肌动蛋白参与He-Ne激光对UV-B辐射小麦根损伤修复的研究

发布时间：2017-09-17 22:39

  本文关键词：肌动蛋白参与He-Ne激光对UV-B辐射小麦根损伤修复的研究

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【摘要】：地球臭氧层变薄减少直接导致了地表UV-B辐射的增加,高能量的UV-B影响了植物生理代谢的各个方面。前期研究表明具有广泛生物学效应的He-Xe激光能够修复UV-B辐射对粮食作物小麦造成的损伤。作为细胞的支撑结构及众多信号通路的交联因子,肌动蛋白广泛参与了植物生理的各个方面。本研究以肌动蛋白为切入点。研究其参与响应He-Ne激光对UV-B辐射小麦根损伤修复的过程。 本研究以小麦幼苗根为研究对象,采用LIV-B辐射10.08KJ/m2/d),He-Ne激光(5mW/mm2)及外施相关药物进行处理,通过形态观察、生理指标测定、红外光谱分析、根细胞原位及根原生质体荧光标记,激光其聚焦扫描观察、蛋白免疫即迹、时荧光定量PCR等技术,研究了根过渡区、分生区细胞中肌动蛋白参与He-Ne激光修复UV-B辐射损伤的过程,主要结果如下 1.UV-B辐射导致了小麦幼苗发生“翘根”(胚根向上弯曲)现象.并且根细胞壁成分发生变化。而低剂量的He-Ne激光可以在一定程度上缓解这种现象,并且降低(UV-B辐射引起的小麦幼根中IAA含量及H2O2含量的上升。 2.小麦根过渡区及分生区细胞中.微丝形态主要分为四种；丝状、束状、斑块状及斑点状。不同处理组中、各种形态所占比例不同。UV-B辐射导致了小麦根细胞内微丝呈较高比例的粗束状分布,而He-Ne激光处理可以降低束状微丝的比例,提高弥散的丝状微丝的比例。外施IAA及H2O2诱导了小麦根细胞内束状及斑快状微丝的形成.不同比例的微丝形态是形成“翘根”的原因之一。 3,体内原位荧光染色及体外原生质体实验表明，微丝性架参与了小麦根分生区细胞有丝分裂的各个时期：间期时形成“微丝环”结构，包裹细胞核；前期微丝平行于赤道板排列参与早前期带的形成；中期微丝排布由垂直于赤道板方向变为平行于赤道板，并进一步在细胞两极聚集，赤道板区域出现“微丝缺失带”；后期微丝参与成膜体的形成，从细胞板中央区域向两端扩展；末期“微丝环”结构重新形成，细胞质中出现弥散分布的细丝状微丝。药理学实验表明细胞微丝骨架的异常导致了有丝分裂的异常，表现为外施微丝解聚剂导致了间/前期细胞核结构从圆形变成不规则形态；外施微丝稳定剂导致细胞中出现粗束状结构的微丝，细胞核无法完成正常分离，伴随有类似凋亡小体的形成。 4. UV-B辐射导致小麦根分生区细胞产生大量异常分裂现象，并产生一种新的有丝分裂方式“分束分裂”。微丝参与了“分束分裂”现象的发生：UV-B辐射导致了间期微丝由弥散状向粗束状转变，且“微丝环”结构缺失；前期微丝发生凝集，无法形成早前期，核区染色体散乱无序；中期微丝呈随机无序的聚集状或斑块状分布，染色体无法正确分布在赤道板上；后期成膜体的发生无法完成，细胞两极微丝凝聚成大的斑块状，染色体分离不正常，形成“分束分裂”；末期由于成膜体发生的异常，子细胞壁无法形成，发生多核现象，细胞质中分布有粗束状及团状的微丝。体内原位荧光染色及体外原生质体实验均已证明这一点。 5.小麦根细胞核内存在聚合态的肌动蛋白，可以用Ph-FITC进行标记。对照组及He-Ne激光辐照组小麦细胞核中聚合态肌动蛋白聚集在细胞核膜周围及核仁区域。UV-B辐射导致了聚合态肌动蛋白在细胞核内弥散分布，聚集程度降低，荧光强度最高。低剂量He-Ne激光可以促进弥散分布的聚合态肌动蛋白向核膜及核仁区聚集。 6.