【摘要】：小麥是世界上最重要的糧食作物之一。在小麥穎果發(fā)育過程中,根據養(yǎng)分的生產、運輸和積累特點,可將穎果劃分為養(yǎng)分運輸組織、養(yǎng)分貯藏組織和果皮組織,這三種組織相互協調發(fā)展,共同決定小麥穎果的發(fā)育狀況。氮素是影響小麥穎果發(fā)育最活躍的營養(yǎng)元素,對小麥品質性狀形成具有重要作用。干旱是小麥最主要的非生物逆境脅迫因子之一,嚴重影響小麥生長發(fā)育。本文綜合運用各類顯微鏡觀察、生理生化測定、理化性質測定、品質分析、轉錄組測序和蛋白質組學分析等手段對小麥穎果各組織的發(fā)育規(guī)律、相互關系及其對氮素和干旱脅迫的響應特征進行了研究,主要結果如下：1.小麥穎果養(yǎng)分運輸組織的結構發(fā)育及其與養(yǎng)分貯藏組織發(fā)育的關系(1)小麥穎果養(yǎng)分運輸組織由母體和子代養(yǎng)分運輸組織構成,其中母體組織包括維管束、合點和珠心突起傳遞細胞；子代組織包括糊粉層傳遞細胞、胚乳傳遞細胞、胚乳輸導細胞和糊粉層。(2)成熟穎果養(yǎng)分貯藏組織為子代組織,由胚和中央胚乳組成。(3)卸載至質外體腔的養(yǎng)分經三條途徑到達子代組織：第一條是經糊粉層傳遞細胞、胚乳傳遞細胞和胚乳輸導細胞／胚周圍組織到達胚；第二條是經質外體空間運向胚乳的周圍,再經糊粉層運向中央胚乳和胚；第三條是經糊粉層傳遞細胞和胚乳傳遞細胞到達中央胚乳中。(4)養(yǎng)分運輸組織的發(fā)育過程呈現時空變化,同時與胚和胚乳相互協調發(fā)育。(5)與糯性小麥相比,非糯小麥穎果的珠心突起傳遞細胞、糊粉層傳遞細胞和胚乳傳遞細胞等細胞比較發(fā)達,導致粒重較高。2.小麥果皮發(fā)育及其淀粉體的積累和降解特征(1)小麥果皮具有生產和臨時貯藏養(yǎng)分的功能。根據果皮的結構和生理特征,我們將它的發(fā)育過程劃分為四個時期,即生長期、形成期、消失期和成熟期。不同小麥品種不同部位果皮發(fā)育進程及其淀粉積累量存在明顯差別。(2)與胚乳淀粉相比,小麥果皮淀粉以復粒淀粉為主,形狀不規(guī)則,粒度小,儲存在淀粉體或葉綠體中；果皮中鈣、鋅、鐵、鉀等元素的含量明顯高于胚乳;果皮淀粉的合成和降解與葡萄糖焦磷酸化酶、顆粒結合淀粉合成酶以及AMY基因的表達量變化相關；發(fā)育后期的果皮中直鏈淀粉含量低于發(fā)育前期,而相對結晶度高于發(fā)育前期,淀粉粒表層短程結構有序度在果皮的發(fā)育過程中無明顯變化。(3)與水稻和玉米相比,小麥果皮中淀粉體積累特征存在明顯差別：小麥背部和腹部果皮都積累小顆粒淀粉,而水稻和玉米只在背部外果皮中積累；小麥和水稻果皮淀粉粒會在葉綠體中積累,而在黑暗中發(fā)育的玉米果皮淀粉粒不會在葉綠體積累；小麥果皮淀粉為單�；驈土５矸�,呈球形和不規(guī)則形,而水稻和玉米果皮均為復粒淀粉,呈不規(guī)則形或多面體形。3.施氮對小麥胚乳蛋白體發(fā)育及淀粉體空間分布特征的影響(1)施氮能改變蛋白體的聚積方式。對照組胚乳細胞中蛋白體較小,呈散點狀無序分布在胚乳細胞中,而施氮組胚乳細胞中蛋白體較大,以蛋白聚集體的形式分布在胚乳細胞的特定區(qū)域。