全 文 ：第 22 卷　第 1 期　　　　　　　　　　　　　植　　　物　　　研　　　究 2002年　1 月
Vol.22　No.1　　　　　　　　　　　BULLETIN OF BOTANICAL RESEARCH Jan., 　2002
小麦核仁在细胞周期中的变化
赫　杰1　苗桂英2　赵海成1
(1.哈尔滨工业大学生命科学与工程系 ,哈尔滨 150001)
(2.吉林大学 ,长春 130021)
摘　要　运用 Bernhard染色方法研究了小麦根端分生组织细胞核仁在细胞周期中的变化。结果
显示 ,间期核仁染色很深 ,能够区分出纤维中心(FC)、致密纤维组分(DFC)和颗粒组分(G),而染
色质被漂白 ,在染色质间可以观察到细小的 RNP 颗粒。进入前期 ,在染色质的边缘有小的 RNP
颗粒分布。中期 ,染色体周边分布着类似于间期核仁的深染的大 RNP 颗粒 ,形成一个不完全连续
的“鞘”状结构;在染色体内部看不到类似核仁的深染颗粒。到了后期时 ,仍可见 RNP“鞘”状结构
的存在 。进入末期 ,这些 RNP 物质逐渐由“鞘”脱离 ,最后参与新核仁的形成。这些结果表明 ,核
仁解体后的物质直接转移到了中期染色体的表面 ,并形成不连续的表层 ,没有进入染色体的内部。
关键词　染色体周边 RNP;核仁 RNP;小麦
CHANGESOF THE NUCLEOLUS
DURING CELL CYCLE IN TRITICUM AESTIVUM
HE Jie1　MIAO Gui-ying 2　ZHAO Hai-cheng1
(1.Department of biotechnology , Harbin institute of technolog y , Harbin 150001)
(2.Jilin univ ersity , Changchun 130021)
Abstract　The changes of the nucleolus during cell cy cle in Trit icum aestivum were studied by Bern-
hard staining method.It was observed that in interphase , the nucleolus w as heavily stained.Fibrillar
centers , dense fibrillar component , g ranular component could be identif ied in it.But the chromatin
was bleached.The f ine RNP granules w ere distributed at the interchromatin.During prophase , the
small RNP g ranules appeared at the periphery of chromosomes.The larger heavily -stained RNP
granules accumulated at the periphery of the metaphase chromosomes and formed a discontinuous
“sheath” -like st ructure.They were not observed at the interior of the chromosomes.This “sheath”
-like st ructure was also observed at anaphase.In telophase , the nucleolar materials w ere progres-
sively separated f rom the “ sheath” and participated in the format ion of new nucleoli.The results
showed that the nucleolar materials w ere t ransferred direct ly to the surface of the metaphase chromo-
somes and formed a discontinuous coat , but not inco rporated into the interior of the chromosomes.
Key words　perichromosomal RNP;nucleolar RNP;t ri ticum aest ivum
　　核仁的结构是高度动态的 ,依生理状态有很大
变化 。特别是在细胞周期中它发生解体和重建的规
律性变化[ 3] 。过去应用银染和其它技术对核仁结
构及其构成物质在细胞周期中的动态作过许多观
第一作者简介:赫杰(1971-),女 ,讲师 ,博士研究生 ,主要从事细胞生物学研究。
收稿日期:2001-02-16
