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Comparative study on leaf ultrastructure in varieties of Chrysanthemum morifolium

药用菊花不同栽培类型叶片超微结构比较研究



全 文 :[M].北京:科学出版社,2001
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StudiesongeneticdiversityofmedicinalDendrobiumbySRAP
FANHonghong1,LITingchun2,QIUJing1,LIZhengpeng1,3,LINYi1,CAIYongping1
(1.SchoolofLifeScience,AnhuiAgricultureUniversity,Heifei230036,China;
2.AnhuiProvincialTobaccoResearchInstitute,Fengyang233100,China;
3.SchoolofLifeScience,AnhuiScienceandTechnologyUniversity,Fengyang233100,China)
[Abstract] Objective:TostudythegeneticdiversityofmedicinalDendrobiumbySRAP.Method:Thegeneticdiversityof9
spicesDendrobiumwasstudiedbyusingtheoptimizedSRAPreactionsystem.TheNTSYSsoftwarewasusedtoanalyzethemarkers.
Result:Fortyprimerpairswereselectedfrom88amplified1782polymorphicbandswithanaverageof44.55polymorphicbandsper
primerpair.ClusteranalysisusingUPGMAmethodbasedonthedataofSRAPamplifiedbandsby40primerpairsshowedthat9spices
ofcouldbedistinguishedintotwomaingroups.Jaccard'ssimilaritycoeficientrangedfrom0.33020.7892.Conclusion:Theresults
ofthisresearchindicatethatSRAPmolecularmarkeriseficienttostudythemedicalDendrobiumgeneticdiversity.
[Keywords] medicinalDendrobium;geneticdiversity;SRAP
[责任编辑 张宁宁]
[收稿日期] 20070601
[基金项目] 国家科技攻关计划项目(2004BA721A20);国家“十一五”科技支撑计划项目(2006BAI06A1211)
[通讯作者] 郭巧生,Tel:(025)84396591,Email:gqs@herbstimes.com
药用菊花不同栽培类型叶片超微结构比较研究
郭巧生,王桃银,汪 涛,梁迎暖
(南京农业大学 中药材研究所,江苏 南京 210095)
[摘要] 目的:研究药用菊花不同栽培类型的叶片超微结构。方法:利用透射电镜对药用菊花不同栽培类型
叶片结构进行观察。结果与结论:叶片超微结构中均有叶绿体、线粒体、淀粉粒和过氧化物酶体等,但不同栽培类
型之间细胞器、超微结构及数量等差异较大。研究结果从一个侧面解释了杭菊的抗性较强,因而得到大面积推广;
