全 文 ：福建林学院学报　2007, 27(1):40 - 43 第 27卷 第 1期
Jou rna l of Fujian Co llege of Fo restry 2007年 1月
厚荚相思玻璃化苗细胞超微结构的变化①
丁国昌1 , 马钟丽 1 , 林思祖 1* , 尤华明1 , 姬　明 1 , 赖钟雄2
(1.福建农林大学林学院 , 福建 福州 350002;2.福建农林大学园艺学院 , 福建 福州 350002)
摘要:通过透射电子显微镜观察厚荚相思正常组培苗和玻璃化组培苗叶片细胞超微结构的变化
情况。结果表明:在超微结构上玻璃化苗与正常苗叶细胞具有明显差异。与正常组培苗相比 ,
玻璃化苗的液泡膨大 , 空泡化严重 , 内含物稀薄;叶绿体数量较少 , 且形态变化较大 , 多数呈
部分解体状态;线粒体数目少 , 膨胀变形 , 嵴突少 、排列紊乱 , 伴有空泡化;细胞间隙变大 ,
胞间联系稀疏。
关键词:厚荚相思;玻璃化;超微结构
中图分类号:Q943.1　　　　文献标识码:A　　　　文章编号:1001 - 389X(2007)01 - 0040 - 04
U ltrastructure d iversification of
Acacia crassicarpa vitriform seed lings
DING Guo-chang1 , MA Zhong-li1 , LIN S i-zu1 , YOU Hua-ming, JIM ing, LA I Zhong-x iong2
(1.Co llege of Forestry, Fu jianA gricu ltu re and Forestry Un iversity, Fu zhou 350002, Ch ina;
2.Co llege ofH ort icu ltu re, Fujian Agricu lture and Forest ry University, Fuzhou 350002, C hina)
Abstrac t:A transm ission e lectron m icroscope w as used fo r observ ing the lea f ce ll u ltrasructu re o f v itrifica tion and norm a lAcacia
crassicarpa tissue culture seedling s, and it w as found tha t there w ere distinct differences be tw een the v itrified and the no rm a l.
Com pa red w ith the norm a lA. crassicarpa tissue culture seed ling, the tissue o f v itrified A. crassicarpa seedling had been changed as
fo llow. The vacuole w asm o re expanded, the cy toplasm w as m orew ashy, the number of chlorop lasts decreased, most o f them we re
deg radied g rea tly, the numbe r of m itochondrion decreased, and its structure changed greatly, the intercellu la r space was m o re
broader.
K ey words:Acacia crassicarpa; vitrification;u ltrastructure
厚荚相思(Acacia crassicarpa)是含羞草科金合欢属常绿乔木 , 由于其适应性强 , 生长迅速 , 根系具
有根瘤 , 木材用途广泛 , 现在华南沿海各地广为种植 [ 1] 。目前 , 营林生产上所用的厚荚相思苗木主要
