【摘要】：韌皮部裝載是光合同化物在葉肉細(xì)胞中合成以后被運輸至篩分子伴胞復(fù)合體中進(jìn)行長距離運輸?shù)牡谝徊?它可以產(chǎn)生驅(qū)動力使同化物通過長距離運輸至庫器官中供其生長發(fā)育。黃瓜作為典型的水蘇糖運輸型植物,被認(rèn)為主要以聚合物陷阱模型方式進(jìn)行裝載。但是,我們初步研究發(fā)現(xiàn),蔗糖轉(zhuǎn)運蛋白在黃瓜成熟葉片中大量表達(dá),推測黃瓜葉片也可能存在質(zhì)外體裝載路徑,為證實這一假設(shè),利用電鏡觀察不同級別葉脈的伴胞類型和比例,同位素標(biāo)記試驗測定韌皮部中的糖種類和各種糖的比例,反向遺傳學(xué)等方法,證明了在不受外界環(huán)境條件影響下正常生長的黃瓜葉片可以同時利用共質(zhì)體(聚合物陷阱模型)和質(zhì)外體兩種裝載途徑進(jìn)行光合同化物的運輸。這一發(fā)現(xiàn)豐富了植物的裝載路徑。主要研究結(jié)果如下:1、電鏡觀察發(fā)現(xiàn),在黃瓜葉片葉脈中存在三種伴胞:普通伴胞、中間細(xì)胞和轉(zhuǎn)移細(xì)胞。小葉脈以中間細(xì)胞為主,第三級葉脈中間細(xì)胞和普通伴胞的比例相當(dāng),而主葉脈則多為普通伴胞,且轉(zhuǎn)移細(xì)胞只存在于主葉脈中。qRT-PCR和免疫組織化學(xué)試驗檢測發(fā)現(xiàn),肌醇半乳糖苷酶基因1(CsGolS1)主要在黃瓜成熟葉片的小葉脈和第三級葉脈中表達(dá),并被定位在黃瓜第三級葉脈的伴胞中;蔗糖轉(zhuǎn)運蛋白基因2(CsSUT2)主要在黃瓜成熟葉片的第三級葉脈中表達(dá),并被定位在第三級葉脈的伴胞和篩分子中。這決定了黃瓜裝載的解剖結(jié)構(gòu)和分子基礎(chǔ)。2、CsGolS1被抑制以后,轉(zhuǎn)基因植株長勢明顯弱于野生植株,葉面積和植株高度顯著低于野生植株,轉(zhuǎn)基因葉片中的水蘇糖和棉子糖含量降低,而蔗糖含量上調(diào),并積累大量淀粉;利用14C02同位素標(biāo)記葉片后,CsGolS1干擾植株葉柄中同位素標(biāo)記的水蘇糖比例被下調(diào),而蔗糖比例顯著上調(diào),這表明,聚合物陷阱模型是黃瓜葉片的主要裝載路徑。3、CsGolS1被干擾以后,CsSUTs和CsSWEETs等蔗糖轉(zhuǎn)運蛋白基因表達(dá)被上調(diào),為證明蔗糖轉(zhuǎn)運蛋白是否參與了質(zhì)外體裝載,我們通過轉(zhuǎn)基因獲得了CsSUT2干擾植株,結(jié)果表明,干擾植株與野生型的表型無明顯差異,但干擾植株葉片中的蔗糖含量明顯降低,而水蘇糖和棉子糖含量明顯上升,并積累大量淀粉;利用14CO2標(biāo)記葉片后,干擾植株韌皮部汁液中蔗糖比例被下調(diào),而水蘇糖比例顯著上調(diào);同時,CsSUT2被抑制以后,與水蘇糖、棉子糖合成相關(guān)酶的基因(CsGolS1、CsSTS和CsRS)表達(dá)顯著上調(diào),而CsSWEETs表達(dá)下降。這些結(jié)果說明,CsSUT2在黃瓜葉片的質(zhì)外體裝載過程中可能發(fā)揮了一定的作用。4、利用蔗糖轉(zhuǎn)運蛋白抑制劑PCMBS處理野生植株和CsGolS1轉(zhuǎn)基因植株葉片,結(jié)果顯示PCMBS處理之后光照8 h,黑暗處理20 h,野生植株葉片中沒有積累淀粉,而CsGolS1轉(zhuǎn)基因植株葉片中的淀粉含量顯著高于野生植株葉片,并且同時抑制CsGolS1和CsSUT2的植株葉片中積累大量淀粉。這些結(jié)果說明了當(dāng)CsSUTs和CsGolS1同時被抑制之后,葉片中的碳水化合物更難被外運從而導(dǎo)致積累更多的淀粉。
【圖文】：