同时也为药用菊花的育种提供参考资料。
[关键词] 药用菊花;叶绿体;超微结构
[中图分类号]S567 [文献标识码]A [文章编号]10015302(2008)01001005
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  药用菊花为菊科菊属植物菊 Chrysanthemum
morifoliumRamat.的干燥头状花序,具有散风清热,平
肝明目等功效,用于风热感冒,头痛眩晕,目赤肿痛,
眼目昏花[1]。我国药用菊花具有悠久的历史,分布广
泛,类型多样,根据产地的不同,主要有杭菊、贡菊、亳
菊、滁菊、怀菊、济菊和祁菊等类型。由于不合理灌溉
和耕种,盐渍化耕地的面积日益扩大,筛选耐盐药用
菊花品种具有重要意义。目前,有关盐胁迫下植物生
理、生化特性的变化、遗传效应、分子生物学、离子效
应以及耐盐基因的研究工作开展较多,有关药用菊花
耐盐性[2]及新品种选育方面[3]也有报道,但叶片结构
尤其是超微结构的研究尚未见报道,细胞超微结构变
化与植物抗逆性存在一定负相关关系,可作为植物抗
逆性鉴定的细胞学指标。随着地区之间的相互引种,
各个类型之间适应性差异很大,有的很难存活,这除
了生态环境的影响,还可能与叶片的结构有关。本研
究通过透射电镜对药用菊花不同栽培叶片结构进行
观察,探讨叶片结构与环境条件之间的关系,以便更
好地为药用菊花育种服务。
1 材料和方法
1.1 材料 供试药用菊花种质资源共12份,由郭
巧生教授鉴定,材料来源和编号见表1。菊花材料
于2003年2月栽种于南京农业大学中药材研究所
校外菊花种质资源圃,2006年12月在同一类型的
菊花中随机摘取叶龄一致的叶片,混合后取样。
表1 药用菊花供试材料
No. 材料类型 材料名称 原产地
1 杭菊 早小洋菊 浙江桐乡
2 杭菊 大洋菊  浙江桐乡
3 杭菊 小汤黄  浙江桐乡
4 贡菊 晚贡菊  安徽歙县
5 滁菊 滁菊   安徽滁州
6 济菊 济菊   山东嘉祥
7 亳菊 小亳菊  安徽亳州
8 怀菊 怀大白菊 河南武陟
9 怀菊 怀小黄菊 河南武陟
10 杭菊 小白菊  江苏射阳
11 杭菊 红心菊  江苏射阳
12 杭菊 黄菊   江苏射阳
1.2 观察方法 取药用菊花不同栽培类型叶龄一
致的叶片。具体步骤如下:①取材与预固定:取直立
茎叶片立即放在预冷的载玻片上,并滴上数滴冷的
3%戊二醛固定液,用锋利刀片切取 02cm×02
cm的小条,然后装入盛有冷的3%戊二醛固定液的
小瓶中(小瓶保持0~4℃),盖紧瓶盖后用注射器
抽气直到样品沉落瓶底。②前固定(保持 0~4
℃):更换新鲜的3%戊二醛固定液,固定3h或过
夜,用吸管吸出固定液,加入01mol·L-1的磷酸缓
冲液冲洗3次,每次1h。③后固定:吸去缓冲液,在
通风橱中加入1%锇酸固定液,固定2h,吸出固定
液,加入01mol·L-1的磷酸缓冲液冲洗3次,每次
1h。④脱水置换:吸去清洗液,加入丙酮逐级梯度
脱水,30%,50%,70%,80%,90%丙酮依次脱水30
min,再用100%乙醇脱水2次,每次60min,在第2
次的丙酮中加入吸附剂;再在小瓶中加入纯环氧树
脂,使小瓶中为100%丙酮与纯环氧树脂1∶1的混
合液,在45℃烘箱中过夜。⑤浸透:将包埋剂充分
搅拌,依次在环氧树脂包埋剂为3∶1和1∶l的混合
液中分别浸渍1h,然后在环氧树脂包埋剂为1∶3
的混合液中浸渍2h,再在纯包埋剂中浸渍5h。⑥
包埋:在塑料包埋模板中注入纯包埋剂,把样品水平
的放在板槽底部正中央进行定向包埋,再放入温箱
中加热聚合。⑦制片:用PowerTome-XL超薄切片
机切片,厚度为50~90nm,捞于载物网上,再进行
醋酸铀和柠檬酸铅双重染色,然后在HITACH-H-
