全 文 ：紫竹梅雄蕊毛细胞胞间连丝的超微结构研究*
李明义
(湖北大学生命科学学院 ,武汉 430062)
摘　要　利用电子显微镜系统地观察了不同发育时期紫竹梅花雄蕊毛细胞的胞间连丝的超微结构 ,
发现在雄蕊毛细胞分裂时 ,刚形成的胞间连丝直径小于 30nm;随着花的开放和雄蕊毛细胞的发育成
熟 ,胞间连丝的结构趋于正常 ,直径约 50nm;当紫竹梅花衰老时 ,胞间连丝的内部结构降解 ,直径扩大
到 100nm左右。 本文讨论了胞间连丝超微结构的变化机理。
关键词　紫竹梅　胞间连丝　超微结构
　　来稿日期: 1997年 6月 23日 ,修改稿收到日期: 1997年 9月 2日
　 * 国家自然科学基金资助项目
胞间连丝是物质运输和信息传递的重要通道 [ 1] ,关于胞间连丝的超微结构已有许多报
道 [2— 4 ] , B. Ding等利用特定时期的材料对胞间连丝的超微结构进行了细致研究 [5 ]。但是 ,胞间连
丝的结构不是固定不变的 ,它随着组织、细胞的发育而发生相应的变化。 W. J. Lucas等认为筛板
壁上的巨型胞间通道的形成 ,是在许多酶的作用下产生的 [6 ]。 为此 ,我们以紫竹梅花雄蕊毛细胞
为材料 ,按不同时期将花分为三个阶段 ,花蕾、开放花和衰老花 ,旨在探明不同时期雄蕊毛细胞间
的胞间连丝的超微结构的变化 ,以期对研究衰老器官物质的撤退和再利用起指导作用。
材料与方法
1. 材料
材料为紫竹梅 ( Setcreasea purpurea )雄蕊毛细胞。紫竹梅以盆栽方式种植在温室里 ,平均温
度 25℃ ,接受自然阳光 ,可保持一年四季开花。
2. 电子显微镜技术
按不同的生育期将花分为三个不同的阶段 ,花蕾、开放花和衰老花。 切取三种不同时期带有
毛细胞的雄蕊 ,长 0. 3cm。用改进后的 Karnov sky固定液 ( 1%多聚甲醛 , 2. 5%戊二醛 , 0. 005%
CaCl2 , 2. 5%蔗糖 ,用 0. 1mol /L的二甲胂酸纳缓冲液配制 , pH7. 3)和 1%锇酸固定 ,以 10%梯度
递增的丙酮脱水 , Spurr树脂包埋 , 70℃下固化。在 LKB8800型超薄切片机上切片 ,醋酸双氧铀
和柠檬酸铅先后染色 ,在 JEM-100CX型透射电镜下观察。
实验结果
1. 胞间连丝的形成期
胞间连丝的形成是伴随着紫竹梅雄蕊毛细胞分裂而开始的 ,紫竹梅雄蕊毛大约在花粉四分
体时期开始发育 ,此时的紫竹梅花还未开放 ,雄蕊毛被包裹在花蕾中 ,雄蕊毛细胞不断分裂 ,细胞
数目逐渐增多 ,至顶端细胞分裂停止时 ,一根雄蕊毛的细胞数目可达 20个左右 ,成直线排列。在
细胞分裂时保留在两子细胞之间的原生质细丝逐渐发育成胞间连丝 ,此时的胞间连丝较细 ,直径
约 30nm(图 1) ,细胞内的细胞器较少 ,质体和线粒体未发育完全 ,但存在丰富的核糖体 ,部分游
离在基质中 ,仅少量附着在内质网上。
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CW细胞壁 ( Cell wa ll) ; Pd胞间连丝 ( plasmodesmate) ; R核糖体 ( Ribosome) ; RER粗面内质网 ( Rough endo-
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plasmic r eticulum) ; SER滑面内质网 ( Smoo th endoplasmic r eticulum)
图 1　花蕾 ,示初生胞间连丝和丰富的核糖体
Fig. 1　 Bud, no te the primary plasmodesmata and nume rous ribosomes.
图 2　开放花 ,示成束的胞间连丝
Fig. 2　 Open flower , show ing plenty o f plasmodesmata.
图 3　开放花 ,示丰富的胞间连丝和大量的粗面内质网
Fig. 3　 Open flower , no te the numerous plasmodesmata and rough endoplasmic r eticulum.
