关于谷物胚乳传递细胞发育的研究

1、关于胚乳传递细胞的发育和功能的研究姓名：郑彦坤 学号：m070562 导师：顾蕴洁摘要：胚乳传递细胞主要发生在靠近维管束的胚乳农层中，且其胚乳传递细胞是胚乳发冇过程中首先分化岀来的细 胞类塑。它们的细胞壁向胞质一侧产生许多指状突起即壁内突，形成“迷宫”状(labyrinlh)结构，质膜紧沿壁内突分布, 形成壁一膜器(wall-membrane apparalus),使质膜的面积增大，从而促进营养物质的运输。关于胚乳传递细胞前人 已有所研究，木实验将在前人的垂础上以玉米和高粱等为材料进一步研究胚乳传递细胞的发冇及功能。关键词：玉米；高粱；胚乳；传递细胞；壁内突1选题背景及研究意义传递细胞细胞最早

2、出gunning等人命名，最初专指小叶脉韧皮部中存在的具有壁 内突结构的薄壁细胞。后来其概念延伸，凡是具有壁内突结构的薄壁细胞均被称为传递 细胞。传递细胞(transfer cell)是一种在物质的短途运输过程中起作用的薄壁细胞，其 细胞壁向胞质一侧产生许多指状突起即壁内突，形成“迷宫”状(labyrinth)结构，质膜紧沿 壁内突分布，形成壁一膜器，使质膜的面积增大。传递细胞存在于所有植物类群中， 特别是在被了植物的生殖系统中广泛存在，如花柱的通道细胞、成熟胚囊、幼胚、胚乳 等。传递细胞按功能可分为下列四类：从外界环境中吸收溶质，例如沉水叶了的表皮 层；分泌溶质到外界环境，例如蜜腺和其它腺体

3、；从周围组织细胞吸收溶质，例 如维管薄壁组织细胞、吸器型的连接；分泌溶质到周围组织细胞，例如有些花药的绒 毡层、根瘤和中柱鞘等。胚乳传递细胞为第三类，它们可以促进维管束组织中的养分向 胚乳和胚运输。以玉米为例，玉米颖果基部与胎座相邻处有胚乳传递细胞带，它是母体营养物质进 入胚乳的最后通道，其发育程度和功能期长短对胚的发育和胚乳中营养物质的积累至 关重要。davis等对传粉后23d的玉米胚乳传递细胞的形态构造进行了描述。后来高 荣岐等又对玉米胚乳传递细胞的发育过程进行了显微和超微结构研究。他们发现：玉 米胚乳最基部的细胞于授粉后10d开始向传递细胞分化，但在授粉后15d内，其细胞壁 的加厚和壁内

4、突的形成很缓慢，胞质中形成许多泡状、丝状、网状物质，线粒体、粗糙 内质网也有所增加。授粉后15d,传递细胞壁的加厚和壁内突的形成迅速进行，至授粉 后20d,径向由34层细胞、横向曲6570列细胞构成的传递细胞带形成，发达的壁 内突呈强的pas正反应。授粉后20d,胚乳传递细胞的形态不再有大的变化，进入功能 期。成熟籽粒中，最基部的胚乳传递细胞内充满了内突壁，狭小的胞腔中有较浓稠的细 胞质，细胞核呈不规则状，胞质中含有黑色和品状颗粒，与传递细胞带紧相邻的杲皮组 织中形成一黑色层。他们进一步认为，促进胚乳传递细胞的充分发育、延长其功能期及 黑色层的延迟形成对减少籽粒败育和增加粒重具有重要意义。玉米

5、、高粱等谷类作物(简称谷物)的胚乳是人类食粮、肉畜饲料和食品工业原料的主要來源。胚乳的发育状况决定着谷物的产量与品质，而胚乳传递细胞是影响胚 乳发育的重要因素，因此，对胚乳传递细胞进行研究意义重大。2研究内容、研究目标及拟解决的关键问题2.1研究内容(1) 胚乳传递细胞的发育通过前人的研究结果，我们可知胚乳传递细胞产生于靠近维管束的胚乳表层。玉米 和高粱的胚乳传递细胞都非常发达，因此我们可以通过观察不同发育阶段的玉米和高粱 颖果屮胚乳传递细胞的显微和超微结构，特别是细胞壁和质膜的超微结构变化，来研究 传递细胞的发生、分化和衰亡过程和规律。(2) 胚乳传递细胞的功能胚乳传递细胞主要发生在靠近维管

6、束的胚乳表层屮，且其胚乳传递细胞是胚乳发 育过程中首先分化出的细胞类型。胚乳传递细胞质膜折叠，扩大质膜的表而积，从而 增加溶质内外转运的场所；另外，质膜折叠能有效地促进囊泡的吞并，加速物质的分泌 或吸收。再则，传递细胞的细胞壁纤维排列松散十分利于物质的输导，而且它又位于颖 果的维管束旁。因而推测，胚乳传递细胞在将母体运来的营养物质转运到胚乳组织的过 程中起了重要的作用。2.2研究目标(1) 探明胚乳传递细胞发育过程屮结构上的一系列变化。(2) 探明胚乳传递细胞与内胚乳细胞z间的关系。2.3拟解决的关键问题(1) 控制传递细胞分化的因索。(2) 胚乳传递细胞发育状况与种子增长的关系3拟采取的研究

