【摘要】：植物開花生熱(Thermogenesis)是指某些植物類群在開花過程中,花部器官短時間內(nèi)釋放大量熱能的現(xiàn)象。該現(xiàn)象具有多樣的生物學(xué)功能,其不僅能夠使花部溫度高于周圍環(huán)境溫度,促進(jìn)花香釋放進(jìn)而吸引昆蟲訪花,并且可以保證其生殖發(fā)育的順利進(jìn)行,提高種子結(jié)實率。前人研究表明,交替氧化酶(Alternativeoxidase,AOX)與解偶聯(lián)蛋白(Uncoupling proteins,UCP)很可能參與開花生熱調(diào)控,然而其具體機(jī)制尚不明確。因此,探究植物主動生熱及其調(diào)控機(jī)制,對于揭示開花生熱植物如何調(diào)節(jié)環(huán)境適應(yīng)性以及促進(jìn)種群繁衍具有重要的理論價值和指導(dǎo)意義。本研究以兩種不同生熱模式的開花生熱植物玉蘭和荷花為研究材料。首先對荷花與玉蘭中AOX與UCP蛋白進(jìn)行三級結(jié)構(gòu)、系統(tǒng)進(jìn)化和保守結(jié)構(gòu)域分析。結(jié)果顯示AOX蛋白在動植物進(jìn)化過程中產(chǎn)生了明顯的差異,UCP蛋白在動植物中較保守,具有十分相似的蛋白結(jié)構(gòu)域。其次,針對“生熱調(diào)控型”荷花,通過高分辨紅外熱成像技術(shù)對荷花開花進(jìn)程溫度的檢測,進(jìn)一步準(zhǔn)確定位荷花生熱部位為花托表皮,生熱高峰發(fā)生在雌蕊期前期、雌蕊期以及雄蕊期三個階段。本研究發(fā)現(xiàn),荷花在開花生熱過程中,同時伴隨著二次開合現(xiàn)象,即荷花花被片可隨著不同生熱進(jìn)程進(jìn)行臨時閉合和再次開放。進(jìn)一步采用掃描電鏡等對荷花二次開合前后的細(xì)胞形態(tài)學(xué)進(jìn)行觀測,發(fā)現(xiàn)關(guān)鍵生熱組織的細(xì)胞形態(tài)結(jié)構(gòu)以及氣孔分布均發(fā)生了明顯變化。此外,采用Western Blot技術(shù)對生熱期間的線粒體蛋白表達(dá)進(jìn)行研究,結(jié)果表明荷花生熱高峰階段的花托表皮組織相較非生熱階段,AOX蛋白顯著表達(dá),而UCP蛋白無表達(dá)差異。與此同時,本研究針對“假生熱調(diào)控型”玉蘭,采用高分辨紅外熱成像技術(shù),對玉蘭開花進(jìn)程進(jìn)行活體監(jiān)測成像,發(fā)現(xiàn)生熱部位為雌蕊群,并且兩個生熱高峰期分別出現(xiàn)在雌蕊期和雄蕊期。進(jìn)一步運用Western Blot技術(shù)對玉蘭開花生熱中的蛋白表達(dá)差異進(jìn)行檢測,結(jié)果顯示玉蘭生熱時AOX與UCP蛋白均發(fā)生明顯變化,其中柱頭部位AOX蛋白在生熱高峰期顯著表達(dá)。在蛋白表達(dá)研究的基礎(chǔ)上,利用高效液相色譜技術(shù)對玉蘭線粒體代謝重要中間產(chǎn)物—檸檬酸含量進(jìn)行檢測,結(jié)果顯示玉蘭生熱高峰階段檸檬酸含量相比非生熱時期顯著增加。通過掃描電鏡對玉蘭柱頭表皮組織在生熱與非生熱時期成像,結(jié)果顯示生熱組織在生熱高峰階段形成明顯的細(xì)胞間隙。綜上所述,本研究得到如下結(jié)論:(1)在生熱植物荷花與玉蘭中,AOX蛋白結(jié)構(gòu)與非生熱植物擬南芥等存在一定的差異,UCP蛋白結(jié)構(gòu)較保守。