茎瘤芥(Brassica juncea var.tumida Tsen et Lee)是十字花科芸薹属芥菜种的一个变种,以其膨大的肉质瘤状茎做为加工腌制的优异原料。目前生产中存在着瘤状茎农业性状及品质较差,加工成菜率低等诸多问题。之前的相关研究多集中在品种选育及栽培措施改善上,对其膨大基本机制的研究很少涉及。为了深入了解瘤状茎生长发育的膨大机制,我们以茎瘤芥为试材,对其生长发育过程中解剖学结构的变化进行了研究,在此基础上分析了细胞倍性及生理代谢物质的变化规律并对相关细胞周期蛋白基因的保守序列进行了克隆,以期阐明瘤状茎膨大的解剖学、细胞学机制并为其分子调控机制的研究打下基础。主要研究内容及结果如下:1.研究了瘤状茎膨大过程中解剖学结构的变化,结果发现瘤状茎膨大主要归因于皮层、髓部细胞数目的增加及相应部位薄壁细胞的体积增大,没有发现环髓带的产生及活动。瘤状茎形成层细胞首先进行切向分裂增加细胞层数,然后进行径向分裂,形成茎的长轴,随后在各部位组织中出现不定向分裂,使得瘤状茎向各个方向生长,在此过程中一直伴随着细胞膨大的进行。由于形成层向内外分裂的细胞数目不同;皮层、髓部细胞的膨大程度不同,导致皮层及髓部组织对瘤状茎最终体积形成的贡献差距明显。2.研究了瘤状茎膨大过程中细胞核内DNA相对含量的变化规律。研究结果发现瘤状茎中存在由核内再复制导致的多倍化现象,细胞最高倍性可达16C(生物体单倍体基因组所含的DNA总量称为C值)。对瘤状茎不同发育时期及成熟期不同发育部位的细胞进行流式细胞术检测,发现随着生育期的进行,瘤状茎的核内多倍化程度不断提高,平均细胞倍性持续增加,由3.14C升至5.18C。成熟茎从外向内呈现出平均细胞倍性先降低后升高的趋势,形成层附近细胞平均倍性值最低,最高值则出现在髓部最内层。结合解剖学结构我们发现:成熟瘤状茎皮层、髓部细胞膨大明显且髓部细胞由外向内体积依次增大,表皮、形成层细胞相对体积较小。这与核内多倍化的变化程度完全吻合,表明核内多倍化程度与细胞的体积大小具有明显的正相关性。瘤状茎在不同环境中表现为膨大与非膨大两种情况下,其核内多倍化程度差距明显。将不同发育时期的瘤状茎髓部进行组织培养,诱导形成的愈伤组织中没有再检测到核内多倍化的产生,其中生长发育早期的髓部组织还诱导分化出芽。对茎瘤芥不同组织器官及其近缘属种的系统研究检测发现,核内多倍体的分布具有器官特异性、种属特异性。3.研究了瘤状茎生长发育过程中生理代谢物质的变化。对其含量变化的测定表明,核内多倍化过程需要旺盛的物质合成代谢并与贮藏物质的积累有关。4.研究了与细胞分裂及核内再复制相关的细胞周期蛋白相关基因,依据拟南芥细胞周期蛋白D基因(CyclinD)的同源序列比对分析结果,克隆得到了茎瘤芥相应细胞周期蛋白基因的同源保守序列。