课题名称及来源

1、一、课题名称及来源一、课题名称及来源二、选题背景及意义二、选题背景及意义三、研究内容三、研究内容四、拟采取的研究方案四、拟采取的研究方案五、研究基础五、研究基础六、研究的特色与创新之处六、研究的特色与创新之处七、已开展的研究工作七、已开展的研究工作八、预期结果八、预期结果九、参考文献九、参考文献开开 题题 报报 告告一、课题名称及来源：一、课题名称及来源：关于谷物胚乳转移细胞的研究关于谷物胚乳转移细胞的研究（国家自然科学基金项目国家自然科学基金项目）二、选题背景及意义：二、选题背景及意义： 小麦、大麦、玉米、高粱等谷物籽粒发育的一定阶段，胚乳表层某些部位细胞的细胞壁向胞质一侧产生许多指状突起。

2、这些细胞壁显著内突的细胞即为胚乳转移细胞。薏苡胚乳薏苡胚乳转移转移细胞细胞l关于谷物胚乳转移细胞的的研究，国内外已有很多的报道，但大多是对结构变化的描述，而关于胚乳转移细胞形成、分化和消亡机制的研究很少。l我们认为进一步探索这些问题的本质，将涉及植物细胞分化、信号转导、程序化细胞死亡、基因表达、谷物品质遗传等研究领域，这些问题的澄清必将推动形态解剖学、植物生理学，细胞生物学、遗传学等学科的发展，为谷物生产提供新的理论和方法。三、研究内容三、研究内容(1)(1)胚乳转移细胞的发育胚乳转移细胞的发育 玉米和高粱的胚乳转移细胞十分发达。我们拟观察发育不同天数的玉米和高粱颖果中胚乳转移细胞超微结构，尤

3、其是细胞壁和质膜的超微结构变化，探明胚乳转移细胞发生、分化和衰亡的过程及规律。(2)(2)胚乳转移细胞的生理功能胚乳转移细胞的生理功能 从胚乳转移细胞所处的位置和结构特点推测，胚乳转移细胞在灌浆物质从质外体到共质体的运输过程中起了重要的作用。我们拟进一步从转移细胞的超微结构，如细胞壁、质膜、胞间连丝、内膜系统的结构特点分析胚乳转移细胞的吸收和转运灌浆物质的生理功能。 灌浆物质进入小麦胚乳的颖果横断面示意图灌浆物质进入小麦胚乳的颖果横断面示意图( (1)关于研究胚乳转移细胞发育和功能的研究方案(2)关于论证胚乳转移细胞分化与灌浆量相关的研究方案(3)关于颖果各部位淀粉积累情况以及细胞活性的研究四

4、、拟取的研究方案四、拟取的研究方案1.1.用用扫描电镜扫描电镜观察转移细胞细胞壁的结构观察转移细胞细胞壁的结构玉米胚乳转移细胞壁玉米胚乳转移细胞壁方法简列如下：方法简列如下：2.2.用用荧光显微镜荧光显微镜观察转移细胞壁的结构观察转移细胞壁的结构高粱花后高粱花后15d籽粒纵切籽粒纵切3.3.半薄切片半薄切片后特异性染色观察显微结构后特异性染色观察显微结构4.4.超薄切片超薄切片后用透射电镜重点观察与物质转运有后用透射电镜重点观察与物质转运有关的细胞器如质膜、胞间连丝等超微结构关的细胞器如质膜、胞间连丝等超微结构大麦花后大麦花后20d电镜下的胚乳转移细胞电镜下的胚乳转移细胞 我们现初步打算采用以

5、下方法验证此观点：我们现初步打算采用以下方法验证此观点：1) 1) 比较不同品种颖果中转移细胞的分布比较不同品种颖果中转移细胞的分布 已证实的观点：胚乳转移细胞大都分布在靠近果皮维管束的部位（转移细胞分化具有位置效应）。玉米授粉后玉米授粉后14d籽粒纵切籽粒纵切（体式解剖镜拍摄）（体式解剖镜拍摄）玉米授粉后玉米授粉后15d籽粒纵切籽粒纵切（光学显微镜拍摄）（光学显微镜拍摄）高粱花后高粱花后29d高粱花后高粱花后10d2 2）比较具有粒重差异的不同品种或同一品种相同部）比较具有粒重差异的不同品种或同一品种相同部位的转移细胞层的发达程度位的转移细胞层的发达程度 待验证的观点：不管是同品种或不同品种

6、，一般粒重大的转移细胞层较为发达且细胞层数多。4.玉米花后玉米花后20d光镜下光镜下5.玉米花后玉米花后20d电镜下电镜下6.玉米花后玉米花后20d电镜下电镜下7.小麦花后小麦花后20d光镜下光镜下8.大麦花后大麦花后20d光镜下光镜下9.大麦花后大麦花后20d电镜下电镜下3) 3) 观察库源强度改变对转移细胞层发育的影响观察库源强度改变对转移细胞层发育的影响 待验证的观点：如果进行减源增粒处理，在减少和增加粒重的同时，是否也影响到转移细胞层的分化。减源处理：抽穗后剪叶处理，降低单位颖果同化物供应增粒处理：剪除穗上部分颖花（果），保障单位颖果同化物的充足供应 1） 用I-KI染色法检测剖面上淀