同化物運輸?shù)尿?qū)動力是由進(jìn)行光合作用的細(xì)胞產(chǎn)生的高濃度的可溶性物質(zhì)產(chǎn)生的，逡逑它可以驅(qū)動同化物隨著胞間連絲并伴隨著運輸過程中造成的水勢變化運輸至庫器逡逑官中（如圖１－ｌａ和ｄ）。逡逑主動的質(zhì)外體裝載，這個過程是共質(zhì)體隔離的，蔗糖在葉肉細(xì)胞中合成并通過逡逑胞間連絲被運輸至初皮部薄壁細(xì)胞，它需要利用定位在細(xì)胞膜表面的載體蛋白逡逑（ＳＷＥＥＴｓ）將光合同化物從韌皮部薄壁細(xì)胞運輸至質(zhì)外體，然后利用質(zhì)子泵共運逡逑輸轉(zhuǎn)運蛋白（ＳＵＴ）將同化物運輸至篩分子－伴胞復(fù)合體進(jìn)行長距離的運輸，質(zhì)外體逡逑裝載過程是需要質(zhì)子梯度作為能量源進(jìn)行的主動的熱力學(xué)裝載過程（如圖１－ｌｂ和ｅ）。逡逑主動的共質(zhì)體裝載，即聚合物陷阱模型的裝載，葉肉細(xì)胞進(jìn)行光合作用產(chǎn)生的逡逑蔗糖運輸至韌皮部薄壁細(xì)胞之后通過胞間連絲進(jìn)入伴胞，蔗糖在伴胞中合成棉子糖逡逑和水蘇糖進(jìn)行長距離運輸?shù)倪^程（如圖１－ｌｃ和ｆ）。逡逑１逡逑

通過對不同植物的調(diào)查，Ｇａｍａｌｅｉ邋（１９８９，１９９１）發(fā)現(xiàn)在不同植物小葉脈中的胞逡逑間連絲密度差異非常大，他根據(jù)胞間連絲密度的不同將小葉脈分成了三大類：類型逡逑１小葉脈的韌皮部中有大量的胞間連絲，類型２小葉脈韌皮部中有最少量的胞間連逡逑絲，而類型ｌ－２ａ介于它們中間，它們的劃分界限并沒有那么清楚。并且類型２又分逡逑為類型２ａ和類型２ｂ，類型２ａ的伴胞細(xì)胞膜沒有內(nèi)凸現(xiàn)象，而類型２ｂ的伴胞細(xì)胞逡逑膜上又明顯的內(nèi)凹，將類型２ｂ的伴胞叫轉(zhuǎn)移細(xì)胞（Ｐａｔｅ邋ａｎｄ邋Ｇｕｎｎｉｎｇ，邋１９６９）。Ｇａｍａｌｅｉ逡逑（１９８９，邋１９９１）認(rèn)為擁有類型１小葉脈的植物主要包括喬木和灌木，其裝載模式主逡逑要是通過胞間連絲進(jìn)行的共質(zhì)體裝載，它主要包括兩大類：被動的擴(kuò)散過程和利用逡逑特異的伴胞（中間細(xì)胞）的聚合物陷陰１模型（ＴｕｒｇｅｏｎａｎｄＡｙｒｅ，２００５），中間細(xì)胞逡逑表面有大量分叉的胞間連絲與周圍的鞘細(xì)胞連接，而擁有中間細(xì)胞的植物進(jìn)行長距逡逑離運輸?shù)耐镆话愣际牵遥疲希�。大部分禾本科植物包括類型２小葉脈，它們的裝逡逑載模式主要是通過質(zhì)外體裝載，光合同化物進(jìn)入質(zhì)外體，然后依靠轉(zhuǎn)運蛋白運輸至逡逑ＳＥ－ＣＣ邋復(fù)合體的過程（Ｇｒｕｓａｋ邋ｅｒ邋ａ／．，１９９６；邋Ｔｕｒｇｅｏｎ邋ａｎｄ邋Ａｙｒｅ，，邋２００５；邋ｖａｎ邋Ｂｅｌ邋ｅｒ邋ａ／．，逡逑１９９２）。逡逑
【學(xué)位授予單位】：中國農(nóng)業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號】：S642.2

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本文編號：2706613