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大麦胚乳表层细胞的发育 学生:戴 云 霞 学号: m05306 导师:王忠 教授 开题报告
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1 、选题的依据 2 、研究目的和意义 3 、试验材料与方法 4 、研究计划及预期研究结果 目录:
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1 、选题的依据 大麦在世界粮食作物中的地位仅次于小麦、水 稻和玉米,具有生育期短、早熟、丰产、适应性广、 抗逆性强等特性, 又因营养价值高,兼有食用、 饲用、酿造用等多种用途,在全世界广为种植。并 且染色体少而大, 2n=14 ,便于观察,是细胞遗传 学、遗传工程学、生理学等研究的理想实验作物。
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在大麦产量和品质中起决定作用的是胚乳细胞 的增殖与发育状况。大麦籽粒的 90 % 左右是 胚乳 。 关于谷物胚乳和糊粉层的发育及其功能的究, 国内外已有很多的报道,但大多集中在结构变化的 描述上,且材料的选择大多为水稻,小麦,玉米, 而关于大麦的研究很少。现就有关大麦胚乳糊粉层 和转移细胞方面的一些研究综述如下:
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1.1.1 大麦胚乳糊粉层细胞的发育和结构 特点 席湘媛,叶宝兴( 1997 )研究发现大麦开花 后 8d ,糊粉层原始细胞形成。与王 忠,顾蕴洁等 ( 1996 )的研究结果一致。 Kvaale 和 Olsen 认为:糊粉层停止分裂时间 约是开花到种子成熟时期的一半。 * 1.1 关于大麦胚乳糊粉层细胞和胚乳转移细胞的 发育和结构特点
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结果符合 Kvaale 和 Olsen 的结论。 版图Ⅰ:糊粉层停止分裂时间与 开花到种子成熟时期的对照图 图中: “Bomi” : “Bomi” : ) Kvaale 和 Olsen ( 1986 ) “Midas” “Midas” : Cochrane 和 Duffus ( 1981 ) “ 阿恩特13 ” : 席湘媛 叶宝兴( 1997 )
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版图Ⅱ: 1、从非休眠大麦子粒中离析的糊粉层细胞的电子显微图。 2、开花后 33 d 的大麦糊粉层。 x 294 3、为小麦花后 30d 的小麦颖果糊粉层. x 400 IWL :内壁层; OCW :外细胞壁 ;L :油脂体; ECW :胚乳细胞壁; P 蛋白体; S :小淀粉粒;EN:胚乳细胞。
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转移细胞定义: 是一类特殊的薄壁细胞, 其特征是细胞壁向内 突起生长, 形成壁内突, 质膜紧贴细胞壁生长的结 构。 超微结构特征: 细胞核较大。 细胞质浓, 并富含线粒体、高尔基体等细胞器。 1.1.2 大麦胚乳转移细胞的发育和结构特 点
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在种子发育的一定阶段胚乳表层的某些部位细 胞显示出细胞壁向内增生,质膜跟随褶皱,形成许 多折叠片层的情况。这些细胞壁和质膜显著内突的 细胞被称为胚乳 转移细胞 ,胚乳转移细胞主要发 生在靠近维管束的胚乳表层中。 大麦胚乳转移细 胞 的壁内突程度较玉米,小麦等小。
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依据细胞在胚乳组织中所处的位置和功能,我 们将谷物胚乳细胞分为类型: 依据细胞在胚乳组织中所处的位置和功能,我 们将谷物胚乳细胞分为两种类型: 内胚乳细胞 : 胚乳表层细胞 糊粉层细胞 胚乳转移细胞 贮藏淀粉和蛋白质等物质,为胚 发育提供营养。
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胚乳表层细胞 胚乳转移细胞 糊粉层细胞 糊粉层转 移细胞 胚乳合点端部 分 胚乳吸器 王秀玲等 (2004) 胚乳中转移细胞的类型- 王秀玲等 (2004)
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版图Ⅲ A – D. H. vulgare 珠心突起转移细胞 A 、一些细胞中, 平行的条形细胞壁内突生长 ( 箭头 ). 插入的是高分辩率 下的平行长条形细胞; B 、临近细胞网状细胞壁内突生长 ; C 、在同一珠 心突体中不同的细胞内,条形和网状细胞壁都向内生长; D 、 是高分辨率 下的 C 图
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1.2.1 糊粉层的生理功能 从分布位置和结构特点推测,糊粉层细胞的 生理功能主要有二方面: 一是:。 一是:转运与积累养分功能。 二是: 。 二是:产生水解酶分解胚乳为胚生长提供养分的 功能。 1.2 关于大麦糊粉层和胚乳转移细胞的生理功能
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1.2.2 大麦转移细胞的生理功能 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; 转移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, 胚乳转移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。
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1.3 大麦胚乳糊粉层的营养价值 蛋白质含量高、种类多,品质优。 食物纤维和脂肪含量高,且多为不饱和脂肪酸, 是动物必需脂肪酸的良好来源。 较多的多酚类物质,萃取后可作为抗氧化剂类食 品添加剂。 富集磷、钾、钙、镁等矿质元素。
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如果能确定糊粉层中营养物的种类和特性,加 以合理利用,或直接从糊粉层中分离出对人体健康 有益的蛋白质、维生素、矿质元素和生物活性物质, 必将给人类社会带来巨大的效益。 现已成功地从麦麸中分离出细颗粒状的糊粉层物 质,纯度达 96% 以上。无味, 口感好, 不仅可以单独 食用,也能作食品添加剂。