7、粉积累情况 2） 用TTC染色法检测颖果各部位细胞活性五、研究基础五、研究基础l前期我们实验室已对玉米、高粱、大麦、小麦等谷物胚乳转移细胞的分布情况、发育过程以及分化机制进行了初步的研究。l本人查阅了国内外大量的相关参考文献l本实验室和所在学校亦已备具了此研究所需的各种仪器和试剂。l我们认为本课题研究内容恰当，总体研究方案合理，通过努力，研究目标是能预期实现的。王忠、顾蕴洁等对高粱和玉米胚乳转移细胞的研究王忠、顾蕴洁等对高粱和玉米胚乳转移细胞的研究六、研究的特色与创新之处六、研究的特色与创新之处1、研究层次：从亚细胞水平研究胚乳转移细胞的发育和功能2、研究方法：建立了一整套研究胚乳转移细胞发育

8、和功能行之有效方法3、研究内容：特色明显，研究结果将更新转移细胞层分化和功能的理念 4、研究材料：以高粱和玉米为主要研究材料七、已开展的研究工作七、已开展的研究工作l对不同发育天数的高粱和玉米进行了固定和spurr树脂包埋l对不同发育天数的高粱和玉米进行了IKI染色和TTC染色八、预期结果八、预期结果l查阅国内外大量参考文献，就胚乳转移细胞的分布，发育，功能，分化和消亡机制等方面撰写一篇综述性文章。l探明高粱胚乳转移细胞的结构和功能，撰写一篇研究性文章。l阐明谷物胚乳转移细胞分化过程和调控分化的因素，撰写一篇研究性文章。九、参考文献九、参考文献: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,胡适宜.植物生殖系统中转移细胞的研究进展. 植物学通报,1999 ,16 (专辑) :3541.4 胡适宜,朱徵,徐是雄. 豇豆胚胎发育早期的胚柄及胚乳中的转移细胞.植物学报,1983 ,

10、25 :3952.5 席湘媛. 菘兰胚和胚乳的发育及营养物质的组织化学.植物学报, 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）324332.8王忠,顾蕴洁,李卫芳,董明辉,卞爱华.玉米胚乳的发育及其养分输

11、入的途径.江苏农学院学报.1997,18(3):1 7.9席湘媛,叶宝兴.薏苡胚乳发育及营养物质积累的研究. 植物学报.1995,37 (2):118124.10席湘媛,冷梅. 薏苡胚乳转移细胞的超微结构. 植物学报, 1995,37(3): 171176.11高新起,席湘媛. 荞麦胚和胚乳的发育及贮藏营养物质的积累. 云南植物研究. 2000 ,22 (4) :451455.12高新起,任秋萍,席湘媛. 荞麦糊粉层转移细胞的超微结构研究. 曲阜师范大学学报. 2002，28（4）:101104.13顾蕴洁, 王忠, 陈义芳, 陈刚, 黄海. 高粱胚乳发育的观察与研究. 南京师大学报(自然科学

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.关于高粱胚乳传递细胞

30、发育的研究关于高粱胚乳传递细胞发育的研究 王慧慧王慧慧导师：王忠教授导师：王忠教授扬州大学扬州大学生物科学与技术学院生物科学与技术学院2007.10.2007.10.本课题由国家自然科学基金资助，项目编号：本课题由国家自然科学基金资助，项目编号：30670125。Development and Functions of Endosperm Transfer Cells in Andropogon sorghum选题背景及意义：选题背景及意义：l高粱用途广泛，其籽粒可用来酿酒和生产酒精，也可供食用、饲用等。l高荣岐、席湘媛、高新起等人已分别对玉米、薏苡、荞麦胚乳传递细胞的超微结构进行了研究，但是

31、有关高粱胚乳传递细胞发育过程的研究，国内外尚未见报道。 实验材料：实验材料：l供试的高粱(Andropogon sorghum)品种为KS一304。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。采集不同发育天数的颖果进行实验。(1)光镜和透射电镜(TEM)观察半薄切片后特异性染色观察显微结构；超薄切片后用透射电镜重点观察与物质转运有关的细胞器等超微结构。 (2)扫描电镜(SEM)观察传递细胞细胞壁结构实验方法：实验方法：(1)高粱胚乳传递细胞的分化具有高粱胚乳传递细胞的分化具有位置效应位置效应 在靠近颖果背部维管束的部位，胚乳表层细胞特化，细胞壁向内增生，质

32、膜跟随皱褶，形成胚乳传递细胞带。随着颖果的发育，在颖果背部大维管束和传递细胞最外层组织间将会出现充满液体的空腔，称为“池” 或胚乳腔。高粱花后高粱花后10d实验结果如下：实验结果如下：传递细胞带传递细胞带(2)高粱胚乳传递细胞在整个颖果发育中经历了高粱胚乳传递细胞在整个颖果发育中经历了发发生、发展和衰亡的过程生、发展和衰亡的过程 花后3d，维管束附近的胚乳表层细胞细胞壁加厚，细胞质较浓稠，有些细胞尚在分裂（图中箭头所示）。花后花后5d就已观察到胚乳表层细胞明显的细胞壁内突就已观察到胚乳表层细胞明显的细胞壁内突花后花后6d观察到观察到明显的明显的核变形，核变形，呈呈不规则状不规则状（图中箭头所示

33、）（图中箭头所示）高粱胚乳传递细胞壁内突刚开始形成，高粱胚乳传递细胞壁内突刚开始形成，细胞即细胞即启动程序化死亡进程启动程序化死亡进程。l花后花后6d观察到细胞壁观察到细胞壁内突产生分支内突产生分支（图中圆圈标明）（图中圆圈标明）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，细胞壁，细胞壁内突明显加大内突明显加大花后花后11d花后花后15d花后花后19d花后花后23d花后花后11d至至23d细胞壁内突进一步加大。细胞壁内突进一步加大。胚乳最外层传递细胞具有长而多的壁内突胚乳最外层传递细胞具有长而多的壁内突，越往内，传递细胞的壁内突越短而少。，越往内，传递细胞的壁内突越短而少。花