全 文 ：冬季沙冬青细胞质中一种高电子密度结构的电镜观察*
韩善华* * 张 红 (四川师范大学细胞生物学研究室,成都 610068)
王 双 (甘肃省分析测试中心电镜室, 兰州 730000)
摘要 用透射电子显微镜观察了冬季沙冬青的叶肉细胞. 观察表明, 其细胞质中有一种电子密度很高的结
构, 分布广,主要位于有一定解体现象并含有较多嗜锇小球叶绿体附近,有的甚至与叶绿体被膜贴在一起, 很少
存在于发育良好的叶绿体附近和液泡中 .其大小不同, 通常为椭圆形, 有时也近似圆形. 表面没有包围膜, 泡状
结构少, 常有突起.这种结构的电子密度很高, 染色较均匀, 冬季大量出现可能与提高植物的抗寒性有关.
关键词 沙冬青 叶肉细胞 细胞质 叶绿体 高电子密度结构
Electron microscopic observation on electrondense structure in cytoplasm of Ammopiptanthus mongolicus. Han
Shanhua, Zhang Hong ( Cell Biology L aboratory , Sichuan Normal University , Chengdu 610068) and Wang Shuang
( Electr on M icr oscop ic Laboratory , Gansu Centre of A nalysis and Measure, Lanz hou 730000 ) . Chin . J . A pp l .
Ecol . , 1999, 10(5) : 556~ 558.
T ransmission electron microscopic observ ations on the mesophyll cells of A mmop ip tanthus mongolicus showed that in
winter t ime, there was a kind of electrondense structure widely distributed in cytoplasm. T his kind of structure main
ly located around the chloroplasts which had generally been disint egr ated and had many osmiophilic globuli. Some of
this structure even pasted with chloroplast envelope membranes, and few existed in w elldeveloped chlo roplasts and
vacuoles. The structures w ere different in size, usually ellipsoidalshaped or semicircularshaped. T he surface of the
structures did not possess a layer surround membrane and vesicularshaped structures, but a few of radiate protuber
ances. The structures w ere very dark in electrondense and their staining was quite even. The formation of a gr eat
quantity of the structur es may be r elated w ith increasing coldnessresistance of plants.
Key words A mmop ip tanthus mongolicus , Mesophyll cell, Cytoplasm, Chloroplast, Electrondense structure.
* 国家自然科学基金资助项目( 39470349) .
* * 通讯联系人.
1996- 11- 26收稿, 1997- 02- 02接受.
1 引 言
沙冬青( A mmop ip tanthus mongol icus )是一种生
活在北方大漠中的珍稀濒危植物, 其生态环境十分恶
劣,冬季气温一般都在20 , 甚至更低,但它仍能正常
生长发育,并保持叶片呈绿色. 所以如此, 其重要原因
之一是它具有与恶劣生态环境相适应的组织和细胞结
构.研究表明,其叶片结构相当特殊, 不仅组织十分紧
密[ 1] ,叶肉细胞中有丰富的叶绿体[ 2]、液泡膜大量反
转内卷[ 3] , 而且液泡中还有一种特殊内含物[ 4] .
Hatano[ 6]曾发现, 植物在低温处理后, 质膜附近有大量
的脂质体,若在处理前加入冷冻保护剂,处理后则没有
这种现象.他们认为,脂质体相当于冷冻保护剂,与提
高植物的抗寒性有关.沙冬青是一种高度抗寒植物,其
细胞质中是否有某些特殊结构,至今国内外尚无报道.
2 材料与方法
2. 1 供试材料
供试材料为宁夏沙坡头附近沙漠中的野生沙冬青 ,分别于
冬春两季取材, 首先将完全展开的 1 年生叶片从叶柄基部剪
下,然后置于盛有湿滤纸的培养皿中.
2. 2 电镜样品的制备
用水将叶片冲洗干净,切成约 0. 5mm2的小块,用 2. 5% 的
戊二醛就地固定并放入冰筒内带回实验室. 在室温下用 2. 5%
的戊二醛再固定 3h, 磷酸缓冲溶液彻底冲洗, 1% 的锇酸固定
3h.经同种缓冲溶液洗冲几次后用乙醇系列脱水, 环氧丙烷过
渡, Epon812 包埋, 在 60 下聚合 24h. 在 Reichert 超薄切片机
上用玻璃刀切片, 切片经铀铅双染色, 最后在 H600 电子显微
镜下观察和照相.
3 结果与讨论
3. 1 分布规律
冬季沙冬青叶肉细胞中有一种结构, 它们分布很
广,有的靠近细胞壁,有的位于两个叶绿体端部之间,
有的贴在叶绿体被膜上,有的则在液泡附近(图版
1) ,但主要还是存在叶绿体面向细胞壁一侧(图版
2、3、4) .这种结构偶尔也出现在叶绿体内,不过仔细观
察发现,它外面有一种类似叶绿体被膜的双层膜将其
与叶绿体基质分开(图版5) .因此,它可能不是真正
位于叶绿体中, 而是存在于叶绿体被膜内陷处的细胞
应 用 生 态 学 报 1999 年 10 月 第 10 卷 第 5 期
CH INESE JOURNAL OF APPLIED ECOLOGY , Oct. 1999, 10( 5)556~ 558
图版说明 Explanation of Plate
Cp:叶绿体 Chloroplast ; D:高电子密度结构 Elect rondense structure; W :细胞壁 Cell w all.
图版1~ 6为冬季叶肉细胞Fig. 1~ 6 are the mesophyll cell of A mmopip tan thus mongol icus in w inter,图版7为春季叶肉细胞 Fig. 7 is the meso
phyll cell of A mmopiptanth us mong oli cus in spring.
