全 文 ：文章编号: 1007-0435( 2004) 03-0223-04
红豆草空间诱变突变体叶片同工酶
及细胞超微结构分析
张蕴薇1 ,任卫波1 ,刘　敏2 ,韩建国1* ,舒　彬1,陆　伟1
( 1. 中国农业大学草业科学系, 北京 100094; 2. 中国科学院遗传与发育研究所, 北京 100101)
摘要: 经神州4号飞船搭载的红豆草种子,当代出现匍匐型突变体,其叶片同工酶谱及细胞超微结构的分析结果表明: 匍
匐型突变体、空间诱变直立型植株及对照之间过氧化物酶同工酶酶带数没有明显差异, 其中匍匐型突变体脂酶同工酶酶
带数与对照相同,空间诱变直立型植株酶带数多于对照; 空间诱变的红豆草,叶片细胞壁不规则增厚,细胞质稀薄, 液泡
大, 叶绿体变小, 形状多不规则, 叶绿体内淀粉粒细小、数量多,基粒片层直径小, 但数量明显多于对照, 匍匐型突变体表
现尤为明显。
关键词: 红豆草;空间诱变; 过氧化物酶同工酶;脂酶同工酶; 超微结构
中图分类号: S 812; Q24　　　文献标识码: A
Study on Peroxidase and Esterase Isoenzymes and the Ultrastructure
of the Space Induced Mutant Leaves of Sainfoin( Onobrychis viciaef olia Scop. )
ZHANG Yun-wei1, REN Wei-bo1, L IU M in2, HAN Jian-guo1* , SHU Bin1, LU Wei1
( 1. Inst itute o f Grassland Science, China Ag ricultural Univ ersit y, Beijing 10094, China;
2. Instit ute o f Genetics and Developmental Biolog y, Chinese Academy of Sciences, Beijing 100101, China)
Abstract: Some o f the sainfoin ( Onobry chis viciaef olia Scop. ) seeds returning f rom a trip to space w ith the air-
ship “ShenZhou NO. 4”sprouted creepy mutants. An analy sis of the perox idase and esterase iso enzymes and
the ult rast ructure of the leaves of the mutants, tho se of the space-travelled but stand-up sainfoin plants, and
tho se o f the control, w as carried out . It show s that all the three examined types have similar band number of
pero xidase isoenzymes. The mutant and the contro l g ive the same band number of esterase isoenzymes, w hile
the stand-up sainfoin po ssesses more band number of esterase isoenzymes than the o ther tw o. It also shows
that , compared to the ult rast ructure of the contr ol, that of the tw o types o f space induced sainfo in plants, more
part icularly the creepy mutant , exhibit the follow ing abno rmalit ies: ir regular ly thickening of the cell w al l,
thinning of the cy toplasm, big ger v acuoles, smaller chlor oplasts of irregular shapes, smal ler but more numer-
ous amyloid g ranules contained in chloroplasts, and shorter diameter of st roma thylakoid membranes but more
membrane layers.