蛋白免疫印迹结果显示，，与对照组相比UV-B辐射处理后小麦根中单体肌动蛋白的含量减少，与微丝稳定剂处理组类似，而微丝解聚剂处理组中单体肌动蛋白的含量最高。分别以18s rRNA及GAPDH为内参进行半定量PCR及实时荧光定量PCR，检测结果显示不同处理组中ACTIN基因的表达量相同。 7.对合成的CdTe量子点结合UV-B辐射处理小麦幼苗，经激光共聚焦显微镜观察发现量子点可以被小麦根细胞摄入，并可以进入细胞核内，导致细胞程序性死亡的发生。UV-B辐射对小麦幼苗的伤害作用主要表现在叶片部分，UV-B辐射及量子点复合处理对小麦幼苗具有叠加的毒害作用。 综上，本研究从形态水平、细胞水平、蛋白及基因水平首次探讨了肌动蛋白参与响应He-Ne激光修复UV-B辐射植物损伤的过程，包括根过渡区“翘根”现象及分生区“分束分裂”现象的发生。一方面可以完善现有的植物响应UV-B辐射的信号通路，为进一步探究肌动蛋白微丝骨架响应UV-B辐射信号提供一定的实验结果；另一方面可以为丰富细胞骨架参与植物细胞有丝分裂过程提供一定的实验依据。对UV-B辐射及量子点影响小麦幼苗生长的研究，可以使人们更加关注量子点应用过程中对环境造成的影响，为未来人们选用合适量子点提供一定的实验依据。
【关键词】：肌动蛋白 UV-B辐射 He-Ne激光 翘根 分束分裂
【学位授予单位】：山西师范大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：S512.1
【目录】：

• 中文摘要3-6
• Abstract6-9
• 缩略词9-10
• 目录10-13
• 1 绪论13-61
• 1.1 植物响应 UV-B 辐射的研究14-30
• 1.1.1 UV-B 辐射对植物生理代谢的影响15-21
• 1.1.2 植物体内 UV-B 受体 UVR8 的研究21-24
• 1.1.3 UV-B 辐射导致植物细胞程序性死亡的发生24-26
• 1.1.4 UV-B 辐射对植物细胞骨架的影响26-27
• 1.1.5 UV-B 辐射对植物细胞周期的影响27-28
• 1.1.6 UV-B 辐射与其它因子复合作用对植物的影响28-29
• 1.1.7 植物响应 UV-B 辐射研究的展望29-30
• 1.2 植物肌动蛋白的研究进展30-54
• 1.2.1 细胞核内的肌动蛋白32-33
• 1.2.2 肌动蛋白在植物体内功能的研究进展33-53
• 1.2.3 植物肌动蛋白研究的展望53-54
• 1.3 激光对生物影响的研究54-57
• 1.3.1 激光的生物学效应机制54-55
• 1.3.2 He-Ne 激光对动物细胞的影响55
• 1.3.3 He-Ne 激光对微生物生理代谢的影响55-56
• 1.3.4 He-Ne 激光对植物生理代谢的影响56-57
• 1.4 量子点纳米颗粒对植物的影响57-58
• 1.5 本研究的意义及主要研究内容58-61
• 2 材料与方法61-73
• 2.1 材料61
• 2.2 技术方法61-71
• 2.2.1 小麦种子的萌发61
• 2.2.2 各处理组设置61
• 2.2.3 UV-B 辐射处理61-62
• 2.2.4 He-Ne 激光辐照处理62
• 2.2.5 外源施加药物处理62
• 2.2.6 小麦幼苗根长及根相对伸长率的测定62
• 2.2.7 小麦细胞壁红外光谱检测粗提物的制备62-63
• 2.2.8 小麦细胞壁果胶及总糖的检测63
• 2.2.9 小麦根尖 IAA 粗提液的制备63
• 2.2.10 小麦根尖 IAA 含量的测定63
• 2.2.11 小麦根尖 IAA 氧化酶活性的测定63-64
• 2.2.12 小麦原生质体的分离纯化64
• 2.2.13 原生质体活力的检测64
