主要仪器设备
• 4.2 实验方法
• 4.2.1 材料的前处理
• 4.2.2 三种方法测定不同发育时期棉纤维中木质素
• 4.2.3 单个棉铃纤维木质素含量的换算
• 4.3 结果分析
• 4.3.1 三种方法的实验过程的观察
• 4.3.2 三种方法测定不同发育时期棉纤维木质素含量变化
• 4.3.3 单个棉铃纤维木质素含量随发育时期的变化
• 4.4 讨论
• 4.4.1 木质素变化与发育过程的关系
• 4.4.2 木质素含量的变化与纤维素的积累具有相同趋势
• 结论
• 参考文献
• 致谢
• 作者简介