全 文 ：第 29 卷 第 2 期
2010 年 4 月
电 子 显 微 学 报
Journal of Chinese Electron Microscopy Society
Vol-29，No. 2
2010-04
文章编号:1000-6281(2010)02-0167-06
北方四种卫矛属常绿阔叶植物叶肉细胞
超微结构在冬季的适应性变化
葛秀秀1，房克凤2，郝 强3，于建军3，关雪莲3*
(北京农学院 1.生物技术系，2. 农业应用新技术北京市重点实验室，3.园林系，北京 102206)
摘 要:以北京地区生长的 4 种常绿阔叶植物北海道黄杨(Euonymus japonicus cv.‘CuZhi’)、大叶黄杨(E.
japonicus Thunb.)、金心黄杨(E. japonicus cv. aureo-pictus )和扶芳藤［E. fortunei(Turcz.)hand. -Mazz］为材料，研究
其叶肉细胞超微结构在冬季应答低温胁迫的适应性变化。结果表明:在冬季北海道黄杨、大叶黄杨和金心黄杨叶
肉细胞的叶绿体结构相对完整，其中的嗜锇颗粒增多，淀粉粒消失;叶绿体周围的线粒体数量显著增多，且结构完
整、内嵴明显;细胞质中有同心圆状排列的多层膜结构出现。扶芳藤在初冬时叶肉细胞中的叶绿体有些肿胀，内膜
系统稀疏，淀粉粒消失;随着气温进一步的降低，叶绿体出现解体，这些特征表明扶芳藤的抗寒性弱于其它 3 种常
绿阔叶植物。
关键词:卫矛属;常绿阔叶植物;叶肉细胞;超微结构
中图分类号:S792;Q248;Q336 文献标识码:A
收稿日期:2009-05-17;修订日期:2009-11-29
基金项目:北京市教委资助项目(项目编号:km20031002008，km200810020004).
作者简介:葛秀秀，女(汉族)，黑龙江省人，农学博士，讲师 .
* 通讯作者:关雪莲，女(汉族)，北京人，博士，副教授，E-mail:guanxl3152@ sina. com.
常绿阔叶植物是我国北方冬季城市景观的重要
组成部分，对改善因冬季城市供暖而大量碳排放引
起的大气污染有着重要的生态意义。目前我国北方
常绿阔叶植物种类较少，在园林绿化上普遍栽培的
品 种 有 北 海 道 黄 杨 (Euonymus japonicus. cv.
‘CuZhi’)、大叶黄杨(E. japonicus Thunb.)、金心黄
杨(E. japonicus cv. aureo-pictus)和 扶 芳 藤［E.
fortunei(Turcz.)hand. -Mazz］等。多数品种成株可
以露地安全过冬，而在幼苗期则需要加盖保暖物才
能抵御严寒。对这些北方常绿阔叶植物的抗寒机理
方面的研究目前多侧重于低温胁迫下植物体内与抗
性有关的酶、组织电导率、丙二醛和脯氨酸含量的变
化［1 ～ 3］。对常绿阔叶植物低温胁迫下叶片组织结构
变化的研究相对较少［4］。本文选取了 4 种适合北
京地区冬季绿化的卫矛属常绿阔叶树种，观察它们
的叶肉细胞在冬季低温胁迫下超微结构发生的适应
变化，为进一步探索北方常绿阔叶植物的抗寒机理
提供了细胞学依据。
1 材料与方法
1. 1 材料
选取北京市昌平区北京农学院内露地栽培北海
道黄杨(Euonymus japonicus. cv.‘CuZhi’)、大叶黄
杨(E. japonicus Thunb.)、金心黄杨(E. japonicus
cv. aureo-pictus)和 扶 芳 藤［E. fortunei (Turcz.)