图 4　萎蔫花 ,示扩大的胞间连丝和大量的滑面内质网
Fig. 4　 Senescent flowe r, no te the enlar ged plasmodesmata and smoo th endoplasmic re ticulum.
图 5　萎蔫花 ,示胞间连丝的内部结构降解撤离 ,胞间连丝的外膜隐约可见 (箭头 )
Fig. 5　 Senescent flow er, showing digesting of the appressed endoplasmic r eticulum of pla smodesma and the
outer membrana o f plasmodesma.
2. 胞间连丝结构发育完善期
当紫竹梅的花蕾开放后 ,其雄蕊毛细胞间的胞间连丝的结构也趋于完善 ,直径约 50nm,在
细胞壁上分布大量的胞间连丝 ,有的成束相间排列 (图 2) ,有的成单个贯穿在细胞壁中 (图 3)。在
图 3中还观察到大量滑面内质网和粗面内质网 ,蛋白质合成和物质运输旺盛。
3. 胞间连丝的结构拓宽期
当紫竹梅由盛花期开始萎蔫时 ,胞间连丝的结构发生一系列的变化 ,直径由正常的 50nm扩
大到 100nm左右 ,由图 4可观察到在同一细胞壁上分布有直径为 80— 120nm不等的三条胞间连
丝 ,说明胞间连丝的直径拓宽并不完全同步。较细的直径为 80nm的胞间连丝内部结构还未完全
降解 ,较粗的直径约为 120nm的胞间连丝内部结构基本降解撤离 ,形成了较宽的通道。细胞内粗
面内质网消失 ,滑面内质网增加 ,蛋白质类物质合成减少 ,而物质运输活跃。由图 5还可以观察到
拓宽后的胞间连丝的外膜 (箭头 ) ,内部的压缩内质网 ( appressed ER,原始 desmo tubule)已完全
降解 ,只剩下少量未撤离的降解物散落在其中。
讨　　论
胞间连丝的形成、完善如同细胞器一样存在产生、生长发育和衰退的过程 ,并且随着细胞乃
至整体植株的生理活动而发生相应的变化。当紫竹梅花蕾中的雄蕊毛细胞处于分裂期时保留在
细胞板中的原生质细丝形成胞间连丝 ,此时的胞间连丝直径较细 ,结构简单 ,物质运输不活跃 ;随
着紫竹梅花的开放 ,雄蕊毛细胞的发育成熟 ,细胞内的粗面内质网增加 ,大量的蛋白质类物质开
始合成。胞间连丝内部的精细结构形成 ,细胞间的物质运输活跃 ;当紫竹梅花衰老时 ,雄蕊毛细胞
的胞间连丝内部的压缩内质网降解撤退 ,直径扩大到 100nm左右 ,此时细胞内大量的物质降解
向新生器官和贮藏部位转移 ,有些物质还未降解成小分子就以大分子物质形式转移 ,而胞间连丝
的直径扩大可能正是顺应这一生理活动的需要。
胞间连丝直径扩大可能有酶的参与 ,已有报道在胞间连丝颈区的膜上和内部存在许多酶 [7 ]。
它们可能诱导胞间连丝的蛋白质构象的改变 ,也可能直接将胞间连丝的压缩内质网以及周围的
纤维素降解 ,使胞间连丝的腔扩大 ,形成较宽的通道。娄成后 ,郑国钅昌和张伟成等在洋葱、蒜和百
合等材料中都曾观察到胞质和胞核物质通过这些通道在胞间转移 ,甚至细胞器和染色质的跨壁
运动 [8, 9 ]。 没有物质贯穿的胞间连丝仍是直径约 50nm的正常结构 ,说明胞间连丝的直径大小有
可塑性。吴伯骥等利用 ACHT技术 ,将烟草胚性细胞 ( embryogenic cel ls o f tobacco )和菠菜拟分
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生细胞 ( meristemoidic cells o f spinach)共培养 ,观察到两类细胞融合时产生了直径达 200～
1500nm的胞间通道 [10 ]。 这种通道是在人工培养的细胞中产生的。 我们的研究发现不同发育时
期 ,胞间连丝的超微结构发生相应的变化 [11 ]。 但真正在自然条件下正常生长发育的细胞中观察
到这种宽大的通道还不多见 ,而我们观察到这种通道也仅仅是出现在衰退的细胞中 ,其直径为正
常胞间连丝的 1倍左右 ,它势必与大量物质降解向新生器官和贮藏部位转移有关。 W. J. Lucas
等在研究筛管的物质运输时 ,发现在许多酶如纤维素酶 ,半纤维素酶 ,果胶质酶 ,胼胝质酶的作用
下 ,形成了巨型筛孔通道 ,直径 350nm～ 1μm[6 ] ,而筛管和伴胞在转化成承担物质运输的通道之
前 ,首先经历一个筛管细胞的老化、衰退过程 ,这与我们观察到的衰老组织细胞的胞间连丝直径
扩大有类似之处。
致谢　本课题是在中国农业大学生物学院杨世杰教授指导下完成 ,特表谢忱。
参 考 文 献