(2)在荷花開花生熱中,花部器官的二次開合現(xiàn)象與生熱機(jī)制相契合,共同促進(jìn)了荷花生殖發(fā)育的順利進(jìn)行。在花被片二次開合前后,荷花關(guān)鍵生熱組織細(xì)胞產(chǎn)生明顯細(xì)胞間隙以及形成高密度氣孔并伴隨著細(xì)胞凸起,以此保障植物維持足夠的氧氣,增加內(nèi)外氣體交換,促進(jìn)昆蟲訪花和維持植物正常的生命活動。蛋白表達(dá)檢測結(jié)果表明,AOX蛋白可能在荷花開花生熱高峰階段發(fā)揮主導(dǎo)作用。(3)玉蘭在開花生熱中伴隨著花香的大量釋放,本研究發(fā)現(xiàn),玉蘭在生熱高峰期存在檸檬酸的大量積累,由于檸檬酸作為花香成分合成的重要底物,并為揮發(fā)性有機(jī)化合物的生物合成提供代謝底物。結(jié)合蛋白表達(dá)結(jié)果,檸檬酸大量積累很可能引起AOX蛋白顯著表達(dá),通過AOX的調(diào)控作用促進(jìn)了玉蘭開花生熱中花香的大量釋放。并且,生熱高峰階段,柱頭表皮組織細(xì)胞形態(tài)以及細(xì)胞間隙的擴(kuò)大變化,進(jìn)一步加強(qiáng)了生熱期間組織細(xì)胞內(nèi)外的氣體交換,進(jìn)而促進(jìn)了昆蟲訪花,保障生殖發(fā)育的順利進(jìn)行。本研究從生物信息學(xué)、植物生理學(xué)、細(xì)胞生物學(xué)、生物化學(xué)等多層面對植物開花生熱現(xiàn)象進(jìn)行深入的剖析,為進(jìn)一步闡釋植物開花生熱機(jī)制提供了新的思路,為準(zhǔn)確理解植物生命活動中的能量調(diào)節(jié)提供必要的理論參考。
【學(xué)位授予單位】：北京林業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號】：Q945
【圖文】：

又依次在木蘭科（Ｍａｇｎｏｌｉａｃｅａｅ）、五味子科（Ｓｃｈｉｓａｎｄｒａｃｅａｅ）、蘇鐵科（Ｃｙｃａｄａｃｅａｅ）、逡逑馬兜鈴科（Ａｒｉｓｔｏｌｏｃｈｉａｃｅａｅ）、棕櫚科（Ａｒｅｃａｃｅａｅ）、環(huán)花草科（Ｃｙｃｌａｎｔｈａｃｅａｅ）和番蕩逡逑枝科（Ａｎｎｏｎａｃｅａｅ）以及進(jìn)化程度較高的真雙子葉植物類的蓮科（Ｎｅｌｕｍｂｏｎａｃｅａｅ）逡逑和大花草科（Ｒａｆｆｌｅｓｉａｃｅａｅ）中發(fā)現(xiàn)了邋開花生熱現(xiàn)象（Ｍｉｌｌｅｒｅｔａｌ．，２００９；Ｌｕｏｅｔａｌ．，２０１０；逡逑ｄｅＢｒｕｙｎ邋ｅｔ邋ａｌ．，邋２０１５）。前期開花生熱植物科屬的發(fā)現(xiàn)及其相關(guān)探究為后續(xù)相應(yīng)科學(xué)研逡逑究提供了方向。逡逑１．１．２開花生熱的表型逡逑自然進(jìn)化過程中，開花生熱植物隨著對外界環(huán)境條件適應(yīng)中逐漸形成了不同的表逡逑現(xiàn)形式。Ｇｏｔｔｓｂｅｒｇｅｒ邋（１９９８）發(fā)現(xiàn)天南星科的ＰＭｏｔ／撕生熱時期為雄蕊期逡逑階段、生熱部位為肉穗花序。隨后，Ｂａｒｔｈｌｏｔｔ等（２００９）發(fā)現(xiàn)巨花魔芋奶逡逑／／７ａ／ｍ／／0生熱時期為雌蕊期階段，生熱部位為佛焰花序部位。隨著紅外成像技術(shù)的逐逡逑漸應(yīng)用，研究者相繼檢測出斑葉阿若母（Ｊｒ灥ｗａｃｗ／ｏ／ｗ／ｗ）、臭R馘義�、痈M夾模罰慷櫻ǎ罰ǎ罰┑榷嘀種參锏納缺硐中問劍ǎ攏澹潁恚幔洌椋睿紓澹潁義希櫻簦幔猓澹睿簦瑁澹椋睿澹蟈澹幔睿溴澹櫻簦幔猓澹睿簦瑁澹椋睿澹潁澹保梗梗擔(dān)誨澹桑簦镥澹澹翦澹幔歟靛澹玻埃埃常誨澹祝幔睿玨澹澹翦澹幔歟�，邋２０１３�

本文編號：2760168