1、一、課題名稱及來源一、課題名稱及來源二、選題背景及意義二、選題背景及意義三、研究內(nèi)容三、研究內(nèi)容四、擬采取的研究方案四、擬采取的研究方案五、研究基礎(chǔ)五、研究基礎(chǔ)六、研究的特色與創(chuàng)新之處六、研究的特色與創(chuàng)新之處七、已開展的研究工作七、已開展的研究工作八、預期結(jié)果八、預期結(jié)果九、參考文獻九、參考文獻開開 題題 報報 告告一、課題名稱及來源：一、課題名稱及來源：關(guān)于谷物胚乳轉(zhuǎn)移細胞的研究關(guān)于谷物胚乳轉(zhuǎn)移細胞的研究（國家自然科學基金項目國家自然科學基金項目）二、選題背景及意義：二、選題背景及意義： 小麥、大麥、玉米、高粱等谷物籽粒發(fā)育的一定階段，胚乳表層某些部位細胞的細胞壁向胞質(zhì)一側(cè)產(chǎn)生許多指狀突起。

2、這些細胞壁顯著內(nèi)突的細胞即為胚乳轉(zhuǎn)移細胞。薏苡胚乳薏苡胚乳轉(zhuǎn)移轉(zhuǎn)移細胞細胞l關(guān)于谷物胚乳轉(zhuǎn)移細胞的的研究，國內(nèi)外已有很多的報道，但大多是對結(jié)構(gòu)變化的描述，而關(guān)于胚乳轉(zhuǎn)移細胞形成、分化和消亡機制的研究很少。l我們認為進一步探索這些問題的本質(zhì)，將涉及植物細胞分化、信號轉(zhuǎn)導、程序化細胞死亡、基因表達、谷物品質(zhì)遺傳等研究領(lǐng)域，這些問題的澄清必將推動形態(tài)解剖學、植物生理學，細胞生物學、遺傳學等學科的發(fā)展，為谷物生產(chǎn)提供新的理論和方法。三、研究內(nèi)容三、研究內(nèi)容(1)(1)胚乳轉(zhuǎn)移細胞的發(fā)育胚乳轉(zhuǎn)移細胞的發(fā)育 玉米和高粱的胚乳轉(zhuǎn)移細胞十分發(fā)達。我們擬觀察發(fā)育不同天數(shù)的玉米和高粱穎果中胚乳轉(zhuǎn)移細胞超微結(jié)構(gòu)，尤

3、其是細胞壁和質(zhì)膜的超微結(jié)構(gòu)變化，探明胚乳轉(zhuǎn)移細胞發(fā)生、分化和衰亡的過程及規(guī)律。(2)(2)胚乳轉(zhuǎn)移細胞的生理功能胚乳轉(zhuǎn)移細胞的生理功能 從胚乳轉(zhuǎn)移細胞所處的位置和結(jié)構(gòu)特點推測，胚乳轉(zhuǎn)移細胞在灌漿物質(zhì)從質(zhì)外體到共質(zhì)體的運輸過程中起了重要的作用。我們擬進一步從轉(zhuǎn)移細胞的超微結(jié)構(gòu)，如細胞壁、質(zhì)膜、胞間連絲、內(nèi)膜系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)特點分析胚乳轉(zhuǎn)移細胞的吸收和轉(zhuǎn)運灌漿物質(zhì)的生理功能。 灌漿物質(zhì)進入小麥胚乳的穎果橫斷面示意圖灌漿物質(zhì)進入小麥胚乳的穎果橫斷面示意圖( (1)關(guān)于研究胚乳轉(zhuǎn)移細胞發(fā)育和功能的研究方案(2)關(guān)于論證胚乳轉(zhuǎn)移細胞分化與灌漿量相關(guān)的研究方案(3)關(guān)于穎果各部位淀粉積累情況以及細胞活性的研究四

4、、擬取的研究方案四、擬取的研究方案1.1.用用掃描電鏡掃描電鏡觀察轉(zhuǎn)移細胞細胞壁的結(jié)構(gòu)觀察轉(zhuǎn)移細胞細胞壁的結(jié)構(gòu)玉米胚乳轉(zhuǎn)移細胞壁玉米胚乳轉(zhuǎn)移細胞壁方法簡列如下：方法簡列如下：2.2.用用熒光顯微鏡熒光顯微鏡觀察轉(zhuǎn)移細胞壁的結(jié)構(gòu)觀察轉(zhuǎn)移細胞壁的結(jié)構(gòu)高粱花后高粱花后15d籽?？v切籽?？v切3.3.半薄切片半薄切片后特異性染色觀察顯微結(jié)構(gòu)后特異性染色觀察顯微結(jié)構(gòu)4.4.超薄切片超薄切片后用透射電鏡重點觀察與物質(zhì)轉(zhuǎn)運有后用透射電鏡重點觀察與物質(zhì)轉(zhuǎn)運有關(guān)的細胞器如質(zhì)膜、胞間連絲等超微結(jié)構(gòu)關(guān)的細胞器如質(zhì)膜、胞間連絲等超微結(jié)構(gòu)大麥花后大麥花后20d電鏡下的胚乳轉(zhuǎn)移細胞電鏡下的胚乳轉(zhuǎn)移細胞 我們現(xiàn)初步打算采用以