• 2.2.14 叶片细胞核的分离及纯化64-65
• 2.2.15 叶绿素的测定65
• 2.2.16 可溶性糖及丙二醛（MDA）的测定65
• 2.2.17 可溶性蛋白的测定65
• 2.2.18 小麦根尖 H_2O_2荧光探针的装载65-66
• 2.2.19 超氧阴离子的测定66
• 2.2.20 抗坏血酸含量的测定66
• 2.2.21 肌动蛋白的提取及 western-blot 鉴定66-67
• 2.2.22 细胞核内肌动蛋白的荧光标记67-68
• 2.2.23 原生质体微丝骨架的荧光标记68
• 2.2.24 根尖微丝原位荧光标记68
• 2.2.25 染色体的荧光标记68
• 2.2.26 图像观察及分析68-69
• 2.2.27 小麦根总 RNA 的提取及检测69
• 2.2.28 反转录 cDNA 的合成69
• 2.2.29 半定量 PCR 及实时荧光定量 PCR 引物的设计与合成69-70
• 2.2.30 实时荧光定量 PCR 引物扩增效率的检测70
• 2.2.31 半定量 PCR 扩增及实时荧光定量 PCR 检测70-71
• 2.2.32 CdTe 量子点的合成及表征71
• 2.2.33 数据统计及分析71
• 2.3 技术路线71-73
• 3 结果73-135
• 3.1 肌动蛋白参与了 UV-B 辐射导致的小麦“翘根”现象的发生73-95
• 3.1.1 小麦幼苗“翘根”现象的发生73
• 3.1.2 不同处理组中根长及根相对伸长率的变化73-74
• 3.1.3 不同处理组中小麦种粒与水平面所成角度74-75
• 3.1.4 不同处理组小麦幼根体内 H_2O_2的水平75-78
• 3.1.5 小麦幼根细胞内 O_2-及 AsA 含量78-79
• 3.1.6 不同处理组小麦幼根细胞壁提取物的红外检测79-80
• 3.1.7 不同处理组小麦幼根细胞壁组分的变化80-81
• 3.1.8 不同处理组 3 日龄小麦幼根中 IAA 含量及 IAA 氧化酶的活力81-82
• 3.1.9 不同处理组 3 日龄小麦幼根细胞大小的比较82-85
• 3.1.10 不同处理组小麦幼根过渡区细胞内 F-actin 的分布85-88
• 3.1.11 不同处理组小麦幼根分生区细胞内 F-actin 的分布88-89
• 3.1.12 外施 IAA 及 H_2O_2对小麦幼根过渡区细胞内 F-actin 聚合的影响89-90
• 3.1.13 外施 IAA 及 H_2O_2对小麦幼根分生区细胞内 F-actin 聚合的影响90-91
• 3.1.14 不同处理组小麦根原生质体内 F-actin 分布的影响91
• 3.1.15 外源施加 IAA 及 H_2O_2对小麦根原生质体内 F-actin 分布的影响91-93
• 3.1.16 小麦根细胞 F-actin 响应不同处理的形态统计93-95
• 3.2 肌动蛋白参与了 UV-B 辐射导致的小麦根异常有丝分裂的发生95-117
• 3.2.1 UV-B 辐射对小麦幼苗根尖细胞分裂的影响95-97
• 3.2.2 间期小麦根尖分生区细胞中 F-actin 的分布及响应 UV-B 辐射的变化97-98
• 3.2.3 前期小麦根尖分生区细胞中 F-actin 的分布及响应 UV-B 辐射的变化98-100
• 3.2.4 中期小麦根尖分生区细胞中 F-actin 的分布及响应 UV-B 辐射的变化100-102
• 3.2.5 后期小麦根尖分生区细胞中 F-actin 的分布及响应 UV-B 辐射的变化102-106
• 3.2.6 末期小麦根尖分生区细胞中 F-actin 的分布及响应 UV-B 辐射的变化106-108
