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陆地棉超高强纤维发育进程及其蛋白质组分析

作　者: 马芳芳
导　师: 刘康
学　校: 南京农业大学
专　业: 作物
关键词: 棉花伸长微纤丝纤维品质蛋白质组
分类号: S562
类　型: 硕士论文
年　份: 2013年
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内容摘要

作为重要的天然纤维,棉纤维是纺织工业重要的原材料。近年来,随着人们生活水平的提高以及纺织技术的快速发展,对棉纤维的品质性状提出了更高的要求。纤维伸长和次生加厚占纤维发育过程中绝大部分时间,纤维长度、细度和强度等重要性状在很大程度上由纤维伸长和细胞壁次生加厚进程决定。因此,纤维性状的改良有赖于棉花纤维的伸长和细胞壁次生加厚机制的研究与调控。本研究选用超高强纤维陆地棉品系苏优6167和陆地棉遗传标准系TM-1为研究材料,同步分析了开花后5～30天(DPA)纤维长度、直径以及微纤丝沉积方向的动态变化规律,确定了纤维发育6个关键节点。应用双向电泳技术和质谱分析技术,对这些关键节点的纤维蛋白组进行分析,鉴定了15个差异表达蛋白点。主要研究结果如下：1、纤维伸长进程：TM-1和苏优6167纤维伸长的总体进程非常相似,经历了缓慢伸长期、快速伸长期、第一个平台期、快速缩短期以及第二个平台期等5个不同阶段。其中5～9DPA缓慢伸长,10DPA开始进入迅速伸长阶段,一直持续到18DPA,在此期间,两者都有一个伸长拐点期,苏优6167较TM-1晚2d进入拐点期。18DPA两者的纤维长度达到最大,且最大值没有显著差异。经历18-22DPA纤维伸长停滞期后,纤维迅速缩短,此后长度基本保持不变,30DPA纤维长度又有增加的趋势。且苏优6167纤维的长度开始长于TM-1。由于苏优6167的成熟纤维一般比TM-1长5～6mm,因此,成熟纤维的最终长度不是由其最大伸长长度决定,而是由纤维伸长过程中形成的细胞壁结构影响纤维成熟时期细胞壁的延伸性所决定。2、微纤丝沉积角度的变化过程：5～10DPA,TM-1和苏优6167微纤丝与纤维轴向夹角较大,在70～80°之间,11DPA夹角开始变小,苏优6167的微纤丝夹角6d内迅速降至最低值10°；而TM-1则用了11d才降低到最低值,且中间有2d(12-14DPA)的反弹阶段。微纤丝沉积方式与纤维伸长方式共同决定了纤维的物理结构,从而对纤维长度和强度起主要决定作用。3、纤维直径的变化过程：TM-1和苏优6167纤维直径呈现一个随着纤维发育进程而平行、缓慢变小的趋势,因此,纤维直径可能主要由初生壁决定。根据TM-1和苏优6167纤维伸长和微纤丝沉积的动态变化的共性规律和个性特征,确定了9、10、11、14、16和20DPA是这两个材料纤维发育的6个关键节点。采用2-DE和质谱分析技术,对6个时期纤维细胞蛋白质组进行了差异分析,其中TM-1和苏优6167不同发育阶段差异表达蛋白点分别有252个、127个,同一节点两材料之间的差异蛋白点有383个,选取其中15个差异显著、重复性好的蛋白点,进行胶内酶切和质谱分析,成功鉴定出了14个蛋白点。这些蛋白分别参与非纤维素多糖的合成、乙烯合成、蛋白质合成与加工、RNA加工以及细胞氧化还原平衡等过程。本研究对这些蛋白在纤维伸长和次生加厚发育中的功能进行了讨论,为揭示超高强纤维的发育及形成机制提供了新的线索。

全文目录

摘要  6-8
ABSTRACT  8-13
1 引言  13-29
  1.1 棉花纤维伸长发育  13-15
    1.1.1 棉花纤维伸长发育模型  13-14
    1.1.2 棉花纤维伸长机理  14-15
  1.2 伸长期与次生加厚时期的转变  15-16
  1.3 次生加厚时期  16-18
    1.3.1 次生增厚的起始信号  16-17
    1.3.2 次生壁纤维素沉积方式  17
    1.3.3 次生壁沉积与纤维品质—强度关系  17-18
  1.4 纤维索微纤丝角度的测量方法  18-20
    1.4.1 显微技术法  18-19
    1.4.2 X射线法  19-20
    1.4.3 近红外光谱预测法  20
  1.5 影响纤维伸长和次生加厚的因素  20-21
    1.5.1 激素对纤维伸长和次生加厚的影响  20-21
    1.5.2 外界条件对纤维伸长和次生加厚的影响  21
  1.6 蛋白质组学  21-24
    1.6.1 蛋白质学研究内容及意义  22
    1.6.2 蛋白质组学研究技术  22-24
  1.7 棉花蛋白质组学  24-27
    1.7.1 棉花纤维发育蛋白质组学  25-26
    1.7.2 棉花抗逆蛋白质组学  26-27
  1.8 本研究的目的和意义  27-29
2 材料与方法  29-37
  2.1 试验材料  29-30
    2.1.1 植物材料  29
    2.1.2 试验试剂与仪器  29-30
  2.2 试验方法  30-37
    2.2.1 不同时期棉花纤维长度的测量  30
    2.2.2 不同时期棉花的纤维素微纤丝角度和直径的测量  30-31
    2.2.3 棉花纤维伸长和次生加厚过程中六个关键节点的蛋白质组分析  31-37
3 结果与分析  37-51
  3.1 不同时期棉花纤维长度分析  37-38
  3.2 不同时期棉花纤维染色方法及其微纤丝角度、纤维直径分析  38-40
    3.2.1 微纤丝染色方法分析  38-39
    3.2.2 不同时期纤维微纤丝角度分析  39-40
  3.3 不同时期棉花纤维细胞直径分析  40-41
  3.4 棉花纤维伸长和次生加厚过程中六个关键节点的蛋白质组分析  41-51
4 讨论与结论  51-65
  4.1 棉花纤维伸长和次生加厚动态分析  51-54
    4.1.1 不同时期棉花纤维长度分析  51-52
    4.1.2 不同时期棉花纤维微纤丝角度分析  52-53
    4.1.3 不同时期棉花纤维直径分析  53-54
  4.2 棉花纤维伸长和次生加厚发育过程中六个关键节点蛋白质组分析  54-65
    4.2.1 多糖合成  55-56
    4.2.2 乙烯合成  56-57
    4.2.3 蛋白质合成、折叠与降解  57-59
    4.2.4 氧化还原平衡  59-61
    4.2.5 RNA修饰加工  61-63
    4.2.6 储藏蛋白  63-65
5 全文结论  65-67
参考文献  67-73
附表  73-75
致谢  75

陆地棉超高强纤维发育进程及其蛋白质组分析

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