hand. -Mazz］4 种植物的成熟叶片作为实验材料。
1. 2 方法
分别于 2005 年 12 月 13 日、2006 年 1 月 16 日
和 6 月 30 日取材。将叶片切成面积约 0. 1 cm2 的
小组织块。室温下用 3%戊二醛固定 4 h，磷酸缓冲
液冲洗多次后，用 1% 的锇酸在4 ℃冰箱中过夜固
定 14 h。磷酸缓冲液冲洗材料多次，常规梯度乙醇
脱水，然后换至丙酮中。Epon812 树脂渗透、包埋，
在45 ℃温箱中聚合 12 h 后，调温至60 ℃再聚合 24
h。Leica Emuc6 型切片机超薄切片，醋酸双氧铀和
柠檬酸铅双重染色［5，6］。在 Hitachi-7500 型电子显
微镜下观察照相。
2 结果与分析
2. 1 12 月份叶肉细胞超微结构
12 月平均气温是4 ℃，植物都处于抗冻锻炼的
过程中。4 种植物叶肉细胞的超微结构较为一致。
叶肉细胞中间的大液泡周围开始出现一些小液泡。
在细胞质中有大量的线粒体(图Ⅰ-1)和椭圆形的叶
绿体(图Ⅰ-1，2)。叶肉细胞的核膜清晰，有一个染
色较深的核仁。叶绿体类囊体片层清晰，但片层比
较稀疏，而且在叶绿体类囊体片层间有较多的嗜锇
颗粒(图Ⅰ-1 ～ 4);大量的线粒体聚集在叶绿体周
电子显微学报 J. Chin. Electr. Microsc. Soc. 第 29 卷
图版Ⅰ 12 月份叶肉细胞超微结构。Bar = 100 nm
图 1 ～ 2 北海道黄杨叶绿体和线粒体;图 3 大叶黄杨叶绿体;图 4，图 5 扶芳藤叶绿体，线粒体和液泡;
图 6 北海道黄杨叶绿体旁边的呈同心圆状的多膜结构;图 7 金心黄杨叶绿体。
Explanation of Plate Ⅰ The ultrastructure of the mesophyll cell in Dec. Bar = 100 nm
Fig. 1，2 The chloroplasts and mitochondria of the Euonymus japonicus. cv.‘CuZhi’;
Fig. 3 The E. japonicus Thunb. chloroplast;Fig. 4，5 The chloroplast of E. fortunei (Turcz.)hand. -Mazz;
Fig. 6 The multi-membranes structure near the E. japonicus. cv.‘CuZhi’chloroplasts in Dec.;
Fig. 7 The chloroplasts of E. japonicus cv. aureo-pictus.
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第 2 期 葛秀秀等:北方四种卫矛属常绿阔叶植物叶肉细胞超微结构在冬季的适应性变化
围，线粒体有明显的内嵴(图Ⅰ-1、5)。在细胞质中
还观察到一种呈同心圆状排列的多层膜结构(图Ⅰ-
6)，其来源尚不清楚。这一时期叶肉细胞之间的细
胞间隙较大。大叶黄杨的叶肉细胞的金心黄杨叶肉
细胞的叶绿体内膜片层较少，叶绿体有轻微的膨胀，
还观察到细胞质中有双层的膜泡(图Ⅰ-7)。
图版Ⅱ 1 月份叶肉细胞超微结构。Bar = 100 nm
图 1 北海道黄杨叶肉细胞;图 2 大叶黄杨叶绿体;图 3 金心黄杨多层膜结构;图 4 金心黄杨叶绿体;
图 5，图 6 扶芳藤变形的叶绿体。
Explanation of Plate Ⅱ The ultrastructure of the mesophyll cell in Jan. Bar = 100 nm
Fig. 1 The mesophyll cell of Euonymus japonicus. cv.‘CuZhi’;Fig. 2 The chloroplast of E. japonicus Thunb.;
Fig. 3 The multi-membranes structure of E. japonicus cv. aureo-pictus.;Fig. 4 The chloroplast of E. japonicus cv. aureo-variegatus;
Fig. 5，6 The chloroplasts of E. fortunei(Turcz.)hand. -Mazz.
