全 文 ：　　第 25卷　第 4期　 吉首大学学报(自然科学版) Vol.25　No.4　　
　　2004年 12月 Journal of Jishou University(Natural Science Edition) Dec.2004　　
文章编号:1007-2985(2004)04-0027-03
五唇兰珠心细胞程序死亡的超微结构观察
伍成厚1 , 2 ,夏快飞1 ,梁承邺1 ,叶秀
(1.中国科学院华南植物研究所 , 广东 广州　510650;2.漳州师范学院生物系 , 福建 漳州 　363000)
摘　要:应用透射电子显微镜观察了五唇兰珠心细胞程序死亡过程.五唇兰珠心细胞程序死亡超微结构的特征是:染
色质凝集;线粒体结构简化 , 内嵴减少或消失;液泡数量增多 ,在一些液泡内含有细胞组分的碎片或膜状结构.
关键词:五唇兰;珠心细胞;细胞程序死亡;超微结构观察
中图分类号:Q944.59　　　　　　 文献标识码:B
细胞程序死亡(programmed cell death ,PCD)又称细胞凋亡(apoptosis),是一个由基因决定的自动结束生
命的过程.植物细胞程序死亡普遍存在于植物器官和个体生长发育过程中 ,从而形成有利于植物自身发展
的结构[ 1-3] .对于动物细胞程序死亡的研究已有半个世纪 ,而对植物细胞程序死亡的研究则在 20世纪 90
年代以后才引起注意.1985年尤瑞麟[ 4]在有关小麦(Triticum aestivm)珠心细胞衰退超微结构的研究中首先
引用了PCD概念 ,国际上在1990年之后才把这一概念引入植物学.被子植物雌配子体发育过程中 ,珠心细
胞的衰退过程是 PCD ,然而从 PCD的角度研究珠心细胞衰亡的工作很少[ 4-5] .
唐源江等[ 6]用光学显微镜观察到五唇兰(Doritis pulcherrima Lindl.)在大孢子母细胞减数分裂至四核胚
囊时期珠心细胞逐步解体 ,本文报道五唇兰珠心细胞程序死亡过程中的超微结构变化.
1　材料和方法
1.1 材料
试验材料是产于我国海南岛的野生五唇兰 ,从野外采回后种植在中国科学院华南植物研究所的温室内.
1.2 方法
在开花期间进行人工授粉 ,每个花葶授基部的 2朵花 ,剪除花葶的其余部分.授粉后 32 ～ 38 d采集发
育正常的子房 ,取子房中部的胚珠(带少量胎座组织 、体积约 0.5 mm3)作材料 ,在 2%戊二醛(0.1 mol磷酸
缓冲液 ,pH 值 6.8)于室温下抽气固定 4 h , 0.1 mol磷酸缓冲液冲洗 ,再用 1%的锇酸在 4 ℃温度下固定
12 h.按常规方法经乙醇脱水 ,环氧丙烷过渡 ,Epon-812包埋.先用玻璃刀作半薄切片(厚度 2 μm)确定位
置 ,再用钻石刀做超薄切片(厚度 80 nm),铜网搜集 ,醋酸双氧铀和柠檬酸铅双染 , JEM-1010透射电子显
微镜观察和摄影.
2　观察结果
五唇兰的胚珠具薄珠心 ,珠心细胞直接由孢原细胞外边的单层表皮细胞发育而成.孢原细胞直接发育
为大孢子母细胞 ,随着大孢子母细胞体积的增大 ,位于大孢子母细胞两侧的珠心细胞首先出现衰退现象.
衰退的珠心细胞近珠被一侧的质膜完整 ,而靠近大孢子母细胞一侧的细胞壁膨胀 ,纤维素微纤丝松解.细
收稿日期:2004-08-02
基金项目:国家自然科学基金资助项目(30170061);广东省重大科技专项基金资助项目(2003A2010401)
作者简介:伍成厚(1968-),男 ,湖南邵阳人 ,漳洲师范学院生物系讲师 ,博士 ,主要从事植物遗传育种与生物技术研究.
胞核的形状变得不规则 ,核膜完整 ,染色质开始凝集 ,核基质与染色质之间的界限变得明显(图 1a).
衰退的珠心的细胞质中出现单层界膜包围的比较透明的区域 ,可能是细胞质溶解后新形成的小液泡.
随着细胞质自溶作用的继续进行 ,这类小液泡之间的细胞质将进一步消失 ,小液泡将合并成体积更大的液
泡.在一些液泡内存在被溶解的细胞组分的碎片 ,在有的液泡内还含有单层膜结构.线粒体内嵴开始减少
甚至消失;另有一些线粒体出现一些电子密度低的透明区域(图 1b).但此时高尔基体尚保持其基本形态
(图 1c),内质网系统也未发生显著变化(图 1d).
在珠心细胞衰亡的后期 ,细胞质逐渐消失 ,高尔基体和内质网等细胞器也随之消失.当其他细胞器已
基本解体以后 ,核膜开始解体 ,液泡进而侵蚀细胞核(图 1e).最后 ,核膜消失 ,核裂解(图 1f).
CH—染色质;CW—细胞壁;D—高尔基体;DNC—解体珠心细胞;ER—内质网;L—类质体;M—线粒体;MG—大孢子母细胞;N —细胞核;V —液泡
a—大孢子母细胞(MG)时期 ,开始解体的珠心细胞(DNC), ×4 000;b—示珠心细胞内的液泡(V)和线粒体(M), ×20 000;c—高尔基体(D),
×8 000;d—内质网(ER), ×100 000;e—衰亡中期的细胞核(N)×10 000;f—衰亡后期的细胞核(N), ×5 000.