• 3.2.7 小麦原生质体有丝分裂各时期 F-actin 的分布及响应 UV-B 辐射的变化108-112
• 3.2.8 外施 CB 对小麦根尖分生区细胞中 F-actin 的分布的影响112-114
• 3.2.9 外施 JAS 对小麦根尖分生区细胞中 F-actin 的分布的影响114-115
• 3.2.10 外施 CB 对小麦原生质体中 F-actin 的分布的影响115-116
• 3.2.11 外施 JAS 对小麦原生质体中 F-actin 的分布的影响116-117
• 3.3 He-Ne 激光及 UV-B 辐射影响了小麦根细胞核内 F-actin 的分布117-120
• 3.3.1 分离纯化小麦根细胞核117
• 3.3.2 不同处理组小麦根细胞核内 F-actin 的分布117-119
• 3.3.3 不同处理组小麦根细胞核内 F-actin 的相对含量119-120
• 3.4 He-Ne 激光及 UV-B 辐射影响了小麦 actin 的含量及表达120-125
• 3.4.1 不同处理组小麦 actin 蛋白的相对含量120-122
• 3.4.2 不同处理组小麦根 RNA 的提取及检测122
• 3.4.3 不同处理组小麦 ACTIN 基因的相对表达量122-125
• 3.5 UV-B 辐射及 CdTe 量子点对小麦幼苗的影响125-135
• 3.5.1 CdTe 量子点的合成125
• 3.5.2 CdTe 量子点的表征125-126
• 3.5.3 不同浓度 CdTe 量子点溶液对小麦幼苗的影响126
• 3.5.4 不同剂量 UV-B 辐射对小麦幼苗的影响126-127
• 3.5.5 不同处理组小麦幼苗根细胞内摄入 CdTe 量子点的检测127
• 3.5.6 不同处理组中 5 日龄小麦幼苗的生长情况及叶绿素含量127-128
• 3.5.7 不同处理组小麦幼苗中 Cd 的积累128-129
• 3.5.8 不同处理组小麦体内活性氧成分的含量129
• 3.5.9 不同处理组小麦抗氧化系统酶类活性的检测129-130
• 3.5.10 不同处理组小麦幼苗根细胞内 CdTe 量子点的分布130-132
• 3.5.11 不同处理组小麦细胞内发生细胞程序性死亡132-135
• 4 讨论135-153
• 4.1 植物根参与响应环境 UV-B 辐射135-141
• 4.1.1 UV-B 辐射导致了“翘根”现象的发生135-138
• 4.1.2 植物根细胞微管骨架参与响应 UV-B 辐射138-139
• 4.1.3 植物根细胞微丝骨架参与响应 UV-B 辐射139-141
• 4.2 UV-B 辐射导致小麦根细胞发生异常分裂的作用机制141-147
• 4.2.1 植物细胞有丝分裂过程中肌动蛋白的作用机制142-144
• 4.2.2 肌动蛋白参与了 UV-B 辐射导致的异常分裂现象的发生144-147
• 4.3 植物细胞核内肌动蛋白的分布及可能的作用机制147
• 4.4 UV-B 辐射对植物体内肌动蛋白及基因表达的影响147-148
• 4.5 He-Ne 激光修复植物受 UV-B 辐射损伤的可能机制148-149
• 4.6 CdTe 量子点及 UV-B 辐射对植物代谢影响的机制149-153
• 5 结论153-155
• 6 致谢155-157
• 7 参考文献157-177
• 8 附录177

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前10条

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本文编号：871805