察[ 1 ,2 ,4 ,5 ,7 ～ 9] 。Moreno diaz de la Espina 等人[ 5] 在
研究洋葱核仁物质在细胞周期中的动态变化时看
到 ,后期染色体表面有 RNP 物质存在 ,他们认为这
种 RNP 物质来自核仁。Moyne 和 Garrido[ 6]根据对
仓鼠中期-后期染色体的研究结果推测 ,染色体周
边 RNP 并非来自核仁 , 而有可能是由核不均一
RNP(hn RNP)构成的 。可见关于有丝分裂过程中
核仁解体后它的一些物质的去向还存在不同的认
识 ,是否还有其它的观点 ,也需要进一步探讨 。我们
以小麦根端分生组织细胞为材料 ,应用 Bernhard 染
色技术在透射电镜下研究了小麦核仁的超微结构在
细胞周期中的变化。现将结果报告如下:
1　材料和方法
1.1　实验材料
取小麦根尖分生组织为实验材料。
1.2　实验方法
1.2.1　常规电子显微镜标本的制备和观察 取小麦
根尖 ,依次在 2.5%戊二醛溶液(0.1mol/ L 磷酸缓
冲液配制 , pH7.2)中固定 12h;0.1mol/ L 磷酸缓冲
液洗 3次 ,每次 30min;1%锇酸后固定 2h;双蒸水冲
洗 20min;乙醇-丙酮梯度脱水 ,Epon812环氧树脂
包埋 ,用 LKB-5型超薄切片机切片 ,切片厚度为
60nm ～ 80nm ,醋酸铀-柠檬酸铅常规染色 。样品
在Hitachi-600B型透射电子显微镜下观察 、照相 。
加速电压 75KV 。
1.2.2　小麦细胞核仁 RNA 优先染色(Bernhard 染
色)方法 样品在 2.5%的戊二 醛(0.1mol/L 磷酸缓
冲液配制 ,pH7.2)中固定 12 小时(4℃下),固定后
的样品用乙醇丙酮系列脱水 ,Epon812包埋 , LKB-
5型超薄切片机切片 ,厚度为 70nm 。超薄切片采用
Bernhard 方法染色 , 即醋酸铀染色 1 分钟 , EDTA
(0.2mol/L pH7.0)处理 1小时 ,然后柠檬酸铅染色
1分钟。用 Hitachi-600B型电子显微镜进行观察。
2　结果
2.1　小麦核仁的超微结构
应用常规制片和 Bernhard染色方法 ,在电镜下
都可清楚地看到小麦间期细胞核中核仁的三个基本
结构区域:低电子密度区域的 FC ,通常每个核仁含
多个 FC ,其数目是不确定的 ,在 FC 中还可观察到
存在一些染色质组成成分;以及环绕 FC 的高电子
密度区域 ,即 DFC;位于核仁边缘和 DFC 之间的是
G(图版Ⅰ ,1 ～ 4)
2.2　细胞周期中核仁物质的动态变化
我们采用 Bernhard染色方法对小麦根尖分生
组织细胞进行 RNA 优先染色。经 Bernhard 染色
后 ,样品中含有 RNP 的结构染色很深 ,而染色质被
漂白 ,因而能够在电子显微镜下将 DNP 组分与
RNP组分区别开来。在 Bernhard染色的细胞核中 ,
核仁的结构非常突出 ,其中 DFC 染色最深 ,其次是
G ,FC 不着色 ,集缩染色质着色很浅或被漂白 。在
染色质间可以观察到细小的 RNP 颗粒(图版Ⅰ , 3 ,
4)。对核仁的局部区域进一步放大后可以看到 ,在
核仁中 FC 和 DFC 的过渡区域具有最高的电子密
度 ,说明此位置积聚着大量的 RNP 颗粒。它们不太
均匀也不太连续地半围绕着 FC排布(图版 Ⅰ , 4 ,箭
头)。我们在经 Bernhard染色的小麦前期细胞核中
观察到 ,此时核仁因解体已变得不太规则 ,染色质通
过集缩已经初步形成具备基本形态的染色体 ,在其
边缘可见有小的 RNP颗粒(图版 Ⅱ ,5 ,箭头)。图 6
所示为经 Bernhard 染色的小麦中期染色体的纵切
面。可以看出 ,染色体周围的细胞质中存在着大量
的染色较深的细小颗粒;染色体的内部大部分区域
被漂白 ,而在染色体的周边附着着深染的大颗粒(与
核仁中的深染颗粒相似),大体上形成一种类似“鞘”
的结构(图版Ⅱ ,6 ,箭头);在染色体内部没有看到类
似来自核仁的深染颗粒 。根据其染色反应判断 ,染
色体中被漂白的部分是染色质 ,而染色体周边深染
的大颗粒物质是 RNP 。当小麦细胞进入有丝分裂
后期时 ,分离的姊妹染色单体向两极移动 ,子染色体
上的 RNP“鞘”状结构仍然存在(图版 Ⅱ , 7 ,箭头),
在子染色体内部染色程度很浅或几乎不着色 。图 8
所示小麦细胞进入有丝分裂末期 ,子染色体周边的
“RNP 鞘”已不明显 ,染色体也开始解聚 ,在细胞核
中形成了染色很深的新的核仁(图版Ⅱ ,8 ,箭头)。
3　讨论
研究者们采用银染 、Bernhard染色 、间接免疫荧
光等实验手段对细胞周期中核仁物质的动态变化进
行了研究 ,而研究的结果却是分歧的。争议的焦点
在于染色体周边的“鞘”的结构是在中期开始形成还
是到后期才出现在染色体表面的[ 1 , 2 , 5 , 7 , 9] 。另外 ,
关于核仁解体后的物质是否进入染色体的内部研究