是通过播种繁殖和枝条扦插繁殖 2种方式获得 。用实生苗造林的厚荚相思 , 其树形 、 生长量 、 抗逆性等
受种源的影响较大[ 2] 。即使是同一种源 , 苗木质量和营林表现也出现较大的差异 [ 1 - 3] 。直接采用优良的
厚荚相思林木枝条进行扦插繁殖的苗木能较好地保持其母株优良的性状 , 但由于优株数量较少 , 而插枝
的生根率较低[ 4] , 同样制约了营林生产的实际需要 。利用优良单株的嫩茎或萌芽枝条 , 进行组织培养
快速繁殖优质苗木 , 已成为近代无性系育种和无性系林业的一个关键环节 。
据研究表明 , 在厚荚相思的组培过程 , 如大白菜试管苗一样 [ 5 - 6] , 玻璃化现象成为制约繁殖系数的
最重要因素 。玻璃化苗外观形态异常 , 矮小肿胀 , 呈半透明水渍状 , 含水量增加 , 有时发育出大量短
茎 , 但无节间。叶片厚而狭长 , 皱缩或卷曲 , 脆弱易破碎。玻璃化苗增殖困难 , 几乎不能生根 , 一旦出
现 , 很难逆转。
目前 , 对影响玻璃化现象因素的机理研究还处在探索阶段。许多学者已经注意到 , 玻璃化现象产生
后 , 玻璃化苗和正常苗在形态和微观结构上的显著差异 [ 7 - 8] ;但是很少从超微结构方面进行探讨 , 更没
有关于 2种苗在细胞器形态结构方面差异的研究。本试验以厚荚相思组培过程中产生的正常苗和玻璃化
苗为材料 , 从分子显微水平 , 研究了玻璃化苗超微结构的变化情况 , 初步阐明玻璃化的机理 , 为研究玻
璃化现象提供一定的理论依据 。
①　基金项目:福建省相思类树种科技产业化攻关项目(闽林综 [ 2003] 27号)。
　作者简介:丁国昌(1970 -), 男 , 福建长汀人 , 讲师 , 从事森林培育研究。
　*通讯作者:林思祖(1953 -), 男 , 福建福清人 , 教授 , 博士生导师 , 从事森林培育研究。
　收稿日期:2006 - 06 - 20;修回日期:2006 - 09 -30。
DOI牶牨牥牣牨牫牫牪牬牤j牣cnki牣j fcf牣牪牥牥牱牣牥牨牣牥牥牴
　第 1期　　　　　　　　　　　　丁国昌等:厚荚相思玻璃化苗细胞超微结构的变化
1　材料与方法
1.1　试验材料
2005年 9月以厚荚相思良种接种在改良的 MS培养基(NH4NO3为 1 000 g L - 1)上得到无菌苗 , 再截
取其茎段进行 2次增殖继代培养后得到供试组培苗 (其中 BA为 2 mg L -1 , KT为 2 mg L- 1 , 蔗糖为
2 mg L - 1 ,活性碳为 2 mg L -1 , 每天光照 16 h, 光照强度为 1 500 lx)。 2005年 12月 , 挑选其中具有代
表性的正常苗和玻璃化苗作为研究对象。
1.2　试验方法
供试材料采用木本植物超薄切片的制备方法[ 9] , 于室温下分别取它们的叶片 (大小为 0.5 mm ×
2 mm),立即投入用 0.1mo l L- 1磷酸缓冲液配制的 0.25 mo l L - 1的戊二醛溶液中 , 并用真空抽气机使之
下沉。在 4℃下固定 16 h, 经 0.1mo l L - 1磷酸缓冲液 (pH =7.2)冲洗 3次 , 每次 15m in。然后置于 0.1
mo l L- 1的磷酸缓冲液配制的 1%的锇酸中 , 4 ℃下固定 4 h, 然后用蒸馏水冲洗 3次 , 每次 15 m in。接
着再用乙醇逐级脱水 , 乙醇各级体积分数分别为 30%、 50%、 70%、 80%、 90%、 100%, 每级 15
m in。环氧丙烷过度 2次 , 再用环氧丙烷与包埋剂 1∶1浸透 2 h , 1∶3浸透 4 h, 100%包埋剂浸透 12 h
后 , 用 618环氧树脂进行包埋 , 用 LKB-N ova型超薄切片机进行切片 , 经醋酸铀染色 30m in和柠檬酸铅
染色15 m in后 , 在 JSM-100CX I型透射电镜下观察并拍照 。
2　结果
电镜下观察结果表明 , 正常苗叶细胞内含物丰富。叶绿体数量较多 , 一个叶细胞内有 4 - 7个叶绿
