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以前的研究已表明紫外线-B(UV-B)辐射抑制被子植物花粉萌发和花粉管生长与其促进了过氧化氢(H2O2)和一氧化氮(NO)的生成有关,但关于UV-B辐射对裸子植物花粉萌发和花粉管生长的影响及其与H2O2和NO的关系并不清楚;另外,前人研究也表明H2O2和NO是花粉管极性生长所必需的,这与UV-B辐射下花粉管内H2O2和NO的作用相矛盾,但对于这种结果不一致性的原因并不清楚;同时,花粉管极性生长依赖于花粉管壁物质的定向运输和分布,但是关于H2O2和NO调控花粉管极性生长是否与其影响花粉管细胞壁构建有关却并不清楚。基于以上现状,本实验以裸子植物青杆花粉为材料,研究了正常条件和UV-B辐射条件下H2O2和NO在青杆花粉萌发和花粉管生长中的作用及其与花粉管壁构建的关系。本文的主要研究结果如下:(1)随着UV-B辐射剂量的增强,花粉萌发率不断降低,花粉管长度逐渐缩短,花粉管顶端宽度不断增加,说明UV-B辐射抑制花粉萌发和花粉管极性生长,并且具有剂量依赖性。实验选取0.4 W/m2UV-B为最适剂量,用于以下实验。(2)可见光下正常生长的花粉管内H2O2呈梯度分布,其顶端H2O2水平最高;而加入H2O2清除剂抗坏血酸(ASC)和NADPH氧化酶抑制剂二苯基碘(DPI)不仅降低了花粉管内H2O2含量,使其梯度分布消除,也明显抑制花粉萌发和花粉管生长,说明正常生长条件下花粉管内H2O2水平的维持及其梯度分布的存在是花粉管极性生长的必须条件。UV-B辐射下整个花粉管内H2O2水平明显增高,顶端梯度分布也不存在,加入ASC和DPI能显著降低H2O2水平,也能明显减弱UV-B对花粉萌发和花粉管生长的抑制作用,说明UV-B抑制花粉的萌发和花粉管生长与其促进H2O2生成并扰乱了其顶端梯度分布有关。综合两方面的结果,说明青杆花粉管中H2O2适宜水平的维持及其梯度分布的存在是其维持花粉管正常极性生长所必需的。同时,DPI能明显抑制花粉管内源H2O2生成的结果也说明青杆花粉H2O2生成主要来源于NADPH氧化酶途径。(3)可见光下正常生长的花粉管内NO均匀分布于顶端以外的其它部位;NO清除剂c-PTIO和硝酸还原酶抑制剂钨酸钠处理不仅能显著降低花粉管内NO水平,也显著抑制花粉萌发和花粉管生长,暗示正常生长条件下花粉管内NO水平的维持是花粉管极性生长必须的。UV-B辐射下花粉管顶端及其它部位NO水平均均显著增高,加入c-PTIO和钨酸钠不仅明显降低花粉管内NO含量,也逆转了 UV-B辐射对花粉萌发和花粉管生长的抑制作用,说明UV-B辐射抑制花粉萌发和花粉管极性生长与其促进了 NO生成并扰乱了其正常分布格局有关。结合两方面的结果,说明青杆花粉管中适宜水平的NO分布于顶端以外部位是花粉管维持其正常极性生长所必需的。同时,钨酸钠能明显抑制花粉管内源NO生成的结果也暗示青杆花粉NO生成主要来源于硝酸还原酶途径。(4)可见光下正常生长的花粉管壁中纤维素均匀分布,而H2O2和NO清除剂和形成酶抑制剂处理后整个花粉管壁纤维素含量明显降低;在UV-B辐射下花粉管顶端壁中出现纤维素的沉积现象,而H2O2和NO清除剂和形成酶抑制剂处理后花粉管顶端壁纤维素沉积现象消失。结果表明,H2O2和NO调控花粉管壁中纤维素的分布,这可能是其调控花粉管极性生长的原因之一。(5)可见光下正常生长的花粉管壁中胼胝质含量由基部向顶端逐渐降低,H2O2与NO清除剂和形成酶抑制剂处理后花粉管顶端壁出现肼胝质沉积;UV-B辐射下花粉管顶端区域也出现胼胝质沉积现象,而H2O2和NO清除剂和形成酶抑制剂处理后消除了花粉管顶端的胼胝质累积现象。结果表明,H2O2和NO调控花粉管壁中肼胝质的分布,这可能是其调控花粉管极性生长的原因之一。(6)可见光下正常生长的花粉管顶端壁中脱脂果胶含量较低,两侧壁中含量较高,ASC和钨酸钠处理后花粉管顶端壁中脱脂果胶含量增高而两侧壁中脱脂果胶含量降低;UV-B辐射下花粉管壁中脱脂果胶则集中分布于顶端和亚顶端区域,而ASC和钨酸钠处理后花粉管壁中脱脂果胶分布模式逆转,顶端壁中脱脂果胶含量显著降低。结果表明,H2O2和NO调控花粉管壁中脱脂果胶的分布,这可能是其调控花粉管极性生长的原因之一。(7)可见光下正常生长的花粉管壁中酯化果胶只分布在顶端区域,花粉管两侧壁中没有;而加入ASC和钨酸钠后酯化果胶主要分布在花粉管基部和两侧壁中,而顶端没有。UV-B辐射下萌发的花粉管酯化果胶均匀分布在整个花粉管壁;ASC和钨酸钠处理后酯化果胶主要分布在花粉管顶端和亚顶端壁中。结果表明,H2O2和NO也调控花粉管壁中酯化果胶的分布,这可能也是其调控花粉管极性生长的原因之一。综上所述,青杆花粉管内H2O2和NO适宜水平的维持及其各自特定分布格局的存在调控着花粉管壁中纤维素、胼胝质、脱脂果胶和酯化果胶等壁构建物质的分布,因而是花粉管极性生长所必需的;UV-B辐射抑制青杆花粉管极性生长与其促进了花粉管内H2O2和NO的形成并消除了其特有分布格局、进而影响了花粉管壁构建物质的正常分布有关。