(2)施氮顯著提高了胚乳細胞中蛋白體的數量和相對面積,品種間對施氮響應程度表現為強筋小麥徐麥30弱筋小麥揚麥13,胚乳不同部位的響應程度表現為背部胚乳腹部胚乳。(3)胚乳不同部位淀粉體分布特征及對氮素響應存在差異：腹部和背部近糊粉層胚乳淀粉體分布特征類似,腹部和背部中央胚乳淀粉體分布特征類似,而胚乳傳遞細胞淀粉體的分布特征與上述四個部位顯著不同,不同部位胚乳中淀粉體密度表現為腹部近糊粉層胚乳腹部中央胚乳背部近糊粉層胚乳背部中央胚乳胚乳傳遞細胞；對于腹部和背部胚乳而言,施氮提高了近糊粉層胚乳中A-和B-型淀粉體的密度及中央胚乳中B-型淀粉體的密度,但降低了中央胚乳A-型淀粉體的密度和胚乳傳遞細胞中A-型和B-型淀粉體的密度。以上結果表明,孕穗期施氮提高了蛋白體的積累量,增加了小淀粉體的密度,降低了大淀粉體的密度,同時穎果不同部位表現出不同的響應程度。4.施氮對小麥胚乳貯藏蛋白的合成、組分及加工品質的影響(1)花后7天有3483個差異表達轉錄本和169個差異表達蛋白,花后18天有3084個差異表達轉錄本和154個差異表達蛋白,部分差異表達轉錄本參與了蛋白質的合成過程；(2)花后7天和18天大部分差異表達的小麥貯藏蛋白發(fā)生上調,包括醇溶蛋白、高分子量谷蛋白亞基、低分子量谷蛋白亞基;實時熒光定量PCR分析表明,編碼這些貯藏蛋白的轉錄本發(fā)生了差異表達,大部分轉錄本和蛋白的表達趨勢一致;(3)相關性分析表明,花后7天施氮／對照和花后18天施氮／對照分別匹配到1162和1063個轉錄本-蛋白對,轉錄本在轉錄和蛋白水平的表達相關性很低。(4)施氮影響小麥蛋白質組成和品質性能,不僅提高了小麥穎果不同發(fā)育階段的醇溶蛋白、谷蛋白和貯藏蛋白含量,而且提高了小麥面筋含量、吸水率、穩(wěn)定時間和彈性等加工品質指標。以上結果表明,施氮是通過改變參與蛋白質合成的轉錄本的表達量和蛋白水平貯藏蛋白的的表達來提高貯藏蛋白質含量和改善加工品質的。5.干旱脅迫對小麥胚乳蛋白體和淀粉體的發(fā)育及淀粉理化性質的影響(1)花后12天到38天,胚乳中蛋白質含量呈先降后升的變化趨勢,近糊粉層胚乳中蛋白體的積累量高于中央胚乳,強筋小麥徐麥33蛋白體積累量和蛋白質含量高于弱筋小麥寧麥13；干旱脅迫能顯著增加背部和腹部胚乳中蛋白體的尺寸和相對面積。(2)干旱脅迫分別增加了花后12天小麥胚乳中A-型淀粉體的尺寸和花后18天胚乳中B-型淀粉體的比例,降低了寧麥13成熟籽粒淀粉中B一型淀粉粒的比例,增加了徐麥33成熟籽粒淀粉中表面帶凹陷的A-型大淀粉粒數目,同時也降低了千粒重、籽�？偟矸邸⒅辨湹矸酆亢椭辨�/支鏈淀粉比例。(3)干旱脅迫影響了籽粒淀粉的理化性質。干旱脅迫提高了徐麥33淀粉的膨脹勢、峰值粘度和低谷粘度,提高了寧麥13淀粉的峰值粘度、低谷粘度和崩解值。干旱脅迫提高了寧麥13淀粉α-淀粉酶的水解率,降低了葡萄糖淀粉酶和鹽酸的水解率,而對徐麥33淀粉的水解率影響較小。干旱脅迫還改變了兩個小麥品種天然淀粉、糊化淀粉和回生淀粉中快速消化淀粉、慢速消化淀粉和抗性淀粉的含量。本研究揭示了小麥穎果各類組織的發(fā)育特點及其相互關系,闡明了氮素和干旱脅迫對小麥穎果發(fā)育的響應特征。研究結果不僅豐富了植物學、細胞生物學和發(fā)育生物學等學科的理論知識,深化了小麥穎果發(fā)育規(guī)律、籽粒品質形成機理和調控機制的研究,而且為小麥籽粒生長發(fā)育和品質性狀的肥水調控途徑提供了理論依據。