体 , 大多呈椭圆形 , 叶绿体结构完整 , 内部片层丰富整齐 , 基质片层及基粒片层清晰可见 , 并贮藏有淀
粉粒。液泡较小 , 细胞内含物充实。细胞壁结构完整。细胞间结合紧密 , 细胞间隙较小 。质膜及其它细
胞内膜系统清晰完整 (图 1A)。线粒体数量较多 , 呈规则的椭圆形 , 嵴突呈管状 , 而且比较密集 , 双层
膜清晰完整 (图 1B)。
注 : c.叶绿体; cw.细胞壁;m.线粒体; v.液泡; sg.淀粉粒。
A.正常叶片细胞质膜及细胞内膜系统清晰完整(×15 000);B.正常叶片细胞线粒体数量较多 , 呈规则的椭圆形 , 嵴突呈管状 , 双层
膜清晰完整(×20 000)。
图 1　正常叶片细胞超微结构
Figu re 1　The u ltrasru cture of norm al leaf cell
与正常苗相比 , 玻璃化苗多数叶细胞内含物稀少 , 整个细胞体积是正常苗的 1.5 - 3.0倍 , 明显较
正常苗的偏大。叶绿体数量较少 , 一个细胞内部有 1 - 4个叶绿体 , 有些细胞甚至不含有叶绿体 。叶绿
体的形态变化较大 , 多数叶绿体成带状(图 2A), 极少数为正常形态 。电镜观察可见部分叶绿体外膜已
经发生解体 (图 2B)。少数叶绿体呈部分解体状态 , 可看到叶绿体被膜部分缺失 , 基粒片层模糊 、 消失
41
　　　　　　　　　　　　　　　　　　福　建　林　学　院　学　报　　　　　　　　　　　　　　　　　第 27卷
(图 2C)。线粒体数目明显变少 , 膨胀成圆球状 , 嵴突肿胀 、排列紊乱 , 明显不如正常苗中的线粒体嵴
突密集 , 并伴有空泡化现象 , 被膜模糊 (图 2D)。液泡体积明显变大 , 是正常苗细胞的体积 2 - 4倍 。液
泡空泡化严重 , 内含物减少。细胞间结合不紧密 , 细胞间隙较大 , 质膜及其它细胞内膜系统有部分破碎
现象(图 2E、 2F)。
注 : c.叶绿体; cw.细胞壁;m.线粒体;v.液泡; sg.淀粉粒; is.细胞间隙。
A.玻璃化苗叶片细胞的叶绿体成带状(×20 000);B.玻璃化苗叶片细胞的叶绿体外模已发生解体(×20 000);C.玻璃化苗叶片细胞
的叶绿体膜部分缺失 , 基粒片层模糊 、 消失(×40 000);D.玻璃化苗叶片细胞的线粒体嵴突密集 , 被膜模糊(×50 000);E、 F.玻璃
化苗叶片细胞的细胞间结合不紧密 , 质膜及其它细胞内膜系统有部分破碎现象(×20 000;×40 000)。
图 2　玻璃化苗叶细胞超微结构
F igu re 2　The u ltrasructu re of vitrified leaf cel l
3　小结与讨论
叶绿体是植物进行光能转化的场所 , 其结构正常与否和光合作用密切相关 。玻璃化使厚荚相思叶绿
体减少 , 并对叶绿体超微结构造成不可逆损伤 , 因此将严重影响植物正常的光合作用 。叶绿体的数量 、
形状和类囊体的排列方式能保证其最大的光面积和光合速率[ 10] 。但是 , 厚荚相思玻璃化苗叶细胞的叶
42
　第 1期　　　　　　　　　　　　丁国昌等:厚荚相思玻璃化苗细胞超微结构的变化
绿体数量减少 , 皱缩成带状 , 必将造成叶绿体光合能力的降低 , 减少植物对光的吸收 , 进而使植物生活
力降低 。
线粒体是植物有氧代谢的非光合作用能量转换的中心。它含有多种酶类 , 参与细胞的氧化作用 、电
子传递和能量转换 , 是细胞呼吸作用的主要场所。其中三羧酸循环的酶系集中在线粒体的可溶性衬质
中 , 电子传递核氧化磷酸化的酶系统集中在内膜上。玻璃化苗线粒体的数量减少 , 膨胀变形 , 嵴突肿
胀 、减少 、 排列紊乱 , 被膜模糊。这些变化直接导致了酶分子附着的表面面积减少 , 进而影响了组培苗
进行有氧糖代谢 , 最终导致以 ATP形式提供的能量减少 。同时 , 空泡状现象所造的成对线粒体的不可
逆损伤 , 最终会导致线粒体全部功能丧失。王爱国等 [ 11]研究指出 , 植物细胞的线粒体的膜脂脂肪酸不
饱和程度较高 , 线粒体又是高效率利用分子氧的亚细胞器 , 部分基态分子氧能在线粒体内膜进行单电子
