水稻开花与浆片细胞程序性死亡的细胞学基础研究

论文摘要

以水稻不育系（珍汕97A、80078A）和可育系（珍汕97B、明恢63、汕优63、80078B）为材料,在观察了水稻小穗组成和水稻雄性不育系与可育系不同品种间开花特性的基础上,采用结构植物学研究方法和电镜显微细胞化学技术,研究了水稻浆片在开、闭花过程中的结构变化,探讨了浆片细胞程序性细胞死亡（PCD）的细胞学基础,得出如下主要结果:1、不育系与可育系开花特性的差异比较与不育系相比,可育系花期早于不育系,一天中有明显的开花高峰。开花后内外稃间的张角大、开花持续时间短。开闭花过程历经的时间短。2、浆片在开闭花过程中的形态和结构变化浆片的形态:无论是不育系还是可育系,水稻浆片的大小一般在3mm左右,近呈倒三角的囊状着生与小穗轴的亚顶端。与不育系相比,可育系浆片较为宽厚。在开花过程中,浆片吸水膨胀、体积增大;在闭花过程中,浆片逐渐萎缩、干瘪,体积缩小。最后呈干膜质长存于子房基部。而不育系浆片在开花过程中的形态变化幅度相对较小。浆片的结构:横切浆片,浆片由一层表皮（细胞外壁厚,具有角质层,没有气孔分布）、众多的基本组织细胞和近于成两列分布的维管束组成。在开花过程中,浆片基本组织细胞的细胞壁由皱褶逐渐展平、细胞体积明显增大;细胞器空泡化,细胞质降解,细胞核消失,最后整个细胞萎缩。浆片维管束由数个筛管、环纹导管和紧邻的维管薄壁细胞所组成。在开花过程中,维管薄壁细胞发生显著变化,初期核大、质浓、线粒体丰富,最后全部解体消失。3、在开闭花过程中浆片细胞PCD的过程和特征水稻开花520min,细胞核的形态发生程度不同的形变。开花510min,核质凝缩成絮状物。开花1020min,细胞核不规则局部收缩或延伸,呈变形虫状,核仁逐渐淡化,核内出现大、小不等、形状不规则核质团块,核膜表现为皱缩,或核膜内陷,出现不规则伪足状凸起。高尔基体囊泡增多;内质网卷曲,包围并消化胞基质、线粒体、质体,并使其液泡化,形成具多层膜的结构。开花3040min,核质团块附着于核膜上;线粒体基质电子密度下降;液泡相互融合或边缘形成胞吞泡,消化胞基质,形成多膜体小体,整个细胞核随着核膜的逐渐解体而消失。开花4050min,线粒体逐渐空泡化,多膜体结构增多,最后整个细胞死亡。4、Ca2+在浆片细胞PCD过程中的动态用焦锑酸钙沉淀法显示,浆片细胞PCD过程中,钙离子时空动态差异表明:在浆片细胞PCD过程的初期或之前,钙离子主要积累在胞间隙中。开花20min后,细胞核的核膜、核仁、核质中明显有钙离子的沉积,到开花30min时,线粒体膜、细胞质膜钙离子沉积显著增加,开花约40min时,内质网包围的囊泡表面有明显的钙离子沉积。浆片细胞中钙离子的时空动态变化过程,再次说明浆片的吸涨和萎缩的细胞学基础是细胞程序性死亡的过程。

论文目录

• 中文摘要
• 英文摘要
• 符号说明
• 1 引言
• 1.1 水稻开花机理
• 1.1.1 水稻的小花和小穗结构
• 1.1.2 开花过程中浆片细胞结构变化
• 1.1.3 浆片渗透物质来源
• 1.1.4 不育系与可育系开花习性的差异
• 1.1.5 禾本科颖花开放的诱导
• 1.1.6 研究意义
• 1.2 植物 PCD 的研究进展
• 1.2.1 PCD 的概念
• 1.2.2 PCD 的作用
• 1.2.3 PCD 的形态学特征
• 1.2.4 PCD 发生部位
• 1.2.5 引起植物 PCD 的环境胁迫因子
• 1.2.6 植物 PCD 的调控
• 1.2.7 信号调控
• 1.2.8 植物细胞 PCD 的特殊性
• 2 材料与方法
• 2.1 实验材料
• 2.1.1 实验材料
• 2.1.2 实验设计
• 2.2 实验方法
• 2.2.1 颖花结构观察
• 2.2.2 开花过程观察
• 2.2.3 不同育性品种浆片维管束数目观察比较
• 2.2.4 开花不同时期浆片超微结构观察
• 2+的细胞化学方法'>2.2.5 Ca²⁺的细胞化学方法
• 3 结果与分析
• 3.1 水稻小穗和小花结构
• 3.1.1 小穗、小花的组成
• 3.1.2 浆片的形态和结构
• 3.2 水稻的开花特性
• 3.2.1 水稻颖花开放过程
• 3.2.2 不育系与可育系开花特性比较
• 3.2.3 开花过程中浆片的形态与显微结构的变化
• 3.3 浆片在开花过程的 PCD 过程和特征
• 3.3.1 细胞核在浆片 PCD 过程中的变化和特征
• 3.3.2 细胞质等在浆片 PCD 过程中的变化和特征
• 2+与浆片 PCD 过程和特征的关系'>3.4 Ca²⁺与浆片 PCD 过程和特征的关系
• 4 讨论
• 4.1 与异交有关的开花习性
• 4.2 水稻开颖机理及调控方法
• 4.3 浆片的吸胀和萎缩机理
• 4.4 浆片细胞的 PCD 过程和特征
• 4.5 浆片细胞程序性死亡方式
• 5 参考文献
• 致谢