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Ultrastructural Research of Plasmodesmata
in Staminal Hairs of Setcreasea purpurea
Li Mingyi
( Co lleg e o f Life Science, Hubei Univ ersity , Wuhan 430062)
Abstract　 Th e ultra structure o f plasmodesmata in stamina l hairs of Setcreasea purpurea during development
w as obse rv ed by electr on micr oscopy. The diameter s o f pla smodesma ta in th e stamina l hair cells o f buds and
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open flow ers we re no rmal f rom 30nm to 50nm. Plasmodesmata o f senescent flowe rs became enla rg ed and
underwent modification, such as the appressed endoplasmic r eticulum disinteg r ated, so that it fo rmed a channel
with diameter o f 100nm. The process and mechanism o f ultra st ructural changes o f pla smodesma ta w ere
discussed.
Keywords　 Setcreasea purpurea　 plasmodesmata　 ultra structure
低能 ( 5keV)电子束 X射线能谱分析的进展
1998年 3月英国《Microscopy and Analysis》第二期 21页发表了 M. Procop的文章 ,介绍低
能量 X射线能谱分析的进展。
X射线能谱分析受到信号出射范围较大的限制 ,用 20— 30keV电子时分辨率常大于 1μm。
5keV电子的 X射线激发范围显著缩小 ,因此可以提高空间分辨率。由于入射电子的能量至少应
该超过元素的内层电子电离能的两倍以上 ,才能有较大的 X射线产率 ,因此低能电子只能激发
轻元素的 K电子和较重元素的较外层电子。
该文用两个例子 ( SiC /TiC复合材料和含 AlN颗粒的玻璃 )显示 5keV电子的 X射线图 (例
1)和 X射线能谱曲线 (例 2)的分辨率优于 10keV电子的分辨率。
在例 1中 ,从 5keV和 10keV电子的 SiKαX射线图和 TiLαX射线图可以明显看到: 用
5keV电子得到的 SiC /TiC复合材料的界面边渡区明显地小于用 10keV电子得到的界面过渡
区。
在例 2中 ,从 5keV和 10keV电子的 X射线能谱曲线中可以明显看到:用 5keV电子时 1μm
大小的 AlN颗粒的 X射线能谱中只有 AlKα和 NKα峰 ,而用 10keV电子时 1μm AlN颗粒的 X
射线能谱中除了 AlKα和 NKα外 ,还有周围玻璃中元素产生的 OKα、 MgKα和 SiKα峰。为了避
免荷电效应在样品表面溅射 2nm厚的 Ni膜 ,以防止常用的 C膜对 NKα的强吸收 , Ni膜的重复
性也好。
为了探测低能量的 X射线 , Be窗口已被吸收低得多的聚合物窗口代替。 探测器对 1keV以
下 X射线的能量分辨率也已有了显著改进 ,如 CKα峰的半高宽已达 50eV。
无标样定量分析方法正在改进之中。这里的问题是: 1. 所需的物理参数如电离截面、荧光产
额不够准确 ; 2. 探测器的探测效率随仪器型号而异并且不准确 (如窗口材料、厚度和硅死层厚度
等均影响探测效率 )。 1995和 1997年组织的两次氮化物和碳氮化物的会测清楚说明: 不同低能
量 X光子的探测效率是最关键的参数。仪器厂商给出的数据只对个别仪器型号有效。为了改进
这一状况 ,国际标准组织 ( ISO)的 TC202(微束分析 )技术委员会的一个工作组正在制定 X射线
能谱 ( EDX)系统的 ISO标准。
(《电子显微学报》编辑部 )
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