5、下方法驗證此觀點：我們現(xiàn)初步打算采用以下方法驗證此觀點：1) 1) 比較不同品種穎果中轉(zhuǎn)移細胞的分布比較不同品種穎果中轉(zhuǎn)移細胞的分布 已證實的觀點：胚乳轉(zhuǎn)移細胞大都分布在靠近果皮維管束的部位（轉(zhuǎn)移細胞分化具有位置效應）。玉米授粉后玉米授粉后14d籽粒縱切籽?？v切（體式解剖鏡拍攝）（體式解剖鏡拍攝）玉米授粉后玉米授粉后15d籽?？v切籽?？v切（光學顯微鏡拍攝）（光學顯微鏡拍攝）高粱花后高粱花后29d高粱花后高粱花后10d2 2）比較具有粒重差異的不同品種或同一品種相同部）比較具有粒重差異的不同品種或同一品種相同部位的轉(zhuǎn)移細胞層的發(fā)達程度位的轉(zhuǎn)移細胞層的發(fā)達程度 待驗證的觀點：不管是同品種或不同品種

6、，一般粒重大的轉(zhuǎn)移細胞層較為發(fā)達且細胞層數(shù)多。4.玉米花后玉米花后20d光鏡下光鏡下5.玉米花后玉米花后20d電鏡下電鏡下6.玉米花后玉米花后20d電鏡下電鏡下7.小麥花后小麥花后20d光鏡下光鏡下8.大麥花后大麥花后20d光鏡下光鏡下9.大麥花后大麥花后20d電鏡下電鏡下3) 3) 觀察庫源強度改變對轉(zhuǎn)移細胞層發(fā)育的影響觀察庫源強度改變對轉(zhuǎn)移細胞層發(fā)育的影響 待驗證的觀點：如果進行減源增粒處理，在減少和增加粒重的同時，是否也影響到轉(zhuǎn)移細胞層的分化。減源處理：抽穗后剪葉處理，降低單位穎果同化物供應增粒處理：剪除穗上部分穎花（果），保障單位穎果同化物的充足供應 1） 用I-KI染色法檢測剖面上淀

7、粉積累情況 2） 用TTC染色法檢測穎果各部位細胞活性五、研究基礎(chǔ)五、研究基礎(chǔ)l前期我們實驗室已對玉米、高粱、大麥、小麥等谷物胚乳轉(zhuǎn)移細胞的分布情況、發(fā)育過程以及分化機制進行了初步的研究。l本人查閱了國內(nèi)外大量的相關(guān)參考文獻l本實驗室和所在學校亦已備具了此研究所需的各種儀器和試劑。l我們認為本課題研究內(nèi)容恰當，總體研究方案合理，通過努力，研究目標是能預期實現(xiàn)的。王忠、顧蘊潔等對高粱和玉米胚乳轉(zhuǎn)移細胞的研究王忠、顧蘊潔等對高粱和玉米胚乳轉(zhuǎn)移細胞的研究六、研究的特色與創(chuàng)新之處六、研究的特色與創(chuàng)新之處1、研究層次：從亞細胞水平研究胚乳轉(zhuǎn)移細胞的發(fā)育和功能2、研究方法：建立了一整套研究胚乳轉(zhuǎn)移細胞發(fā)育

8、和功能行之有效方法3、研究內(nèi)容：特色明顯，研究結(jié)果將更新轉(zhuǎn)移細胞層分化和功能的理念 4、研究材料：以高粱和玉米為主要研究材料七、已開展的研究工作七、已開展的研究工作l對不同發(fā)育天數(shù)的高粱和玉米進行了固定和spurr樹脂包埋l對不同發(fā)育天數(shù)的高粱和玉米進行了IKI染色和TTC染色八、預期結(jié)果八、預期結(jié)果l查閱國內(nèi)外大量參考文獻，就胚乳轉(zhuǎn)移細胞的分布，發(fā)育，功能，分化和消亡機制等方面撰寫一篇綜述性文章。l探明高粱胚乳轉(zhuǎn)移細胞的結(jié)構(gòu)和功能，撰寫一篇研究性文章。l闡明谷物胚乳轉(zhuǎn)移細胞分化過程和調(diào)控分化的因素，撰寫一篇研究性文章。九、參考文獻九、參考文獻:1 Gunning B E，Pate J S,

