全 文 ：植 物 学 报 l 夕5 5 , 3 0 ( 3 ) : 2 5 4一 2 5 8
流 e t 。 习劝t口 ” 奋e o iS n i亡口
南方冤丝子质体超微结构 、 发育与
功能的研究
秦晓霞 李扬汉
(南 京 农 业 大 学 )
摘 要
木文研究了南方冤丝子 (。 f `。 。 州 。 。坛 .R Br . ) 各个发育时期质体在茎中的分布 、 质
休种类 、 超微结构及质体片层的消长动态 : 用荧光分光光度法定性测定了各期的光合能力 。 结
果表明 : 南方冤丝子体内含有叶绿素 ,具有叶绿体并能进行光合作用 ,是一种半寄生植物 。 叶
绿体仅局限于韧皮薄壁细胞中 。 吸器发育过程中 、 叶绿体发育达到最完善 。 叶绿体片层系统
的排列不同于一般种子植物而与一种半寄生植物榭寄生相似 。 冤丝子体内还存在一种 “ 绿色
造粉体” ,分布于皮层细胞中 。 冤丝子在苗期光合自养能力和寄生能力均最强 , 此期是控制冤
丝子危害的最适宜时期 。
关键词 冤丝子 ;质体 ;超微结构 ;光合作用 :寄生属性
南方冤丝子 ( C。 `。 。 。 。 tr o ils R . Br . ) 是一种恶性寄生杂草 , 主要危害大豆 , 严重
时可导致大豆绝产〔” 。 冤丝子的寄生机理一直是引人注目的课题。 一些学者认 为冤丝子
体内没有叶绿体风川 , 完全丧失了自养能力 , 必须从寄主吸收营养 , 是一种全寄生植物 。
然而有些学者测出冤丝子含有叶绿素 , 能进行光合作用 〔,洲 。 有人发现在光照 下 , 可观
察到冤丝子特定部位含有绿色颗粒 , 推侧含有叶绿体圈 。 因此 , 冤丝子寄生性问题的研
究一直存在争议 。 本试验将解剖观察与生理生化测定相结合 , 试图系统观察冤丝子在寄
生前后质体的发育特征 ,从而客观地评价冤丝子寄生属性 ,并为冤丝子防除最适时期的选
择提供探索性建议 。
材 料 与 方 法
南方冤丝子和大豆种子由南京农业大学杂草研究室提供。 取材分为 4 个时期 : 幼苗
初期 、 幼苗后期 、吸器形成期和寄生期 。 吸器形成期与寄生期分别设立对照 , 对照的冤丝
子以木棒代替寄主作攀援物 。 不同发育时期在同一条件下 , 取靠近茎端 , 长约 Z c m 的材
料分别作下列各种观察 : 冰冻切片 ,荧光显微镜观察叶绿素的分布 〔气 超薄切片 、 电镜观
察质体的发育 ;叶绿体膜低温荧光发射光谱测定 。
电镜技术
采用常规的戊二醛 、 饿酸双 固定法 。 E p on 8 12 包埋。 用 L K B一 v 型超薄切片机切
本文于 19 8 6 年 8 月收到 , 19 8 7 年 7月收到修改稿。
3 期 秦晓霞等 : 南方冤丝子质体超微结构 、 发育与功能的研究
片 、 厚度以淡黄色为宜 。 以醋酸铀 、柠檬铅染色 , 前者 45 分钟 , 后者 巧一 30 分钟。 以
J EM
一 1 0 C Xl l 型电子显微镜进行观察。
叶绿体的制备
取各期新鲜材料 (表 l ) ,按 A n ds sr on 的叶绿体分离法 ,制得叶绿体的悬浮液 L幻 。
叶绿体低温荣光发射光谱的测定
将以上制得的叶绿体悬浮液按叶绿体低温荧光光谱测定法。 用 日立 M P F 一W 型荧
光分光光度计 , 在 7 7k 、 4 3 6n m 荧光激发波长下 , 测定冤丝子叶绿体的低温荧光发射光谱。
荧光显微镜技术
取新鲜材料 (表 l) ,按常规冰冻切片法。 用 2 7 0 0 型和 A o 冰冻切片机在一 14 ℃ 下 ,
切出厚度 1 2产m 的近茎顶端的茎横切切片 。 随即在 以 y m p us 万能显微镜下 , 利用紫外
光作激发光源 ,观察叶绿素在体内的分布情况 。
观 察 结 果
(一 ) 不同发育期质体的超微结构
1
. 正常发育 (有寄主 )的冤丝子质体的超微结 构
( l) 幼苗初期质体的种类与分布 在荧光显微镜下 , 未观察到该期体内有叶绿素荧
光 。 此期细胞内充满了淀粉粒 , 淀粉粒外被膜 , 内无片层或片层不明显 . (图版 I , l ) ,这是
一种典型的造粉体 。 在韧皮薄壁细胞中有前质体 , 筛管中可观察到筛分子质体 (图版 l ,
2 )
, 没有观察到叶绿体 。
( 2) 幼苗后期质体片层系统的发育 在幼苗后期 , 冤丝子体内出现叶绿素荧光。 电
衰 l 落丝子不同发育期的外裹特征
T比 le 1 Exet r . aJ fo r . o去 t h e d od d e r a t d i f厂e r e n t d e , e ! o p口 e n t a ` : t a g e .
