全 文 ：书水分胁迫对甘草叶片和根系细胞超微
结构与膜脂过氧化的影响
刘艳１，２，岳鑫１，陈贵林１
（１．内蒙古大学生命科学学院，内蒙古 呼和浩特０１００２１；２．内蒙古农业大学农学院，内蒙古 呼和浩特０１００１９）
摘要：以一年生乌拉尔甘草为材料，利用透射电镜技术，观察水分胁迫下根皮层细胞和中柱细胞，以及叶片叶肉细
胞超微结构的变化，同时结合丙二醛含量测定，分析水分胁迫对甘草根叶细胞超微结构和膜脂过氧化的影响。结
果显示，随着干旱胁迫时间的延长，甘草根系、叶片细胞的细胞器结构均发生明显变化，表现为：细胞核变形，染色
质凝聚并边缘化；线粒体内腔空化；叶绿体基粒片层结构逐渐模糊，淀粉粒降解；根系中高尔基体扁平囊出芽形成
小囊泡等。不同组织以及不同细胞器对干旱胁迫的敏感程度不同，其中根皮层组织的细胞器形态变化早于中柱细
胞和叶片。胁迫初期，无论是根系还是叶片，都以细胞核较早发生染色质凝聚，并早于细胞膜脂过氧化损伤。以上
特征与细胞程序性死亡特征相似，推测干旱胁迫初期诱导根、叶细胞发生程序性死亡可能是甘草抵御干旱胁迫的
机制之一。
关键词：甘草；水分胁迫；超微结构；膜脂过氧化
中图分类号：Ｓ５６７．７＋１；Ｑ９４５．７８ 文献标识码：Ａ 文章编号：１００４５７５９（２０１０）０６００７９０８
水分缺乏是植物最常遭受的逆境之一，在长期进化过程中，植物演化出一套适应性机制和策略，一方面通过
适宜的形态学变化，另一方面通过适宜的生理生化反应有效抵御干旱逆境［１］。叶片是植物进行光合作用和水分
蒸腾的主要场所，根系是植物从土壤中吸收水分的主要器官，在植物水分代谢活动中二者发挥重要功能。水分胁
迫下，植物根、叶组织和细胞形态结构均会发生相应改变，如叶面积减小，角质层加厚，气孔开度减小甚至关
闭［２，３］；根系木栓化明显，导管发达［４，５］；细胞核发生有序降解，淀粉粒减少等［６］。水分胁迫下，植物这些适宜的形
态学结构改变可以有效减少水分丧失，增强水分的吸收和传导，提高植物抗水分胁迫能力，在一定程度上可以作
为表征植物对干旱逆境防御能力的依据。
甘草（犌犾狔犮狔狉狉犺犻狕犪狌狉犪犾犲狀狊犻狊）是豆科（Ｌｅｇｕｍｉｎｏｓａｅ）多年生草本植物，广泛分布在我国西北干旱、半干旱以
及荒漠、半荒漠地区。长期自然干旱生境使甘草具有较强的抗旱特性。以往研究者多从生理生化和膜指标变化
等方面开展甘草的抗旱性研究，认为适度干旱下甘草自身通过提高抗氧化酶活性，增加渗透调节物质含量，减轻
膜脂过氧化损伤来提高抗旱力［７，８］。在形态学方面仅从器官和组织水平进行了初步研究。彭伟秀等［９］观察到，一
定时期水分胁迫后，甘草根、叶木质部导管管腔直径变小，管壁增厚，认为这些器官内部结构的不同变化保证了水
分运输的安全性和有效性，对抗旱有一定作用；李志军等［１０］观察到，甘草属植物具有发达的直根系和多层次的水
平根茎网；Ｈａｌ［１１］认为甘草的根状茎是生长在土壤下面的苗，是植物忍受干旱的特征。显然，水分胁迫下甘草生
