全 文 ：© 1994-2009 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. http://www.cnki.net
园 　艺 　学 　报 　2007, 34 (3) : 605 - 608
Acta Horticulturae Sinica
收稿日期 : 2006 - 11 - 14; 修回日期 : 2007 - 04 - 13
基金项目 : 北京自然科学基金资助项目 ( 6042004 ) ; 北京市属市管高校人才强教计划项目 ; 北京都市农业学科群资助项目
(XK100190553)3 通讯作者 Author for correspondence ( E2mail: qinlingbac@1261com)
板栗短雄花序异常死亡的超微结构观察
张　婧 1 , 董清华 1 , 杨　凯 2 , 曹庆芹 2 , 冯永庆 1 , 秦　岭 13
(1 北京农学院植物科学技术系 , 北京 102206; 2 北京农学院生物技术系 , 北京 102206)
摘 　要 : 板栗 (Castanea m ollissim a B l. ) 短雄花序发育过程中 , 花序上部变黄 , 弯曲 , 最后枯死脱落 ,
而基部花序正常发育。利用透射电镜观察花序上部发育中的细胞超微结构发现 : 细胞呈现有序的死亡变化 ,
细胞核内发生染色质凝聚 , 继而核仁消失 , 核质降解 , 核膜破裂 , 核解体 ; 液泡内吞现象明显 , 形成很多
小液泡 ; 叶绿体和线粒体也逐渐解体 ; 花序上部衰亡过程中所有细胞器在膜包裹下有序地降解 , 表现出植
物细胞程序性死亡的典型形态学特征。
关键词 : 板栗 ; 短雄花序 ; 超微结构 ; 细胞程序性死亡
中图分类号 : S 66412　　文献标识码 : A　　文章编号 : 05132353X (2007) 0320605204
Stud ies on the Ultra structure of Abnorma l Cell D ea th D ur ing M utan t Short
Ca tk in D evelopm en t in Chestnut
ZHANG J ing1 , DONG Q ing2hua1 , YANG Kai2 , CAO Q ing2qin2 , FENG Yong2qing1 , and Q IN L ing13
(1 D epartm ent of P lant Science and Technology, B eijing U niversity of A griculture, B eijing 102206, China; 2D epartm en t of B iolog2
ical Technology, B eijing U niversity of A griculture, B eijing 102206, Ch ina )
Abstract: During the development of short catkins mutant, the upper parts became yellow, curved, and
finally dropped off gradually, while the basal catkins still developed normally. The ultrastructure changes of
cells were observed during upper naturally degradation by using transm ission electron m icroscope. The results
exhibited orderly changes in death: the nucleus showed chromatin condensation, the nucleolus dissolved, kar2
yop lasm degraded, the karyotheca burst and the nucleus disintegrated, the vacuole happened distinct swallow,
and some formed into many small vacuoles, the chlorop last and m itochondrion disintegrated gradually. The
morphological changes during the death of all the organelles within the cell showed the typ ical features of p ro2
grammed cell death.
Key words: Chestnut; Short catkin; U ltrastructure; Programmed cell death
1995年本课题组在北京密云发现一株雄花序短小的板栗芽变 , 经多年嫁接繁殖 , 雄花序变异性
