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水稻边缘细胞对铁毒响应的研究

作　者: 宋金敏
导　师: 刘鹏
学　校: 浙江师范大学
专　业: 植物学
关键词: 边缘细胞铁毒活性水稻防御功能
分类号: Q945.78
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
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内容摘要

铁毒广泛分布在热带和亚热带地区,严重影响了水稻的产量。本实验从18个品种中筛选出相对耐亚铁的水稻品种协优9308和敏感品种IR64,研究水稻根边缘细胞（简称BC）的生物学特性及对铁毒的响应,探索边缘细胞缓减铁毒害的作用和机理。结果摘要如下:1.水稻边缘细胞形状大多呈椭圆形或长杆状。协优9308、IR64两个水稻品种的边缘细胞数目分别在根长为20 mm、35 mm时达到最大值1795个、1772个。边缘细胞的存活率在66%-90%之间,两个品种边缘细胞活性随着根长的伸长而升高,在根长20 mm时活性最高,随着根的进一步伸长,活性下降。根冠PME活性随根长的伸长而降低,两者均在根长为3 mm时达到最大值（协优9308为0.166 H⁺/root cap·h,IR64为0.164 H⁺/root cap·h）。BC数目、存活率、根冠PME活性、黏胶层厚度变化在不同根长、不同品种中存在差异。2.两个铁毒耐性不同的水稻品种的边缘细胞对铁毒的响应有较大差异。两个品种水稻边缘细胞数目随着铁毒处理浓度的上升呈现先上升后下降的趋势,铁毒耐性品种协优9308的边缘细胞数目在Fe²⁺浓度为100 mg/L时达到最大值,而敏感品种IR64在Fe²⁺浓度超过50 mg/L后就转为抑制。两个品种水稻的边缘细胞存活率均随着Fe²⁺浓度的增加呈现下降的趋势,协优9308的边缘细胞存活率在Fe²⁺处理浓度达到200 mg/L时下降较大,IR64在Fe²⁺处理浓度从50 mg/L上升到100 mg/L时边缘细胞存活率下降幅度高达33.90%:随着处理时间的增加,两个品种水稻的边缘细胞存活率总的来说呈现下降趋势;离体铁毒处理对边缘细胞存活率的影响较活体处理大。根冠PME活性随着Fe²⁺溶液浓度的增加先升高后下降,协优9308在处理浓度为200 mg/L时达到最大值,而IR64在处理浓度为100 mg/L时达到最大。亚铁胁迫能刺激边缘细胞黏液的分泌,随着处理浓度的增加黏胶层厚度变大。亚铁胁迫严重破坏了边缘细胞的内部结构和根尖细胞结构。3.PI和Hoechst33342双重染色结果显示敏感品种IR64的边缘细胞在Fe²⁺处理浓度为50 mg/L时出现了程序性死亡;协优9308在Fe²⁺处理浓度为100 mg/L下,观察到较多程序性死亡的细胞。协优9308在100 mg/L的Fe²⁺处理下出现了梯状条带,即DNA梯（DNA ladder）。协优9308边缘细胞胞外POD活性随着处理浓度的增加呈现先上升后下降的趋势,当处理浓度达到200 mg/L时活性最大:而IR64边缘细胞胞外POD活性则在浓度为50 mg/L时达到最大值。协优9308边缘细胞胞外NADH活性随着处理浓度的上升而升高,但IR64边缘细胞胞外NADH活性随着处理浓度的上升呈现先上升后下降的趋势,在处理浓度为100 mg/L时达到最大。4.采用静置培养（保持边缘细胞附于根尖）和摇床培养（移除根尖边缘细胞）,研究水稻边缘细胞的铁毒防御功能。铁毒处理抑制根的伸长、降低幼根的含水量,移除边缘细胞的根相对伸长率以及含水量均低于保留边缘细胞的根。在200 mg/L铁毒处理下,根尖保护酶活性受到抑制（除静置培养下协优9308的POD活性）,摇床培养对酶活性的抑制程度较大。铁毒处理后的根段铁含量远远大于对照组,静置培养下五个根段（0-2 mm、2-4 mm、4-6 mm、6-8 mm、8-10 mm）的铁含量依次上升:摇床处理下0-2 mm、2-4 mm、4-6 mm、6-8 mm四个根段之间的铁含量较接近,不存在显著性差异。说明边缘细胞在水稻铁毒防御中起着一定的作用。