理生化以及器官和组织水平上的形态学变化与细胞和细胞器的形态与功能的变化密不可分，然而，至今未见有关
水分胁迫下甘草细胞超微结构变化的研究报道。电镜技术是进行细胞超微结构观察的最重要手段，可以在细胞
和亚细胞水平上显示逆境下细胞和细胞器的许多形态变化特征，为确定植物抗旱特性提供可靠的形态学证据，是
进行植物抗旱性研究的重要内容。因此，本研究以我国西北地区广泛分布的乌拉尔甘草为材料，采用盆栽控水模
拟干旱的处理方法，对水分胁迫下甘草根系和叶片超微结构以及膜脂过氧化水平变化进行研究，旨在为一定程度
上阐明甘草抗旱机制提供细胞学依据。
第１９卷 第６期
Ｖｏｌ．１９，Ｎｏ．６
草 业 学 报
ＡＣＴＡＰＲＡＴＡＣＵＬＴＵＲＡＥＳＩＮＩＣＡ
７９－８６
２０１０年１２月
收稿日期：２００９１２２９；改回日期：２０１００２０８
基金项目：国家自然基金项目（３０８６０１８０）和内蒙古大学博士后基金项目（２０７０３６）资助。
作者简介：刘艳（１９７１），女，内蒙古呼和浩特人，副教授，博士。Ｅｍａｉｌ：ｚｇｎｌｙ＠１６３．ｃｏｍ
通讯作者。Ｅｍａｉｌ：ｃｈｅｎｇｌ＠ｌｉｆｅ．ｉｍｕ．ｅｄｕ．ｃｎ
１ 材料与方法
１．１ 材料与试验处理
盆栽试验于２００９年３－７月在内蒙古农业大学科技园区温室进行。乌拉尔甘草种子由十方九草公司提供。
挑选充实饱满的甘草种子用自来水冲洗干净，浓Ｈ２ＳＯ４ 浸种４０ｍｉｎ，清水冲洗３～５次后将种子置于润湿的滤纸
上，２５℃下催芽，待种子露白后，选发芽一致的种子播于盆高１８ｃｍ，盆底与盆口直径分别为１５和２５ｃｍ的塑料
花盆中，填充材料为肥沃的田园土，每盆定植３０株，置于温室中正常管理，待长出５～６片新叶后，选生长健壮、整
齐一致的盆栽幼苗进行胁迫处理。自胁迫处理之日起停止浇水，每隔２ｄ取样测定１次，分别取中部生长根和完
全展开的中上部成熟叶片，一部分液氮速冻，用于生理指标测定；一部分立即固定，用于电镜观察。对照组每天正
常浇水，通过称重法使土壤相对含水量始终保持在（７５±２）％，并与干旱处理同期取样测定。３次重复。
１．２ 测定内容和方法
１．２．１ 土壤含水量测定 采用烘干法。将取样用的铝盒烘干称重（犠０），取各处理材料根系中部鲜土样约１０ｇ，
置于铝盒中称重（犠１），打开铝盒盖子，放入（１０５±２）℃恒温烘箱中烘６ｈ至恒重，移入干燥器中冷却到室温后称
重（犠２），土壤含水量＝［（犠１－犠２）／（犠２－犠０）］×１００％。
１．２．２ 丙二醛（ＭＤＡ）含量测定 参照王爱国等［１２］的方法，采用巴比妥酸显色法测定，最后采用公式犆（Ｕｍ）＝
６．４５（Ｄ５３２－Ｄ６００）－０．５６Ｄ４５０来计算 ＭＤＡ含量，结果以ｎｍｏｌ／ｇＦＷ 表示。
１．２．３ 电镜制样和细胞超微结构观察 参照郝燕燕和黄卫东［１３］的方法略有修改。取不同胁迫处理后甘草成熟
叶片和根系，切取叶片主脉四周的叶肉组织（２～３）×（３～５）ｍｍ；切取中部生长根３～５ｍｍ，迅速投入５０