7650透射电镜下观察并照相。
2 结果与分析
药用菊花12个栽培类型详细的叶片超微结构
特征见表2,图1~3。
2.1 叶绿体和所含的淀粉粒形态特征分析 叶绿
体在药用菊花叶肉细胞中沿细胞壁边缘排列,大多
数为椭圆形或卵圆形,长轴与细胞壁平行,双层外被
膜的结构很清晰,含有淀粉粒和嗜锇颗粒,整个叶绿
体呈现一个完整的膜系统。但不同栽培类型之间叶
绿体的形状有差异,与药用菊花分布的地域有关。
如浙江桐乡产的早小洋菊、大洋菊和小汤黄的叶绿
体形状差异不大,基本上为椭圆形;山东嘉祥产的济
菊几乎为球形;河南武陟产的怀菊为长梭子形。江
苏射阳产的小白菊、红心菊和黄菊的叶绿体形状差
异不大,而且和浙江桐乡产的杭菊相似,基本上为长
椭圆形;安徽歙县产的贡菊的叶绿体为弯月形。药
用菊花叶绿体一般都含有淀粉粒,但数量各异。1
个时,常呈椭圆形,其长轴与叶绿体长轴平行,如早
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   表2 药用菊花各栽培类型叶片超微结构特征比较
No. 叶片超微结构特征
1 叶绿体基粒片层模糊不清,嗜锇颗粒多,线粒体脊明显,单层膜包裹的过氧化物酶体,高尔基体,淀粉粒体积小
2  叶绿体基粒片层排列紧密,嗜锇颗粒少,线粒体含量丰富且脊明显,单层膜包裹的过氧化物酶体,高尔基体,淀粉粒体积大且内部有
  一个明显的核心
3 叶绿体中类囊体膜系统分布不均匀,嗜锇颗粒多,线粒体出现空化现象,单层膜包裹的过氧化物酶体,淀粉粒体积大
4  靠近叶绿体外膜的基粒片层多且排列紧密,嗜锇颗粒少,线粒体含量丰富且脊明显单层膜包裹的过氧化物酶体,淀粉粒内部有一个
  明显的核心
5 叶绿体基粒片层排列紧密,嗜锇颗粒大而多,线粒体少,单层膜包裹的过氧化物酶体,淀粉粒不是白色但内部也有一个明显的核心
6 叶绿体近球形,基粒片层排列紧密,嗜锇颗粒多,线粒体脊明显,单层膜包裹的过氧化物酶体,高尔基体,淀粉粒数量多
7  叶绿体基粒片层模糊不清,基质片层清晰可见,嗜锇颗粒大而多,线粒体数量多、部分出现空化现象,单层膜包裹的过氧化物酶体淀
  粉粒内部有一个明显的核心
8  叶绿体长梭子形,基粒片层清晰、排列紧密,嗜锇颗粒少,线粒体少且还出现空化现象,单层膜包裹的过氧化物酶体数量多,几乎没有
  淀粉粒
9  叶绿体长梭子形,基粒片层清晰、排列紧密,嗜锇颗粒少,线粒体少且还出现空化现象,单层膜包裹的过氧化物酶体,淀粉粒内部有一
  个明显的核心
10 叶绿体基粒片层排列紧密但有点模糊不清,嗜锇颗粒大而多,线粒体少且还出现空化现象,单层膜包裹的过氧化物酶体,淀粉粒少
11  叶绿体中类囊体膜系统沿叶绿体外膜分布,基粒片层排列紧密,嗜锇颗粒多,线粒体含量丰富,单层膜包裹的过氧化物酶体,淀粉粒
  内部有一个明显的核心
12  叶绿体中类囊体膜系统沿叶绿体外膜分布,基粒片层排列紧密,嗜锇颗粒少,线粒体含量丰富且脊明显,单层膜包裹的过氧化物酶
  体,淀粉粒内部的核心模糊不清
图1 1~4号药用菊花叶片超微结构
A.叶绿体(×3000);B.线粒体(×2500);C.过氧化物
酶体(×4000)(图2,3同)
小洋菊、晚贡菊和小亳菊等。2个时,呈近椭圆形,
它们既可存在于叶绿体的不同部分,也可出现在叶
绿体的同一区域。无论身处何处,都是顺着类囊体
片层分布,如大洋菊、小汤黄和红心菊。有时也有4
个淀粉粒,近似球形或长方形,4个淀粉粒对称排
  
图2 5~8号药用菊花叶片超微结构
列,位于两组类囊体之间,如济菊。有的就几乎没有
淀粉粒,如怀大白菊。
叶绿体中的淀粉粒就其形态而言,归纳起来可
分为3种主要类型:第1种,电子密度是外周部分较
高,呈环形,包围着电子密度较低的中央部分。虽然
内外两部分电子密度各不相同,但每一部分的电子