状稳定。板栗的雄花序短小可以减少树体营养消耗 , 增大雌雄单花比 , 从而促进产量提高 , 对板栗生
产和育种都具有重要价值。芽变的雄花序发育进程中 , 葇荑花序顶端由变黄到弯曲至脱落死亡 , 基部
留下的花序短小 , 雄花簇和花粉发育与对照无差异 (冯永庆 等 , 2005)。根据短雄花序上部在发育
中自然衰落的异常死亡现象 , 推测可能与细胞程序性死亡有关。
细胞程序性死亡或细胞凋亡 (p rogrammed cell death, PCD ) 是多细胞生物体中一些细胞所采取的
一种由自身基因调控的主动死亡方式 ( Keer et al. , 1972)。发生程序性死亡的细胞具有独特的形态特
征 , 用电镜观察细胞超微结构变化是研究细胞程序性死亡的经典方法 ( Jones, 2001; Zhen et al. ,
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园 　　艺 　　学 　　报 34卷
2002)。本试验主要观察短雄花序发育中的细胞超微结构变化 , 以期考证该雄花序短缩是否与细胞程
序性死亡有关 , 对进一步研究板栗短雄花序形成的影响因素和生理机制具有重要意义。
1　材料与方法
试材为板栗 (Castanea m ollissim a B l. ) 短雄花序芽变 , 源于北京市密云板栗产区。该雄花序平均
长约 118 cm, 比正常雄花序 (平均长约 15 cm) 明显短小 (图版 Ⅰ, 1) ; 花序上部在发育过程中逐
渐衰退 (图版 Ⅰ, 2～4) , 而基部正常发育 (图版 Ⅰ, 5)。从 2005年 5月 8日雄花序可见开始 , 到 5
月 25日花序上部脱落为止 , 共采样 5次 , 3个重复。用苏金为和王湘平 (2005) 的方法制片观察。
2　结果与分析
211　细胞核和细胞质的变化
光镜观察发现 , 短雄花序发育到花被形成期 , 花簇和花序轴就开始死亡 (图版 Ⅰ, 6) , 而基部
花序发育正常 (图版 Ⅰ, 7)。电镜下观察花序轴细胞的变化过程 , 其中细胞核的变化最明显。短雄
花序刚出现时 , 内部细胞核正常 (图版 Ⅱ, 1)。随着雄花序顶端黄枯脱落 , 细胞核由变形、核内染
色质凝聚 (图版 Ⅱ, 2) , 到变形加剧、染色质高度凝聚 , 逐渐边缘化 , 核仁消失 , 核质降解 (图版
Ⅱ, 3)。最后核膜边界变得模糊 , 有的部位破损使核物质渗入胞质 (图版 Ⅱ, 4, 箭头 ) , 核解体 ,
形成小体并逐渐被吞噬 , 大部分细胞的细胞核解体 (图版 Ⅱ, 9、12)。
图版Ⅰ说明 : 1. 板栗短雄花序与正常雄花序对比 ; 2～4. 短雄花序上部逐渐衰退 , 变黄色、弯曲、黄枯 ; 5. 短雄花序上部脱落后 ,
基部正常发育 ; 6. 短雄花序上部细胞死亡 ; 7短雄花序下部细胞正常。
Explana tion of pla teⅠ: 1. Comparison between short catkins and normal catkins; 2 - 4. Upper catkins gradually yellow, bending, dark yellow
and dying; 5. The basal catkins develop normally; 6. Dying cells in upper catkins; 7. Normal cells in below catkins.
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　3期 张 　婧等 : 板栗短雄花序异常死亡的超微结构观察 　
随着雄花序顶端黄枯脱落 , 细胞质逐渐浓缩 , 细胞器的结构逐渐破坏 , 数量减少。细胞液泡化加
剧 , 形成很多小液泡 , 液泡的内吞现象明显 (图版 Ⅱ, 5、7, 箭头 ) ; 内质网结构松散 , 其附近和细
胞内有许多的小囊泡 (图版 Ⅱ, 6, 箭头 ) , 可能是由内质网端部膨大分泌形成的 , 囊泡逐渐变大 ,
包裹一些内含物 ; 在细胞变化中后期可见内质网无规则的堆叠 (图版 Ⅱ, 8, 箭头 ) , 后逐渐解体。
叶绿体双层膜和基粒片层结构由清晰逐渐到模糊 (图版 Ⅱ, 4、6) , 肿胀变形 , 最后膜断裂使叶绿体
解体 (图版 Ⅱ, 6) ; 线粒体的变化稍晚于叶绿体 , 外膜和瘠的结构由清晰 (图版 Ⅱ, 4) 逐渐变得模
糊 , 瘠逐渐断裂溶解 , 线粒体内出现小空腔 , 空腔扩大直至线粒体解体 (图版 Ⅱ, 8, 箭头 )。
图版Ⅱ说明 : 1. 正常细胞核 ; 2. 核内染色质凝聚 , 边缘化 ; 3. 核仁消失 , 核解体 ; 4. 叶绿体和线粒体结构正常 ; 5. 液泡内吞作
用明显 ; 6. 细胞内叶绿体膨胀 , 有的膜结构破坏 , 线粒体膜结构模糊 , 内质网附近很多小囊泡 ; 7. 细胞液泡化加剧 ; 8. 线粒体降解
加剧 , 有的解体 , 内质网呈无规则的堆叠 ; 9. 衰退末期大部分细胞核降解 , 形成许多小体 , 最后消失 ; 10. 细胞内很多囊泡 ; 11.