【圖文】：

ｅ；邋ＴＷ，化ｉｃｋｅｎｅｄ邋ｗａｌｌ；邋ｕＮＦ＊，ｕｐｐｅｒ邋ｎｕｃｅｌｌａｒ邋ｐｒｏｊｅｃｔｉｏｎ；邋Ｖａ，ｖａｃｕｏｉｅ；邋ＶＢ，ｖａｓｃｕｌａｒ邋ｂｕｎｄｌｅ；邋ＶＰ，邋ｖａｓｃｕｌａｒ逡逑ｐａｒｅｎｃｈｙｍａ．邋Ｓｃａｌｅ邋ｂａｒｓ：邋（Ａ）邋３００邋［ｉｍ，巧－Ｇ）邋２０邋叫ｎ逡逑花后９天，穎果進一步發(fā)育（圖２－４Ａ），折痕區(qū)域的篩管數目X椉傭鼙”諳赴南稿義習聳考跎伲ㄍ跡玻辭傘：系閬赴南赴撕拖赴式徊較В╓２－４Ｃ）。珠也突起細胞逡逑分化成上、中、下部珠也突起，上部珠屯、突起細胞變小，中部珠屯、突起細胞變大而下部珠逡逑屯、突起細胞完全分化成珠屯、突起傳遞細胞，具加厚的細胞壁（圖２－４Ｄ）。這種具加厚細胞壁逡逑的珠屯、突起細胞被認為具有養(yǎng)分卸載功能（Ｗａｎｇ邋ｅｔ邋ａｌ．邋１９９４）。正對胚乳腔的胚現細胞開始逡逑分化成糊粉層傳遞細胞，它也具有加厚的細胞壁（圖２－４巧。中央胚乳細胞的細胞核開始調逡逑亡

邐余徐潤小麥穎果發(fā)巧及其對l#素和干早脅迫響應的研究邐逡逑（Ａ）邋ＬｏｎｇＵｕｄｉｎａｌ邋ｓｅｃｔｉｏｎ邋ｏｆ邋ｃａｒｙｏｐｓｉｓ．邋（Ｂ）邋ＬｏｎｇｉＵｉｄｉｎａｌ邋ｓｅｃｔｉｏｎ邋ｏｆ邋ｃａｒｙｏｐｓｉｓ邋Ｓ化ｉｎｅｄ邋ｗｉ化邋ＶＫＩ．邋Ｔｈｅ邋ｂｌａｃｋ邋ｐａｒｔｓ逡逑ａｒｅ邋出ｅ邋ｐｏｓｉｔｉｏｎｓ邋ｗｈｅｒｅ邋ｓｔａｒｃｈ邋ａｃｃｕｍｕｌａｔｅｄ．邋（Ｃ）邋Ｅｎｄｏｓｐｅｒｍ邋ｃｅｌｌｓ邋ｉｎ邋ｈｉｇｈ邋ｍａｇｎｉｆｉｃａｔｉｏｎ邋ｗｉｔｈ邋ａ邋ｓｑｕａｒｅ邋ｉｎ邋Ｂ．邋（Ｄ）逡逑Ｃｏｎｄｕｃｔｉｎｇ邋ｃｅｌｌ邋ａｎｄ邋ｄｅｇｒａｄａｔｉｖｅ邋ｔｉｓｓｕｅ邋ｓｕｒｒｏｕｎｄｉｎｇ邋ｅｍｂｒｙｏ邋ｉｎ邋ｈｉｇｈ邋ｍａｇｎｉｆｉｃａｔｉｏｎ邋ｗｉｔｈ邋ａ邋ｓｑｕａｉ＊ｅ邋ｉｎ邋Ａ．邋（Ｅ）邋ＳＥＭ逡逑ｉｍａｇｅ邋ｏｆ邋ｃｏｎｄｕｃｔｉｎｇ邋ｃｅｌｌ．邋（Ｆ）邋ＴＥＭ邋ｉｍａｇｅ邋ｏｆ邋ｃｏｎｄｕｃｔｉｎｇ邋ｃｅｌｌ邋ｗａｌｌ邋ｗｉｔｈ邋ｌｏｗ邋ｍａｇｎｉｆｉｃａｔｉｏｎ．邋Ｂｌａｃｋ邋ａｒｒｏｗｈｅａｄｓ逡逑ｓｈｏｗ邋ｄｅｎｓｅ邋ｃｙＵ）ｐｌａｓｍ邋ｏｎ邋化ｅ邋ｂｏｔｈ邋ｓｉｄｅｓ邋ｏｆ邋化ｅ邋ｃｏｎｄｕｃｔｉｎｇ邋ｃｅｌｌ邋ｗａｌｌ．邋（Ｇ）邋ＴＥＭ邋ｉｍａｇｅ邋ｏｆ邋ｃｏｎｄｕｃｔｉｎｇ邋ｃｅｌｌ邋ｗａｌｌ逡逑ｗｋｈ邋ｈｉｇｈ邋ｍａｇｎｉｆｉｃａｔｉｏｎ．邋ＣＭ，，邋ｃｅｌｌｕｌｏｓｅ邋ｍｉｃｒｏｆｉｂｒｉｌ；邋ＣNB邋ｃｙｔｏｐｌａｓｍ；邋ＣＷ，邋ｃｅｌｌ邋ｗａｌｌ；邋ＥＣＣ，邋ｅｎｄｏｓｐｅｒｍ逡逑ＣＯ打ｄｕｃｔｉｎｇ邋ｃｅｌｌｓ；邋Ｅｍ，邋ｅｍｂｒｙｏ；邋Ｎｕ，ｎｕｃｌｅｕｓ；邋Ｓｃ，邋ｓｃｕｔｅｌｌｕｍ；邋ＣＥ，邋ｃｅｎｔｅｒ邋ｅｎ
【學位授予單位】：揚州大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：S512.1


本文編號：2576003