全 文 ：Marine Sciences/Vol.31 , No.2/ 2007
海洋科学/2007年/第 31卷/第 2期
条斑紫菜壳孢子超微结构研究
周文君 ,李　赟 ,戴继勋
(中国海洋大学 海水养殖教育部重点实验室 ,山东 青岛 266003)
摘要:应用戊二醛 、锇酸固定 ,环氧树脂包埋 ,醋酸双氧铀-柠檬酸铅制作切片 ,以透射电镜观
察条斑紫菜(Porphy ra yezoensis)壳孢子的超微结构 , 结果表明:壳孢子外包被一层薄的细胞
壁 ,中央为一个由同心片层结构的类囊体膜构成的轴生星状色素体 , 色素体中有一个无淀粉
鞘包被的蛋白核 ,类囊体膜上附有嗜锇性的质体小球。壳孢子细胞核位于色素体的一侧 , 呈
不规则的长圆形 ,核仁偏于核的一侧。在胞质中分布有线粒体 、红藻淀粉 、液泡等细胞器。
与放散前的成熟壳孢子囊枝细胞超微结构比较 , 成熟壳孢子超微结构的变化主要有细胞壁
变薄 ,色素体结构松散甚至退化 , 蛋白核分裂 ,液泡数量增多而红藻淀粉数量减少等 , 这些变
化反映了成熟壳孢子基本细胞特征 , 同时反映了在壳孢子生长发育过程中温度下降 、光照时
间缩短和光照强度减弱等环境因素的变化。
关键词:条斑紫菜(Porp hy ra yezoensis);壳孢子;超微结构
中图分类号:Q248　　文献标识码:A　　　　文章编号:1000-3096(2007)02-0001-04
　　条斑紫菜(Porphy ra yez oensis)属红藻门(Rho-
dophyta)红毛藻科(Bangiaceae)紫菜属(Porphy ra),
是一种味道鲜美 ,营养丰富的食用海藻 , 在我国北方
沿海地区大量养殖。条斑紫菜生活史包括叶状体和
丝状体两个阶段 , 壳孢子由丝状体发育后期的成熟
壳孢子囊枝细胞在适宜温度下放散 , 而后附着到附
着基上开始分裂生长成新的叶状体 , 因此 , 壳孢子是
条斑紫菜叶状体和丝状体两个生长阶段之间联系的
重要环节。王素娟等 [ 1]对条斑紫菜的营养细胞 , 酶
解叶状体得到的原生质体和单孢子母细胞的超微结
构进行了观察 , 沈颂东等[ 2] 对条斑紫菜自由丝状体
的超微结构进行了描述 , 而至今对于条斑紫菜壳孢
子超微结构的研究尚未见报道。作者在对条斑紫菜
壳孢子超微结构观察的基础上 , 对比分析放散前成
熟壳孢子囊枝细胞的结构 , 研究成熟壳孢子的细胞
特征 ,为遗传育种等生产提供理论依据 , 也为藻类细
胞学研究积累基础资料。
1　材料和方法
1.1　实验材料
条斑紫菜成熟叶状体采自青岛红岛 , 清洗干净
后于 15 ℃下放散果孢子 , 20 d 培养后 , 可见红色丝
状体。
收集丝状体在 25 ℃,光照强度为 850 lx , 光照周
期 L∶D为 14∶10 的培养箱中培养。 80 d 后 , 丝状
体开始膨大,调整在光周期为 L∶D为10∶14的短日照
下继续培养,丝状体各营养藻丝顶端膨大 ,呈圆形, 逐渐
形成串珠状成熟壳孢子囊枝。将培养箱温度调至 20
℃,保持光强和光周期不变 ,同时进行充气培养。以上
方法参照任国忠等[ 3]和郑宝福等[ 4]进行修改。
在流水和降温刺激下壳孢子囊枝开始放散壳孢
子 , 放散一段时间后用 300 目的筛绢过滤 , 1 000
r/min下离心 5 min , 收集红褐色的壳孢子细胞团。
1.2　实验方法
4%戊二醛固定离心收集的壳孢子细胞团 , 离心
去除戊二醛后用 2%锇酸固定。梯度乙醇脱水 , 环氧
收稿日期:2005-06-28;修回日期:2005-11-10
基金项目:国家“ 863”计划资助项目(2002AA603023)
作者简介:周文君(1979-),女 ,山西阳泉人 ,硕士 ,研究方向
为藻类生物学 , E-m ail:zh ouwenju n1999@yahoo.com.cn;
李赟 ,通讯作者 , 教授 ,硕士生导师 , E-mail:sx sdlw l@ouc.
