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《北京林业大学》 2011年
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利用X射线对木质部管状细胞中的空穴化的实证研究

李星月  
【摘要】:空穴化影响着维管植物水分运输,是植物生理生态的重要影响因素。日常空穴化起源于空气接种,然而学者们对于气泡进入管状细胞以后的空穴化过程却存在着不同的见解。一些学者提出空穴化过程是气泡瞬时扩大的过程,也有学者认为空穴化过程是气泡逐渐长大的过程。由于缺乏合适的研究手段,至今还没有明确的实验证据证明或者推翻这些假说。基于空气接种学说,导师通过理论分析,提出了与木质部初水势范围对应的3种空穴化的方式。其中第三种类型——气泡一旦进入管状细胞后立即爆炸而导致空穴化,是日常普遍发生的方式。 在上述理论的指导下,本研究采用同步辐射X射线相称成像显微法(X-ray Phase Contrast Microscopy, XPCM),观测玉米、水稻、小麦等叶片导管内空穴化的发生过程,进而分析空穴化的发生机制。在进行XPCM实验之前,本文首先利用石蜡切片法观察玉米、水稻、竹子等叶片的显微结构,然后用小液流法确定叶片的初始水势,并测试了玉米和水稻中由于空穴化产生的超声发射概率较大的时间段,以缩小X射线显微拍摄的时间范围。在前期实验的基础上,通过连续拍摄XPCM图像记录水稻和玉米叶片的失水过程,以捕捉空穴化事件的发生过程。 本论文在玉米和水稻样品的XPCM图片中均捕捉到了气泡瞬间扩大的空穴化过程,其中的瞬间空穴化过程与第三种类型—即当木质部压力势在Pl'≤-3P0(Po为大气压)的情况相吻合;在玉米长时间的对比图片中推测存在气泡逐渐长大的过程,其显示的逐渐过程与第一种和第二种类型的后一阶段相吻合。第三种类型发生的情况比第一种和第二种类型发生的概率大,这也和理论所预测的第三种类型是日常空穴化普遍发生方式相符。通过获取不同区域在光照前后数小时的XPCM图像,得到了整个样品中更多的空穴化发生的信息。
【关键词】:空气接种 空穴化过程 水稻叶片 玉米叶片 X射线相称成像显微法
【学位授予单位】:北京林业大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2011
【分类号】:Q942
【目录】:
  • 摘要3-4
  • ABSTRACT4-5
  • 目录5-7
  • 第一部分 前言7-18
  • 1.1 引论7
  • 1.2 植物中的空穴化、栓塞和栓塞修复7-9
  • 1.2.1 空穴化与栓塞的发现8
  • 1.2.2 栓塞修复8-9
  • 1.3 木质部管状细胞中空穴化发生机制及影响因素9-12
  • 1.3.1 木质部管状细胞9-10
  • 1.3.2 木质部空穴化的诱因10-11
  • 1.3.3 木质部空穴化的发生机制11-12
  • 1.3.4 影响空穴化发生的因素12
  • 1.4 空穴和栓塞化的研究方法12-15
  • 1.4.1 超声检测12-13
  • 1.4.2 水力学测定13-14
  • 1.4.3 解剖法14
  • 1.4.4 同步辐射X射线微观成像技术14-15
  • 1.5 空穴化对植物的影响15-17
  • 1.5.1 空穴化对植物生理的影响15-16
  • 1.5.2 空穴化对植物生态分布的影响16
  • 1.5.3 空穴化与植物抗旱性之间的关系16-17
  • 1.6 本研究主要内容与目的17-18
  • 第二部分 3种空穴化类型和切片实验基础18-20
  • 2.1 理论分析得出的3种空穴化类型18-19
  • 2.2 空穴化过程的切片实验19-20
  • 第三部分 利用X射线显微成像技术观察空穴化过程20-40
  • 3.1 材料的选择与准备20
  • 3.2 实验方法与步骤20-25
  • 3.2.1 技术路线20-21
  • 3.2.2 石蜡切片观察叶片结构21
  • 3.2.3 超声波测试空穴化发生时间21-22
  • 3.2.4 X射线相称成像显微法22-25
  • 3.2.4.1 X射线相称成像显微法原理22-24
  • 3.2.4.2 选择合适的成像条件24-25
  • 3.3 实验结果25-40
  • 3.3.1 石蜡切片实验结果25-26
  • 3.3.2 超声实验结果26-27
  • 3.3.3 利用小液流法粗略地估计叶片成像前的水势27
  • 3.3.4 XPCM前期实验小结27-28
  • 3.3.5 X射线相称成像显微法观察空穴化事件发生28-40
  • 3.3.5.1 选择合适的成像分辨率和成像部位28-30
  • 3.3.5.2 采用X射线相称成像显微法捕捉空穴化瞬时发生过程30-36
  • 3.3.5.3 采用X射线相称成像显微法捕捉空穴化逐渐发生过程36-37
  • 3.3.5.4 采用X射线相称成像显微法捕捉样品多处空穴化逐渐发生过程37-40
  • 第四部分 结论与讨论40-42
  • 4.1 实验结论40-41
  • 4.2 不足与建议41
  • 4.3 发展与展望41-42
  • 附录42-46
  • 参考文献46-51
  • 个人简介51-52
  • 导师简介52-53
  • 致谢53

【参考文献】
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