ｍｍｏｌ／Ｌ二甲胂酸钠缓冲液（ｃａｃｏｄｙｌａｔｅｂｕｆｆｅｒ，ＣＡＢ，ｐＨ７．２），含１．２５％戊二醛和１．２５％多聚甲醛，抽气下沉，室
温固定３ｈ，ＣＡＢ充分洗涤，然后在含１％锇酸的ＣＡＢ溶液中固定２ｈ，经ＣＡＢ充分洗涤后，不同浓度乙醇系列脱
水，丙酮过渡，环氧树脂（ｓｐｕｒｒ）包埋，６０℃高温聚合４８ｈ，ＬＫＢ８８００型切片机超薄切片，醋酸铀－柠檬酸铅双染，
ＪＥＭ１００透射电镜下观察并照相。
１．２．４ 数据处理 应用ＤＰＳ数据处理系统，采用Ｄｕｎｃａｎ新复极差法进行多重比较；采用Ｓｉｇｍａｐｌｏｔ软件进行
示图制作。
２ 结果与分析
图１ 水分胁迫下土壤含水量的变化
犉犻犵．１ 犆犺犪狀犵犲狊狅犳狋犺犲狊狅犻犾狑犪狋犲狉犮狅狀狋犲狀狋狌狀犱犲狉狑犪狋犲狉狊狋狉犲狊狊
２．１ 水分胁迫下土壤含水量的变化
随着水分胁迫处理时间的延长，土壤含水量呈逐
渐下降的趋势（图１）。按照 Ｈｓｉａｏ［１４］对干旱胁迫程度
的划分标准，本试验在胁迫后４～６ｄ达到轻度胁迫
（６０％～６５％），８～１０ｄ为中度胁迫（４５％～５０％），１２
～１４ｄ为重度胁迫（３０％～３５％）。
２．２ 水分胁迫下甘草植株外部形态的变化
正常供水条件下，甘草植株生长健壮，叶片呈深绿
色，根系发达，具粗壮的主根和发达的侧根（图２）；水
分胁迫后４ｄ，与对照相比，叶片无明显变化，仍保持深
绿色，叶片舒展，但根部颜色变深；胁迫后８ｄ，部分叶
片失绿变黄，大量侧根干枯死亡，植株出现萎蔫症状；
胁迫后１２ｄ，叶片边缘卷曲且干枯坏死，根系则全部转
为深褐色，呈干枯状（图２）。
２．３ 水分胁迫下甘草叶肉细胞超微结构的变化
正常生长条件下，叶肉细胞中各细胞器的超微结构都保持正常形态。细胞核结构完整，双层膜清晰（图３ａ）；
叶绿体紧贴细胞边缘分布，结构规则，类囊体基粒片层排列紧密（图３ｂ）；线粒体丰富，双层膜完整，内嵴丰富（图
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３ｃ）。随着干旱胁迫时间的延长，叶肉细胞中各细胞器均发生不同程度的形态变化。胁迫后４ｄ，细胞核染色质开
始凝聚（图３ｄ）；叶绿体类囊体基粒片层结构仍保持清晰完整的结构，有少量嗜锇颗粒出现，淀粉粒大且结构紧实
（图３ｅ）；线粒体也保持较为完整的结构，双层膜结构清晰，部分线粒体内腔出现少量空洞（图３ｆ）。胁迫后８ｄ，细
胞核出现变形，染色质凝聚加剧，并呈边缘化分布（图３ｇ）；叶绿体发生变形和皱缩，部分类囊体结构模糊，基粒片
层重叠，部分淀粉粒降解，嗜锇颗粒明显增多（图３ｈ）；线粒体内部发生降解，内嵴结构模糊不清（图３ｉ）。胁迫后
１２ｄ，细胞核内部结构降解加剧，但仍可见较为清晰完整的核膜（图３ｊ）；叶绿体中几乎所有类囊体结构模糊，淀粉
粒完全降解，嗜锇颗粒大量堆积（图３ｋ）；线粒体内外双层膜破损，内部结构完全解体（图３ｌ）。
图２ 水分胁迫下甘草植株外部形态变化
