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园 　艺 　学 　报 　2003 , 30 (1) : 95～97
Acta Horticulturae Sinica
收稿日期 : 2002 - 01 - 04 ; 修回日期 : 2002 - 06 - 17
基金项目 : 湖北省自然科学基金资助项目 (2001ABB116)3 通讯联系人。Author for correspondence.
热胁迫对辣椒花柱细胞中 Ca2 + 分布的影响
阎春兰　王建波 3
(武汉大学植物发育生物学教育部重点实验室 , 武汉 430072)
摘 　要 : 用焦锑酸钾沉淀法研究了热胁迫对辣椒开花前后柱头和花柱细胞中 Ca2 + 分布的影响。结果表
明 : 常温下 Ca2 + 分布在柱头细胞表面、花柱引导组织细胞间隙等质外体系统中 , 且在花粉管上呈先增加后
减少的规律性变化 ; 热胁迫后 , 除细胞间隙等质外体系统外 , 细胞质和细胞核中也出现 Ca2 + , 花柱引导组
织中通过的花粉管发生扭曲、变形 , 这可能与 Ca2 + 的异常分布有关。
关键词 : 辣椒 ; 热胁迫 ; 柱头 ; 花柱 ; Ca2 +
中图分类号 : S 641. 3 ; Q 942 ; Q 945 　　文献标识码 : A 　　文章编号 : 05132353X (2003) 0120095203
1 　目的、材料与方法
大量研究表明 , 蔬菜作物生殖器官生长发育时期对热胁迫尤其敏感。高温对生殖器官发育的不同
阶段和部位会产生不同影响 , 最后导致配子体败育 , 大规模落花、落果以至减产。Ca2 + 在花粉萌发和
花粉管生长中的重要作用已为多种植物的花粉培养试验所证实。本文对辣椒开花前后柱头、花柱中
Ca2 + 的分布进行了超微结构定位 , 并着重研究了热胁迫对这一过程中 Ca2 + 分布的影响 , 以期从细胞
化学的角度了解热胁迫对植物 , 特别是蔬菜作物雌蕊生殖器官的影响。
供试材料为‘湘研一号’辣椒 ( Capsicum annuum L. ) 。将种子种植于营养钵中 , 置于温室 (21～
28 ℃) 培养至开花。试验组在光照培养箱中进行热胁迫 (42 ℃) 处理 24 h , 对照组在正常温度
(25 ℃) 下生长。分别取对照组和试验组开花前 1 d、开花后 4、8、24 h 的柱头和花柱 , 按焦锑酸钾
沉淀法制样 , 略作修改〔1〕。材料用含 5 %焦锑酸钾的戊二醛与多聚甲醛的混合液、1 %锇酸 (均用 pH
8. 0 的磷酸盐缓冲液配制) 先后固定 , 经丙酮系列脱水 , Spurr 树脂渗透、包埋 , LKB8800 超薄切片机
切片 , J EM2100/ CX II型透射电镜观察与拍照。对照切片经 0. 1 mol·L - 1 EGTA , pH 8. 0 , 37 ℃处理
1. 5 h , 再观察、拍照。
2 　结果分析与讨论
2. 1 　正常温度下辣椒柱头、花柱中 Ca2 + 的分布特点
开花前 1 d , 柱头细胞表面有少量 Ca2 + 沉淀颗粒出现 , 细胞膜、细胞质和细胞核中观察不到任何
Ca2 + 沉淀物 (图版 , 1) 。花柱引导组织细胞间隙中有少量 Ca2 + 沉淀颗粒。开花后 4 h , 柱头细胞表面
的 Ca2 + 沉淀颗粒明显增多 , 且细胞膜上也分布有 Ca2 + 沉淀物 , 此时 , 细胞质和细胞核中没有任何
Ca2 + 沉淀颗粒 (图版 , 2) 。花柱引导组织细胞间隙中的 Ca2 + 沉淀颗粒较开花前 1 d 也明显增多 , 细胞
质和细胞核中无 Ca2 +沉淀物。此时细胞间隙中未观察到有花粉管通过 (图版 , 3) 。开花后 8 h , 柱头
细胞表面的 Ca2 + 沉淀颗粒较开花后 4 h 明显减少 , 仅有零星分布。花柱引导组织中有花粉管通过 , 花
粉管壁内侧有少量 Ca2 + 沉淀颗粒 ; 此时 , 花柱引导组织细胞间隙中的 Ca2 + 沉淀物较开花后 4 h 有所
减少 , 但依然较多 , 细胞质中没有观察到 Ca2 + 沉淀颗粒 (图版 , 4) 。开花后 24 h , 柱头细胞表面的
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Ca2 + 分布情况与开花后 8 h 接近 ; 花柱引导组织细胞间隙中的 Ca2 + 沉淀颗粒继续减少。此时 , 在细胞