细胞间隙携带着细胞降解物的小泡 ; 12. 空化的细胞 ; 13. 空细胞的细胞壁发生挤压折叠。N: 细胞核 ; Nu: 核仁 ; Pd: 胞间连丝 ; Cw:
细胞壁 ; Er: 内质网 ; M: 线粒体 ; V: 液泡 ; Ch: 叶绿体。
Explana tion of pla te Ⅱ: 1. The normal nucleus structure; 2. The chromatin showing high condensation, abuting to the karyotheca; 3. The nu2
cleolus dissolved and the nucleus disaggregated; 4. The normal chlorop last, and the normal m itochondrion; 5. The vacuole showing distinct swal2
low; 6. The chlorop last bulged and the structure of membrane broke, the faint membrane structure of m itochondrion, a mass of vesicles encircled
the endop lasm ic reticulum; 7. Many small vacuoles formed in the cells; 8. The m itochondrion showing high degrade and disaggregation, and par2
tial broke into disintegration, the ruleless stack of endop lasm ic reticulum; 9. The disaggregated nucleus in the cells; 10. Many vesicles in the cell;
11. The vesicles with material transported between the adjacent cells; 12. The cavitated cells; 13. The extruded and folded cellwalls. N: Nucle2
us; Nu: Nucleole; Pd: Plasmodesma; Cw: Cell wall; Er: Endop lasm ic reticulum; M: M itochondrion; V: Vacuole; Ch: Chlorop last.
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212　细胞膜和细胞壁的变化
随着雄花序顶端黄枯脱落 , 细胞核和其它细胞器不断降解 , 细胞逐渐空化形成一些囊泡包裹降解
物 (图版 Ⅱ, 10～12) ; 在邻近空化细胞的正常细胞内 , 常可见吞噬物 , 为核质类似物或细胞器残体
(图版 Ⅱ, 7, 箭头 ) ; 胞间隙可见携带着降解物的小泡 (图版 Ⅱ, 11) , 此时降解物以质外体形式转
移到相邻细胞。空化后的细胞仅存高电子密度的细胞壁 , 在压力作用下发生断裂、挤压和垛叠 (图
版 Ⅱ, 12、13)。
3　讨论
芽变的雄花序上部自然衰退过程中 , 内部细胞表现出异常的变化 , 其特征与植物细胞程序性死亡
的研究报道 (A runika et al. , 2001; Jones, 2001; 苏金为和王湘平 , 2005; 谭冬梅 , 2005) 相一致 ,
整个细胞的程序性死亡变化是在膜包裹下细胞器有序降解的过程。而细胞坏死表现为细胞肿胀、细胞
膜和细胞器破坏发生早 , 细胞核染色质不表现凝聚等特征 , 表现为崩溃 , 不形成凋亡小体 , 细胞内容
物溢散在胞间 , 引起邻近组织的炎症反应 (A runika et al. , 2001; Valerie Houot et al. , 2001; 谭冬梅 ,
2005)。由此认为 , 雄花序上部自然衰退过程中细胞异常不是细胞坏死而是发生了细胞程序性死亡。
细胞内含物在液泡和囊泡的作用下逐渐降解 , 防止了胞间泄漏。细胞液泡化加剧 , 囊泡增多 , 它
们吞入的内含物可能是通过内部多种水解酶类来消解。A runika等 (2001) 研究玉米根部细胞程序性
死亡时也观察到这种现象 , 很多研究发现液泡对凋亡组分的有序降解起重要作用。本试验中还观察
到 , 内含物在死亡后期以囊泡的形式通过穿壁运动进入相邻的细胞。苏金为和王湘平 (2005) 在荔
枝雌蕊原基细胞败育后期也发现了该现象。细胞程序性死亡是一个主动的、需要消耗能量的死亡方
式。动物细胞程序性死亡由线粒体提供所需能量 , 线粒体最后解体 ; 植物上由叶绿体和线粒体来提供
能量 , 本试验中观察到它们在细胞核解体之后消亡 , 与谭冬梅 (2005) 观察胁迫诱导苹果细胞程序性死
亡的结果一致。李睿等 (2004) 研究水稻淀粉胚乳细胞发育期间程序性死亡时也发现细胞核先消失。
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