Key words : Sainfoin( Onobry chi s viciaef olia Scop. ) ; Space induced; Pero xidase; Esterase; U lt rast ructure
　　随着人类对宇宙空间的开发利用, 空间生命科学
得以迅速发展,太空辐射环境对生物效应的研究近年
来倍受关注 [ 1～2]。有研究表明, 空间诱变植物种子萌发
后多数能生长发育,可能发生不同程度的变异, 平均株
高和单株叶片数明显减少[ 3] ;番茄空间搭载后第一代
( SP1代)幼苗的过氧化物和脂酶同工酶酶带条数均多
于对照[ 4] ;空间诱变影响玉米细胞的超微结构,导致一
系列细胞器结构的变化 [ 5]。
收稿日期: 2004-06-07;修回日期: 2004-08-26
基金项目:农业部“948”项目“退化草地综合改良与草地建设配套技术”( 202099)
作者简介:张蕴薇( 1974-) ,女,蒙古族,博士,讲师,从事牧草育种研究, E-mail: zyw ei@ cau . edu. cn; * 通讯作者Au th or for correspondence
第12卷　第3期
　Vo l. 12　　No. 3
草　地　学　报
ACT A AGRESTIA SIN ICA
　2004年　9月
　Sept. 　2004
　　对红豆草种子空间诱变当代叶片的同工酶谱及细
胞超微结构进行分析,旨在探讨空间诱变对其结构和
功能的影响, 为空间诱变技术在牧草育种工作中的应
用提供依据。
1　材料与方法
1. 1　供试材料
神州4号飞船搭载的红豆草种子( Onobry chis v ici-
aef ol ia Scop. ) (飞行时间2002年12月30- 2003年1月5
日)种植后当代出现2株匍匐型突变体( S1和 S2) , 11月
中旬将突变体及随机选取的2株空间搭载直立型植株
( S3、S4)移栽到温室培养, 并以未处理的地面植株作
对照( CK ) ,待植株绝对高度15 cm 时, 剪取叶片进行
测定。
1. 2　过氧化物酶和脂酶同工酶检测[ 6]
1. 2. 1　样品制备　分别取0. 2 g 相同部位的幼嫩叶
片,在冰浴中用pH= 8. 0 Tris-HCl缓冲液进行匀浆研
磨后, 10000 rpm 低温离心10 min,上清液于- 20℃冰
箱中备用。
1. 2. 2　聚丙稀酰胺凝胶制备　采用不连续垂直板聚
丙稀酰胺凝胶电泳,分离胶浓度7%, 浓缩胶浓度4%。
1. 2. 3　电泳　稳定电压为120 v, 在4℃冰箱中4～5 h。
用0. 1%溴酚蓝作前沿指示剂, 待指示剂离板底1 cm 时停
止电泳。电极缓冲液为T ris-Gly 缓冲液( pH= 8. 3)。
1. 2. 4　染色　过氧化物酶用醋酸联苯胺染色液,脂酶
用 A-醋酸萘脂和 B-醋酸萘脂为底物,固牢蓝 RR 盐为
显色剂染色。
1. 3　细胞超微结构观察
分别剪取处理和对照相同部位的叶片, 切成1
mm
2小块, 置于用0. 1 mol/ L 磷酸缓冲液( pH 7. 4)配
制的2. 5%戊二醛溶液中进行前固定, 用1%锇酸后固
定。经0. 1 mol / L 的磷酸缓冲液冲洗30%、50%、70%、
80%和90%丙酮系列脱水后,用环氧树脂 SPURR 包
埋、聚合。LKB-V 型切片机超薄切片, 染色, 在 JEOL-
100S型透射电镜下观察并照相。
2　结果与分析
2. 1　过氧化物酶同工酶
空间诱变处理的红豆草, 叶片过氧化物酶同工酶
酶带颜色较地面对照浅,其中匍匐型突变体、对照及空
间诱变直立型之间的酶带条数差异不明显(图1)。
图1　红豆草叶片过氧化物酶同工酶酶谱
Fig. 1　The pattern of per ox idase fr om sainfoin leaves
注: CK 为对照, S1, S2为空间诱变匍匐型植株;
S 3, S4为空间诱变直立型植株
Note: CK marks cont rol , S 1 and S2 m ark creeping mutant ,
S3 an d S4 mark stand-up induced ones
2. 2　脂酶同工酶
材料之间脂酶同工酶酶带有一定差异, 其中处理与
对照有1条共同的带,匍匐型突变体S1、S2与对照( CK)
间差别不大,带数相同,谱带颜色略浅于对照。空间诱变
直立型株 S3和S4分别出现4条( 1、2、3、4)和3条( 1、2、
3)带,比对照多3条和2条, 其中 S3 有2条带颜色较浅,
而且 S3和 S4酶带对应性较好(图2)。
图2　红豆草叶片脂酶同工酶酶谱
Fig. 2　The pattern of ester ase from sainfoin leaves
注: CK 为地面对照, S1和 S2为空间诱变匍匐型植株;
S 3和 S4为空间诱变直立型植株
Note: CK marks cont rol , S 1 and S2 m ark creeping mutant ,
