本文關(guān)鍵詞：植物子葉生長及其功能性狀研究

  更多相關(guān)文章： 生活史對策 子葉生長 功能性狀 C_3、C_4子葉結(jié)構(gòu) 子葉功能

【摘要】：生活史對策與植物功能性狀研究是當前生態(tài)學和全球變化的熱點領(lǐng)域。子葉是種子及幼苗的重要組成部分,子葉生長是種群生活史的重要階段。子葉生長過程中的不同階段,為適應(yīng)生存環(huán)境,必然會形成不同的生態(tài)適應(yīng)對策,即生長發(fā)育過程中的形態(tài)結(jié)構(gòu)的適應(yīng)對策,生理功能上的適應(yīng)對策,遺傳分子方面的適應(yīng)對策。因此,利用植物子葉形態(tài)發(fā)育和生理生活史策略來研究植物生態(tài)適應(yīng)機制,不僅填補了該領(lǐng)域研究的空白,而且為植物生態(tài)適應(yīng)性研究提供了新的數(shù)據(jù)資料和新理論。本研究沿著子葉在胚中發(fā)育、生長到成熟這一生活史,從種胚如何吸收營養(yǎng)、不透水種皮的特殊阻水結(jié)構(gòu)分析,到子葉胚在什么條件下如何生長,直到子葉出土,分別通過研究結(jié)構(gòu)性狀討論不同功能群C3、C4子葉和真葉的結(jié)構(gòu),分析不同功能群的子葉和真葉的生理性狀,到研究幼苗子葉功能性狀以及與環(huán)境的適應(yīng)性,延伸討論了子葉的形態(tài)和分子防御機制,將基礎(chǔ)研究與應(yīng)用研究相結(jié)合,所得結(jié)論對植物種群演化、群落更新、演替及植被恢復(fù)起到關(guān)鍵作用。本文應(yīng)用掃描電鏡分析技術(shù),分析種胚吸收營養(yǎng)的通道和透水種皮結(jié)構(gòu)；應(yīng)用培養(yǎng)不完全胚、發(fā)芽技術(shù)和顯微鏡技術(shù)觀察胚生長,分析種子休眠特性；應(yīng)用超薄切片技術(shù)和C、N同位素測定技術(shù),分析子葉的結(jié)構(gòu)和生理性狀；應(yīng)用野外實驗和室內(nèi)形態(tài)、生理指標測定的方法,分析子葉功能性狀對不同環(huán)境的響應(yīng)；用電鏡觀察和分子生物學技術(shù),分析子葉的防御功能。結(jié)果如下：1.通過對開花后各期的種柄進行觀察,發(fā)現(xiàn)成熟的樹錦雞兒種柄主要由導管分子、厚壁細胞和薄壁細胞構(gòu)成。在種柄與種子的連接處,長形細胞排列形成一個環(huán)帶,環(huán)帶中央由兩層厚壁細胞形成面積很大的凹陷深入在種子內(nèi)部,起固定種子生長的作用。環(huán)帶中部的開口在種子發(fā)育初期時閉合,隨著種子的成熟,開口變大。物質(zhì)運輸具有具有兩條途徑,均是從種柄開始,一是從種皮進入到胚中,二是直接進入胚內(nèi)。種柄中的導管密集,細胞壁次生加厚方式主要為網(wǎng)紋加厚,種子內(nèi)部導管的細胞壁次生加厚方式為環(huán)紋或螺紋加厚,導管的形態(tài)特征與其功能是相適應(yīng)的。2.刻畫吸水與不吸水種皮和種孔結(jié)構(gòu),揭示阻水結(jié)構(gòu)和吸水過程。發(fā)現(xiàn)在吸水種子的種皮中種孔是開放的,種皮的不透水性是因為骨狀石細胞阻礙水分吸收,且骨狀石細胞近胚一側(cè)是親水的,而另一側(cè)是疏水的。