气孔是原表皮细胞经过一系列的不对称和对称分裂,以及多次细胞命运决定和细胞分化形成的。几十年来,世界作物学家一直致力于通过改良植物气孔数目,来培育出高产量的粮食作物,而对禾本科植物气孔发育途径知之甚少。为了进一步研究单子叶植物气孔发育及其调控机制,本文就小麦叶片下表皮细胞的类型、气孔发育的规律、过程及分子调控机制进行了研究。通过不断的探索和研究,总结出一套可以用于观察不同时期叶片的制片方法,使用该方法得到的样本清晰真实,操作简便,经济安全,为我们后续研究小麦叶片下表皮上所有的特化细胞类型及气孔发育过程奠定了重要的基础。本研究通过观察小麦叶片下表皮,首次发现:长细胞、气孔、表皮毛、硅化细胞、栓化细胞和边刺等细胞类型,栓化细胞和硅化细胞也称之为短细胞。气孔整齐的排列在叶脉维管束两侧;在叶片边缘可观察到边刺结构的细胞;而表皮毛则是在叶片上大量随机分布;硅化细胞(silica body)则零星的分布在下表皮,在叶脉处分布比较集中,但很难在第二片叶上观察到先前报道过的硅化细胞和栓化细胞。因此本研究又重新观察了小麦第一叶、第三叶、旗叶、倒一叶、倒二叶下表皮,发现在高叶龄叶片上硅化和栓化细胞分布比较多,而表皮毛的形态也和低叶龄有差别。在了解这些细胞类型及特点之后,我们统计了十四个不同品种的小麦气孔密度和指数,结果显示,相同生长环境下,不同品种的小麦在气孔密度和指数方面有差异,很有可能是由品种内部气孔发育这一内因所决定。首次观察到了小麦气孔发育的全部过程。和拟南芥气孔发育过程最大的不同是在小麦气孔的副卫细胞是从气孔系两侧的细胞中招募,这个过程需要高度极化细胞分裂专门朝向GMC。在形成一个GMC后,附近的SMC向紧挨着GMC的方向极化通过不对称分裂产生副卫细胞。为了研究禾本科植物副卫细胞发育的分子机制,我们利用已发表的水稻气孔副卫细胞发育基因OsRAC3的序列信息,采用同源克隆的方法,从小麦中克隆了基因TaRac3。利用生物信息学方法分析了基因序列、蛋白质序列、保守结构域的特征等,并预测了生物学功能,并通过Gateway重组克隆技术构建了TaRac3基因的植物过表达载体pGwb6-TaRac3,利用农杆菌介导拟南芥花序侵染的方法获得了TaRac3基因的拟南芥植株。为研究该基因在形态发育和非生物胁迫中的作用奠定基础,有望为培育小麦抗逆优良品种提供候选基因。