全 文 ：园 　艺 　学 　报 　2007, 34 (4) : 889 - 894
Acta Horticulturae Sinica
收稿日期 : 2007 - 03 - 09; 修回日期 : 2007 - 04 - 23
基金项目 : 国家 ‘863’项目 (2006AA10Z1B9)3 通讯作者 Author for correspondence ( E2mail: qinzw@ neau1edu1cn)
黄瓜果实衰老过程中果皮超微结构的变化
王志坤 , 秦智伟 3 , 李艳秋 , 周秀艳
(东北农业大学园艺学院 , 哈尔滨 150030)
摘 　要 : 以抗衰老 ‘649’和易衰老 ‘D0313’两个不同黄瓜品种为试验材料 , 观察活体黄瓜果实衰老
过程中果皮细胞壁及叶绿体、线粒体超微结构的变化。结果显示 : ‘649’授粉后 30 d果壁中胶层质密度降
低 , 叶绿体基质片层向两端拉伸 ; 授粉后 40 d细胞壁开始降解 , 叶绿体基粒片层变得膨大并开始解体 , 线
粒体内脊数目开始减少。‘D0313’授粉后 20 d果壁中胶层断续不均匀 , 叶绿体基粒类囊体开始膨大 ; 授粉
后 30 d, 细胞壁中胶层开始溶解 , 叶绿体内部结构开始解体 , 线粒体内脊模糊。表明 , 衰老过程中 , 易衰
老品种 ‘D0313’果皮细胞壁、叶绿体、线粒体的衰老症状出现的都比耐衰老品种 ‘649’早。衰老过程中
线粒体是较稳定的细胞器 , 其变化迟于叶绿体。
关键词 : 黄瓜 ; 活体 ; 衰老 ; 果皮 ; 超微结构
中图分类号 : S 64212　　文献标识码 : A　　文章编号 : 05132353X (2007) 0420889206
Ultra structura l Changes of Per icarp of Cucum ber in V ivo D ur ing Senescence
WANG Zhi2kun, Q IN Zhi2wei3 , L I Yan2qiu, and ZHOU Xiu2yan
(Horticu lture College of N ortheast A gricu ltura l U niversity, Harbin 150030, Ch ina)
Abstract: U ltrastructural changes of pericarp of cucumber in vivo were investigated in cucumber cultivars
D0313 and 649 during senescence. The results showed that in the cultivar 649, cell wall dissolution was initi2
ated along the m iddle lamella and granum lamellae were extended towards both sides at 30 d after pollination.
A t 40 d after pollination, cell wall disrup tion was advanced, grana began to dissolve and cristae of m itochon2
dria were fewer in number. In the cultivar D0313, dissolution of the m iddle lamella has occurred, grana were
dilated and single thylakoidswere distributed at 20 d after pollination. A t 30 d after pollination, m iddle lamel2
la disappeared, chlorop lasts degraded and cristae of m itochondria were illegibility. So, cell wall, chlorop lasts
and m itochondria of D0313 began to degrade p rior to that of 649 during senescence. And m itochondria were
stable cellular organelles; the changes of m itochondria were later than chlorop lasts during senescence.
Key words: Cucumber; in vivo; Senescence; Pericarp; U ltrastructure
黄瓜果皮细胞含有丰富的叶绿体进行光合作用 , 是果实发育过程中营养供给源之一 , 果皮细胞衰
老直接影响果实的整体衰老。前人对果实衰老过程的研究主要集中在果实采后生理生化及细胞结构的
变化 , 对自然生长状态下果实衰老过程中细胞超微结构变化的研究少有涉及。而且 , 目前研究比较集
