【摘要】：韌皮部裝載是光合同化物在葉肉細胞中合成以后被運輸至篩分子伴胞復合體中進行長距離運輸的第一步,它可以產生驅動力使同化物通過長距離運輸至庫器官中供其生長發(fā)育。黃瓜作為典型的水蘇糖運輸型植物,被認為主要以聚合物陷阱模型方式進行裝載。但是,我們初步研究發(fā)現,蔗糖轉運蛋白在黃瓜成熟葉片中大量表達,推測黃瓜葉片也可能存在質外體裝載路徑,為證實這一假設,利用電鏡觀察不同級別葉脈的伴胞類型和比例,同位素標記試驗測定韌皮部中的糖種類和各種糖的比例,反向遺傳學等方法,證明了在不受外界環(huán)境條件影響下正常生長的黃瓜葉片可以同時利用共質體(聚合物陷阱模型)和質外體兩種裝載途徑進行光合同化物的運輸。這一發(fā)現豐富了植物的裝載路徑。主要研究結果如下:1、電鏡觀察發(fā)現,在黃瓜葉片葉脈中存在三種伴胞:普通伴胞、中間細胞和轉移細胞。小葉脈以中間細胞為主,第三級葉脈中間細胞和普通伴胞的比例相當,而主葉脈則多為普通伴胞,且轉移細胞只存在于主葉脈中。qRT-PCR和免疫組織化學試驗檢測發(fā)現,肌醇半乳糖苷酶基因1(CsGolS1)主要在黃瓜成熟葉片的小葉脈和第三級葉脈中表達,并被定位在黃瓜第三級葉脈的伴胞中;蔗糖轉運蛋白基因2(CsSUT2)主要在黃瓜成熟葉片的第三級葉脈中表達,并被定位在第三級葉脈的伴胞和篩分子中。這決定了黃瓜裝載的解剖結構和分子基礎。2、CsGolS1被抑制以后,轉基因植株長勢明顯弱于野生植株,葉面積和植株高度顯著低于野生植株,轉基因葉片中的水蘇糖和棉子糖含量降低,而蔗糖含量上調,并積累大量淀粉;利用14C02同位素標記葉片后,CsGolS1干擾植株葉柄中同位素標記的水蘇糖比例被下調,而蔗糖比例顯著上調,這表明,聚合物陷阱模型是黃瓜葉片的主要裝載路徑。3、CsGolS1被干擾以后,CsSUTs和CsSWEETs等蔗糖轉運蛋白基因表達被上調,為證明蔗糖轉運蛋白是否參與了質外體裝載,我們通過轉基因獲得了CsSUT2干擾植株,結果表明,干擾植株與野生型的表型無明顯差異,但干擾植株葉片中的蔗糖含量明顯降低,而水蘇糖和棉子糖含量明顯上升,并積累大量淀粉;利用14CO2標記葉片后,干擾植株韌皮部汁液中蔗糖比例被下調,而水蘇糖比例顯著上調;同時,CsSUT2被抑制以后,與水蘇糖、棉子糖合成相關酶的基因(CsGolS1、CsSTS和CsRS)表達顯著上調,而CsSWEETs表達下降。這些結果說明,CsSUT2在黃瓜葉片的質外體裝載過程中可能發(fā)揮了一定的作用。4、利用蔗糖轉運蛋白抑制劑PCMBS處理野生植株和CsGolS1轉基因植株葉片,結果顯示PCMBS處理之后光照8 h,黑暗處理20 h,野生植株葉片中沒有積累淀粉,而CsGolS1轉基因植株葉片中的淀粉含量顯著高于野生植株葉片,并且同時抑制CsGolS1和CsSUT2的植株葉片中積累大量淀粉。這些結果說明了當CsSUTs和CsGolS1同時被抑制之后,葉片中的碳水化合物更難被外運從而導致積累更多的淀粉。
【圖文】：

同化物運輸的驅動力是由進行光合作用的細胞產生的高濃度的可溶性物質產生的，逡逑它可以驅動同化物隨著胞間連絲并伴隨著運輸過程中造成的水勢變化運輸至庫器逡逑官中（如圖１－ｌａ和ｄ）。逡逑主動的質外體裝載，這個過程是共質體隔離的，蔗糖在葉肉細胞中合成并通過逡逑胞間連絲被運輸至初皮部薄壁細胞，它需要利用定位在細胞膜表面的載體蛋白逡逑（ＳＷＥＥＴｓ）將光合同化物從韌皮部薄壁細胞運輸至質外體，然后利用質子泵共運逡逑輸轉運蛋白（ＳＵＴ）將同化物運輸至篩分子－伴胞復合體進行長距離的運輸，質外體逡逑裝載過程是需要質子梯度作為能量源進行的主動的熱力學裝載過程（如圖１－ｌｂ和ｅ）。逡逑主動的共質體裝載，即聚合物陷阱模型的裝載，葉肉細胞進行光合作用產生的逡逑蔗糖運輸至韌皮部薄壁細胞之后通過胞間連絲進入伴胞，蔗糖在伴胞中合成棉子糖逡逑和水蘇糖進行長距離運輸的過程（如圖１－ｌｃ和ｆ）。逡逑１逡逑

通過對不同植物的調查，Ｇａｍａｌｅｉ邋（１９８９，１９９１）發(fā)現在不同植物小葉脈中的胞逡逑間連絲密度差異非常大，他根據胞間連絲密度的不同將小葉脈分成了三大類：類型逡逑１小葉脈的韌皮部中有大量的胞間連絲，類型２小葉脈韌皮部中有最少量的胞間連逡逑絲，而類型ｌ－２ａ介于它們中間，它們的劃分界限并沒有那么清楚。并且類型２又分逡逑為類型２ａ和類型２ｂ，類型２ａ的伴胞細胞膜沒有內凸現象，而類型２ｂ的伴胞細胞逡逑膜上又明顯的內凹，將類型２ｂ的伴胞叫轉移細胞（Ｐａｔｅ邋ａｎｄ邋Ｇｕｎｎｉｎｇ，邋１９６９）。Ｇａｍａｌｅｉ逡逑（１９８９，邋１９９１）認為擁有類型１小葉脈的植物主要包括喬木和灌木，其裝載模式主逡逑要是通過胞間連絲進行的共質體裝載，它主要包括兩大類：被動的擴散過程和利用逡逑特異的伴胞（中間細胞）的聚合物陷陰１模型（ＴｕｒｇｅｏｎａｎｄＡｙｒｅ，２００５），中間細胞逡逑表面有大量分叉的胞間連絲與周圍的鞘細胞連接，而擁有中間細胞的植物進行長距逡逑離運輸的同化物一般都是ＲＦＯｓ。大部分禾本科植物包括類型２小葉脈，它們的裝逡逑載模式主要是通過質外體裝載，光合同化物進入質外體，然后依靠轉運蛋白運輸至逡逑ＳＥ－ＣＣ邋復合體的過程（Ｇｒｕｓａｋ邋ｅｒ邋ａ／．，１９９６；邋Ｔｕｒｇｅｏｎ邋ａｎｄ邋Ａｙｒｅ，，邋２００５；邋ｖａｎ邋Ｂｅｌ邋ｅｒ邋ａ／．，逡逑１９９２）。逡逑
【學位授予單位】：中國農業(yè)大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2019
【分類號】：S642.2

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本文編號：2706613