犉犻犵．２ 犆犺犪狀犵犲狊狅犳犲狓狋犲狉狀犪犾犿狅狉狆犺狅犾狅犵狔狅犳犌．狌狉犪犾犲狀狊犻狊狆犾犪狀狋狊狌狀犱犲狉狑犪狋犲狉狊狋狉犲狊狊
２．４ 水分胁迫下甘草根细胞超微结构的变化
正常生长条件下，甘草根系皮层细胞中各细胞器的超微结构均呈正常形态，细胞核、线粒体结构完整（图４ａ，
ｂ）；在皮层细胞中还富含高尔基体，其由４～６个排列整齐的扁平囊垛叠形成（图４ｃ）。随干旱胁迫程度的加深，
各细胞器结构均发生相应的变化。胁迫后４ｄ，皮层细胞细胞核即已出现变形，染色质凝聚（图４ｄ）；线粒体内腔
出现明显空洞（图４ｅ）；高尔基体扁平囊数减少，囊泡出芽，形成的小泡增多（图４ｆ）。胁迫后８ｄ，细胞核染色质凝
聚加剧，且边缘化明显（图４ｇ）；线粒体空化明显，已趋于解体（图４ｈ）；高尔基体的扁平囊泡出芽形成的小泡明显
增多（图４ｉ）。胁迫后１２ｄ，细胞核内部出现空洞，内容物开始降解，部分核膜出现不规则的断裂（图４ｊ）；线粒体内
部完全降解空化，相邻线粒体间被膜消失，融合成一个大空腔（图４ｋ）；高尔基体扁平囊几乎全部转化为小囊泡
（图４ｌ）。
随着干旱处理时间的延长，根系中柱细胞各细胞器形态结构也发生同皮层细胞相似的变化过程，但其形态结
构发生变化的时间晚于皮层细胞，变化程度小于皮层细胞。其中，胁迫后８ｄ，中柱细胞细胞核开始变形，并有染
色质的凝聚（图４ｍ）；部分线粒体内腔出现空洞，但仍保持较为完整的被膜（图４ｎ）；组成高尔基体的扁平囊数有
所减少，部分扁平囊出芽形成较多小囊泡（图４ｏ）。
２．５ 水分胁迫下甘草根系和叶片 ＭＤＡ含量的变化
ＭＤＡ是膜脂过氧化产物，其含量多少是膜受损伤程度的标志。水分胁迫处理下，甘草根系和叶片组织
ＭＤＡ含量均有一个上升过程，表明干旱胁迫对根和叶组织均造成一定伤害。但在不同胁迫进程阶段，根系和叶
组织 ＭＤＡ含量变化有差异。其中，根系在胁迫后６ｄ，ＭＤＡ含量较对照开始显著增加，并一直持续至处理结
束；叶片在胁迫初期（０～６ｄ），ＭＤＡ含量与对照相比无明显差异，至胁迫后８ｄ，ＭＤＡ含量开始较对照显著增
加，直至处理结束。
１８第１９卷第６期 草业学报２０１０年
图３ 水分胁迫下甘草叶肉细胞细胞器超微结构的变化
犉犻犵．３ 犆犺犪狀犵犲狊狅犳狅狉犵犪狀犲犾犲狊狌犾狋狉犪狊狋狉狌犮狋狌狉犲狅犳犌．狌狉犪犾犲狀狊犻狊犿犲狊狅狆犺狔犾犮犲犾狊狌狀犱犲狉狑犪狋犲狉狊狋狉犲狊狊
Ｎ：细胞核 Ｎｕｃｌｅｕｓ；Ｃｈｌ：叶绿体Ｃｈｌｏｒｏｐｌａｓｔ；Ｍ：线粒体 Ｍｉｔｏｃｈｏｎｄｒｉｏｎ；ＳＧ：淀粉粒Ｓｔａｒｃｈｇｒａｉｎ；ＯＧ：嗜锇滴Ｏｓｍｉｏｐｈｉｌｉｃｇｒａｎｕｌｅ；ａ：正常叶片细胞
核Ｎｕｃｌｅｕｓｏｆｎｏｒｍａｌｌｅａｆｃｅｌｓ（×１５０００）；ｂ：正常叶片叶绿体，结构清晰，基粒片层排列紧密Ｃｈｌｏｒｏｐｌａｓｔｏｆｎｏｒｍａｌｌｅａｆｃｅｌｓｗｉｔｈｇｒａｎａｌａｍｅｌａｅａｒ
ｒａｎｇｅｄｉｎｃｌｏｓｅａｎｄｃｌｅａｒｓｔｒｕｃｔｕｒｅ（×２５０００）；ｃ：正常叶片线粒体，双层膜完整，内嵴丰富 Ｍｉｔｏｃｈｏｎｄｒｉａｏｆｎｏｒｍａｌｌｅａｆｃｅｌｓｗｉｔｈｉｎｔｅｇｒｉｔｙｄｏｕｂｌｅ