不透水的種皮可以使種子休眠,胚在休眠期內(nèi)無法生長發(fā)育。3.具有發(fā)育不完全的竹片狀的胚的生長,影響了種子的發(fā)芽特性,需要合適的發(fā)芽條件才能萌發(fā)。以藍靛果忍冬為例,具有形態(tài)生理休眠,最適發(fā)芽溫度25/15℃和300ppmGA處理可促進種胚生長發(fā)育。4.觀察子葉和真葉的顯微結(jié)構(gòu),將圓葉牽牛的子葉結(jié)構(gòu)視為標準的C3子葉結(jié)構(gòu),將莧的子葉結(jié)構(gòu)視為標準的C4子葉結(jié)構(gòu)。玉米的真葉是標準的C4結(jié)構(gòu)即具有花環(huán)結(jié)構(gòu),而沒有花環(huán)結(jié)構(gòu)的子葉通過δ13C值測定其具有C4光合作用。而真葉和子葉都沒有花環(huán)結(jié)構(gòu)的植物如馬齒莧也可以具有較先進的C4光合功能。玉米的δ15N同位素比值較高,且子葉δ15N同位素高于真葉,正反應(yīng)了較進化的單子葉C4植物對環(huán)境因子的高適應(yīng)度。C3植物和C4植物的δ13C值區(qū)分明顯,同種植物子葉和真葉間δ13C值差異較小。5.不同埋深和遮光條件對子葉具有一定影響,而子葉也會改變其性狀適應(yīng)不同環(huán)境。種子埋深和遮光處理對子葉的含磷量和含氮量有顯著的影響,遮光埋深3 cm處理后,子葉N、P含量增高。子葉厚度隨種子埋深的增加而降低,相同種子埋深出土幼苗的子葉厚度隨光照強度的減弱而顯著降低。種子埋深處理對比葉面積有顯著的影響,比葉面積隨著埋深的增加而升高。相同埋深處理下減弱光照強度的條件下,顯著增加植物幼苗的比葉面積。單子葉植物子葉P含量和子葉厚雙子葉植物,單子葉植物的干物質(zhì)含量和比葉面積雙子葉植物。6.蘿卜、白菜的出土時間基本一致,出土后的幼苗被蟲破壞率均很低,當一片真葉出現(xiàn)時,子葉被蟲破壞率增長。白菜子葉的自我防御能力較蘿卜稍高。白菜完好的子葉上、下表皮氣孔形態(tài)均為內(nèi)陷型,氣孔的保衛(wèi)細胞有少許腺體。而被啃食的子葉氣孔是外凸型,并有大量復(fù)式氣孔,并且有大量白色腺體出現(xiàn),推斷是化學物質(zhì),屬于化學防御。蘿卜完好子葉和受損子葉上、下表皮氣孔形態(tài)均為內(nèi)凹型,但是完好子葉的上下表皮顆粒多于受損子葉。被啃食的子葉的上表皮表皮毛明顯增多且長,表皮毛上并有顆粒狀附著體,屬于形態(tài)防御。7.子葉中具有與植物體的抗病途徑相關(guān)OsPR1b基因,并找到其互作因子誘導其產(chǎn)生防御功能。外源施加茉莉酸(JA)和乙烯(ET)可以顯著增加OsPR1b基因的表達量,從而增加子葉的抗病功能。因此,本研究首次系統(tǒng)地圍繞子葉的生長和功能性狀展開研究,并結(jié)合先進的研究方法,得出創(chuàng)新的子葉生態(tài)適應(yīng)對策及子葉功能基礎(chǔ)理論。
【關(guān)鍵詞】：生活史對策 子葉生長 功能性狀 C_3、C_4子葉結(jié)構(gòu) 子葉功能
【學位授予單位】：東北師范大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2015
【分類號】：Q945
【目錄】：