9、Briarty L G. Specialized“transfer cells”in minor veins of leaves and their possible significance in phloem translocation.Cell Biol , 1968 , 37 :C712.2Taiz and Zeiger. Plant physiology. 3rd edition 2002.3朱徵,胡適宜.植物生殖系統(tǒng)中轉(zhuǎn)移細胞的研究進展. 植物學通報,1999 ,16 (專輯) :3541.4 胡適宜,朱徵,徐是雄. 豇豆胚胎發(fā)育早期的胚柄及胚乳中的轉(zhuǎn)移細胞.植物學報,1983 ,

10、25 :3952.5 席湘媛. 菘蘭胚和胚乳的發(fā)育及營養(yǎng)物質(zhì)的組織化學.植物學報, 1993 ,35 :3543.6 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 :471479.7高榮岐等.玉米胚乳轉(zhuǎn)移細胞發(fā)育的顯微和超微結(jié)構(gòu)研究. 山東農(nóng)業(yè)大學學報，1996，27（3）324332.8王忠,顧蘊潔,李衛(wèi)芳,董明輝,卞愛華.玉米胚乳的發(fā)育及其養(yǎng)分輸

11、入的途徑.江蘇農(nóng)學院學報.1997,18(3):1 7.9席湘媛,葉寶興.薏苡胚乳發(fā)育及營養(yǎng)物質(zhì)積累的研究. 植物學報.1995,37 (2):118124.10席湘媛,冷梅. 薏苡胚乳轉(zhuǎn)移細胞的超微結(jié)構(gòu). 植物學報, 1995,37(3): 171176.11高新起,席湘媛. 蕎麥胚和胚乳的發(fā)育及貯藏營養(yǎng)物質(zhì)的積累. 云南植物研究. 2000 ,22 (4) :451455.12高新起,任秋萍,席湘媛. 蕎麥糊粉層轉(zhuǎn)移細胞的超微結(jié)構(gòu)研究. 曲阜師范大學學報. 2002，28（4）:101104.13顧蘊潔, 王忠, 陳義芳, 陳剛, 黃海. 高粱胚乳發(fā)育的觀察與研究. 南京師大學報(自然科學

12、版).2002，25(3)9910814Odd-Arne Olsen, Casper Linnestad and Scott E. Nichols. Developmental biology of the cereal endosperm trends in plant science. 1999,Vol.4,No.7：253257.15Odd-Arne Olsen. Endosperm development: cellularization and cell fate specification. Annu.Rev.Plant Physiol. Plant Mol.Biol.2001.5

13、2:233267.16Philip W. Becraft. Cell fate specification in the cereal endosperm. CELL & DEVELOPMENTAL BIOLOGY. Vol. 12, 2001: pp. 387394.17D.B. Fisher and C.E. Cash-Clark. Gradients in water potential and turgor pressure along the translocation pathway during grain filling in normally-watered and

14、water-stressed wheat plants. Plant Physiol. 123 (2000), pp:139147.18H.L. Wang, J.W. Patrick, C.E. Offler and X.-D. Wang. The cellular pathway of photosynthate transfer in the developing wheat grain. III. A structural analysis and physiological studies of the pathway from the endosperm cavity to the

15、starchy endosperm. Plant Cell Environ. 1818 (1995a), pp:389407.19D.A. Baker, K. Poustini, F. Didehvar. Effect of salinity on unloading of photoassimilates in the wheat caryopsis, in: J.L. Bonnemain, S. Delrot, W.J. Lucas, J. Dainty (Eds.), Recent Advances in Phloem Transport and Assimilate Compartme

16、ntation, Ouest Editions, Paris (1991) pp: 286293.20W. Weschke, R. Panitz, N. Sauer, Q. Wang, B. Neubohn, H. Weber and U. Wobus. Sucrose transport into barley seeds: molecular characterization of two transporters and implications for seed development and starch accumulation. Plant J. 2121 (2000a), pp

17、: 455467.21W. Weschke, R. Panitz, Q. Wang, H. Rolletschec, U. Wobus. Expression of sugar transporters and invertase isoforms in maternal and filial tissues of the developing barley grain. Proceedings of the 5th Gatersleben Research Conference: Seed Development, Metabolism and Biotechnology (2000b),