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2 、研究的目的和意义 目的: 探明大麦胚乳表层细胞结构和发育上的特点。 探明大麦糊粉层和胚乳转移细胞发育过程和控制 因素。 探明大麦糊粉层和胚乳转移细胞生理功能和灌浆 物质进入胚乳的途径。
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意义: 为大麦生产提供理论和方法 提出大麦胚乳表层细胞发育和功能新观念 深化对谷物胚乳发育的研究 充实细胞生物学、形态解剖学和作物生理学的 知识 为糊粉层的开发利用、谷物品质遗传、谷物的 生产和加工提供新的理论与方法
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供试大麦品种为 1154 。 田间分期播种,并设置小区增施氮肥以供比较用。 采用挂牌与点颖相结合的方法来准确标记颖花的 开花日期和颖果发育的时间。 每隔 2d 将吸足水分的大麦种子播于附有湿纱布的 培养皿中发芽,当首批播种的小苗长至 3 叶期 (断乳期)时,收集萌发不同天数的种子,供实 验用。 3.1 试验材料
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3. 2.1 糊粉层细胞成分和酶的组织化学检定 3. 2.2 供光镜和透射电镜 (TEM) 观察的样品制作 3. 2.3 细胞壁的荧光观察 3. 2.4 供扫描电镜 (SEM) 观察的样品制作 3. 2.5 谷物种子中矿质元素分布分析 3. 2.6 胚乳细胞的分离与核酸与蛋白质成分分析 3. 2.7 糊粉层在种子萌发过程中结构和功能的观察 3. 2.8 灌浆物质进入胚乳途径的观察 3. 2 研究方法
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用扫描电镜观察结构,并同步测 定观察区中的元素种类与含量 冰冻切片,组织化学法检定细胞 成分和酶活性 树脂切片后特异性染色,免疫荧 光观察显微结构和细胞器内含物 超薄切片结合免疫定位,用透射 电镜重点观察与物质转运的细胞器 如质膜、胞间连丝等超微结构 发育不 同天数的 颖果 萌发不 同天数的 颖果 3 、研究方案
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3.2.1 糊粉层细胞成分和酶的组织化学检 定 取颖果,冰冻切片 染色 判断成分和酶的定位 I-IK 试剂--蓝黑色的颗 粒 --淀粉粒 苏丹Ⅲ试剂--红色的 液滴--圆球体 邻苯二酚试剂--茶褐色 部位--多酚氧化酶处
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3.2.2 供光镜和透射电镜 (TEM) 观察的样品 制作 前固定后固定 包埋 半薄切片 脱水 置换 TBO 染色 电镜观察 取样 光镜观察 超薄切片双重染色
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3.2.3 细胞壁的荧光观察 将切片放在荧光显微镜下用紫外光激发观察, 发出的蓝色荧光的部位为细胞壁 。用此法可以观察 糊粉层细胞壁和胚乳转移细胞壁的发育情况。 图版Ⅶ 花后 20d 小麦胚乳细胞的显微照片 (1) 和糊粉层细胞壁的荧光照片 (2) A .糊粉层; ES. 内胚乳; NE. 珠心表皮; Pe. 果皮; W. 退化珠心层的残壁和糊粉层壁。(顾蕴洁 2004 )
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3.2.4 供扫描电镜 (SEM) 观察的样品制作 前固定二甲亚砜过渡 液氮断裂醋酸异戊酯过渡 CO 2 临界点干 燥 离子溅射镀金 SEM 观 察 后固定 丙酮脱水
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3.2.5 谷物种子中矿质元素分布分析 利用我校测试中心附有能谱仪的扫描电镜, 在观察断面结构的同时,分析观察区中的矿质元 素种类与含量。 能谱仪对本项目中测定种子中矿质元素的含量, 分析重金属元素在颖果中分布是十分有用。
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3.2.6 胚乳细胞的分离和核酸与蛋白质成分分析 纤维素酶 果胶酶 糊粉层细胞(先) 胚乳细胞(后)
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3.2.7 糊粉层在种子萌发过程中结构和功能的观察 取萌发不同天数的种子。采用上述大多数方 法可用于研究糊粉层在种子萌发过程中超微结构 的变化,分析糊粉层细胞的生理功能。
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3.2.8 灌浆物质进入胚乳途径的观察 取发育 15 天数左右的大麦穗,留下同一天标花 的颖果,其余全部剪除。将穗茎插入含有 14 C- 蔗糖 液中,每隔半小时取下颖果后冰冻切片,将切片贴 在玻片上,烤干后在切片上涂感光乳胶,进行同位 素自显影,根据浸穗不同时间后颖果横切面自显影 显微观察到的情况,分析 14 C- 蔗糖液到达颖果各部 位的时间与进入胚乳途径。
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另外, 也可用荧光显微法观察灌浆物质进入胚 乳途径。例如给大麦小穗饲喂荧光示踪物如小分 子量的葡聚糖,每隔半小时取出颖果后徒手切片, 在荧光显微镜下观察颖果横切面上由葡聚糖分子 发出的绿色荧光,由此可分析灌浆物质进入胚途 径。
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4.1 研究计划 : 这学期计划是种植大麦,进行室内种子萌发实 验,取萌发不同天数的残剩胚乳,固定、包埋、 制片,观察糊粉层细胞在种子萌发过程中超微结 构变化,探明谷物糊粉层和胚乳转移细胞生理功 能。 4 、研究计划和预期研究结果
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下学期研究计划
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4.2 预期研究成果 探明大麦胚乳表层细胞的超微结构和发育上的 特点。 探明糊粉层细胞和转移细胞结构和功能。 阐明糊粉层细胞和转移细胞分化过程和调控分 化的因素。
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