还原成超氧物自由基 。玻璃化导致线粒体内抗氧化物酶系统受到严重破坏 , 尤其是 SOD的活性 , 这必
将使在植物体内高度积累的超氧自由基离子 , 加剧膜脂过氧化作用 , 从而破坏膜的通透性 , 导致线粒体
嵴突的肿胀和空泡化等致死损伤。由此可见 , 玻璃化抑制了线粒体的正常生理功能 , 破坏了线粒体内的
氧化磷酸化循环和电子传递系统。
液泡能调节 、维持一定的渗透压 , 在植物的水分代谢中起着重要的作用。 Debergh[ 12]认为 , 水分生
理异常是玻璃化发生的一个原因。在组织培养的过程中 , 培养基水势过高或环境湿度过大 , 组培苗细胞
相对水势偏低 , 这时细胞开始吸水 , 液泡膨大 , 使得液泡内含物稀释 , 水势升高。膨压维持在一个较高
的水平 , 液泡过分紧张 , 挤压叶绿体等细胞器 , 从而造成了组培苗的玻璃化。液泡含高浓度的液质对植
物抗逆能力的提高具有一定意义 , 玻璃化苗的液泡内含物过少 , 势必影响植物的抗逆能力 , 因此玻璃化
苗对逆境表现敏感 , 抗性低下 , 基本不能通过炼苗锻炼 。
此外 , 玻璃化苗叶细胞的胞间联系稀疏 , 胞间空隙大 , 还会造成维管组织发育变差 , 进而抑制生长
素的极性运输 , 使玻璃化苗的内源生长素分布状况发生改变 , 不利于植物继续生长 。
厚荚相思玻璃化苗叶细胞超微结构的这些变化 , 说明玻璃化苗正常生理代谢的结构基础已发生变
化 , 不能满足其正常的生长需求。叶绿体 、线粒体等超微结构的不可逆损伤 , 破坏了植物正常的生理活
动 , 最终将导致植株死亡 。
参 考 文 献:
[ 1] 潘志刚 .推荐两种热带相思(厚荚 、 槽纹果相思)[ J] . 热带林业 , 1999, 27(3):100 -104.
[ 2] 潘志刚 , 游应天 .厚荚相思的引种及种源试验 [ J] .林业科学研究 , 1994, 10(5):498 - 505.
[ 3] 潘志刚 , 林鸿盛 .厚荚相思的引种 、 生长 、 良种繁育及利用 [ J] .热带林业 , 1996, 24(2):52 -58.
[ 4] 陈青度 , 李小梅 .几种热带相思树种的扦插育苗试验 [ J] .林业科学研究 , 1997, 10(5):495 -499.
[ 5] 张宏伟 , 黄学林 , 傅家端 .厚荚相思体细胞胚胎发生的初步研究 [ J] .中山大学学报:自然科学版 , 1997, 36(1):
122 -125.
[ 6] 郝瑞庆 , 杨广东 , 罗焕亮 .大白菜试管苗玻璃化发生机理初探 [ J] .中国农学通报 , 2002, 18(3):45 - 47.
[ 7] 詹福建 , 巫光宏 , 黄卓烈 .马占相思对低温的抗性研究 [ J] .林业科学 , 2003, 39(1):56 -61.
[ 8] 李胜 , 李唯 , 杨德龙 , 等 .植物试管苗玻璃化现象研究进展 [ J] .甘肃农业大学学报 , 2003, 38(1):1 - 16.
[ 9] 尤华明 .几个不同种源的黑荆树在冰冻后叶片超微结构的研究 [ J] .电子显微学报 , 1998, 17(1):11 - 15.
[ 10] 曹慧娟 .植物学 [ M ] . 北京:中国林业出版社 , 2000:25 -33.
[ 11] 王爱国 , 罗广华 , 邵从本 , 等 . 大豆下胚轴线粒体产生超氧物自由基的效率 [ J] . 植物生理学报 , 1986, 12:
148 - 153.
[ 12] Debe rgh B C. M ass propagation o f g lobe artichoke(Cynara scolym us):Evalua tion of differen t hypothe sis to ove rcom e vitrifi-
ca tion w ith specia l re ference to w ater po ten tial[ J] .Physiol P lan t, 1981(53):181 - 187.
(责任编校:江　英 )
43