ｍｅｍｂｒａｎｅａｎｄｃｏｎｓｉｄｅｒａｂｌｅｃｒｉｓｔａｅ（×２００００）；ｄ：胁迫后４ｄ，细胞核染色质开始凝聚 Ｎｕｃｌｅｕｓｃｈｒｏｍａｔｉｎａｇｇｌｕｔｉｎａｔｉｏｎａｐｐｅａｒｅｄａｔ４ｄａｆｔｅｒｓｔｒｅｓｓ
（×１５０００）；ｅ：胁迫后４ｄ，类囊体结构保持完整Ｔｈｙｌａｋｏｉｄｒｅｍａｉｎｅｄｉｎｔａｃｔａｔ４ｄａｆｔｅｒｓｔｒｅｓｓ（×２００００）；ｆ：胁迫后４ｄ，线粒体膜结构完整，部分线粒
体内腔出现少量空洞 Ｍｉｔｏｃｈｏｎｄｒｉａｌｍｅｍｂｒａｎｅｒｅｍａｉｎｅｄｉｎｔｅｇｒｉｔｙｂｕｔｓｍａｌｃａｖｉｔｉｅｓａｐｐｅａｒｅｄｗｉｔｈｉｎｉｔａｔ４ｄａｆｔｅｒｓｔｒｅｓｓ（×２００００）；ｇ：胁迫后８ｄ，染
色质凝聚加剧，并开始边缘化分布Ｎｕｃｌｅｕｓｃｈｒｏｍａｔｉｎａｇｇｌｕｔｉｎａｔｉｏｎｉｎｔｅｎｓｉｆｉｅｄａｔ８ｄａｆｔｅｒｓｔｒｅｓｓ（×１５０００）；ｈ：胁迫后８ｄ，叶绿体变形皱缩，部分类
囊体结构模糊，淀粉粒降解加剧，嗜锇颗粒明显增多Ｃｈｌｏｒｏｐｌａｓｔｄｅｆｏｒｍａｔｉｏｎ，ｔｈｅｓｔｒｕｃｔｕｒｅｏｆｔｈｙｌａｋｏｉｄｐａｒｔｌｙｂｌｕｒ，ｓｔａｒｃｈｇｒａｎｕｌｅｓｄｅｇｒａｄａｔｉｏｎａｎｄ
ｏｓｍｉｏｐｈｉｌｉｃｇｒａｎｕｌｅｓｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｔｌｙｗｅｒｅｏｂｓｅｒｖｅｄａｔ８ｄａｆｔｅｒｓｔｒｅｓｓ（×２００００）；ｉ：胁迫后８ｄ，内嵴结构模糊Ｃｒｉｓｔａｅｓｔｒｕｃｔｕｒｅｂｌｕｒｒｅｄａｔ８ｄａｆｔｅｒｓｔｒｅｓｓ
（×２００００）；ｊ：胁迫后１２ｄ，细胞核内部开始解体，但核膜保存较为完整Ｎｕｃｌｅｕｓｂｅｇａｎｔｏｄｅｇｒａｄｅ，ｂｕｔｔｈｅｎｕｃｌｅａｒｍｅｍｂｒａｎｅｗａｓｓｔｉｌｉｎｔａｃｔａｔ１２ｄ
ａｆｔｅｒｓｔｒｅｓｓ（×１５０００）；ｋ：胁迫后１２ｄ，几乎所有类囊体结构模糊，淀粉粒完全降解，嗜锇颗粒大量堆积Ｔｈｅｓｔｒｕｃｔｕｒｅｏｆａｌｔｈｙｌａｋｏｉｄｂｌｕｒ，ｓｔａｒｃｈ
ｇｒａｎｕｌｅｓｃｏｍｐｌｅｔｅｄｅｇｒａｄａｔｉｏｎａｎｄｏｓｍｉｏｐｈｉｌｉｃｇｒａｎｕｌｅｓａｃｃｕｍｕｌａｔｉｏｎｗｅｒｅｏｂｓｅｒｖｅｄａｔ１２ｄａｆｔｅｒｓｔｒｅｓｓ（×２００００）；ｌ：胁迫后１２ｄ，线粒体完全解体
Ｍｉｔｏｃｈｏｎｄｒｉａｄｉｓｉｎｔｅｇｒａｔｅｄｃｏｍｐｌｅｔｅｌｙａｔ１２ｄａｆｔｅｒｓｔｒｅｓｓ（×２００００）
２８ ＡＣＴＡＰＲＡＴＡＣＵＬＴＵＲＡＥＳＩＮＩＣＡ（２０１０） Ｖｏｌ．１９，Ｎｏ．６
图４ 水分胁迫下甘草根系细胞器超微结构的变化
犉犻犵．４ 犆犺犪狀犵犲狊狅犳狅狉犵犪狀犲犾犲狊狌犾狋狉犪狊狋狉狌犮狋狌狉犲狅犳犌．狌狉犪犾犲狀狊犻狊狉狅狅狋狊狌狀犱犲狉狑犪狋犲狉狊狋狉犲狊狊