2. 2 1 月份叶肉细胞超微结构
1 月气候已进入寒冬，平均气温是 － 1. 5 ℃，随
着室外气温进一步的降低和低温胁迫时间的延长，4
种植物的叶肉细胞质变得更稀疏，细胞内有大小不
等的液泡，叶绿体中淀粉粒消失。其中北海道黄杨
叶肉细胞(图Ⅱ-1)较前月只有细微变化;大叶黄杨
和金心黄杨叶肉细胞的叶绿体双层外膜还比较清
晰，但叶绿体发生膨胀变形，类囊体片层大量减少
(图Ⅱ-2)，叶绿外膜还有内吞现象，液泡膜形成很多
内突，在液泡中也有内吞颗粒(图Ⅱ-2);以上 3 种植
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电子显微学报 J. Chin. Electr. Microsc. Soc. 第 29 卷
物都在细胞质观察到呈同心圆状排列的多层膜结
构，有些多层膜结构在液泡膜的边缘，有的已被吞入
液泡中，细胞间也存在较大的细胞间隙(图Ⅱ-3)。
相比北海道黄杨和大叶黄杨，金心黄杨叶肉细胞的
线粒体数量较多而叶绿体中嗜锇颗粒较少(图Ⅱ-
4)，而扶芳藤叶肉细胞内部发生较大的变化，叶绿
体发生变形、类囊体片层系统排列紊乱(图Ⅱ-5)，有
些叶绿体甚至开始解体(图Ⅱ-6)。
图版Ⅲ 6 月份叶肉细胞超微结构。Bar = 100 nm
图 1，图 2 大叶黄杨叶绿体(含有丰富的淀粉粒);图 3 金心黄杨正在分裂的叶绿体;图 4，图 5 金心黄杨叶肉细胞;
图 6 北海道黄杨叶绿体;图 7，图 8 扶芳藤叶绿体;图 9 北海道黄杨多层膜结构。
Explanation of Plate Ⅲ The ultrastructure of the mesophyll cell in Jun. Bar = 100 nm
Fig. 1，2 The chloroplasts of Euonymus japonicus Thunb. with rich starch grains;Fig. 3 The chloroplasts of
E. japonicus cv. aureo-pictus just dividing;Fig. 4，5 The mesophyll cell of E. japonicus cv. aureo-pictus;
Fig. 6 The chloroplasts of E. japonicus. cv.‘CuZhi’;Fig. 7，8 The chloroplasts of E. fortunei(Turcz.)hand. -Mazz;
Fig. 9 The multi-membranes structure of E. japonicus. cv.‘CuZhi’.
(Ch:叶绿体 chloroplast;CW:细胞壁 cell wall;ER:内质网 endoplasmic reticulum;MT:线粒体 mitochondrion;
N:细胞核 nucleus;SG:淀粉粒 starch grains V:液泡 vacuole)
2. 3 6 月份叶肉细胞超微结构
为了更进一步说明叶片在冬季低温胁迫下发生
的适应性变化，作者在 2006 年 6 月底取材观察了夏
季叶肉细胞的超微结构。在叶肉细胞中能观察到内
质网、高尔基体和丰富的叶绿体和线粒体(图Ⅲ-1 ～
5)。其叶绿体类囊体片层丰富，而且在叶绿体中贮
存有较多的淀粉粒，嗜锇颗粒比冬季减少(图Ⅲ-1，6
～ 8)，还观察到叶绿体有出芽和分裂现象(图Ⅲ-3，
8);在北海道黄杨中发现多种形态的复杂多层膜结
构(图Ⅲ-9)。
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第 2 期 葛秀秀等:北方四种卫矛属常绿阔叶植物叶肉细胞超微结构在冬季的适应性变化
3 讨论
低温是影响植物生长和地域分布的一个重要非
生物因子。目前，对植物在低温胁迫下细胞超微结
构变化方面的研究主要集中于草本植物、落叶植物
或体外培养细胞等材料［7 ～ 11 ］。多数研究表明细胞
器(特别是叶绿体)和膜结构的稳定性在抗寒锻炼
过程中的稳步提高是植物抵御冬季低温胁迫的关
键。如冷敏感植物葡萄在低温胁迫下叶绿体形状变
得不规则，类囊体片层结构紊乱，淀粉粒消失及液泡
内容物凝集成块或断裂出现空洞和线粒体内部结构
出现空洞等现象［8］;油菜在低温冰冻胁迫下也出现
叶绿体结构紊乱、质膜内陷等超微结构变化［10］。本
试验通过观察生长在北方露地的常绿阔叶植物北海
道黄杨、大叶黄杨和金心黄杨叶肉细胞超微结构，发
现它们经过一段时期的低温锻炼后，叶肉细胞的质
膜、细胞核、叶绿体、线粒体等细胞结构依然保持完
整，这就保证了其叶肉细胞正常的代谢和完成其生
理功能，这一发现证实了这 3 种常绿阔叶植物具有
很强的抗寒能力。而扶芳藤叶肉细胞在 1 月出现叶
绿体类囊体片层结构紊乱甚至叶绿体解体的情况，
说明扶芳藤的抗寒能力要低于其余 3 种常绿阔叶植
物。
张有福等曾观察祁连圆柏和圆柏生长季(夏
季)和休眠季(冬季)叶片的结构，发现在生长季的
叶绿体中都积累了很多淀粉粒，但进入休眠季后由
于受低温胁迫叶绿体中的淀粉粒消失，而出现较多
的脂滴(嗜锇颗粒)。认为两种植物的高抗寒性与
叶绿体中淀粉粒的季节性积累有关，通过转化为可
溶性糖增强了植物的耐寒性［10］。本试验中在北海
道黄杨、大叶黄杨和扶芳藤叶肉细胞的叶绿体中淀
粉粒和嗜锇颗粒的变化趋势与圆柏相类似。叶绿体
在夏季都含有较多的淀粉颗粒在冬季消失，嗜锇颗
粒在夏季较少而冬季增多。越冬锻炼过程中叶绿体