中于苹果 (Ruth & Naom i, 1979; 吴明江 等 , 1995; 彭宜本和张大鹏 , 2000)、葡萄 (张大鹏 等 ,
1997)、梨 (Ruth & Naom i, 1979; Platt2A loia & Thom sin, 1982)、桃 (陈安均 等 , 2002; 段玉权 等 ,
2004)、猕猴桃 (杨德兴 等 , 1993; 王仁才 等 , 2000)、菠萝 (屈红霞 等 , 2001) 和番茄 ( Philip
& Donald, 1998; 生吉萍 等 , 2000; 张玉 等 , 2005) 等果实 , 对于黄瓜尤其是衰老过程中其细胞结
构的变化更少有报道。本试验以两个衰老表现不同的黄瓜品种为材料 , 研究自然生长状态下黄瓜果实
在衰老过程中果皮超微结构的变化 , 旨在确定果实衰老过程果皮细胞水平的衰老特性 , 为揭示黄瓜果
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实自然衰老规律和机制以及指导黄瓜耐贮运品种选育奠定理论基础。
1　材料与方法
111　材料
黄瓜耐衰老品种 ‘649’和易衰老品种 ‘D0313’由东北农业大学园艺学院提供。‘649’植株生
长势强 , 果实授粉后 40 d左右果皮开始变黄 ; ‘D0313’植株生长势弱 , 果实授粉后 20 d左右果皮便
开始变黄。于 2005年 3月 25日播种 , 5月 2日三叶一心期定植在东北农业大学塑料大棚里。采用随
机区组排列 , 3次重复 , 5月 22日初花期开始授粉 , 挂牌标记。为保证每个瓜生长一致 , 单株留瓜 3
个 , 其余均摘除。
112　试验方法
取长势一致同一节位授粉后 20 d ( ‘649’深绿色 , ‘D0313’浅绿色 ) , 30 d ( ‘649’绿色 ,
‘D0313’黄绿色 ) , 40 d (‘649’开始变黄 , ‘D0313’黄色 ) , 50 d (‘649’黄色 , ‘D0313’黄褐
色 ) 的黄瓜果实各 3个 , 在每个果实中间部位切取果皮各 10块 , 然后迅速将材料放在 215%戊二醛
(pH 712) 固定液中固定 , 用真空排气法使材料沉入固定液中 , 在 4℃下固定 2 h。磷酸缓冲液清洗 ,
再用 1%四氧化锇后固定。然后用不同浓度梯度的乙醇做脱水剂 , 从 50% —70% —95% —100%进行
脱水 , 转移至 100%丙酮内 , 最后用 Epon 812环氧树脂浸透包埋。用 ULTRACUTE型超薄切片机切
片 , 经醋酸双氧铀 —柠檬酸铅双重染色 , 在 JEM21200EX型透射电镜下观察并拍照。
2　结果与分析
211　黄瓜果实衰老过程中果皮细胞壁的变化
在透射电子显微镜下观察 , 两个品种果皮细胞壁超微结构有明显差异 (图 1)。授粉后 20 d, ‘649’
图 1　衰老过程中黄瓜果皮细胞壁超微结构的变化
A1～A4: ‘649’果实分别在授粉后 20、30、40和 50 d果皮细胞壁的超微结构 ( ×15 000) ; B1～B4: ‘D0313’果实分别在授粉后
20、30、40和 50 d果皮细胞壁的超微结构 ( ×15 000)。CW: 细胞壁 ; ML: 中胶层 ; M: 线粒体 ; 箭头 : 变化明显部位。
F ig. 1　Ultra structura l changes of cell wa ll of cucum ber per icarp dur ing senescence
A1 - A4: U ltrastructure of cell wall of‘649’fruits at 20, 30, 40 and 50 d respectively after pollination ( ×15 000) ;
B1 - B4: U ltrastructure of cell wall of‘D0313’fruits at 20, 30, 40 and 50 d respectively after pollination ( ×15 000) .
CW: Cell wall; ML: M iddle lamella; M: M itochondria; A rrowhead: The visible changes.
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　4期 王志坤等 : 黄瓜果实衰老过程中果皮超微结构的变化 　
果皮细胞壁层次清晰 , 初生壁和次生壁结构致密 , 中胶层紧密 , 均匀而连续 ; ‘D0313’可见中胶层 ,
但断续而不均匀 , 初生壁和次生壁结构较 ‘649’松散。授粉后 30 d, ‘649’果皮细胞壁中胶层仍十
分明显 , 但致密度降低 , 开始松散 ; ‘D0313’细胞壁中胶层已溶解消失 , 纤维结构松散紊乱 , 细胞
壁明显膨胀增大。授粉后 40 d, ‘649’果皮细胞壁可见微弱的中胶层结构 , 但致密度已经很差 , 细
胞壁边缘开始松散 , 初生壁的纤维开始松散 ; ‘D0313’细胞壁已出现质壁分离现象。授粉后 50 d,
‘649’果皮细胞壁中胶层消失 , 细胞发生质壁分离 ; ‘D0313’细胞壁膨胀解体 , 构成纤维素壁的微