密度却十分均匀。这些淀粉粒的周围有大量的叶绿
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图3 9~12号药用菊花叶片超微结构
体基质,并有丰富的嗜锇颗粒位于附近的类囊体上,
类囊体结构清晰,如早小洋菊;第2种,电子密度也
是外周部分较中央部分高,而中央部分的电子密度
很不均匀一些地方较高一些地方较低。这些淀粉粒
的周围没有叶绿体基质,而是一个形状不规则的电
子透明区,如滁菊;第3种,电子密度由外向内逐渐
变高,上面一般很少有嗜锇颗粒,如晚贡菊、济菊、小
亳菊和黄菊。
2.2 叶绿体中内囊体膜系统特征分析 在药用菊
花叶肉细胞中叶绿体大多数基粒片层与叶绿体长轴
平行,少数靠叶绿体尾部的基粒片层呈辐射状排列,
如产自安徽滁州的滁菊。根据基粒在叶绿体中的分
布程度分为5类:一是基粒分布不规则,即比较集中
地分布于某些特有的部位,而在另一些区域则无片
层系统分布。集中分布的区域片层膜系统发达,基
粒体积大,结构清晰,基粒之间由基质片层相联系,
基粒片层堆叠紧密,如晚贡菊、怀大白菊和怀小白
菊;二是基粒呈均匀分布,结构模糊,基质片层清晰,
如大洋菊和小汤黄;三是类囊体膜系统数量少,基粒
片层模糊不清,嗜锇颗粒多,说明叶绿体中内囊体已
开始降解,如早小洋菊和小亳菊;四是类囊体膜系统
发达,结构清晰,分布均匀,基粒片层和基质片层排
列紧密,嗜锇颗粒体积大,淀粉粒大小中等,如江苏
射阳产的小白菊、红心菊和黄菊;五是类囊体膜系统
沿叶绿体边缘分布较多,嗜锇颗粒体积小但数量多,
每个叶绿体含淀粉粒3~4个,如济菊。
2.3 叶肉细胞中线粒体和过氧化物酶体的特征 
在药用菊花叶肉细胞中线粒体位于2个叶绿体之间
或叶绿体与细胞壁的连接处,而且两者靠得十分紧
密,多为圆球形或椭圆形。但各个栽培类型之间不
一致,有的线粒体充分发育,线粒体脊清晰,如大洋
菊、晚贡菊和济菊。有的线粒体出现了空化现象,如
小汤黄、怀小白菊和怀大白菊。药用菊花各个栽培
之间含有过氧化物酶体,它是单层膜包围的球状的
细胞器,主要含过氧化氢酶,和线粒体、叶绿体聚集
在一起,绝大多数是线粒体和叶绿体之间只有1个,
只有怀大白菊例外,含有2个。
2.4 其他结构 在早小洋菊和大洋菊的叶肉细胞中,
还看到了高尔基体,而在其他栽培类型中没有看到。
通常高尔基体在生长和分泌旺盛的细胞内特别多。
3 讨论
3.1 叶片中叶绿体的结构与耐盐性之间的关系 
叶绿体是植物进行光合作用的场所,叶绿体结构的
正常与否是判断植物细胞活性的一个重要的指标。
叶绿体是最容易受伤害的器官之一,过度低温和盐
胁迫还会导致叶绿体的降解[4]。所以叶绿体在逆
境下的超微结构是研究植物抗寒性和耐盐性的一个
重要的指标。
药用菊花叶绿体形态及超微结构具有高等植物
叶绿体的共同特征。叶绿体基质均具有复杂程度不
同的内囊体膜系统。这些膜系统是光合作用光反应
的场所。膜系统越复杂,光合效率越高,耐盐性就越
强。从本试验的观察结果来看,江苏射阳产的小白
菊、红心菊类囊体膜系统发达,结构清晰,分布均匀,
基粒片层和基质片层排列紧密,嗜锇颗粒体积大,淀
粉粒大小中等;而早小洋菊和小亳菊内囊体膜系统
简单,基粒片层模糊,其他的几种类型介于以上这两
类之间。红心菊产量和小白菊差异不大,但开花较
早、产量稳定、耐盐性强[2,3,5],本研究从叶片的超微
结构上再次验证了其耐盐性强于其他栽培类型的事
实。江苏省射阳县是我国药用白菊花的主生产区之
一,东临黄海,可开发滩涂而积大,选育耐盐性强的
白菊花栽培类型具有现实意义。因此红心菊和小白
菊可以作为射阳大面积推广种植的类型。
3.2 叶肉细胞中的淀粉粒与抗寒性之间的关系 
细胞内淀粉粒的含量是植物研究抗寒性能的另一个
重要的指标[6]。植物在抗寒锻炼的过程中,大量积