内淀粉粒的减少和嗜锇颗粒的增加是抗寒能力强的
品种及低温锻炼抗寒力提高的表现。
在温度胁迫下的棉花［12］、葡萄［13］和沙冬青［14］
叶肉细胞中都观察到有线粒体围绕叶绿体分布的特
点，本试验中 4 种常绿阔叶植物叶肉细胞在冬季的
也被观察到类似的线粒体动态分布。线粒体数量增
加和围绕叶绿体分布被认为是对单位线粒体活性功
能降低的补偿［15］，从而保证植物在逆境胁迫下的能
量供应，是植物应答逆境胁迫的一种反应。
液泡的内吞作用被认为与植物的抗寒性和抗冻
锻炼密切相关。韩善华等发现在冬季沙冬青叶肉细
胞的液泡膜形成大量内吞，液泡中有一种电子密度
非常高的特殊内含物［14］。董丽等在黄杨(Buxus
sinica)、洋常春藤(Hedera helix)和八角金盘(Fatsia
japonica)的冬季叶肉细胞中也观察到有大量的液泡
膜内陷［4］。杨凤仙等观察到低温胁迫下的棉花叶
肉细胞的液泡中也出现多膜状结构或小泡，并认为
这是叶肉细胞对低温的适应性变化，液泡中的这些
变化可以防止细胞结冰［12］。作者也观察到 4 种抗
寒常绿阔叶植物的冬季叶肉细胞中有液泡膜内陷或
在细胞质和液泡中形成各种多层膜结构，但在北海
道黄杨夏季的叶肉细胞中也被发现有类似的多膜结
构。因此这些复杂的多层膜结构是否是植物对冬季
低温的适应性结构变化还有待进一步研究与讨论。
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* Corresponding author
The mesophyll cell ultrastructural variations of four species
in Euonymus with evergreen broad-leaf planted in
northern China in winter
GE Xiu-xiu1，FANG Ke-feng2，HAO Qiang3，YU Jian-jun3，GUAN Xue-lian3*
(1. Department of Biotechcnology，2. Beijing Key Laboratory for Agricultural Application and New Technique，
3. Department of Landscape，Beijing University of Agriculture，Beijing 102206，China)
Abstract:This paper explores the mesophyll cell adaptable ultrastructure changes of Euonymus japonicus cv.‘CuZhi’，E. japonicus
Thunb.，E. japonicus cv. aureo-pictus and E. fortunei(Turcz.)hand. -Mazz planted in Beijing in winter. Results show that the
mesophyll cells of Euonymus japonicus L. cv Zhuzi，Euonymus japonicus Thunb and Euonymus japonicus cv. aureo-variegatus still
maintain normal ultrastructure in winter. In their mesophyll cells there are many normal chloroplasts with a lot of lipid grains，but
without starch grain. Many mitochondria with normal cistra locate near the chloroplasts and multi-membrane structure arranges like
concetric circles as well. In terms of Euonymus fortunei mesophyll cells， some chloroplasts display swollen with scattered
endomembrane system and without starch grain at the beginning of winter. Furthermore，some chloroplasts’ structures disintegrate
when the outdoor temperature drops much lower. These characteristics of E. fortunei (Turcz.)hand. -Mazz mesophyll cells show that
E. fortunei (Turcz.)hand. -Mazz may have lower anti-cold ability than the other three pieces of Euonymus.
Keywords:Euonymus;evergreen broad-leaf plant;the mesophyll cell;ultrastructure
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