图 1　五唇兰珠心细胞程序死亡的超微结构观察
3　讨论
五唇兰珠心细胞衰退时 ,质膜皱缩 、细胞质的电子密度提高 、细胞器结构破坏较晚 、染色质高度凝集 ,
这些变化特征和动物细胞程序死亡的某些特征相似[ 1] .动物细胞 PCD过程后期 ,细胞核碎片在细胞质中
与细胞器等成分一起被细胞膜包裹成凋亡小体 ,进而被周围的细胞或巨噬细胞吞噬或自然脱离生物
体[ 1-2] .植物体内没有巨噬细胞 ,周围细胞对凋亡细胞的识别和吞噬并不常见.那么植物体中的凋亡细胞
是如何降解并消失的无影无踪的呢? 这一问题目前尚无定论.尤瑞麟[ 4]在小麦 、刘林等[ 5]在非洲狼尾草
(Pennisetum squamulatum Fresen)珠心细胞 PCD过程中 ,观察到内质网槽库膨大的现象 ,在膨大的空间中有
大量的小泡或小球体 ,他们认为这是一种消化结构 ,不断吞噬细胞质 ,是引起细胞自溶的一种重要机制.刘
林等[ 5]在非洲狼尾草珠心细胞 PCD过程中 ,还观察到细胞核的核周腔(核膜的内外膜间隙)膨大 ,膨大的
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核周腔中有包裹核物质的内膜突起.尤瑞麟[ 4]在小麦珠心细胞 PCD过程中 ,也观察到核周腔膨大呈袋状 ,
而核周腔里面有很多自噬小泡.他们推测核周腔的膨大与核基质的消化有关.这两种结构 ,在五唇兰珠心
细胞的 PCD过程中未见到.但五唇兰珠心细胞PCD过程中液泡的变化值得注意.首先液泡的数量并不随
着细胞凋亡的进行而减少 ,相反 ,在相当一段时间内 ,凋亡细胞内液泡的数量不断增加;其次 ,还可以观察
到液泡内含有细胞组分的碎片或膜状结构.液泡是植物细胞所特有的细胞器 ,通常认为它含有多种水解酶
并兼有溶酶体的作用.五唇兰珠心细胞 PCD过程中液泡内的这些碎片或膜状结构显然是液泡消化细胞器
后留下的残迹 ,在五唇兰的珠心细胞程序死亡过程中液泡应扮演了重要的角色.在银杏[ 7](Ginkgo biloba
L.)大孢子PCD过程中也发现液泡发生类似的变化.而在杜仲[ 8](Eucommia ulmoides Oliv.)木质部 PCD过
程中液泡和内质网均执行溶酶体的功能 ,吞噬各种细胞器残体.由此可见 ,植物细胞 PCD过程中对细胞组
分的消化有多种方式 ,值得进一步研究 ,这对于全面了解植物细胞凋亡的过程和特征将是不无裨益的.
五唇兰珠心细胞衰亡时线粒体内嵴减少甚至消失;线粒体的解体过程中 ,还出现一些电子密度低的透
明区.小麦[ 4]和非洲狼尾草[ 5]珠心细胞衰亡过程中 ,线粒体的内嵴也减少或消失 ,小麦[ 4]的珠心细胞衰亡
时线粒体结构还发生变形 ,但均未出现电子密度低的透明区域.在杜仲[ 8]木质部 PCD过程中 ,有一些线粒
体拉长 ,产生缢缩 ,出现一些电子密度低的透明区 ,进而从透明区处裂开.这些现象说明 ,线粒体与植物细
胞的 PCD之间有密切的相关性 ,但其结构的变化在不同植物的表现不完全相同.尤瑞麟[ 4]曾报道小麦珠
心细胞在雌配子体周围持续地衰退和解体 ,为雌配子体及后来胚和胚乳发育提供养料 ,最后被完全吸收.
兰科植物的胚珠发育过程中 ,合点端的珠心细胞通常解体较迟[ 9-11] ,这个珠心细胞与胚囊合点端之间的
胞间连丝是胚囊大孢子发生过程中营养来源的唯一通道[ 11] .五唇兰胚珠发育过程中 ,胚囊发育所需要的
营养物质也是通过合点端的珠心细胞输入的 ,而且这一珠心细胞也通常解体较迟.在五唇兰胚囊两侧珠心
细胞的 PCD过程一直未见其与胚囊之间形成胞间连丝 ,这些珠心细胞的解体可能不是为胚囊的发育提供
营养物质.不同位置的珠心细胞在雌配子体发育过程中的作用显然不同 ,值得进一步研究.
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Ultrastructural Observations on Programmed Cell Death of the Nucellar
Cells in Doritis pulcherrima
WU Cheng-hou1 , 2 ,XIA Kuai-fei1 ,LIANG Cheng-ye1 ,YE Xiu-lin1
(1.South China Institute of Botany , Academica Sinica, Guangzhou 510650 , China;2.Dept.of Biology ,
Zhangzhou Teacher College , Zhangzhou , Fujian 363000 , China)
Abstract:Ultrastructral observations on programmed cell death of the nucellar cells in Doritis pulcherrima showed some
distinct characteristics , that is ,demonstrated condensation of the chromatin;decreased quantity of mitochondria or the
loss of their cristae;increased amount of vacuoles , and some of which contained residum of organelles or membrane
structures.
Key words:Doritis pulcherrima;nucellar cells;prorammed cell death;ultrastructural observations
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