小麦与叶锈菌互作中细胞程序性死亡的研究
【摘要】：
本实验利用显微技术及透射电镜技术对小麦与叶锈菌(不同亲和程度)互作过程中小麦叶肉细胞的超微结构进行了细致的观察，结合琼脂糖凝胶电泳技术、原位检测技术对小麦与叶锈菌互作过程中寄主核DNA的生化特征进行系统分析，结果表明小麦与叶锈菌不亲和(洛夫林10×162)互作的HR属植物PCD的范畴。主要实验结果如下：
1．光学显微镜观察结果表明：在小麦与叶锈菌互作的不亲和组合中，菌丝生长缓慢，菌丝量较少，小麦叶肉细胞结构从12h开始出现变化，主要表现在叶绿体位置移动、形状变化及其后期的近乎解体以及细胞核的早期形状变化到最后的完全消失。接种后72h，菌丝周围叶肉细胞形状模糊，细胞内细胞器稀少，这些细胞可能趋于死亡。在亲和组合中，菌丝生长迅速，并在胞间隙中大量蔓延繁殖，而寄主细胞结构变化不大，只是偶尔见到细胞内个别叶绿体发生变形和位置移动，这说明锈菌菌丝的扩张还未对寄主细胞造成明显影响。
2．电子显微镜观察结果表明：在不亲和组合中，侵染早期(接种后8h-24h)小麦叶肉细胞核变形，核内染色质发生凝聚，并聚于细胞核边缘。叶绿体膨胀成圆球形，内部基粒排列松散，结构紊乱，但线粒体结构仍保持完整。侵染后期(接种后72h)，细胞核、叶绿体已完全解体，唯有线粒体双层膜结构较完整，但其嵴突已发生解体。内质网和液泡共同行使溶酶体功能，吞噬着各种细胞器片段及原生质组分。但细胞质膜始终保持着形态上的完整性。不亲和组合小麦叶肉细胞在超微结构水平的变化显示出植物PCD的部分形态特征。在亲和组合中，接种后8、12h，寄主细胞的超微结构变化不大；接种后24h，叶绿体膨胀变形，叶绿体片层结构轻微零乱，被侵染细胞质膜下陷；接种后72h，细胞核发生变形，叶绿体继续膨胀但基粒排列稍松散，淀粉粒数目增多，线粒体嵴突已发生退化，只有双层膜结构。
3．DNA特异片段化是PCD的典型生化特征，不亲和组合小麦叶片在接种后24h观察到了DNA梯状条带(DNA Ladder)，但以接种后72h DNA梯状图谱最为清晰；而亲和组合的叶片、健叶细胞、叶锈菌162孢子的DNA没有检测到梯状条带。
4．不亲和组合接种后12h被叶锈菌侵染的叶肉细胞及其周围的少数细胞经TUNEL检测结果均为阳性，细胞核被染成黄褐色，证明了核DNA发生断裂。而离侵
河北农业大学硕士学位论文
染部位较远的细胞，检测结果呈阴性反应。
综上所述，在小麦与叶锈菌互作的不亲和组合中，核染色质凝聚细胞核变形、
解体；叶绿体解体；线粒体最后消失；内质网、液泡消化分解细胞质、细胞器；
琼脂糖凝胶电泳出现DNA Ladder；原位标记检测结果阳性。这些结果证明了小麦
与叶锈菌互作过程中的HR属植物PCD范畴，而亲和组合中，这些特征不明显，
出现时间也比不亲和组合晚两天以上。亲和组合中出现的个别细胞死亡是否具有
PCD性质，还有待进一步的研究确定。
【关键词】：小麦 叶锈菌 过敏反应 细胞程序性死亡 【学位授予单位】：河北农业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2002
【分类号】：S435.121
【目录】：
- 中文摘要6-8
- 缩写表8-9
- 文献综述9-21
- 1． 细胞程序性死亡概述9
- 2． 细胞程序性死亡的特征及研究方法9-10
- 2．1 PCD的一般特征9-10
- 2．2 PCD的研究方法10
- 3． 植物细胞程序性死亡的分子机制与调控10-14
- 3．1 植物细胞程序性死亡的信号转导11-13
- 3．2 植物细胞程序性死亡的基因调控13-14
- 3．3 植物细胞程序性死亡的相关蛋白14
- 4． 植物正常发育中的细胞程序性死亡14-16
- 4．1 植物的营养生长与PCD15
- 4．2 植物的生殖生长与PCD15-16
- 5． 植物与病原物互作中的细胞程序性死亡16-21
- 5．1 HR属于PCD范畴的证据17-19
- 5．2 HR中的PCD诱导因子19-20
- 5．3 过敏反应的可能调控途径及其与细胞PCD的关系20-21
- 引言21-22
- 材料与方法22-25
- 1． 供试品种与叶绣菌菌种22
- 2． 幼苗培育与接种22
- 3． 电镜样品制备22-23
- 4． 小麦叶片、叶锈菌DNA的提取和琼脂糖凝胶电泳分析23
- 5． 末端脱氧核糖核酸转移酶（TdT）介导的3'-OH末端标记检测23-25
- 结果与分析25-43
- 1． 小麦健叶的结构特点25
- 2． 叶锈菌侵染后对小麦细胞结构的影响25-40
- 2．1 光镜下小麦叶肉细胞的结构特点25-30
- 2．2 电镜下小麦叶肉细胞的结构特点30-40
- 3． 叶锈菌侵染对小麦细胞核内DNA的影响40-43
- 3．1 DNA梯状图谱40-41
- 3．2 核DNA断裂程度的显示41-43
- 讨论43-53
- 1． 叶锈菌侵染对小麦叶肉细胞结构的影响43-46
- 1．1 不亲和互作中小麦叶肉细胞结构的变化特点43-45
- 1．2 亲和互作中小麦叶肉细胞结构的变化特45-46
- 2． 小麦与叶锈菌互作的HR属植物PCD范畴46-48
- 2．1 DNA Ladder的形成46-47
- 2．2 原位末端标记的结果47-48
- 3． 小麦与叶锈菌不亲和互作的PCD过程中寄主细胞原生质组分降解的主要方式及其趋向48-49
- 4． 小麦与叶锈菌互作过程中PCD被启动的可能信号分子49-51
- 4．1 Ca~（2+）可能是小麦与叶锈菌互作中PCD发生的诱导信号50
- 4．2 活性氧（AO）突发很可能介导HR中PCD的发生50-51
- 4．3 细胞色素C可能是诱导植物PCD的重要因子51
- 5． 植物细胞过敏反应、动物细胞凋亡和坏死形态学和生理学方面的比较51-52
- 6． 小麦与叶锈菌互作是研究植物PCD的良好体系52-53
- 结论53-54
- 参考文献54-63
- 英文摘要63-65
- 致谢65
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