【摘要】：一些植物類群在開花繁育過程中,花部器官具有自主產(chǎn)熱的現(xiàn)象。不同開花生熱的植物類群,具有不同的生熱調控模型。植物學家大量的研究證據(jù)表明,線粒體的能量代謝在開花生熱現(xiàn)象的調控中起著較為重要的作用。“線粒體炫”是一個全新的反映線粒體能量代謝水平的“數(shù)字鐘”,線粒體炫的發(fā)生頻率可以反映細胞不同的生理狀態(tài)。因此本研究首次將線粒體炫這一全新概念引入開花生熱現(xiàn)象的研究中,以此更為深入地研究線粒體在開花生熱中的能量代謝和調控機制。本研究以寒冷早春開花且具開花生熱現(xiàn)象的植物玉蘭(Magnolia denudata)(假生熱調控類型)和炎熱夏季開花且具開花生熱現(xiàn)象的植物荷花(Nelumbo nucifera)(生熱調控類型)為例,從細胞層面、線粒體能量代謝層面、調控機制層面揭示線粒體ROS和線粒體炫對開花生熱的調控作用,通過對比兩種不同生熱調控模型的植物荷花和玉蘭,更為全面地揭示線粒體在開花生熱中的作用機制。本研究首先對玉蘭和荷花進行紅外成像,以進一步確定其生熱部位。其次,本研究對玉蘭生熱前后雌蕊組織的細胞壁和表皮進行掃描,以探究玉蘭在生熱前后細胞壁成分及細胞形態(tài)的變化。同時,本研究從玉蘭和荷花生熱及非生熱時期的雌蕊和花被片組織中分離具有高活性的線粒體,分別對線粒體和線粒體ROS進行熒光標記,以探究ROS產(chǎn)生部位及生熱前后ROS含量的變化。而后,本研究通過對線粒體ROS和線粒體膜電位進行熒光標記,以探究玉蘭和荷花線粒體在生熱前后線粒體炫的發(fā)生頻率和膜電位震蕩頻率的變化趨勢。此外,本研究通過分析玉蘭和荷花雌蕊和花被片組織在生熱前后呼吸途徑的變化及抗氧化酶活性的變化,以探究玉蘭和荷花生熱時期的呼吸途徑,及ROS所調控的信號通路,最終淺析線粒體在玉蘭和荷花生熱過程中的調控機制。本研究主要結果如下:一、玉蘭和荷花的紅外成像顯示,玉蘭的生熱時期為雌蕊期和雄蕊期,生熱的部位為雌蕊組織(柱頭和柱狀花托),荷花的生熱時期為大花蕾期至盛花期(stage 1-3),生熱的部位為雌蕊組織(柱頭和花托)。二、玉蘭雌蕊和雌蕊組織細胞壁的木質素和纖維素含量在生熱的雌蕊期較非生熱的花蕾期有顯著水平的下降,推斷為生熱時期伴隨著細胞壁木質素和纖維素成分的分解。同樣,玉蘭生熱的雌蕊期,雌蕊表皮細胞乳突狀細胞數(shù)量增多,且雌蕊表皮細胞形態(tài)變?yōu)閳A形且腫脹,有較大的細胞縫隙。三、玉蘭和荷花線粒體和ROS熒光標記的結果顯示,線粒體即為ROS產(chǎn)生的主要部位,且玉蘭和荷花在生熱時期雌蕊線粒體ROS的含量顯著的高于非生熱時期和非生熱部位。四、玉蘭和荷花生熱時期雌蕊組織中線粒體炫發(fā)生的頻率顯著高于非生熱時期和非生熱部位,且玉蘭整個開花進程中,線粒體炫發(fā)生的頻率在“大花芽時期”有顯著的升高。五、玉蘭和荷花生熱時期雌蕊組織中線粒體膜電位震蕩的頻率顯著高于非生熱時期和非生熱部位,且玉蘭整個開花進程中,線粒體膜電位震蕩的頻率在大花芽時期有顯著的升高。六、玉蘭和荷花生熱時期雌蕊組織中線粒體AOX途徑的耗氧量顯著升高,且玉蘭和荷花雌蕊在生熱時期過氧化氫酶(CAT)的活性顯著升高,但其他抗氧化酶活性卻顯著低于非生熱時期及非生熱部位。本研究的結論為玉蘭和荷花線粒體ROS、線粒體炫的發(fā)生頻率和線粒體膜電位震蕩頻率在生熱時期的雌蕊組織中有顯著升高,且線粒體AOX呼吸途徑的耗氧量在玉蘭和荷花生熱時期的雌蕊組織顯著升高。與ROS所調控信號通路相關的抗氧化酶的活性,在生熱時期也有顯著的變化,且玉蘭和荷花的變化趨勢并不十分一致,推斷可能為不同生熱調控模型的差異。本研究結果顯示,在玉蘭和荷花開花生熱過程中,雌蕊線粒體ROS含量上升,且線粒體炫的發(fā)生頻率和線粒體膜電位震蕩頻率顯著高于非生熱時期,線粒體ROS和線粒體炫頻率的升高作為細胞生理代謝過程的信號分子,調控細胞內的抗氧化途徑和能量耗散通路,進而調控線粒體用于產(chǎn)熱的AOX呼吸途徑耗氧量的升高,以此調控開花生熱過程。綜上所述,本研究從細胞層面、能量代謝層面和調控機制層面揭示了線粒體炫在玉蘭和荷花開花生熱現(xiàn)象中的調控機制。
【圖文】：

３：盛花期，（ｅ）邋ｓｔａｇｅ邋４：調零期。逡逑ｎｎ邋Ｑ逡逑圖２－３荷花生熱前后紅外成像對比圖逡逑Ｆｉｇ邋２－３邋Ｃｏｍｐａｒｉｓｏｎ邋ｏｆ邋ｉｎｆｒａｒｅｄ邋ｉｍａｇｅｓ邋ｏｆ邋Ｎｅｌｕｍｂｏ邋ｎｕｃｉｆｅｒａ邋ｉｎ邋ｔｈｅｒｍａｌ邋ａｎｄ邋ｎｏｎ－ｔｈｅｒｍａｌ逡逑ｓｔａｇｅｓ逡逑２３邐ｔ逡逑

邐兩種植物在開花生熱中線粒體炫（ｍｉｔｏｆｌａｓｈ）及其功能的對比研究邐逡逑２．邋２．邋２玉蘭雌蕊細胞壁成分析逡逑玉蘭花蕾期細胞壁熒光掃描圖顯示（圖２－４邋Ａ），花蕾期木質素熒光強度高于逡逑雌蕊期，且１６００邋ｃｎｆ１處花蕾期木質素峰值顯著高于雌蕊期，，通過花蕾期與雌蕊逡逑期細胞壁木質素熒光強度比較，亦可見花蕾期細胞壁木質素含量顯著高于雌蕊逡逑期。逡逑Ｒ
【學位授予單位】：北京林業(yè)大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2019
【分類號】：Q945

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1 張出蘭;兩種植物在開花生熱中線粒體炫（mitoflash）及其功能的對比研究[D];北京林業(yè)大學;2019年

2 申恩志;Mitoflash和蛋白組研究揭示線粒體在線蟲衰老中的重要作用[D];中國農(nóng)業(yè)大學;2014年

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本文編號：2631981