18、p:27.22 Doan DNP, Linnestad C, Olsen O-A. Isolation ofmolecular markers from the barley endosperm coenocyteand the surrounding nucellus cell layers. Plant Mol Biol.1996,31:877886.23T.J. Chiou and D.R. Bush. Sucrose is a signal molecule in assimilate partitioning. Proc. Natl. Acad. Sci. USA 1998,95,

19、pp: 47844788.24T. Roitsch. Source-sink regulation by sugar and stress. Curr. Opin. Plant Biol. 1999,2, pp:198206.25G. Hueros, S. Varotto, F. Salamini and R.D. Thompson. Molecular characterization of BETL1, a gene expressed in the endosperm transfer cells of maize. Plant Cell 1995,7, pp: 747757.26G.

20、Hueros, J. Royo, M. Maitz, F. Salamini and R.D. Thompson. Evidence for factors regulating transfer cell-specific expression in maize endosperm. Plant Mol. Biol. 1999, 41, pp: 403414.27W.F. Broekaert, B.P.A. Cammue, M.F.C. De Bolle, K. Thevissen, W. Genoveva, G.W. De Samblanx and R.W. Osborn. Antimic

21、robial peptides from plants. Crit. Rev. Plant Sci. 1997,16, pp: 297323.28M.A. Abbas. Some studies on transfer cells in seedlings. MSc. thesis, Queens University, Belfast, (1973).29J.S. Pate, B.E.S. Gunning and F.F. Milliken. Function of transfer cells in the nodal regions of stems, particularly in r

22、elation to the nutrition of young seedlings. Protoplasma 1970,71, pp: 313334.30H. Weber, L. Borisjuk, U. Heim, N. Sauer and U. Wobus. A role for sugar transporters during seed development: molecular characterization of a hexose and a sucrose carrier in fava bean seeds. Plant Cell 1997,9, pp: 895908.

23、31C.E. Offler, E. Liet and E.G. Sutton. Transfer cell induction in cotyledons of Vicia faba L. Protoplasma 1997,200, pp: 5164. 32E. Liet and C.E. Offler. The role of sugars in regulation of transfer cell development. Exp. J. Bot. .1996,47, , pp:1298 (abstr.). 33Elisa Gmez, Joaqun Royo, Yan Guo, Rich

24、ard Thompson and Gregorio Hueros. Establishment of Cereal Endosperm Expression Domains （Identification and Properties of a Maize Transfer CellSpecific Transcription Factor, ZmMRP-1 . The Plant Cell, 2002,Vol.14, pp:599610.34Ljudmilla Borisjuk, Trevor L. Wang, Hardy Rolletschek, Ulrich Wobus and Hans

25、 Weber. A pea seed mutant affected in the differentiation of the embryonic epidermis is impaired in embryo growth and seed maturation. Development . 2002,129.35Ache P., Becker D., Deeken R., Dreyer I., Weber H., Fromm J. and Hedrich R. VFK1, a Vicia faba K+ channel involved in phloem unloading. Plan

26、t J. 2001,27, pp: 571580.36Talbot MJ, Franceschi VR, McCurdy DW, Offler CE. Wall ingrowth architecture in epidermal transfer cells of Vicia faba cotyledons. Protoplasma 2001,215:191203.37Mark J. Talbot, Christina E. Offler, and David W. McCurdy. Transfer cell wall architecture: a contribution toward

27、s understanding localized wall deposition. Protoplasma 2002,219: 197209.38 Nynne M. Christensen , Inge Drr , M. Hansen , T. A. W. van der Kooij , A. Schulz. Development of Cuscuta species on a partially incompatible host: induction of xylem transfer cells. Protoplasma. 2003,220: 131142.39 N. Boughan

28、mi, P. Michonneau, M.-C. Verdus, F. Piton, E. Ferjani, E. Bizid, and P. Fleurat-Lessard. Structural changes induced by NaCl in companion and transfer cells of Medicago sativa blades. Protoplasma. 2003, 220: 1791187.40 Giampiero Cai , Claudia Faleri , Cecilia Del Casino, Gregorio Hueros , Richard D,

29、Thompson Mauro Cresti. Subcellular localisation of BETL-1, -2 and -4 in Zea maysL. Endosperm. Sex Plant Reprod . 2002, 15:8598.41Richard D. Thompson, Gregorio Hueros, Heinz-Albert Becker and Monika Maitz. Development and functions of seed transfer cells ， Plant Science,2001,160(5): 775783.關(guān)于高粱胚乳傳遞細胞