质中 Ca2 +沉淀颗粒很少。
从以上结果可以看出 , 开花前后柱头细胞表面和花柱细胞中 Ca2 + 的分布有以下特点 : 开花前 1 d
仅有少量分布 , 开花后 4 h 明显增多 , 开花后 8 h 减少 , 具有先增高再减少这一明显变化规律 ; 同
时 , 我们观察到开花后 8 h 时花柱引导组织中有花粉管通过 , 那么开花后 4 h , 柱头细胞表面和花柱
引导组织细胞间隙中明显增加的 Ca2 + 可能诱导了花粉的萌发和花粉管的生长。
2. 2 　热胁迫下花粉管生长与花柱细胞中 Ca2 + 分布的关系
热胁迫处理后 , 开花前 1 d , 柱头细胞表面几乎观察不到任何 Ca2 + 沉淀颗粒 ; 花柱引导组织细胞
间隙中有少量 Ca2 +沉淀颗粒出现。此时 , 引导组织细胞细胞质和细胞核中也出现了少量 Ca2 + 沉淀颗
粒。开花后 4 h , 柱头细胞表面出现少量 Ca2 + 沉淀物 , 细胞质中则出现许多 Ca2 + 沉淀物 , 成散乱分布
(图版 , 5) 。在花柱引导组织细胞中 , 细胞质、细胞核均分布有大量 Ca2 + 沉淀颗粒 , 细胞间隙中的
Ca2 + 沉淀物也明显增多。此时 , 引导组织尚无花粉管通过。开花后 8 h , 柱头细胞表面有大量的 Ca2 +
沉淀颗粒聚集 (图版 , 6) ; 花柱引导组织细胞间隙中的 Ca2 + 沉淀颗粒依然很多 , 有花粉管通过 , 但
花粉管的横切面形状与同期对照相比差异很大 , 呈长条形或三角形 (图版 , 7) 。开花后 24 h , 柱头细
胞表面仍聚集有大量的 Ca2 + 沉淀颗粒 , 细胞质和细胞核中也出现 Ca2 + 沉淀物 ; 花柱引导组织中仍有
花粉管通过 , 花粉管横切面成长条形 , 细胞间隙中仍有大量的 Ca2 + 沉淀物分布 , 引导组织细胞细胞
质中也分布有 Ca2 +沉淀物 (图版 , 8) 。
韩笑冰等〔2〕利用荧光显微镜观察到高温处理后的花粉在生长时常发生花粉管扭曲、末端膨大等现
象。从以上结果可以看出 , 热胁迫后在引导组织中生长的花粉管横切面与对照相差很大 , 呈长条形或
弯曲。在正常温度下 , 花粉萌发与花粉管生长所经的雌蕊组织中均有高含量的钙 , 且钙多分布于质外
体系统中 , 如柱头细胞表面、引导组织细胞间隙中 , 细胞质和细胞核中没有多少 Ca2 + 沉淀颗粒 , 这
表明引导组织细胞间隙和细胞间存在钙的浓度差 , 此时花粉管生长正常。热胁迫 24 h 后 , 引导组织
细胞间隙中仍有大量的 Ca2 + 沉淀颗粒 , 细胞质、细胞核中也出现了许多的 Ca2 + 沉淀物 , 这就导致引
导组织细胞间隙和细胞间的钙梯度减小甚至消失。我们推测 , 花粉管在引导组织中的正常生长 , 除依
赖于花粉管本身的钙梯度外 , 还有赖于引导组织细胞间隙与细胞间的钙梯度 , 热胁迫使后者的钙梯度
消失 , 花粉管生长即出现异常 , 而这种异常可能是导致高温下花、果脱落的因素之一。
参考文献 :
1 　张宗申 , 利容千 , 王建波. 草酸处理对热胁迫下辣椒叶片膜透性和钙分布的影响. 植物生理学报 , 2000 , 42 (4) : 358～366
2 　韩笑冰 , 利容千 , 王建波 , 等. 热胁迫对辣椒花粉发育及其生活力的影响. 园艺学报 , 1996 , 23 (4) : 359～364
Effect of Heat Stress on Calcium Distribution in Pepper Style
Yan Chunlan and Wang Jianbo
( Key Laboratory of MOE for Plant Developmental Biology , Wuhan University , Wuhan 430072 , China)
Abstract : Calcium distribution in the stigma and style of pepper ( Capsicum annuum L. cv. Xiangyan 1)
under heat stress was investigated with potassium antimonite technique. The calcium precipitates emerged in the