纤丝降解物扩散 , 细胞壁结构松散 , 呈现明显絮状。
212　黄瓜果实衰老过程中果皮细胞叶绿体结构的变化
在超薄切片中观察到的叶绿体呈长椭圆形 , 环绕在细胞内表面 (图 2)。授粉后 20 d, ‘649’果
皮细胞叶绿体为长椭圆形 , 被膜清晰 , 基粒片层类囊体膜叠垛整齐 , 基质片层与基粒片层紧密相连 ,
整个叶绿体内部呈现一个完整的膜系统结构 ; 叶绿体内部出现少量嗜锇颗粒 ; ‘D0313’果皮叶绿体
形状开始趋于圆形 , 被膜清晰 , 基粒类囊体开始膨大 , 基质片层与基粒片层连接不是很紧密 , 基质片
层向两端拉伸 , 嗜锇颗粒数目比 ‘649’多。授粉后 30 d, ‘649’叶绿体仍为椭圆形 , 被膜清晰 , 基
粒片层排列较整齐 , 基质片层向两端拉伸 ; ‘D0313’叶绿体膨大呈圆形 , 基质片层由于叶绿体膨大
而被拉长 , 并出现断裂 , 基粒片层变得膨大模糊并开始解体。授粉后 40 d, ‘649’果皮叶绿体外形
开始膨胀 , 基质片层被拉长 , 出现断裂 , 基粒片层变得膨大并开始解体 ; ‘D0313’果皮叶绿体进一
步膨大变形 , 被膜凹凸不平 , 变得模糊 , 基粒片层松散 , 结构紊乱。授粉后 50 d, ‘649’果皮叶绿
体膨大呈圆形 , 外膜模糊不清 , 基粒片层解体严重 ; ‘D0313’果皮叶绿体变形严重 , 外膜解体破裂 ,
嗜锇颗粒体积变大 , 数目明显增多 , 基质片层和基粒片层解体严重。
图 2　衰老过程中黄瓜果皮细胞叶绿体超微结构的变化
C1～C4: ‘649’果实分别在授粉后 20、30、40和 50 d叶绿体的超微结构 ( ×25 000) ;
D1～D4: ‘D0313’果实分别在授粉后 20、30、40和 50 d叶绿体的超微结构 ( ×25 000)。
Chl: 叶绿体 ; G: 基粒 ; L: 脂肪滴 ; M: 线粒体 ; 箭头 : 变化明显部位。
F ig. 2　Ultra structura l changes of chloropla st of cucum ber per icarp dur ing senescence
C1 - C4: U ltrastructure of chlorop last of‘649’fruits at 20, 30, 40 and 50 d respectively after pollination ( ×25 000) ;
D1 - D4: U ltrastructure of chlorop last of‘D0313’fruits at 20, 30, 40 and 50 d respectively after pollination ( ×25 000) .
Chl: Chlorop last; G: Granum; L: L ip id drop let; M: M itochondria; A rrowhead: The visible changes.
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213　黄瓜果实成熟衰老过程中果皮细胞线粒体结构的变化
授粉后 20 d, ‘649’果皮细胞中线粒体结构完整 , 双层膜结构清晰 , 内脊数目众多 ; 而
‘D0313’果皮细胞中线粒体结构与 ‘649’授粉后 30 d果皮细胞中线粒体结构相似 , 线粒体结构完
整 , 内脊清晰 (图 3)。
授粉后 30 d, ‘D0313’线粒体内脊已开始模糊。
授粉后 40 d, ‘649’果皮细胞中线粒体双层膜结构不明显 , 内脊数目减少 ; ‘D0313’线粒体内
部结构开始解体 , 出现空洞。
授粉后 50 d, ‘649’果皮细胞中线粒体外膜开始降解 , 内部结构变得模糊不清 ; ‘D0313’线粒
体结构丧失 , 外膜系统与内部结构完全降解。
图 3　衰老过程中黄瓜果皮细胞线粒体超微结构的变化
E1～E4: ‘649’果实分别在授粉后 20、30、40和 50 d线粒体的超微结构 ( ×40 000) ;
F1～F4: ‘D0313’果实分别在授粉后 20、30、40和 50 d线粒体的超微结构 ( ×40 000)。
M: 线粒体 ; 箭头 : 变化明显部位。
F ig. 3　Ultra structura l changes of m itochondr ia of cucum ber per icarp dur ing senescence
E1 - E4: U ltrastructure of m itochondria of‘649’fruits at 20, 30, 40 and 50 d respectively after pollination ( ×40 000) ;
F1 - F4: U ltrastructure of m itochondria of‘D0313’fruits at 20, 30, 40 and 50 d respectively after pollination ( ×40 000) .
M: M itochondria; A rrowhead: The visible changes.
