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小麦(Triticum aestivum L.)是世界3大重要粮食作物之一,而湿害严重制约着小麦的产量和品质。小麦胚乳细胞发育往往伴随着细胞程序性死亡(Programmed cell death,PCD),淹水胁迫会导致其进程整体提前。为揭示淹水胁迫下小麦胚乳细胞PCD进程提前的内在机制,本研究以耐湿性品种华麦8号(Huamai 8)与不耐湿性品种华麦9号(Huamai 9)为材料,在开花当天对其进行淹水处理,采用免疫荧光等方法研究了胚乳细胞骨架及相关结合蛋白的变化,同时加以微管与微丝两种抑制剂处理对细胞骨架与PCD的关联进行了初探。另外研究了淹水胁迫下小麦胚乳相关生理指标变化。主要结论如下:1.在发育期间,经过大田淹水处理后,华麦8号和华麦9号小麦颖果相较于同期正常生长小麦颖果明显皱缩,饱满度下降,百粒重显著下降。成熟期淹水处理组小麦千粒重相较正常生长组大幅度下降。小麦胚乳的生理生化指标检测结果显示,淹水后两品种胚乳APX活性升高,但华麦9号APX活性在花后15 DAF和18 DAF均下降。淹水同样可导致两品种小麦胚乳中PPO活性上升,但耐湿性品种华麦8号上升趋势更显著。淹水后两品种小麦胚乳中非酶类抗氧化物质GSH含量均有所上升,但在华麦8号胚乳中变化趋势并不明显,华麦9号胚乳中呈现逐步升高趋势。因此,淹水会导致抗氧化物质含量整体上升。2.麦胚乳细胞骨架免疫荧光检测显示,正常生长情况下,随着胚乳发育的进行,华麦8号与华麦9号胚乳中微管蛋白合成量增加。淹水胁迫之后,两品种胚乳微管变化趋势均呈现先增加后减少,品种间的差异不明显。与微管蛋白相似,正常生长的华麦8号和华麦9号胚乳中微丝肌动蛋白(actin)绿色荧光信号,亦会随着胚乳发育的进行而逐强。而淹水对华麦9同华麦8号影响类似,actin含量均呈现逐渐增加趋势,且在15 DAF时达到最大量,随后减少。3.小麦胚乳细胞微管结合蛋白免疫荧光检测显示,正常生长情况下,华麦8号和华麦9号胚乳中微管结合蛋白MAP65-1绿色荧光信号逐渐增强,说明有大量的MAP65-1蛋白被合成。而华麦8号和华麦9号胚乳MAP65-1蛋白对淹水的响应有所差异,淹水会促进华麦8号MAPA65-1蛋白的合成,但对华麦9号胚乳中MAP65蛋白含量影响不明显。微丝结合蛋白免疫荧光检测显示,正常生长情况下,随着开花天数的增加,两种小麦胚乳中的微丝结合蛋白profilin含量会逐渐减少。淹水对华麦8号和华麦9号胚乳中profilin蛋白的变化的影响亦有所差异。淹水会导致华麦8号胚乳中profilin蛋白合成进一步减少;但华麦9号胚乳profilin蛋白对淹水处理则无明显响应。4.在淹水条件下对两品种小麦施加外源微管抑制剂后,通过TUNEL检测,并同时辅以伊文斯兰染色、DNA含量与DNA水解酶活性等直接相关指标测定,在与只经淹水处理对照组相比,胚乳细胞中DNA加速降解;DNA酶增多;细胞核数目减少且变形严重,caspase-like蛋白酶活性增强。而通过其他间接指标检测发现PCD相关的信号分子ROS的含量增多,细胞中脱氢酶含量下降以及线粒体膜电位改变。从而推断出淹水条件下微管的组装与去组装会进一步干扰胚乳PCD进程。5.在淹水条件下对两品种小麦施加外源微丝抑制剂后,其各项PCD相关指标亦均发生不同程度的变化。在与只经淹水处理对照组相比,细胞核数目与DNA含量下降,DNA水解酶活性大幅度上升,死亡胚乳细胞显著增多,caspase-like蛋白酶活性亦会相应增强,不耐湿品种华麦9号的变化尤为强烈。其他PCD相关指标如ROS含量,脱氢酶和线粒体膜电位等相较微管处理组变化更为显著。以上表明淹水条件下微丝的组装与去组装同样会对胚乳的PCD进程造成较大的影响且效果更为显著。综上所述,小麦在淹水处理下胚乳细胞骨架会加速合成以抵御逆境胁迫,而当细胞骨架的合成受到影响后又会干扰细胞PCD进程。细胞骨架中微丝的变化对PCD的影响相较微管更加明显,且本次实验中华麦9号胚乳中各项PCD指标相较于华麦8号亦为显著。最后初步推断淹水胁迫下细胞骨架在整个PCD信号通路中发挥极为关键的作用。