Ｎ：细胞核Ｎｕｃｌｅｕｓ；Ｍ：线粒体 Ｍｉｔｏｃｈｏｎｄｒｉｏｎ；Ｇ：高尔基体Ｇｏｌｇｉｂｏｄｙ；ＣＷ：细胞壁Ｃｅｌｗａｌ；ＥＲ：内质网Ｅｎｄｏｐｌａｓｍｉｃｒｅｔｉｃｕｌｕｍ；ａ：正常生长根系
皮层细胞细胞核Ｎｕｃｌｅｕｓｏｆｒｏｏｔｃｏｒｔｉｃａｌｃｅｌｓ（×１５０００）；ｂ：正常生长根皮层细胞线粒体 Ｍｉｔｏｃｈｏｎｄｒｉａｏｆｎｏｒｍａｌｒｏｏｔｃｏｒｔｉｃａｌｃｅｌｓ（×３００００）；ｃ：正
常生长根皮层细胞高尔基体Ｇｏｌｇｉｂｏｄｙｏｆｎｏｒｍａｌｒｏｏｔｃｏｒｔｉｃａｌｃｅｌｓ（×６００００）；ｄ：胁迫后４ｄ，细胞核变形，染色质凝聚Ｎｕｃｌｅｕｓｄｅｆｏｒｍａｔｉｏｎａｎｄｎｕ
ｃｌｅｕｓｃｈｒｏｍａｔｉｎａｇｇｌｕｔｉｎａｔｉｏｎａｐｐｅａｒｅｄａｔ４ｄａｆｔｅｒｓｔｒｅｓｓ（×１５０００）；ｅ：胁迫后４ｄ，线粒体内腔出现明显空洞Ｓｍａｌｃａｖｉｔｉｅｓａｐｐｅａｒｅｄｗｉｔｈｉｎｍｉｔｏ
ｃｈｏｎｄｒｉａａｔ４ｄａｆｔｅｒｓｔｒｅｓｓ（×３００００）；ｆ：胁迫后４ｄ，少量扁平囊泡出芽开始形成小泡Ｇｏｌｇｉｂｏｄｙｏｆｒｏｏｔｃｅｌｓｅｘｐａｎｄｅｄａｎｄｄｅｃｏｍｐｏｓｅｄｍａｎｙｓｌｉｇｈｔ
ｌｙｖｅｓｉｃｌｅｓａｔ４ｄａｆｔｅｒｓｔｒｅｓｓ（×６００００）；ｇ：胁迫后８ｄ，染色质凝聚加剧，边缘化明显Ｎｕｃｌｅｕｓｃｈｒｏｍａｔｉｎａｇｇｌｕｔｉｎａｔｉｏｎａｎｄｍａｒｇｉｎａｌｉｚａｔｉｏｎｉｎｔｅｎｓｉｆｉｅｄ
ａｔ８ｄａｆｔｅｒｓｔｒｅｓｓ（×１５０００）；ｈ：胁迫后８ｄ，线粒体空化明显，趋于解体 Ｍｉｔｏｃｈｏｎｄｒｉａｔｅｎｄｅｄｔｏｄｉｓｉｎｔｅｇｒａｔｅｓｉｎｃｅｃａｖｉｔｉｅｓｗｅｒｅｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｔａｔ８ｄａｆｔｅｒ
ｓｔｒｅｓｓ（×３００００）；ｉ：胁迫后８ｄ，扁平囊泡出芽形成的小泡明显增多Ｔｈｅｎｕｍｂｅｒｏｆｓｌｉｇｈｔｌｙｖｅｓｉｃｌｅｓｄｅｃｏｍｐｏｓｅｄｆｒｏｍｇｏｌｇｉｂｏｄｙｗａｓｉｎｃｒｅａｓｅｄｓｉｇｎｉｆｉ
ｃａｎｔｌｙａｔ８ｄａｆｔｅｒｓｔｒｅｓｓ（×６００００）；ｊ：胁迫后１２ｄ，部分核膜出现不规则的断裂Ｐａｒｔｓｏｆｔｈｅｎｕｃｌｅａｒｍｅｍｂｒａｎｅｓｅｇｍｅｎｔｅｄｉｒｒｅｇｕｌａｒｌｙａｔ１２ｄａｆｔｅｒ
ｓｔｒｅｓｓ（×１５０００）；ｋ：胁迫后１２ｄ，线粒体内部完全降解 Ｍｉｔｏｃｈｏｎｄｒｉａｄｉｓｉｎｔｅｇｒａｔｅｄｃｏｍｐｌｅｔｅｌｙａｔ１２ｄａｆｔｅｒｓｔｒｅｓｓ（×３００００）；ｌ：胁迫后１２ｄ，扁平囊
泡几乎全部转化为小囊泡Ａｌｍｏｓｔａｌｇｏｌｇｉｂｏｄｙｏｆｒｏｏｔｃｅｌｓｅｘｐａｎｄｅｄａｎｄｄｅｃｏｍｐｏｓｅｄｓｌｉｇｈｔｌｙｖｅｓｉｃｌｅｓａｔ１２ｄａｆｔｅｒｓｔｒｅｓｓ（×６００００）；ｍ：胁迫后８ｄ，
根中柱细胞细胞核出现变形和染色质凝聚现象 Ｎｕｃｌｅｕｓｏｆｔｈｅｒｏｏｔｓｔｅｌｅｃｅｌｓｄｅｆｏｒｍａｔｉｏｎａｎｄｃｈｒｏｍａｔｉｎａｇｇｌｕｔｉｎａｔｉｏｎａｐｐｅａｒｅｄａｔ８ｄａｆｔｅｒｓｔｒｅｓｓ
