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黄瓜“花打顶”形态、解剖、细胞学特征及相关基因的分离与鉴定

李志英  
【摘要】: 黄瓜“花打顶”是黄瓜生产上普遍存在的一种生理异常现象,给黄瓜生产造成了较为严重的经济损失。但迄今为止,对黄瓜“花打顶”的研究仅限于对其表面现象的分析,未能究其本质。为从根本上解决这一问题,本研究从形态细胞学和分子生物学角度对黄瓜“花打顶”作了较为深入的探讨,以期为探明黄瓜“花打顶”的本质、研究其中的调控网络奠定基础。 一、利用光镜切片、电镜切片和扫描等方法,对“花打顶”后黄瓜的叶片、茎和茎尖等部位的形态、解剖和细胞学特征进行了分析后发现: 1.黄瓜“花打顶”后,顶部叶片面积明显减小,叶片厚度降低,上表皮细胞明显增大,而下表皮细胞相对较小,这种上下表皮细胞的不平衡发育导致了新生幼叶过早展开;叶片中栅栏组织、海绵组织的厚度以及栅栏细胞、海绵细胞的大小和排列都发生了变化,其特征近似于成熟的叶片;同时,栅栏细胞中出现了大的液泡,叶绿体被膜、液泡膜和细胞膜部分降解,叶绿体中出现较多的嗜锇颗粒,表明叶片细胞的完整性已经被破坏,也证明了叶片中的细胞早熟或早衰。叶片的气孔发育亦不正常,多数处于关闭状态,将会抑制叶片的光合作用。另外,“花打顶”黄瓜展开叶片的栅栏细胞和海绵细胞叶绿体中有较大而多的淀粉粒,阻碍了光合磷酸化和电子传递,抑制了叶片的光合作用,不能提供足够的生长和发育所需之能量,可能也是叶片早期衰老的一种表现。 2.黄瓜“花打顶”后茎细胞的长度和细胞的直径显著减小,导致茎的节间长度和直径显著减小,但幼茎中维管束的数量和维管束中具有次生增厚的导管的数目显著增加,茎厚角组织细胞的细胞壁也明显增厚,说明这些组织细胞的发育进程早于正常黄瓜,表现为早熟或早衰。 3.作为植株不断分化新原基的“加工厂”,芽顶端分生组织(SAM)在黄瓜“花打顶”中所受的影响致关重要。“花打顶”黄瓜的顶端分生组织体积减小,顶端茎细胞数量明显减少,已分化的各种原基簇生,叶原基与花原基的比例失调,SAM细胞内出现了大的液泡,质体、核和液泡的膜部分降解,观察不到清晰的内质网和细胞的分裂相,证实SAM细胞的分化能力降低,而且已经开始衰老。 二、利用mRNA差异显示技术,结合DNA和RNA分析,初步研究了可能与黄瓜“花打顶”相关的分子机制。 1.通过mRNA差异显示技术获得了正常和“花打顶”黄瓜之间的6个差异片段,其 黄瓜“花打顶”的形态、解剖、细胞学特征及相关基因的分离与鉴定 中2个为己知基因的同源片段,分别与叶绿体ATPase subunit IH和精氨酸脱梭酶(ADC) 高度同源,其余4个为未知功能的新片段。 2.利用RACE方法首次由黄瓜中分离了两个己知同源基因片段所在基因的全长CDNA 序列,分别定名为及月7’P和及刀】拟在GenBank中的注册号分别为AY274821和AY274822。 其中口2月护全长CDNA序列为755bp,5’非编码区382bp,3’非编码区130bp,编码区 243bp;乙比理夕叮全长eDNA序列为2875bp,5‘非编码区580bp,3‘非编码区144bp,编 码区2151bp。 3.乙飞洲护的表达分析结果显示石反理护在黄瓜中为单拷贝,以叶片中的表达量最高, 根中最低,具有一定的组织特异性:不同品种中山别护的表达略有差异,并不同程度地 受多种胁迫条件的影响。“花打顶”植株中及月护的表达明显减少,推测及功护参与 了一个级联反应,最终对黄瓜的生长发育产生一定的影响。 4.乙U刁DC的表达分析表明山功刀口在黄瓜中以单拷贝形式存在,在花和根中的表达量 较大,茎叶中较少,不同品种间也存在差异,对胁迫的响应各不相同,“花打顶”后其 表达量增加。进一步测定了多种情况下ADC途径中的产物多胺的含量,发现与及功DcmRNA 之间没有明显的相关性。因此,品种间乙反理DC对不同胁迫的响应差异、及功刀口的表达与 调控,尤其是乙比月那转录后酶活性的调控等有待于深入研究。 综合形态解剖和分子生物学的研究结果,推测黄瓜“花打顶”形成的可能途径之一 是:黄瓜植株多个部位感受外界胁迫产生某些信号,抑制了叶绿体ATPase的表达,从 而阻碍了ATP合成及向液泡型ATPase(V一ATPase)的传递,致使V一ATPase功能因能量 缺乏而削弱,液泡内的PH、ABA浓度、乙烯水平等和胞质内的离子浓度改变,又产生次 级信号并传递到生长发育部位,改变了细胞的生长发育程序,最终影响了植株整体形态。


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