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小麦颖果腹部韧皮部筛分子(sieve elements, SEs)是光合同化物运输的主要通道。前期研究中已经证实,小麦颖果后生韧皮部筛分子(metaphloem sieve element,MSEs)分化是细胞程序性半死亡(programmed cell semi-death)过程,MSEs中的Ca2+和Ca2+-ATPase浓度变化可能介导此过程。本研究以小麦(Triticum aestivum L.)品种华麦8号为试验材料,采用透射电子显微术、间接免疫荧光标记、高碘酸-锡夫试剂/甲苯胺蓝复染色(PAS)、高碘酸-硫卡巴肼-蛋白银染色(PA-TCH-SP)以及纤维素酶超微细胞化学定位等方法,观察小麦颖果MSEs分化过程中微管、多糖和纤维素酶的变化,探讨它们与细胞壁加厚、PCD中止和同化物运输之间的关系。主要结果如下:
1.韧皮部和MSEs结构观察表明,从开花当天到花后8d,SEs数量和韧皮部面积增长较快,花后8~14d,二者增长速度逐渐减慢。开花当天,MSEs拥有正常细胞核;花后2~4d,MSEs细胞壁不均等加厚,角隅处的细胞壁加厚更明显,细胞核变形且染色质凝集,线粒体内嵴模糊;花后8d,成熟MSEs中细胞内容物缺乏,大量内吞泡在细胞膜周围形成。花后0~4d,MSEs细胞壁厚度逐渐增加,并且在花后4d达到最大值;之后,厚度稍有下降,在花后8~14d趋于稳定。
2.间接荧光免疫标记微管表明,开花当天,微管出现在细胞分裂板上或细胞壁周围;花后2~3d,横向或网络状微管出现;花后4d,细胞两极的微管增多;花后6d,微管变得模糊不清。亚细胞水平观察发现,开花当天只有少量微管分布在MSEs细胞膜附近;花后2d,多数微管出现在细胞壁加厚部位周围或沿侧壁分布;花后3~4d,多数微管沿MSEs细胞壁分布,排列方向与纤维素微纤丝一致,同时还观察到丰富的高尔基体和囊泡出现在细胞质中;MSEs成熟后微管和高尔基囊泡逐渐减少,到花后6d完全消失。
3.多糖PAS反应表明,花后1~4d,只有少量MSEs被锡夫试剂染上红色;发育后期(花后6d),被染上红色的MSEs数量逐渐增加,且一直到花后15d,MSEs细胞质仍保持有红色,细胞壁几乎不被着色。粘多糖定位发现,花后3~35d,MSEs中始终没有粘多糖,但在花后7d,合点细胞质中开始有少量粘多糖出现;花后10~25d,越来越多粘多糖转移至合点大液泡中;到花后35d,合点中粘多糖不再增加。PA-TCH-SP反应表明,MSEs细胞壁上始终覆盖有大量多糖结合物;分化中期,MSEs的囊泡和细胞核上出现少量多糖;花后6d,MSEs细胞质中出现少量呈聚集态多糖结合物,直至花后15d,越来越多聚集态多糖结合物沉积在成熟MSEs的细胞质中。
4.纤维素酶的超微细胞化学定位表明,花后1d,MSEs细胞膜上无纤维素酶活性产物分布;花后3~4d,MSEs的胞间连丝开口处有少量纤维素酶活性产物,与MSEs相邻的伴胞细胞膜上纤维素酶活性较强;到花后6d,成熟MSEs细胞膜上有较多纤维素酶活性产物分布。
上述结果表明,在小麦颖果MSEs分化过程中,微管、多糖和纤维素酶呈现动态变化与SEs半死亡有关。微管的分布可能对MSEs细胞壁发生模式和多糖选择性积累具有指导作用;多糖沉积直接影响细胞壁加厚和小麦灌浆,可能还与成熟MSEs维持存活有一定相关性;纤维素酶分布位置改变可能对MSEs细胞壁上的纤维素合成起到一定调节作用。