7、方案及可行性分析3.1研究方案(1)关于研究胚乳传递细胞发育的研究方案3.2研究材料的选择与处理设置供试的高粱(andropogon sorghum)品种为ks 一 304,玉米品种为郑单958、鈿 688、 美玉等。按常规方法种植，在开花期采用记号笔标点颖谷并与在穗枝梗上挂牌相结合的 方法进行标花。釆集不同发育天数的颖果进行实验。3.3主要研究方法供光镜和透射电镜(tem)观察的样品制作将发育不同天数的颖果的观察部位切成薄片，用2%gal (戊二醛)、1%pal(多聚 甲醛)、0.05mol/lph7.2caco (甲基碑酸钠)缓冲液，前固定3小时,后用1%tbo (甲 苯胺蓝)染色，供光镜

8、观察。在光镜下锁定目标，然后在做超薄切片(50nm),用6%醋 酸铀和佐藤式铅混合液双重染色，用tem观察样晶的超微结构。为了探明传递细胞的 发育机理和生理功能，我们将着重观察细胞壁、胞间连丝等结构随颖果发育的变化。(2) 细胞壁的荧光观察取不同发育时期的新鲜颖果，用刀片将其切成1-2価左右后的薄片，在荧光显微镜 下观察细胞壁。(3) 供扫描电镜(sem)观察的样品制作把开花后不同天数的颖果先用3%gal、14%pal、0. 05mol/l ph7. 2 caco固定,然 后用1%娥酸固定，二甲亚飒过渡，在液氮屮断裂，内酮脱水，醋酸异戊酯过渡，co?临 界点干燥，离子溅射镀金后用sem观察它们

9、的断而结构。成熟干燥种子则无需作前处理, 断面镀金制样后即可用sem观察传递细胞结构。3.4可行性分析耍完成上述实验，关键在于能把握玉米、高粱等胚乳传递细胞的发生、分裂、分化、 充实和衰亡的各个时期。具有观察测定所需的仪器和试剂，以及掌握观察测定的方法和 手段，特别是耍运用细胞超微结构的观察和组织化学鉴定技术，以克服传递细胞层难以 本研究室和所在与胚乳分离进行化学成分鉴定的研究困难。本研究室和所在学校已具备观察测定所需的各种仪器和试剂，实验者也具备基本研 究能力。因此，通过我们的努力是能够完成预期h标的。4本研究的特色与创新之处(1) 在研究层次上，木研究从亚细胞水平研究传递细胞的发育利功能。

10、从细胞壁结构、 酶的定位、胞间连丝分布等方面探讨传递细胞转运物质的功能。(2) 在研究方法上，本研究建立了一套研究传递细胞发育和功能的有效方法。采用记 号笔点开颖花与植株上挂牌相结合的方法來标记颖果的发育时间。选用优良的固定剂 与低粘性的树脂固定与包埋观察材料，用钻石刀连续切片，透射电镜观察传递细胞的超 微结构。用荧光显微镜观察传递细胞壁。5年度研究计划及预期研究结果年度研究计划研究工作预定两年完成。通常在谷物开花结实期进行实验处理、颖花标记、生理活 性测定、组织化学鉴定以及样品的固定与包埋。而细胞分离、树脂切片和结构观察则可 在全年进行。第一年，种植高粱、玉米等作物，大量标花、采集发育不同天

11、数的颖果，固定、包 埠、切片，详细观察胚乳传递细胞的发育，超微结构变化，探明谷物胚乳传递细胞的发 育过程和生理功能。第二年，对第一年的数据进行分析综合，完成毕业论文。（2）预期研究结果阐明胚乳传递细胞的分化过程；胚乳探明传递细胞的发育和功能；完成毕业论文。6研究基础6.1工作基础该研究小组对胚乳表层细胞的研究，特别是在电镜观察、细胞学研究方面积累了丰 富的经验。6.2工作条件我们实验室是江苏省和农业部作物栽培生理重点实验室，现有设备有leica ultracut r超薄切片机、leica dmlb生物显微镜（含荧光装置）、leicamz6体视显微镜、cm 1100 冷冻切片机、光照培养箱4台等

12、。此外，校屮心实验室拥有世界上先进的电子显微镜 （tem： tecnai 12附图像处理系统；sem： xl-30 esem附能谱仪）、美国pe公司 pe2100原子吸收光谱仪。本重点实验室由温室、网室、高标准地实验场圃、农学院育 种研究室与栽培组可提供各种谷物品种。主要参考文献1 gunning b e, pate j s, briarty l g. specialized4ttransfer cellsin minor veins of leaves and their possible significance in phloem translocation. cell biol, 19

13、6& 37:c712.2 taiz and zeiger. plant physiology. 3rd edition 2002.朱徵，胡适宜.植物牛殖系统中转移细胞的研究进展.植物学通报，1999, 16（专辑）：3541. davis r w, smith j d, cobb b g. a light and electron microscope investigation of the transfer cell region of maize caryopses. can j bot, 1990, 68:471 479.15高荣岐等.玉米胚乳转移细胞发育的显微和超微结构研究.山东农业大学学报,1996,27（3）324 332.6 odd-arne olsen. endosperm developme nt: cellularizatio n and c