apoplast system , such as the stigma receptive surface and the intercellular spaces of the transmitting tissue in style ,
in which calcium precipitates firstly increased before pollen tube penetration , then decreased after that . Under heat
stress , abundant calcium precipitates not only accumulated in the apoplast system , but also distributed in the
cytoplasm and nucleus , and the pollen tube in the transmitting tissue showed some distortion and transfiguration. It
suggests that those results may correlate with abnormalities in the distribution of calcium.
Key words : Pepper ; Heat stress ; Stigma ; Style ; Ca2 +
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图版说明　1. 开花前 1 d 的柱头 , ×8 900 ; 2. 开花后 4 h 的柱头 , ×7 800 ; 3. 开花后 4 h 的花柱引导组织 , ×18 900 ; 4. 开花
后 8 h 的花柱引导组织 , ×9 700 ; 5. 热胁迫 24 h 后 , 开花后 4 h 的柱头 , ×9 340 ; 6. 热胁迫 24 h 后 , 开花后 8 h 的柱头 ,
×6 000 ; 7. 热胁迫 24 h 后 , 开花后 8 h 的花柱引导组织 , ×9 170 ; 8. 热胁迫 24 h 后 , 开花后 24 h 的花柱引导组织 , ×7 400 ; 9.
对照 , 切片经 EGTA 处理 , 示螯合 Ca2 +后的空洞 , ×9 500。ER : 内质网 ; L : 脂质体 ; N : 细胞核 ; Pp : 前质体 ; PT: 花粉管 ; V :
液泡。→示 Ca2 +沉淀颗粒。
Explanations of plates 　1. Stigma before 1 d of anthesis , ×8 900 ; 2. Stigma after 4 h of anthesis , ×7 800 ; 3. Style transmitting tissue after 4
h of anthesis , ×18 900 ; 4. Style transmitting tissue after 8 h of anthesis , ×9 700 ; 5. Stigma after 4 h of anthesis under 24 h heat stress ,
×9 340 ; 6. Stigma after 8 h of anthesis under 24 h heat stress , ×6 000 ; 7. Style transmitting tissue after 8 h of anthesis under 24 h heat stress ,
×9 170 ; 8. Style transmitting tissue after 24 h of anthesis under 24 h heat stress , ×7 400 ; 9. Control section incubated in a solution of EGTA ,
×9 500. ER : Endoplasmic reticulum ; L : Lipid body ; N : Nucleus ; Pp : Proplastid ; PT: Pollen tube ; V : Vacuole. Arrow shows the calcium
precipitates.
791 期 　　　　　　　　　　　阎春兰等 : 热胁迫对辣椒花柱细胞中 Ca2 + 分布的影响