（×１５０００）；ｎ：胁迫后８ｄ，中柱细胞部分线粒体内腔出现空洞Ｃａｖｉｔｉｅｓａｐｐｅａｒｅｄｗｉｔｈｉｎｓｏｍｅｍｉｔｏｃｈｏｎｄｒｉａｏｆｓｔｅｌｅｃｅｌｓａｔ８ｄａｆｔｅｒｓｔｒｅｓｓ（×３００００）；
ｏ：胁迫后８ｄ，中柱细胞高尔基体扁平囊泡出芽形成的小泡开始增多Ｔｈｅｎｕｍｂｅｒｏｆｓｌｉｇｈｔｌｙｖｅｓｉｃｌｅｓｄｅｃｏｍｐｏｓｅｄｆｒｏｍｇｏｌｇｉｂｏｄｙｏｆｔｈｅｒｏｏｔｓｔｅｌｅｃｅｌｓ
ｗａｓｉｎｃｒｅａｓｅｄａｔ８ｄａｆｔｅｒｓｔｒｅｓｓ（×６００００）
３８第１９卷第６期 草业学报２０１０年
图５ 水分胁迫下甘草根、叶 犕犇犃含量的变化
犉犻犵．５ 犆犺犪狀犵犲狊狅犳犕犇犃犮狅狀狋犲狀狋犻狀犌．狌狉犪犾犲狀狊犻狊狉狅狅狋狊犪狀犱犾犲犪狏犲狊狌狀犱犲狉狑犪狋犲狉狊狋狉犲狊狊
３ 讨论
完整的细胞器结构是细胞维持正常生理功能的基础。逆境条件下，细胞器结构破坏，最终导致细胞生理功能
的降低甚至丧失，是植物遭受逆境伤害的机制之一［５，１５］。随着干旱胁迫程度的加深，甘草根、叶外部形态发生变
化，表现为：叶片逐渐失绿变黄，叶缘卷曲，叶片萎蔫，直至干枯；根系则表现为颜色逐渐由浅变深，后期侧根数减
少，根系干枯。与之相对应，甘草根、叶细胞的形态结构也发生明显改变，表现为：细胞核发生变形，染色质凝聚，
并边缘化分布；叶绿体皱缩变形，类囊体结构模糊，基粒片层垛叠，淀粉粒降解，嗜锇颗粒增多；线粒体内嵴模糊，
膜破损，内部降解；高尔基体扁平囊出芽形成较多小囊泡等。显然，这种细胞形态结构的改变是水分胁迫下甘草
的重要生理反应之一。在沙田柚（犆犻狋狉狌狊犵狉犪狀犱犻狊）［１６］、苹果（犕犪犾狌狊狆狌犿犻犾犪）［１７］等植物上也观察到同甘草相似的
变化特征，表明水分胁迫造成植物形态结构变化在一些植物上具有共同性。
超微结构观察还显示，甘草不同器官组织间细胞器对干旱胁迫的敏感程度不同，其中根皮层组织的细胞器形
态结构变化早于中柱细胞和叶片；各细胞器的降解程度也明显大于中柱细胞和叶肉组织。这与曹慧等［１７］以苹果
为材料的研究结果一致。同时研究发现，不同细胞器之间对干旱胁迫的敏感程度也有较大差异，无论是根系还是
叶片，均以细胞核较早发生形态变化且最晚解体。在苹果［１７］、葡萄（犞犻狋犻狊狏犻狀犻犳犲狉犪）［１８］上表现出同样的变化特
征；但以小麦（犜狉犻狋犻犮狌犿犪犲狊狋犻狏狌犿）［１９］、黑麦草（犔狅犾犻狌犿狆犲狉犲狀狀犲）［２０］等为试材的研究中却发现，叶绿体对水分胁迫
最敏感。已知在多种逆境条件下可诱导细胞发生程序性死亡（ｐｒｏｇｒａｍｍｅｄｃｅｌｄｅａｔｈ，ＰＣＤ）。研究表明，ＰＣＤ的
启动是以细胞核的变化为先导的，其中细胞核内物质浓缩聚集是ＰＣＤ的主要形态特征［２１］。这与本研究所观察
到的结果相一致，即细胞核较早发生形态变化，表现为染色质凝聚并边缘化（图３ｄ，３ｇ，４ｄ，４ｇ），推测干旱诱导甘