发 育 时 期
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1
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幼苗初期
}
苗顶端具有育纂、参樊芜色或橙黄”
E a r l y s e e d l i n g s t a g e 】 s e e d l i n g y e l l o w , s h o r o r a n g e e o xo u r
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幼苗后期 苗顶端弯钩展开 , 趋向寄主淡黄绿色
L a r e r s e e d l i n g s t a g e (萌发后 2一3 天 ) 。
5 e e d l i n g a P P r o a e h i n g h o s t w i t h h o o k
o P e n , y 七l l o w i` h g r e e n 盯T h e f h i r d
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吸器形成期 … 形成突起到吸器形成完毕 在木棒上有吸器形成。H ; u : t 。 r ; a : t 。 g e
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(萌发后 6一 7 天 ) 。 T h e d e v e l o Pm e n t o f
T h e d e v e l o P m e n t o f h a u s 亡o r i a ( o n h a u s t o r i a o n t h e s t i e k
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“ 生 ` …- 与寄主建立寄生关系后 , 营养体旺盛生长 营养体生长极为缓慢。A t t一 “ m一` 。 t一 { (萌发 10 天以后 ) T h e d o d d ` r g r e w , Io . lyT h e d o d d e r g r e w r乳 P i d l y 几 f r已 r a 尤 t a -c h i n g t o t h e h o s t ( A f t e r t h e I o t h
o乏g e r m i n a t i o 。 )· _
植 物 学 报 3 0 卷
镜下观察到两种质体 : 一种是分布于皮层的造粉体 , 与幼苗初期不同的是 。 造粉体内普
遍 出现了基粒 ` 基粒常由 3 个 (稀为 5 个 )类囊体垛叠而成 , 本文中称之 为“ 绿色造粉体 ”
G A (图版 I , 3 ) ;另一种质体为幼期的叶绿体 , 其分布部位仅局限于韧皮薄壁细胞中 。 该
种叶绿体含有 3 个 (稀为 5 个 )类囊体组成的基粒 , 还有嗜饿颗粒和核糖体 , 叶绿体附近有
线粒体与许 多脂肪球 (图版 I , 4 ) 。
( 3 )吸器形成期质体片层系统的结构 此期茎中 , 尤其是输导组织内有较明显的叶绿
素荧光 。 超微结构观察表明 , 此期 “ 绿色造粉体 ” 内 , 基粒由 5 个类囊体组成 ,其中有淀粉
粒 1 至数个 , 还有嗜饿颗粒与核糖体 。 有时在 “ 绿色造粉体 ” 旁同时存在着线粒体与过氧
化物体 (图版 1 , 1 )。 在韧皮薄壁细胞中 , 出现许多叶绿体 (图版 I , 5 )。 叶绿体片层结构
较为复杂 ,一般基粒由 5 个类囊体组成 , 并有基粒类囊体与间质类囊体之分。 观察到的所
有叶绿体片层总是平行排列的 , 从叶绿体的一端通连至另一端 ,片层间无垂直方向的间质
类囊连结 。 叶绿体内还可以见到嗜饿颗粒 、 丰富的核糖体和电子密度较小的拟核区 。 有
时可见线粒体与微体同时紧挨着叶绿体 (图版 I , 6) 。
(斗) 寄生期质体片层系统的变化 此期冤丝子茎内仍有叶绿素荧光 。 皮层薄壁细胞
内仍保存有发育良好的 “ 绿色造粉体 ” , 其中有发达的片层系统 , 基粒由 5 个类囊体组成
(图版 n , 4 )。 韧皮薄壁细胞中仍留存有叶绿体 , 此期叶绿体结构有所退化 , 基粒由 3一 4
个类囊体组成 , 但无明显的间质类囊体 ,嗜饿颗粒较多而且较大 (图版 1 , 5 ) 。
2
. 无寄主情况下 (对照 )质体的超微结构
( 1) 吸器形成期的对照 此期的形态特征见表 1。 电镜观察表明 , 此期与正常发育