30、發(fā)育的研究關(guān)于高粱胚乳傳遞細胞發(fā)育的研究 王慧慧王慧慧導師：王忠教授導師：王忠教授揚州大學揚州大學生物科學與技術(shù)學院生物科學與技術(shù)學院2007.10.2007.10.本課題由國家自然科學基金資助，項目編號：本課題由國家自然科學基金資助，項目編號：30670125。Development and Functions of Endosperm Transfer Cells in Andropogon sorghum選題背景及意義：選題背景及意義：l高粱用途廣泛，其籽粒可用來釀酒和生產(chǎn)酒精，也可供食用、飼用等。l高榮岐、席湘媛、高新起等人已分別對玉米、薏苡、蕎麥胚乳傳遞細胞的超微結(jié)構(gòu)進行了研究，但是

31、有關(guān)高粱胚乳傳遞細胞發(fā)育過程的研究，國內(nèi)外尚未見報道。 實驗材料：實驗材料：l供試的高粱(Andropogon sorghum)品種為KS一304。按常規(guī)方法種植，在開花期采用記號筆標點穎谷并與在穗枝梗上掛牌相結(jié)合的方法進行標花。采集不同發(fā)育天數(shù)的穎果進行實驗。(1)光鏡和透射電鏡(TEM)觀察半薄切片后特異性染色觀察顯微結(jié)構(gòu)；超薄切片后用透射電鏡重點觀察與物質(zhì)轉(zhuǎn)運有關(guān)的細胞器等超微結(jié)構(gòu)。 (2)掃描電鏡(SEM)觀察傳遞細胞細胞壁結(jié)構(gòu)實驗方法：實驗方法：(1)高粱胚乳傳遞細胞的分化具有高粱胚乳傳遞細胞的分化具有位置效應位置效應 在靠近穎果背部維管束的部位，胚乳表層細胞特化，細胞壁向內(nèi)增生，質(zhì)

32、膜跟隨皺褶，形成胚乳傳遞細胞帶。隨著穎果的發(fā)育，在穎果背部大維管束和傳遞細胞最外層組織間將會出現(xiàn)充滿液體的空腔，稱為“池” 或胚乳腔。高粱花后高粱花后10d實驗結(jié)果如下：實驗結(jié)果如下：傳遞細胞帶傳遞細胞帶(2)高粱胚乳傳遞細胞在整個穎果發(fā)育中經(jīng)歷了高粱胚乳傳遞細胞在整個穎果發(fā)育中經(jīng)歷了發(fā)發(fā)生、發(fā)展和衰亡的過程生、發(fā)展和衰亡的過程 花后3d，維管束附近的胚乳表層細胞細胞壁加厚，細胞質(zhì)較濃稠，有些細胞尚在分裂（圖中箭頭所示）。花后花后5d就已觀察到胚乳表層細胞明顯的細胞壁內(nèi)突就已觀察到胚乳表層細胞明顯的細胞壁內(nèi)突花后花后6d觀察到觀察到明顯的明顯的核變形，核變形，呈呈不規(guī)則狀不規(guī)則狀（圖中箭頭所示

33、）（圖中箭頭所示）高粱胚乳傳遞細胞壁內(nèi)突剛開始形成，高粱胚乳傳遞細胞壁內(nèi)突剛開始形成，細胞即細胞即啟動程序化死亡進程啟動程序化死亡進程。l花后花后6d觀察到細胞壁觀察到細胞壁內(nèi)突產(chǎn)生分支內(nèi)突產(chǎn)生分支（圖中圓圈標明）（圖中圓圈標明）lA. Reticulate wall ingrowths in xylem parenchyma transfer cells of longitudinally fractured nodes of P. sativumlB. Numerous papillae (arrowheads) in transfer cell 1 in A are deposited

34、at discrete loci on the cytoplasmic face of the underlying wall and are often branched (arrows)Transfer cell wall architecture: a contribution towards understanding localized wall depositionProtoplasma (2002) 219: 197209花后花后9d，細胞壁，細胞壁內(nèi)突明顯加大內(nèi)突明顯加大花后花后11d花后花后15d花后花后19d花后花后23d花后花后11d至至23d細胞壁內(nèi)突進一步加大。細胞壁內(nèi)突進一步加大。胚乳最外層傳遞細胞具有長而多的壁內(nèi)突胚乳最外層傳遞細胞具有長而多的壁內(nèi)突，越往內(nèi)，傳遞細胞的壁內(nèi)突越短而少。，越往內(nèi)，傳遞細胞的壁內(nèi)突越短而少?；?/p>