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水曲柳(Fraxinus mandshurica)属木犀科(Oleaceae)白蜡树属(Fraxinus)落叶乔木,具有重要的木材利用价值和园林观赏价值。本研究通过调节培养基渗透压和培养基内生长调节物质浓度,研究水曲柳体胚发生过程中培养物细胞内线粒体形态和功能变化,结合细胞内活性氧和一氧化氮代谢以及细胞程序性死亡分析,阐述水曲柳早期体胚发生中细胞程序性死亡、活性氧和一氧化氮之间的关系,揭示培养基渗透压和植物生长调节剂调控水曲柳体胚发生和细胞程序性死亡的机制。主要研究结果如下:(1)在水曲柳体胚发生过程中,培养60 d时,在添加20 g·L-1蔗糖的培养基中,添加植物生长调节剂能促进外植体褐化,比未添加植物生长调节剂的处理高出46.09%;在75 g·L-1蔗糖的培养基上,无生长调节剂处理的外植体褐化率为94.15%,有植物生长调节剂处理外植体100%褐化。在无植物生长调节剂时,无体胚发生;在添加植物生长调节剂时,含有75 g·L-1蔗糖的培养基上体胚诱导率和体胚数量分别为58.55%和20.02个/外植体,在含有20 g·L-1蔗糖的培养基上体胚诱导率和体胚数量为11.43%和14.56个/外植体。说明植物生长调节剂决定水曲柳体胚发生,促进外植体褐化;较高渗透压促进体胚发生和外植体褐化。(2)在水曲柳体胚发生过程中,细胞核内部染色质凝聚,线粒体内部结构变得模糊,呈现出圆球形,Caspase-3酶活性升高,证明外植体细胞发生了细胞程序性死亡。在水曲柳体胚发生过程中,线粒体膜吸光度、线粒体膜电位和细胞色素c/a都降低。较高渗透压和植物生长调节剂作为一种环境胁迫能诱导产生H2O2,H2O2使线粒体结构发生改变,引起线粒体膜电位变化和线粒体膜通透性增加,释放细胞色素c到细胞质中,进而提高Caspase-3酶活性,导致细胞发生不可逆转的细胞程序性死亡。(3)在水曲柳体胚发生过程中,外植体细胞发生细胞程序性死亡,外植体细胞内H202和NO含量升高。与H2O2代谢相关的SOD、POD、CAT活性增强,以维持细胞内H202的动态平衡。NOS活性、NR活性与细胞内NO含量相关性均不显著,水曲柳体胚发生过程中细胞内NO合成可能是由非酶促反应作用的结果。综上所述,植物生长调节剂对水曲柳体胚发生起决定性作用,较高渗透压则促进体胚发生。水曲柳体胚发生中涉及到H2O2信号和NO信号。H2O2作为诱导因子参与了外植体细胞PCD,在这个过程中涉及到了 NO信号的合成。