1.一个叶绿体附近有几个高电子密度结构 T here are som e elect rondense st ructures near a chloroplast . 20000, 2.一个叶绿体上有一个半圆形结构
T here is a sem icircularshaped st ructure possessed protuberances on a chloroplast . 30000, 3.一个叶绿体上有一个具有突起的椭圆形结构 There is an el
lipsoidalshaped st ructure possessed protuberances on a chloroplast. 30000, 4.一个叶绿体上有两个具有一个小泡的结构 T here are tw o structures pos
sessed a vesicle on a chloroplast . 22000, 5.一个叶绿体中有一个这种结构 T here is a st ructure in a chloroplast. 38000, 6.两个叶绿体附近没有高电子
密度结构 There is no elect rondense st ructure near tw o chloroplast s. 18000, 7.一个叶绿体附近没有高电子密度结构 There is no electrondense st ructure
near a chloroplast. 25000.
5575 期 韩善华等:冬季沙冬青细胞质中一种高电子密度结构的电镜观察
质里面.这种结构靠近的叶绿体通常都不正常,有不同
程度的类囊体肿胀或结构模糊现象并含有数量较多的
嗜锇小球.相反,在那些结构清晰, 片层发育良好, 只有
少量或没有嗜锇小球叶绿体附近通常无这种结构(图
版6) .因此,这种结构可能与叶绿体中的嗜锇小球
有一定关系.
3. 2 形态特征
这种结构的大小彼此差异很大, 其形态常随分布
位置不同而不同.当它们紧贴叶绿体被膜时, 多为半圆
形,与叶绿体接触的一端较大,游离在细胞质中的一端
较小(图版 2) .有的虽然也与叶绿体被膜挨在一起,
但它们并不呈半圆形,而为椭圆形(图版 3、4) .若这
种结构位于两个叶绿体端部之间, 其形状则表现出多
样性,既有椭圆形的、近似圆形的, 也有其他形状乃至
不规则的.如果两个叶绿体之间的距离较大, 这种结构
的体积又较小,它们一般为椭圆形或近似圆形. 相反,
若叶绿体之间的距离较小,这种结构的体积又较大,它
们多为亚铃形或其他形状.若这种结构位于液泡附近,
同时离叶绿体又较远,它们则多为圆形或椭圆形(图版
1) .
3. 3 基本结构
这种结构的电子密度很高,染色较均匀, 内部一般
无一定结构.只有在个别情况下其内部才有位于表面
附近的小泡,但数量极少, 一般只有 1 个(图版 4) ,
它的中央部分偶尔有一个染色较浅的区域 (图版
5) .这种结构的表面没有包围膜, 也没有泡状结构, 但
常有一些垂直于表面, 呈辐射状排列的突起(图 2、
3、4) . 当结构为椭圆形时, 两端的突起较多, 其他部分
相对较少(图版 3) .突起的形态大小各不相同,即使
在同一结构上也是如此. 对一个突起而言,与结构表面
相连的一端较粗,位于细胞质中的一端较细. 在这种结
构附近的细胞质中有大量的电子密度很高的颗粒状物
质,其大小与核糖体颗粒相近, 但电子密度较高.它们
的分布规律是离这种结构表面越近,颗粒密度越大,反
之,颗粒密度越小.这些颗粒有的附着在结构表面的突
起上,有的位于结构表面,有的甚至与结构表面相互融
合(图版3、4) .
Ligrone[ 7]报道,在苔藓配子体营养细胞中有一种
巨核糖核蛋白体结构,它呈圆形或近似圆形, 表面没有
包围膜,内部有颗粒状物质和管状结构.在大豆根瘤侵
染细胞质中曾发现一种内含物,表面没有包围膜, 内部
除了颗粒状物质和管状结构外还有来自高尔基体分泌
的小泡[ 5] . 沙冬青叶肉细胞中那种电子密度很高的特
殊内含物是由小泡或液泡膜降解而成, 其表面和内部
经常有数量不等的泡状结构,而且这种内含物从不出
现在细胞质中. 因此,沙冬青细胞质中这种高电子密度
结构在形态结构方面既不同于苔藓配子体营养细胞中
的巨核糖核蛋白体和大豆根瘤侵染细胞中的内含物,
也别于沙冬青液泡中的那种特殊内含物.
蛋白体和脂质体是两种常见的细胞内含物.前者
电子密度很高, 与沙冬青细胞质内的这种结构有些相
似,但它多位于液泡中,即使出现在细胞质内,也是由
蛋白质颗粒充满内质网小泡而成, 因而表面有包围
膜[ 8] ,脂质体虽然表面没有包围膜, 但其表面也没有
任何突起,且内部染色均匀, 电子密度较低. 故沙冬青
细胞中的这种结构可能不是一般的蛋白体和脂质体.
4 结 论
综上所述可见, 沙冬青细胞质中的这种结构不仅
有一定的分布规律, 也有一定的形态结构,而且与众不
同,故是一种十分少见的特殊结构.由于它在其他植物
中尚无报道,只出现在高度抗寒植物 沙冬青中, 而
且大量出现在冬季, 其他季节较少(图版 7) . 因此,
可以认为,这种结构的大量产生不是一种偶然现象,很
可能是细胞对高寒环境的一种适应性反应, 其作用与
提高植物的抗寒能力有关.
参考文献
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作者简介 韩善华,男, 1940 年生,硕士, 教授,一直从事固氮生
物学、细胞和分子生态学研究, 发表论文 100 余篇.
558 应 用 生 态 学 报 10卷