者们也有不同的意见[ 1 ,2 ,7 ,9] 。
Moreno Diaz de la Espina 等[ 5] 认为核仁解体
时 ,其颗粒组分分散到核质中 ,而纤维组分进入染色
体内部;到后期时 ,这些进入染色体内部的纤维组分
出现在染色体表面 ,形成染色体周边的 RNP 层 。
Moyne等[ 6]的研究结果表明中期至后期染色体周
271 期　　　　　　　　　　　　　　赫杰等:小麦核仁在细胞周期中的变化
边 RNP 中的 RNA 在 G2期末或前期初合成 ,这种
RNP与间期染色质周边 RNP 纤维的形态很相似 ,
因此他们认为 ,染色体周边 RNP 中的 RNA 可能不
是核糖体 RNA ,而是在 G2期末或前期初合成的核
不均一 RNA(hnRNA)。Paw eletz和 Risueno[ 7]发现
一些在核仁解体过程中释放出来的核仁蛋白质成分
附着在中期和后期染色体表面 ,形成了经银染后着
色很深的鞘 ,一部分核仁物质似进入染色体内部 ,它
们在末期由染色体内部出来参与新核仁的形成 。
Shi等[ 9]观察到在前期一种来自人和动物核仁的
“染色体周边核仁物质”(Perichromonucleolin)随着
核仁的解体直接转到染色体表面 ,形成中期和后期
染色体的表层。邢苗等[ 1] 认为随着核仁的解体 ,来
自核仁的 RNP 颗粒向周围扩散 ,并逐步结合于染色
体表面 ,构成中期染色体周边的 RNP“鞘”。张飞雄
等[ 2]应用银染方法证明核仁解体后的物质直接转
移到了中期染色体的表面 ,并形成一个不连续的表
层 ,没有进入染色体内部;染色体内部的银染颗粒与
核仁及其解体物质无关。综上所述 ,与 Moreno Diaz
de la Espina 等[ 5] 的观点不同 , Paweletz[ 7] 、Shi[ 9] 邢
苗[ 1]以及张飞雄[ 2]等的研究一致表明 ,染色体周边
的“鞘”或 RNP 表层在中期就形成了 。另外与
Paw eletz等[ 7]的研究结果不同 ,Shi等[ 9] 、邢苗等[ 1]
以及张飞雄等[ 2] 均未看到核仁物质进入染色体内
部的现象 。我们采用 Bernhard 染色方法对小麦细
胞核仁的超微结构在细胞周期中的变化进行了研
究 ,结果显示 ,在细胞间期核中 ,核仁的结构非常突
出 ,其中 DFC 染色最深 ,其次是 G , FC 不着色 ,集
缩染色质着色很浅或被漂白。在其周边及染色质间
区域可以观察到细小的 RNP 颗粒 。在前期细胞核
中观察到 ,核仁已开始变得不太规则 ,染色质通过集
缩已经初步形成具备基本形态的染色体 ,在其边缘
可见有大量小的 RNP 颗粒 。中期染色体的周边分
布着类似于间期核仁的深染的大 RNP 颗粒 ,形成一
个不完全连续的“鞘”状结构;在染色体内部看不到
类似核仁的深染颗粒。后期仍可见 RNP“鞘”状结
构的存在 。进入末期 ,这些 RNP 物质逐渐由“鞘”脱
离 ,最后参与新核仁的形成 。可以看出我们所获得
的结果与 Paw eletz[ 7] 、Shi[ 9] 、邢苗[ 1] 和张飞雄[ 2] 等
的观点一致 ,即认为染色体周边的 RNP 层是来源于
核仁的 RNP 物质 ,这些 RNP 物质在中期就出现在
染色体的表面。并且我们没有看到核仁物质进入染
色体内部的现象。这些结果与 Paweletz 等[ 7]所观
察到现象的不同 ,是由于材料的区别 ,还是其它原
因 ,尚待进一步研究 。
参　考　文　献
1.邢苗 ,郝水 , 胡阿林.蚕豆染色体周边 RNP 形成过程的电
镜研究.实验生物学报 , 1989 , 22:367 ～ 375
2.张飞雄 ,焦明大 , 郝水.小麦核仁的超微结构在细胞周期
中的变化.植物学报 , 1995 , 37(4):249 ～ 254
3.Alberts B , Bray D , Lewis J e t al.Molecular Biology of the
Cell.London:Garlard Publishing Compang , 1989
4.Hernandz-Verdun D , Hubert J , Bourgeois C A et al.Ul-
trastructural localization of Ag- NOR stained proteins in the
nucleolus during the cell cy cle and in o ther nucleolar struc-
ture.chromosoma , 1989 , 79:349 ～ 362
5.Moreno Diaz de la Espina S , Risueno M C , Fernandez -
Gomez M E et al.Ultrastructural study o f the nucleolar cy-
cle in meristematic cells of A llium cepa.J.Microscopie Biol.