全文目录

摘要  5-7
ABSTRACT  7-10
目录  10-13
1 文献综述  13-28
  1.1 植物铁毒害及耐铁毒机理  13-19
    1.1.1 铁毒的发现、分布及其危害  13-14
    1.1.2 植物对铁的吸收与运输  14-15
      1.1.2.1 植物对铁的吸收  14
      1.1.2.2 植物对铁的运输  14-15
    1.1.3 植物铁毒的耐性指标研究  15
    1.1.4 铁毒对水稻生长发育、生理代谢的影响  15-16
      1.1.4.1 铁毒对水稻生长发育的影响  15
      1.1.4.2 铁毒对水稻叶片叶绿素含量、光合速率、丙二醛(MDA)含量的影响  15-16
      1.1.4.3 铁毒对水稻POD、CAT、SOD、硝酸还原酶(NR)活性的影响  16
    1.1.5 植物的耐铁毒机理研究  16-19
      1.1.5.1 植物根的铁毒防御功能  16-17
      1.1.5.2 植物叶片在铁毒防御中的作用  17
      1.1.5.3 植物细胞的抗铁毒机理  17-19
        1.1.5.3.1 植物细胞的拒铁作用  17-18
        1.1.5.3.2 细胞内的抗铁毒机理  18-19
  1.2 植物边缘细胞的生物学功能及其抗逆性  19-25
    1.2.1 边缘细胞的生长、发育及形态特征  19-21
    1.2.2 边缘细胞的生物学功能  21
    1.2.3 生物胁迫下边缘细胞的响应和抗性机理  21-22
      1.2.3.1 抗病原真菌  21-22
      1.2.3.2 抗根结线虫  22
      1.2.3.3 抗病原细菌  22
    1.2.4 非生物胁迫下边缘细胞的响应和抗性机理  22-25
      1.2.4.1 金属离子胁迫下边缘细胞的响应和抗性机理  22-24
      1.2.4.2 温度胁迫下边缘细胞的响应和抗性机理  24-25
      1.2.4.3 高浓度CO_2胁迫下边缘细胞的响应和抗性机理  25
    1.2.5 研究展望  25
  1.3 本实验研究的概述  25-28
2 水稻根边缘细胞发育的生物学特性  28-36
  2.1 材料与方法  28-30
    2.1.1 试验材料筛选  28
    2.1.2 材料的培养  28-29
    2.1.3 水稻根尖边缘细胞数目、存活率检测  29
    2.1.4 水稻根尖PME活性测量  29
    2.1.5 水稻根尖边缘细胞的黏胶层厚度测量  29-30
    2.1.6 数据分析  30
  2.2 结果与分析  30-34
    2.2.1 水稻耐铁毒品种、敏感品种的筛选  30-31
    2.2.2 水稻边缘细胞的形态  31
    2.2.3 不同根长下边缘细胞的数目  31-32
    2.2.4 不同根长下边缘细胞的存活率  32-33
    2.2.5 不同根长下的根冠PME活性  33-34
    2.2.6 不同根长下边缘细胞的黏胶层厚度  34
  2.3 讨论  34-36
3 铁毒对水稻边缘细胞发育的影响  36-46
  3.1 材料与方法  36-38
    3.1.1 试验材料的培养与处理  37
    3.1.2 水稻根尖边缘细胞数目、存活率检测  37
    3.1.3 水稻根尖PME活性测量  37
    3.1.4 黏胶层厚度测量  37-38
    3.1.5 水稻根尖细胞和边缘细胞的显微结构观察  38
    3.1.6 数据处理  38
  3.2 结果与分析  38-43
    3.2.1 不同Fe~(2+)胁迫对水稻边缘细胞数目的影响  38-39
    3.2.2 不同Fe~(2+)胁迫对水稻边缘细胞存活率的影响  39-40
    3.2.3 不同Fe~(2+)胁迫对水稻根冠PME活性的影响  40-41
    3.2.4 不同Fe~(2+)胁迫对水稻边缘细胞黏胶层厚度的影响  41-42
    3.2.5 不同Fe~(2+)胁迫对水稻根尖细胞、边缘细胞内部结构的影响  42-43
    3.2.6 离体处理下不同Fe~(2+)胁迫对水稻边缘细胞存活率的影响  43
  3.3 讨论  43-46
4 铁毒诱导边缘细胞凋亡研究  46-54
  4.1 材料与方法  47-48
    4.1.1 试验材料的培养与处理  47
    4.1.2 边缘细胞PI和Hoechst33342双重染色观察  47
    4.1.3 边缘细胞DNA的提取、电泳  47
    4.1.4 边缘细胞胞外酶活性检测  47-48
      4.1.4.1 邻甲氧基苯酚过氧化物酶(POD)测定  47
      4.1.4.2 NADH过氧化物酶的测定  47-48
    4.1.5 数据处理  48
  4.2 结果与分析  48-51
    4.2.1 亚铁胁迫下边缘细胞的PI和Hoechst33342双重染色观察  48-49
    4.2.2 DNA电泳条带分析  49-50
    4.2.3 铁毒对边缘细胞邻甲氧基苯酚过氧化物酶活性的影响  50-51
    4.2.4 铁毒对边缘细胞NADH过氧化物酶活性的影响  51
  4.3 讨论  51-54
5 边缘细胞在水稻铁毒中的防御功能研究  54-62
  5.1 材料与方法  54-55
    5.1.1 试验材料的培养与处理  54-55
    5.1.2 水稻根的相对伸长率测量  55
    5.1.3 水稻根含水量的测定  55
    5.1.4 根尖抗氧化酶活性的测量  55
    5.1.5 各根段铁含量的测定  55
    5.1.6 数据处理  55
  5.2 结果与分析  55-60
    5.2.1 亚铁胁迫下边缘细胞对水稻根相对伸长率的影响  56
    5.2.2 亚铁胁迫下边缘细胞对水稻幼根含水量的影响  56-57
    5.2.3 亚铁胁迫下边缘细胞对水稻根尖POD活性的影响  57-58
    5.2.4 亚铁胁迫下边缘细胞对水稻根尖SOD活性的影响  58
    5.2.5 亚铁胁迫下边缘细胞对水稻根尖CAT活性的影响  58-59
    5.2.6 亚铁胁迫下边缘细胞对水稻各根段铁含量的影响  59-60
  5.3 讨论  60-62
6 研究结论  62-64
参考文献  64-78
致谢  78-79
已发表的学术论文  79-80

水稻边缘细胞对铁毒响应的研究

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