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海洋科学/2007年/第 31卷/第 2期
edu.cn
树脂 Epon812 包埋 , 制成包埋块。 Ultracut-E 型超薄
切片机切片 , 醋酸双氧铀-柠檬酸铅双染色 , JEM-
1200EX 透射电镜观察 ,拍照。
2　结果
电镜下可见壳孢子外具一层薄的电子密度较高
染色较深的细胞壁(m), 中央有一个轴生星状色素
体 ,不同切面色素体的位置 、大小 、形状不同。色素体
由同心片层结构的类囊体膜(Th)构成 , 膜上可见附
有电子密度高 、嗜锇性的质体小球(L)(图 1-1 , 1-2 ,
1-4)。类囊体膜近似平行排列 , 部分色素体的类囊体
膜发生分离 ,弯曲交织呈稀疏网状结构(图1-1), 在一
些切面图中网状结构的空隙延伸成细长的条状 , 有
些条状空隙进一步延伸成为较大的空泡(图 1-4)。
色素体中央有一个无淀粉鞘包被的蛋白核(P),
可见其有完整的结构 , 有的壳孢子中蛋白核中间出
现指状空隙 ,(图 1-3 , 1-4)。部分壳孢子细胞内的一
些色素体发育退化 , 类囊体膜整齐排列结构消失开
始出现空泡状而成棉絮状分布在胞质中 , 有些退化
的色素体外仍可见有残余的界膜包被与细胞基质分
开 ,质体小球仍可观察到零星的分布 ,其嗜锇性减弱
染色变浅(图 1-3 , 1-4)。细胞核(N)位于色素体的一
侧 ,呈不规则的长圆形 , 核仁(n)结构致密染色深 , 偏
在细胞核的一侧(图 1-2)。胞质中交织分布着线粒
体(mi)、红藻淀粉(Fs)、液泡(v)等细胞器。线粒体呈
球形 ,大小不一 , 较大的线粒体内膜嵴清晰可见。红
藻淀粉呈棒状或椭圆形(图 1-1 , 1-4)。本研究观察到
的壳孢子中红藻淀粉的数量少 , 零星分布在大小液
泡之间 , 这同朱家彦[ 9] 的观察结果相近 , 与沈颂东
等[ 2] 在絲状体电镜图片中描述的红藻淀粉大量分布
于胞质中相比减少很多。红藻淀粉是光合作用产生
的多糖类储藏物 ,丰富的红藻淀粉为壳孢子的萌发 、
放散进而发育成叶状体提供了充分的能量供应 , 因
此红藻淀粉数量在壳孢子时减少。
液泡呈近球形或椭圆形 , 在不同的切面大小不
一 ,有的小液泡融合成较大的液泡占据壳孢子很大
空间(图 1-1)。
3　讨论
沈颂东等[ 2]曾观察到丝状体后期成熟壳孢子囊
枝细胞外被厚的细胞壁 ,作者对放散壳孢子的观察却
发现壳孢子外层包被的是相当薄的一层结构。 朱家
彦[ 9]等对坛紫菜(Porphy ra haitanensis)壳孢子超微
结构的研究 , 曾认为坛紫菜外被无细胞壁而仅为薄的
质膜 , 质膜一般厚度在 7.5 ～ 10 nm 之间 , 而在所拍
的电镜照片中测量的外层结构的厚度一般要大于 15
nm ,因此本研究认为壳孢子这层薄的外被结构仍应
是细胞壁 , 只是其厚度与壳孢子囊细胞壁相比已显著
变薄 。对于细胞壁的作用 , Leonard 和 James [ 5] 在研
究甘紫菜(Por phy ra tenera)叶状体细胞和果孢子细
胞壁的结构和化学成分时认为 ,果孢子细胞壁区别于
叶状体细胞细胞壁的变化主要是为果孢子将要钻入
贝壳进行生长而形成的。 庄惠如等[ 6] 对雨生红球藻
(Haematococcus pluvialis)的厚壁孢子的研究认为其
厚壁是为了渡过不良环境。结合本实验中的观察 ,作
者认为条斑紫菜壳孢子这种由厚壁转化为薄壁的变
化同样是与其放散后要进行运动附着的生理需求相
适应的。
色素体是光合作用的主要场所 ,有关壳孢子色素
体超微结构特征还未见类似报道。本研究发现壳孢
子色素体类囊体膜呈错网状排列 ,类囊体膜之间空隙
大 、排列疏松 ,有的空隙延伸成长的月牙状 ,而有些色
素体发生退化只看到一些棉絮状物质分布在胞质中。
目前仅有的资料是关于紫菜丝状体色素体超微结构
的研究结果 , 如 Sheath 等[ 7] 对弱光和黑暗条件下
Porphy ra leucosticta 丝状体超微结构的变化进行比
较 , 结果认为光照强度直接决定着色素体的形状和结
构。沈颂东[ 2]曾报道丝状体阶段存在类囊体膜多层
平行紧密排列发生变化的现象 ,认为这种变化直接与
生长温度下降 、光照时间缩短 、光照强度减弱有关。
而关于蛋白核的分裂 ,何培民[ 8]对藻类蛋白核进行研
究时认为蛋白核的功能主要有两方面 ,一是储藏蛋白
的作用 , 二是有光合功能。这说明本研究发现的蛋白
核开裂现象可能是由于壳孢子分解蛋白核以为壳孢
子提供能量的结果。
壳孢子是直接产生养殖紫菜叶状体的功能细胞 ,
壳孢子放散数量以及孢子发育质量是紫菜的发育成
长的关键。本研究将为紫菜遗传育种及生产提供理
论依据 , 并为藻类细胞学研究积累基础资料。
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图 1　壳孢子不同切面超微结构