3　讨论
细胞壁结构的完整性是否保持良好 , 对于维持果皮细胞结构和果实硬度至关重要。前人观察
证明 , 细胞壁中胶层退化是导致许多果实果肉软化絮败 (Woolliness) 的主要原因 ( Harker & Hal2
le tt, 1992; 杨德兴 等 , 1993; 吴明江 等 , 1995)。易衰老品种 ‘D0313’果皮在成熟衰老过程中
细胞壁的中胶层致密度差 , 消失早。而 ‘649’细胞壁结构完整 , 中胶层明显 , 消失时间晚。
‘D0313’果皮细胞壁超微结构发生破坏的时间早 , 会导致其细胞间聚合的丧失和果实硬度下降 ,
加速果实衰老。
植物对光能的高效吸收、传递和转换是在类囊体膜上具有一定分子排列方式及空间构象的
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　4期 王志坤等 : 黄瓜果实衰老过程中果皮超微结构的变化 　
膜脂蛋白中进行的。许多重要光合蛋白都组合在类囊体膜上的膜脂中 , 衰老过程中类囊体膜的
分解导致了自由态不饱和脂肪酸的释放 , 脂肪酸释放使膜结构和组分发生量变和质变 , 游离的
不饱和脂肪酸可以与某些敏感位点 , 如 PSⅠ供体侧、放氧复合体和 PSⅡ反应中心等组合 , 抑制
电子传递效率 (高忠 等 , 1995 ) 。因而 , 类囊体膜的完整性是决定植物光合作用能力的关键。
类囊体膜膨大、肿胀表明叶绿体的光合作用能力开始减退 , 当类囊体膜降解、减少表明叶绿体
功能已开始丧失。易衰老品种 ‘D0313’在授粉后 20 d, 叶绿体已趋于圆形 , 基粒类囊体开始
膨大 , 基质片层向两端拉伸 , 叶绿体在内部结构上已经开始表现出衰老迹象。抗衰老品种
‘649’在授粉后 30 d叶绿体才表现出该衰老征兆。易衰老品种 ‘D0313’在授粉后 30 d, 基质
片层出现断裂 , 基粒片层变得膨大模糊并开始解体 , 说明叶绿体的内部结构已经解体 , 功能开
始丧失。而抗衰老品种 ‘649’在授粉后 40 d, 基粒片层才变得膨大并开始解体 , 其功能丧失
要比 ‘D0313’晚 10 d左右。叶绿体是衰老过程中变化最敏感的细胞器。从果皮衰老过程叶绿
体超微结构变化上看 , ‘D0313’比 ‘649’早衰 10 d左右。李艳秋等 ( 2006 ) 研究结果表明品
种 ‘D0313’果皮叶绿素含量在授粉后 20 d开始下降 , 而 ‘649’在授粉后 30 d下降 , 与果皮
细胞叶绿体超微结构变化一致 , 叶绿素的降解也是导致叶绿体解体、光合作用能力下降的主要
原因之一。并且 , 李艳秋等 ( 2006 ) 测量的其它生理指标的变化也支持了上面结果。黄瓜绿色
果皮可进行光合作用 , 在果实发育过程中也可作为营养供给源之一。果皮细胞内叶绿体功能的
衰退导致果皮对果肉营养物质供给的减弱或停止 , 这将可能与黄瓜果实成熟衰老有一定关系 ,
因此应进一步试验验证叶绿体是否可作为黄瓜果实衰老的细胞器特征指标。
线粒体是保证细胞内新陈代谢活动正常进行的能量供给者 , 也是最不敏感的细胞器 (戴伟民
等 , 2001)。线粒体内膜与脊的内表面上分布许多电子传递粒 , 这些电子传递粒含有三磷酸腺苷酶
(ATP酶 ) , 能催化 ATP的合成。因此 , 脊的数量常常是发生呼吸作用的量上标志 , 有大量的脊 , 就
会摄取大量的氧 , 使呼吸强度提高。反之 , 脊稀疏 , 代谢较弱。所以可用线粒体的活性来判断细胞的
生活力。衰老过程中 , 线粒体内脊的数量减少 , 内部结构变得不清晰 , 导致附着在脊上的大量酶系统
降解 , 使能量供给能力降低。对两个品种各细胞器的超微结构观察 , 发现线粒体的衰退变化发生的较
晚。在授粉后 30 d‘D0313’线粒体开始出现衰老症状 , 而 ‘649’在授粉后 40 d开始衰老。说明线
粒体是成熟衰老过程稳定的细胞器 , 这与彭宜本和张大鹏 ( 2000)、张玉等 ( 2005) 的研究结果一
致。
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