的吸器形成期相比 , 具有同样发育良好的质体 。 叶绿体与 “ 绿色造粉体 ” 都具有发达的基
粒 (图版 n , 2 、 3) 。 ( 2) 寄生期的对照 该期与有寄主的寄生期相比较 , 体内仍留存有
较多的 叶 绿体 。 叶绿体内有基粒类囊体与间质类囊体之分。 但与吸器形成期相比 , 叶绿
体数 目少 ,结构简单 。 基粒通常由 3 个类囊体组成 (图版 1 , 6 ) 。
(二 ) 不同发育时期叶绿体膜系统的光合功能
叶绿体膜低温荧光发射光谱测定结果表明 , 冤丝子幼苗初期 , 在光系统 1 的 凡 , 处
寄生期
A t t a c h n le n t s at g e
吸器形成期
H a u s ot r协 s切 g e
幼苗后期
L a t e r se de 勘 g 右匕 g e
图 l 南方冤丝子不同发育时期叶
绿体膜低温荧光发射光谱 (激发
光 峪3 6 n m )
幼苗初期
E肛 ly se d枷 g ,恤崛e
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有一荧光发射峰 , 而在长波段尚无明显的荧光发射峰 , 此期的光系统 I 色素系统尚来建
成。 此后的三个时期光系统 l( 马动 与光系统 l(I 凡 , ) 均有荧光发射峰 。 吸器形成期在
3期 秦晓霞等 : 南方冤丝子质体超微结构 、发育与功能的研究
F 6, , 处出现一个荧光发射峰肩 (图 1 ) 。
讨 论
(一 ) M a o l e o d 的 “ 绿色淀粉粒 ,
M
a d e do
“ ` , 曾在光镜下观察到一种绿色的含淀粉的颗粒 , 他称之为 ’ `绿色淀粉粒 ,’6
本试验观察到南方冤丝子也含有这种绿色颗粒 , 在荧光显微镜下 ,具有叶绿素荣长 电镜观察表明 , 这并不是裸露的淀粉粒 , 而是一种造粉体 。 较为特殊的是与一般造粉体不同协
其中含有 3一 5 个类囊体组成的基粒 , 另外还有嗜饿颗粒和核糖体 。 由于类囊体已垛叠
成了基粒 , 因而叶绿素不再是以游离状态存在 , 而是有规律地结合于基粒类囊体膜上 ,组
成具有光合功能的色素系统 切 。 因此 ,作者认为这是一种具有光合功能的特殊造粉体 。 匆
了表明其主体结构 , 用造粉体一词代替淀粉粒 , 用 “ 绿色 ” 表示这种造粉体不同于一般造粉
体 , 是一种含有叶绿素并兼行光合功能的特殊造粉体 , 即本文中所指的 “ 绿色造粉体 ” 。
(二 ) 南方冤丝子叶绿体片层结构的特殊性
本研究观察到 , 吸器形成期是冤丝子叶绿体结构与功能发育达到较完善的时期 , 是
研究冤丝子叶绿体结构的最 佳时 期 。该期叶绿体数量多 ,结构复杂 ,具备了正常叶绿体的
一般结构。 较为独特的是冤丝子叶绿体片层间无垂直方向的间质类囊连结 , 片层都是平
行排列的 , 从叶绿体的一端通连到另一端 。 于典型种子植物叶绿体片层系统为网状排列
的不同 , 而与 D od ge 所观察的一种半寄生植物榭寄生 ( iV 、 “ m al 如。 L . ) 的叶绿体片
层系统排列相似 「幻。 叶绿体膜荧光光 谱测定表明 , 两个光系统以及光系统 1 的 F 。 , 都有
明显可见的荧光发射峰。 故在此时期 , 叶绿体具有了较为完善的光合色素系统 , 光能转化
效率最高 2t] 。 因此该期冤丝子寄生能力较强 。 发芽超过 10 天后 , 贮存营养逐渐被耗尽 ,
叶绿体衰退 , 自养能力下降 , 即使有适宜的寄主也不能建立起寄生关系 。 留存的叶绿体仅
能延缓冤丝子一段时间的寿命 ,而不能使其完成生活史 。 防除冤丝子的重点应放在苗期 ,
筛选阻碍光合作用的除草剂较为适宜 。
(三 ) 南方冤丝子的寄生性
D o d ge ls] 等将寄生植物分为两类 。 半寄生 〔, .8, ,习植物在通常情况下 , 它们体内具备叶
绿体 , 能进行光合作用 。 而全寄生植物 , 所有质体都退化为白色体或淀粉体 ,不能进行光
合作用 ,必须从寄主吸取营养物质。 0oJ
本试验观察到南方冤丝子寄生期间体内仍留存有叶绿体 (韧皮薄壁细胞中 )和 “ 绿色
造粉体 ” (在皮层中 ) 。 生理生化测定表 明 , 该期冤丝子体内含有叶绿素 , 并且不呈游离状
态 , 而是有规律地结合到基粒类囊体膜上 , 形成具有光合功能的色素系统。 综上所述 , 冤
丝子属于半寄生植物 。
参 考 文 献
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