Cell , 1976 , 25:265 ～ 278
6.Moyne G , Garrido J.Ultrastructural evidence of mito tic
perichromosomal ribonucleoproteins in hamster Cells.Exp.
Cell Res., 1976 , 98:237～ 247
7.Paw eletz N , Risueno M C.T ransmission electron microscop-
ic studies on the mitotic cy cle of nucleolar pro teins impreg-
nated with silver.Chromosoma, 1982 , 85:261 ～ 273
8.Ploton D , Thiry M , Menager M et al.Behaviour of nucleo-
lus during mitosis:a comparativ e ultrastructural study of
various Cancerous cell lines using the Ag -NOR staining
procedure.Chromosoma , 1987 , 95:95 ～ 107
9.Shi L , Ni Z , Zhao S et al.I nvolvement of a nucleo lar com-
ponent , Perichromonucleolin , in the condensation and de-
condensation of chromosomes.Proc.Natl.Acad.Sci.,
1987 , 84:7953～ 7956
图　版　说　明
图 版 Ⅰ 　1、2.常规染色的电镜照片。 3 、4.Bernhard 染色
的电镜照片。 Nu:核仁;Chr:染色质;Cy t:细胞质;DFC:致密
纤维组分;FC:纤维中心;G:颗粒组分。 1.小麦间期细胞核 ,
核仁和集缩染色质染色都很深。 8000X。 2.图 1 中小麦核
仁的放大。 17000X。 3.小麦间期细胞核 , 核仁 DFC 染色最
深 ,其次是 G , FC 不着色 , 集缩染色质着色很浅或被漂白。
在染色质间可以观察到细小的 RNP 颗粒。 6000X。 4.图 3
中小麦核仁局部区域的放大。箭头示在 FC 和 DFC 的过渡
区域具有最高的电子密度。 35000X。
图版 Ⅱ 　5 ～ 8.Bernhard 染色的电镜照片。 Nu:核仁。 5.
小麦前期细胞。箭头示在染色体周边着色的 RNP 小颗粒。
17000X。 6.示小麦中期细胞。箭头示在染色体周边附着着
深染的 RNP 大颗粒 , 形成一种类似“鞘” 的结构。 15000X。
7.小麦后期细胞。箭头示到达两极的染色体上的 RNP“鞘”
状结构。 6000X。 8.小麦末期细胞。箭头示新的核仁。
8000X 。
28 　　　　　　植　　物　　研　　究　　　　　　　　　　　　　　　　　　22 卷
Explanation of Plates
Plate Ⅰ 　Fig s.1 and 2.Conventionally stainying.Fig s.3 and
4.Bernhard staining method.Nu:nucleolus;Chr:chromatin;
Cy t:cy toplasm;DFC:dense fibrillar component;FC:Fibrillar
center;G:granular component.Fig.1.Interphase nucleus.
The nucleolus and condensed chromatin are bo th deeply -
stained.8000X.Fig.2.The magnification of the nucleolar part
in Fig.1.17000X.F ig.3.Interphase nucleus.The dense fib-
rillar component is stained mo re deeply than the g ranular com-
ponent , and the fibrillar centers are not stained.The condensed
chromatin is lightly-stained or bleached.The fine RNP gran-
ules w ere distributed at the interchromatin.6000X.Fig.4.
The magnification of the nucleo lar part in Fig.3.Arrow show s
that the most electron density appears at the parts between fib-
rillar center and dense fibrillar component.35000X.
Plate Ⅱ　F igs.5 ～ 8.Bernhard staining method.Nu:nucleo-
lus.Fig.5.Prophase cell.Arrow shows that the small RNP
granules appear a t the periphery of chromosomes.17000X.
Fig.6.Metaphase cell.Arrow show s that the larger heavily-
stained RNP g ranules accumulate at the periphery of the chro-
mosomes and fo rmed a discontinuous “ sheath” -like structure.
15000X.Fig.7.Anaphase cell.Arrow s show the “ sheath” -
like structure on the chromosomes arriving at the po les.6000X.
Fig.8.Telophase cell.Arrow shows the new nucleolus.8000X
291 期　　　　　　　　　　　　　　赫杰等:小麦核仁在细胞周期中的变化