草根、叶细胞结构破坏过程中，有一个阶段存在明显的细胞程序性死亡过程。其中作为根系最外层组织，皮层组
织可能最早启动ＰＣＤ，通过细胞的死亡主动形成一道死细胞屏障，保护根系内部组织，并阻止水分的进一步扩
散。随后根中柱细胞和叶肉组织启动ＰＣＤ，并引发一系列生化防御反应，如叶绿体中淀粉粒的降解、嗜锇颗粒增
加（图３ｅ，ｈ，ｋ）；高尔基体降解形成小囊泡等（图４ｆ，ｉ，ｌ，ｏ），以此来产生更多的有机质参与渗透调节。因此，这种
干旱胁迫诱导甘草根、叶发生ＰＣＤ反应可能是甘草抵御干旱逆境的机制之一。
已知逆境胁迫会造成生物膜的损坏，ＭＤＡ是膜脂过氧化的产物，其含量多少是膜受损伤程度的标志。本研
究显示，水分胁迫后６和８ｄ，甘草根、叶细胞 ＭＤＡ含量开始较对照显著增加；而超微结构观察表明，胁迫后４ｄ，
甘草根、叶细胞细胞核即已出现染色质凝聚等变化特征。显然，ＭＤＡ含量的增加滞后于细胞形态结构变化，也
就是说，在细胞膜保持完整，未受损伤之前，细胞内部就已经开始相应的生理生化和结构的变化，这也正是植物
ＰＣＤ的变化特点，这为干旱诱导甘草根叶细胞发生ＰＣＤ反应提供了佐证。然而，ＰＣＤ只是植物暂时适应不良逆
境而采取的自我协调策略，一旦胁迫超过一定限度，平衡性被破坏，植物就会发生不可逆死亡［２２］。本研究中，胁
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迫初期，各细胞器均表现为膜结构较为完整，ＭＤＡ含量维持较低水平，此期甘草根、叶细胞形态的变化属于程序
性死亡；胁迫后期，细胞器膜断裂，内部解体，ＭＤＡ含量明显增加，膜脂过氧化加剧，此时，细胞程序性死亡就已
演变为细胞坏死。然而，ＰＣＤ是一个复杂的生命过程，涉及一系列基因的激活、表达以及调控等的作用，本研究
仅从细胞形态结构方面观察到甘草根、叶细胞的ＰＣＤ特征，其基因表达、生化变化是否也符合ＰＣＤ变化特征，细
胞是如何感受并传递逆境信号并引发ＰＣＤ反应，这些还有待于进一步研究。
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５８第１９卷第６期 草业学报２０１０年
犈犳犳犲犮狋狊狅犳狑犪狋犲狉狊狋狉犲狊狊狅狀狌犾狋狉犪狊狋狉狌犮狋狌狉犲犪狀犱犿犲犿犫狉犪狀犲犾犻狆犻犱狆犲狉狅狓犻犱犪狋犻狅狀
狅犳犾犲犪犳犪狀犱狉狅狅狋犮犲犾狊狅犳犌犾狔犮狔狉狉犺犻狕犪狌狉犪犾犲狀狊犻狊
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ｎｉｓｍｓｔｏｒｅｓｉｓｔｗａｔｅｒｓｔｒｅｓｓｉｎ犌．狌狉犪犾犲狀狊犻狊．
犓犲狔狑狅狉犱狊：犌犾狔犮狔狉狉犺犻狕犪狌狉犪犾犲狀狊犻狊；ｗａｔｅｒｓｔｒｅｓｓ；ｕｌｔｒａｓｔｒｕｃｔｕｒｅ；ｍｅｍｂｒａｎｅｌｉｐｉｄｐｅｒｏｘｉｄａｔｉｏｎ
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