Fig.1　Ult rast ructural images of conchospore of Porphyra yezoensis
1-1.壳孢子的大小液泡(←示色素体网状结构);1-2.壳孢子的色素体 ,红藻淀粉 、细胞核(←示核仁);1-3.壳孢子的
色素体 、蛋白核(←示蛋白核的裂隙, ＊示退化的色素体);1-4.壳孢子的色素体 ,蛋白核(←示蛋白核的裂隙 , ＊示退
化的色素体)
N:细胞核;P:蛋白核 ;V:液泡;T h:类囊体膜 ;L:质体小球 ;F s:红藻淀粉 ;mi:线粒体;n:核仁
1-1.Dif ferent sized vacuoles in conchospore(←showing chroma topho re reticulation st ructure);1-2.T hy lakoid and nu-
cleus in conchospo re(←showing nucleo lus);1-3.Chromatopho re and Py renoid in conchospore(←showing lacune in
Py renoid , ＊showing degene rativ e chroma tophore);1-4 .Chromatophore and Py renoid in conchospo re(←showing la-
cune in Py renoid , ＊showing degene rativ e chroma topho re)
N:Nucleus ;P:Pyrenoid ;V:Vacuole;Th:Thylakoid membrane;L:Lipid body;Fs:Floridean st arch;mi:mito chondria ;
n:nucleo lus
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参考文献:
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Study on ultrastructure of conchospore of Porphyra yezoensis
ZHOU Wen-jun , LI Yun , DA I Ji-xun
(Key Labo ra to ry of Ma riculture , Educa tion M inistry of China , Ocean Univer sity o f China , Qingdao 266003 ,
China)
Received:Jun., 28 , 2005
Key words:Porphy ra yezoensis;conch ospore;ul trast ructu re
Abstract:With obser vation of t ransmission elect ron micro scope , ultrastructure of concho spo re o f Por-
phy ra yezoensis w as studied , it w as show n that thin cell w all appea red outside o f concho spo re , w hile in the
center o f it , a star-shaped chromatopho re thy lakoid existed.There is no sta rch shea th py renoid embedded in
chr omatophor e.L ipid bodie s stained with o smium could be observed on the membrane of thy lakoid.A round-
like nucleus located in the chroma topho re with deepe r darkness.There are o ther cellula r org ans observ ed such
as flo ridean star ch , mito chondria , vacuole and so on.Besides , this study indicated that mature conchospo rang-
ial cell phase was impo rtant fo r concho spo re relea se and influenced by environmental facto rs like tem pera ture ,
leng th and intensity of sunlight.
(本文编辑:张培新)
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