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累糖类物质,增加了细胞的保水能力和组织中的束
缚水,进而提高了避冰冻脱水的能力。累积的糖在
植物体内以淀粉粒的形式存在。当植物受到低温胁
迫后,淀粉粒就会降解,提高细胞内糖含量,从而提
高植物细胞抗寒能力[7];而在盐胁迫下植物叶绿体
内淀粉粒数目明显增多,且体积较大,这样既缓冲了
能量的短缺使细胞进行正常的生命活动,又提高了
渗透压,有利于水分的吸收和保持[8,9],从而提高其
耐盐性。从本试验的观察结果来看,早小洋菊、小汤
黄、滁菊淀粉粒的体积较大,而济菊的数量较多,说
明它们具有较好的抗逆性;怀大白菊几乎没看到淀
粉粒,这也可能是它不容易存活的原因之一。
在药用菊花叶肉细胞中还发现线粒体和微体
(过氧化物酶体)在一起,位于叶绿体附近。这种现
象的出现可能与乙醛酸循环有关。因为叶绿体中产
生的乙醇酸要在微体中氧化为乙醛酸。而后在线粒
体中摄取氧并释入出 CO2,CO2再回到叶绿体中合
成己糖[10],以提高抗逆性。
药用菊花叶肉细胞中的叶绿体常因发育程度不
同而呈现出各种不同的形态特征,其中以类囊体的变
化尤为明显。在叶绿体发育早期,类囊体数量较少,
几乎都是基质片层,有时在局部区域还有短管状结构
乃至泡状结构。当它们发育成熟后,情况就与此不同
了,类囊体中不仅有大量的基质片层,而且基粒增多,
基粒垛叠变厚,形成一个排列整齐、结构清晰、发育完
善的类囊体系统。随着叶绿体的进一步发育,类囊体
系统开始出现紊乱,进而发生肿胀和泡状化。有些类
囊体甚至由于衰老加重而逐渐解体,如结构模糊不
清,数量减少等。这些现象并非为药用菊花独家所
有,曾有学者在研究干旱对油菜叶绿体超微结构影响
时也得到类似结果[2]。由此可见,尽管世界上的植物
种类繁多,它们所处的生态环境千差万异,但它们叶
绿体的发育和衰老的规律却基本相同。
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Chrysanthemummorifolium
GUOQiaosheng,WANGTaoyin,WANGTao,LIANGYingnuan
(InstituteofChineseMedicinalMaterials,NanjingAgriculturalUniversity,Nanjing210095,China)
[Abstract] Objective:TostudyleafultrastructureinvarietiesofChrysanthemummorifolium.Method:Theultrastructureof
leaveswasobservedthroughthetransmissionelectronmicroscope.Resultandconclusion:Chloroplast,mitochondria,starchgrains
andperoxidewereobservedintheultrastructureofleaves,buttheorganele,ultrastructureandtheirquantityshoweddiferencesinva
riouscultivars.Theresultsmayexplain,why'hangju'hasabeterresistancetotheadversityandisplantedinlargescale.
[Keywords] Chrysanthemummorifoliumformedicine;chloroplast;ultrastructure
[责任编辑 张宁宁]
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