油料作物种子中储存的油类是人们食用油类和化工产业用油的主要来源(Millar and Kunst,1999:Zou et al.,1999),更是潜在的可再生能源(Ohlrogge JB,1994;Broun P et al.,1999)。三酰甘油(triacylglycerol,TAG)是成熟的油料作物种子中储存的主要油类。一直以来,研究认为TAG1基因表达产物甘油二酯酰基转移酶(diacylglycerol transacylase,DGAT)能够调控三酰甘油的合成,也是最主要的三酰甘油的合成途径。随着世界人口的增长和经济的发展,人们对油类的需求不断增加,世界范围需求量的增长促使人们寻找增加油料作物产油量的方法和途径(Saha et al.,2006)。显然调控三酰甘油合成的最重要酶一甘油二酯酰基转移酶成为研究重点。　　 近年来,多种拟南芥(Arabjdopsjs thaliana(L.)Heynh.)脂类代谢突变株材料的获得,为深入研究和揭示脂类代谢复杂过程提供了便利条件,并逐渐揭示出影响油料作物中油类种类和积累量的重要生理生化过程以及分子调控机理。其中,与TAG(三酰甘油)合成相关的突变体as11成为研究热点。As11是TAG1基因突变获得的突变体,其DGAT活性降低,进而引起as11种子TAG积累量减少,脂肪酸种类变化。由于TAG1基因的表达产物DGAT催化TAG合成的最终步骤,因此能够直接影响种子中脂肪酸的种类和积累量。　　 本研究运用半薄切片技术、超薄切片技术、植物组织化学和细胞化学方法等对野生型拟南芥及突变体as11的花粉囊和种子的结构特征、发育规律及其与脂类合成代谢的关系进行了深入的研究,旨在从细胞学角度探讨野生型和突变体中脂类积累的变化特点,并在此基础上探讨野生型和突变体中脂类积累差异,进一步从细胞学水平揭示DGAT的作用和功能。主要研究结果如下:　　 1、野生型拟南芥花粉囊发育过程中,首先在花药四个角域处逐渐分化出4层壁细胞即表皮、药室内壁、中层和绒毡层及小孢子母细胞,花粉粒成熟形成三细胞花粉粒时绒毡层和中层消失,仅剩下表皮和药室内壁,药室内壁出现径向纤维状加厚。花粉囊发育的前期即减数分裂后胞质分裂前期,绒毡层细胞中含有丰富的高尔基体、内质网、核糖体、线粒体和质体,同时质体中开始积累非嗜锇质体小球,到了花粉囊发育中期,小孢子发育至环泡小孢子期,随着绒毡层细胞中质体积累非嗜锇质体小球形成相对稳定的油质体,同时出现了与粗糙内质网密切相关的脂质体结构;花粉囊发育至晚期即第二次有丝分裂Ⅱ期到成熟花粉粒Ⅰ期,这两种与脂类相关的结构随着绒毡层细胞的降解而消失。同时,自双核花粉粒Ⅱ期开始,花粉粒营养细胞中开始大量积累脂滴,尤其分布于环绕生殖细胞核周围。而在突变体as11的花粉囊发育过程中,绒毡层细胞中高尔基体明显较野生型中丰富,内质网却少于野生型,同时与脂类相关的两种结构出现的时期也有异于野生型,但最终的消失仍与绒毡层降解同步。另外,突变体花粉粒营养细胞中积累的脂滴也明显少于野生型,而多糖颗粒却多于野生型并且呈现主要分布于营养细胞的细胞核周围的现象,成熟花粉粒的营养细胞的细胞质中也出现了异于野生型花粉粒营养细胞的高电子密度储存小泡。研究结果表明,DGAT调控着花粉囊发育中绒毡层细胞中高尔基体及内质网的数量和与脂类相关结构的出现时期及数量,进而影响花粉粒中脂滴和多糖颗粒的数量,及其相互转换的情况,及成熟花粉粒细胞中储存小泡的结构。　　 2、成熟种子子叶储藏细胞内油体集中分布于细胞壁及蛋白体周围,大小相似,大多呈椭圆形,较少为圆形。通过研究种子发育过程中油体的形态、积累与分布情况,发现野生型种子中油体的积累及数量和大小与种子发育的时间呈现正相关,并且在整个发育过程中油体形态饱满,呈现电子密度相对均一的质地,最终形成主要积累中性脂即TAG的成熟油体。而突变体as11种子发育过程中油体的积累及数量虽与发育时期正相关,但是其大小却与野生型存在差异性;另外,在整个发育过程中油体的电子密度由高逐渐到低,最终成为电子密度均一的成熟油体。并且成熟种子中,油体呈现出大小不一、形态不饱满的现象。结合关于as11脂类代谢内容的相关文献(Katavic et al.,1995;Hobbs et al.,1999;Routaboul et al.,1999;Zou et al.,1999;Jako et al.,200l;Lu and Hills,2002)综合分析,DGAT不仅调控种子中油体的成分组成和形成过程,同时还调控油体的大小和形态。　　 我们的研究结果首次揭示了TAG1基因突变体as11花粉囊发育与种子发育过程中细胞学变化特点,有助于我们进一步了解DGAT的功能与作用,同时也可以为农业生产尤其是十字花科农作物油料种子中脂肪酸合成提供理论指导。　　 综合而论,我们认为,DGAT不仅调控种子中TAG的积累及脂肪酸的种类,同时也改变了绒毡层和花粉粒相应的结构特征;另外,DGAT的功能不仅限于目前提出的仅具有催化合成TAG的功能,其应该与细胞中与膜相关的细胞器的构建有着密切的关联,或许它能调控细胞中膜的结构合成。