• 中文摘要4-7
• Abstract7-14
• 第一章 引言14-27
• 1.1 立題依據(jù)14-17
• 1.1.1 子葉的重要性14-15
• 1.1.2 種胚生長發(fā)育的重要性15
• 1.1.3 植物功能性狀15-16
• 1.1.4 影響子葉生長的環(huán)境因素16-17
• 1.2 研究進展17-25
• 1.2.1 子葉生長的研究進展17-22
• 1.2.2 種胚生長發(fā)育的研究進展22
• 1.2.3 植物功能性狀的研究進展22-25
• 1.3 研究意義25
• 1.4 研究目的和研究框架25-27
• 1.4.1 研究目的25
• 1.4.2 研究框架25-27
• 第二章 種胚從母株吸收營養(yǎng)通道的結(jié)構(gòu)分析27-37
• 2.1 前言27-28
• 2.2 材料與方法28
• 2.2.1 材料的收集與處理28
• 2.2.2 掃描電鏡生物樣品制備28
• 2.3 結(jié)果與分析28-35
• 2.3.1 珠柄的形態(tài)結(jié)構(gòu)28-29
• 2.3.2 種柄基部形態(tài)結(jié)構(gòu)29-30
• 2.3.3 光合產(chǎn)物的傳送通道30-31
• 2.3.4 物質(zhì)輸送途徑31-32
• 2.3.5 導管的形態(tài)32-34
• 2.3.6 種子內(nèi)部導管分布和形態(tài)34-35
• 2.4 討論與結(jié)論35-37
• 2.4.1 討論35-36
• 2.4.2 結(jié)論36-37
• 第三章 吸水種皮和不吸水種皮結(jié)構(gòu)對比研究37-46
• 3.1 前言37-38
• 3.2 材料與方法38-39
• 3.2.1 植物材料38
• 3.2.2 種子吸水實驗38
• 3.2.3 種皮的解剖實驗38-39
• 3.2.4 吸水種子內(nèi)的骨狀石細胞的吸水特性實驗39
• 3.2.5 吸水途徑測定實驗39
• 3.3 結(jié)果與分析39-44
• 3.3.1 種子吸水39-40
• 3.3.2 兩個類型種皮細胞結(jié)構(gòu)的差異40-42
• 3.3.3 兩個類型種孔的形態(tài)差異42-43
• 3.3.4 骨狀石細胞的不吸水性43
• 3.3.5 染色追蹤43-44
• 3.4 討論與結(jié)論44-46
• 3.4.1 討論44-45
• 3.4.2 結(jié)論45-46
• 第四章 種子發(fā)芽過程中的胚生長和休眠特性研究46-59
• 4.1 前言46-47
• 4.2 材料與方法47-51
• 4.2.1 植物材料47-48
• 4.2.2 方法48-51
• 4.3 結(jié)果與分析51-57
• 4.3.1 胚生長51-55
• 4.3.2 發(fā)芽特性55-57
• 4.4 討論與結(jié)論57-59
• 4.4.1 討論57-58
• 4.4.2 結(jié)論58-59
• 第五章 C_3、C_4植物幼苗子葉和真葉功能結(jié)構(gòu)對比研究59-71
• 5.1 前言59-60
• 5.2 材料與方法60-61
• 5.2.1 植物材料60
• 5.2.2 解剖觀察60
• 5.2.3 碳同位素比值和氮同位素比值的測定60-61
• 5.3 結(jié)果與分析61-67
• 5.3.1 子葉與真葉的顯微結(jié)構(gòu)61-64
• 5.3.2 碳同位素比值的測定(δ~(13)C)64-65
• 5.3.3 氮同位素比值的測定(δ~(15)N)65-67
• 5.4 討論與結(jié)論67-71
• 5.4.1 討論67-68
• 5.4.2 結(jié)論68-71
• 第六章 埋深和遮光對子葉功能性狀影響的研究71-78
• 6.1 前言71-72
• 6.2 材料與方法72-74
• 6.2.1 實驗材料72
• 6.2.2 實驗方法72
• 6.2.3 測量指標72-74
• 6.2.4 數(shù)據(jù)分析74
• 6.3 結(jié)果與分析74-76
• 6.3.1 不同種子埋深與光照對子葉性狀的影響74-76
• 6.3.2 子葉性狀特征76
• 6.4 討論與結(jié)論76-78
• 6.4.1 討論76-77
• 6.4.2 結(jié)論77-78
• 第七章 子葉形態(tài)防御與化學防御的研究78-84
• 7.1 前言78-79
• 7.2 材料和方法79
• 7.2.1 植物材料與調(diào)查79
• 7.2.2 掃描電子顯微鏡觀察79
• 7.3 結(jié)果與分析79-83
• 7.3.1 野外調(diào)查79-80
• 7.3.2 電鏡觀察80-83
• 7.4 討論與結(jié)論83-84
• 7.4.1 討論83
• 7.4.2 結(jié)論83-84
• 第八章 子葉防御功能分子水平機制研究84-91
• 8.1 前言84-85
• 8.2 材料與方法85-86
• 8.2.1 酵母雙雜交試驗85-86
• 8.2.2 載體構(gòu)建和植物轉(zhuǎn)化86
• 8.2.3 植物材料的繁殖和病原菌的接種86
• 8.2.4 半定量PCR和定量PCR86
• 8.3 結(jié)果與分析86-89
• 8.3.1 寄主互作因子的篩選86-88
• 8.3.2 OsPR1b純合體植株的獲得88
• 8.3.3 OsPR1b的誘導表達特性88-89
• 8.4 討論與結(jié)論89-91
• 8.4.1 討論89-90
• 8.4.2 結(jié)論90-91
• 第九章 結(jié)論91-94
• 9.1 本研究的主要結(jié)論91-92
• 9.2 本研究的創(chuàng)新點92-93
• 9.3 本研究存在的問題93-94
• 參考文獻94-112
• 致謝112-114
• 在學期間公開發(fā)表論文及著作情況114

【參考文獻】

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