S 3 and S4 mark s stand-up induced ones
2. 3　细胞超微结构
红豆草叶片在对照与空间诱变处理的细胞超微结
构间差异明显,但同是空间处理的匍匐型突变体和直
立型植株间差异不明显。对照的细胞壁薄厚均匀,液泡
位于细胞中央,叶绿体大型,形状规则为纺锤型, 单独
存在,淀粉粒大而饱满,叶绿体膜光滑,完整,基粒片层
有1～5层,排列整齐,连接贯穿整个叶绿体(图3、6) ; 空
间处理的红豆草叶片, 细胞壁呈不规则增厚、扭曲, 细
胞质稀薄,液泡大,细胞器被挤到细胞边缘,叶绿体变
小,形状多不规则,或扭曲、或狭长,首尾相接(图4、5)。
淀粉粒多,体积变小,叶绿体膜不同程度的撕裂,基
224 草　地　学　报 第12卷
粒片层直径小,高度增加,即片层数增多(图7、8) ,其中
匍匐型突变体表现尤为明显(图8) , 但基粒之间不连
贯,多数独立存在,可能是基粒间膜受到破坏,且排列
稍显凌乱,推测与叶绿体形状扭曲有关。
图3　红豆草叶片细胞超微结构( 10000倍-对照)
Fig. 3　Ultr astructur e of sainfoin leaves(×10000, contro l)
图4　红豆草叶片细胞超微结构( 10000倍-空间诱变直立型)
F ig . 4　Ultrastr ucture o f sainfoin leaves (×10000,
st and-up induced ones)
图5　红豆草叶片细胞超微结构( 10000倍-匍匐型突变体)
F ig . 5　U ltr astr uctur e of sainfo in leaves
(×10000, cr eepy mutant)
图6　红豆草叶片细胞超微结构( 21000倍-对照)
F ig . 6　U ltr astr uctur e of sainfo in leaves
(×21000, cont ro l)
图7　红豆草叶片细胞超微结构( 21000倍-
空间诱变直立型)
F ig . 7　U ltr astr uctur e of sainfo in leaves
(×21000, stand-up induced ones)
图8　红豆草叶片细胞超微结构( 21000倍-
匍匐型突变体)
F ig . 8　U ltr astr uctur e of sainfo in leaves
(×21000, cr eepy mutant)
225第3期 张蕴薇等:红豆草空间诱变突变体叶片同工酶及细胞超微结构分析
3　讨论
3. 1　空间诱变对红豆草同工酶的影响
番茄经过空间搭载后, 第一代幼苗的过氧化物酶
比对照增加了2条, 脂酶同工酶处理比对照多3条谱
带[ 4]。对红豆草的研究结果也表明,经过空间搭载后,
其后代叶片的过氧化物同工酶酶谱较对照多1条带[ 7]。
本试验中对照、匍匐型突变体及空间诱变直立型植株
间的过氧化物同工酶的酶带条数没有明显差异, 空间
诱变处理与对照的脂酶同工酶有1条共同的带, 匍匐型
突变体与对照带数相同,谱带颜色略浅于对照, 2个空
间诱变直立型株分别比地面对照多3条和2条。脂酶酶
带不够清晰, 可能与冬季取样,植物体内酶的活力较低
有关。
3. 2　空间诱变对细胞超微结构的影响
已有的研究表明,空间诱变处理的玉米幼苗叶片
均发生细胞质壁分离, 细胞壁加厚、扭曲,液泡增大, 胞
间连丝增多, 内质网数量增多,体积变大等变化, 还有
线粒体数目增加, 峭模糊不清,叶绿体形状由凸透镜状
转变为长形、圆形、不规则变形虫型等类型,细胞核也
变形,部分核膜模糊不清或出现缺刻等,内部结构也有
不同程度的变异[ 5]。本试验结果证实了其大部分结论,
特别是叶绿体和液泡结构, 这些变化与性状突变及遗
传间的关系尚待进一步研究。构成基粒的片层是高等
植物系统中独特的形态,片层的形成, 与叶绿素、蛋白
质的合成具平行关系, 匍匐型红豆草叶片小,当年没开
花可能与叶绿体结构变化影响了光合能力有关。李社
荣研究认为玉米空间飞行后, 其叶绿体中基粒数及单
个基粒中类囊体(片层)数目减少,基质中类囊体排列
松散[ 8] , 本试验结果与之并不完全一致, 表明空间诱变
效应是随机的、不定向的。
3. 3　绿色植物具有3个遗传系统,即核质系统、线粒体
系统、叶绿体系统。这3个遗传系统在植物的生长发育
过程中各自发挥着重要的作用 [ 9]。细胞超微结构的变
化表明,空间诱变对叶绿体的影响较大,是否将通过影
响植物的叶绿体遗传系统而改变物种特性,还有待更
多的研究来证实。
3. 4　在本试验中,空间诱变的红豆草叶片,细胞壁不
规则增厚、扭曲, 细胞质稀薄, 液泡大, 叶绿体变小, 形
状多不规则。叶绿体内淀粉粒细小、数量多,基粒数减
少,每个基粒内部的基粒片层直径变小,但片层数明显
多于对照,匍匐型突变体表现尤为明显。
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