全 文 ：广 西 植 物 Guihaia 26(5)：570— 572 2006年 9月
转 PSAG12一ipf基因水稻叶片中叶绿体超微结构的变化
王亚琴1，夏快飞
(1．华南理工大学 生物科学与工程学院，广东 广州 510640；2．中山大学 生命科学学院，广东 广州 510275)
摘 要：研究了转 PSAC1 2却 基因水稻和对照植株发育过程 中叶片中的叶绿体结构的变化。发现水稻发育到
乳熟期 ，转基因植株叶片中的叶绿体与对照植株开始 出现明显的差别 。对照叶绿体 中嗜锇体体积增大，数 目
增多，大部分基粒的类囊体膜膨胀、裂解 ，片层结构解体。而转基因植株叶片中的叶绿体结构变化不大，嗜锇
体相对有所增加 ，但体积较小，大部分基粒类囊体片层结构仍然排列整齐，少数类囊体垛叠化丧失。
关键词：PSAGlZ i 基因；叶绿体；超微结构
中图分类号：Q942，4 文献标识码 ：A 文章编号 ：1000—3142(20O6)05—0570—03
Ultrastructure changes of chloroplast in
leaves of tl g ‘ (PSAG12l rans~enic rice 一ipt) D
W ANG Ya—qin1．XIA Kuai—fei2
(1．Colege of Bioscience and B 0e g eer g，South China University of Technology，Guangzhou 510640，
China；2．School 0，L fe Sciences，Sun Yat—sen University，Guangzhou 510275，China)
Abstract：The structure of chloroplast was investigated during its development in transgenic rice(PSAGl Z— )
and contro1．The results revealed that there was an obvious differentiation of chloroplasts between transgenic
rice and control during milky ripe stage．In control，the size and number of osmiophilic granules increased
greatly and the thylakoid membrane of most grana sweled and split and most grana lamelae disappeared．
Whereas in transgenic rice，only the number of osmiophilic granules increased and most grana—thylakoid lamel—
lae arranged in order．
Key words：PSAG12一ipt gene；chloroplast；ultrastructure
自Gan and Amasino(1995)将高度衰老特异性
启动子 PsAG。 与 ipt编码序列融合设计 了 自我调控
衰老抑制系统 PsA。 以来，已有不少研究者利用
此系统转化 了农作物、花卉 、水果 、蔬菜及其它物种
(Chen等 ，2001；Geng等 ，2001；McCabe等，2001；
Lin等，2002)，并证明此基 因的表达在一定程度上
可以延缓叶片衰老 ，提高作物产量 ，延长花卉的保鲜
期、蔬菜和水果的贮藏期。但对于转化后植株的各
项指标并没有人进行系统的分析，作者将 P c
转入籼稻不育系中A后，曾详细比较了转化植株与
对照植株在农艺性状 、生理特性、叶片的细胞分裂素
含量等方面的差别(王亚琴等 ，2004，2005)。在此基
础上 ，作者进一步对 P融c 转化植株 和对照植株
不同发育时期叶片中的叶绿体结构变化进行了详细
的研究，旨在从细胞超微结构 方面验证叶片衰老抑
制基因 P 伽 在 转化 植 株 中的表 达 情况 ，验 证
P 。 ： 转基因植株的延衰性能。
1 材料与方法
供试材料：为籼稻不育系中 A的P “ 衙基因
转化植株(R。)和非转化植株 ，分 别于抽穗期、灌浆
收稿日期：2005—12—12 修回日期：2006—05—18
基金项 目：广东省国际合作项目(20O4B5O2O1O21)[Supported by the Funds of International Cooperation of Guangdong Province
(2004B50201021)]
作者简介：王亚琴(1972一)，女，山西忻州人，蹲士，讲师，从事植物基因工程与生物制药的教学与科研，(E-mail)yqwang@scut．edu．cn。
维普资讯 http://www.cqvip.com
5期 王亚琴等 ：转 P趴 。却 基因水稻叶片中叶绿体超微结构的变化 571
期、乳熟期及成熟期选取植株主穗的剑叶下第一叶。
超微结构的制样与观察：在水稻发育四个时期
(抽穗期、灌浆期、乳熟期、成熟期)，取主穗剑叶下的
第一片叶(每个时期至少取 5株)，用锋利的刀片沿
着与叶脉平行 的方 向将材料 切成 1×1 mm。的细
条 ，迅速投入预冷的 2 戊二醛(用 2 mol／L的磷酸
缓冲液配制，pH7．2)，抽气直到细条下沉，4℃固定
过夜。然后 ，用 0．1 mol／L磷酸缓 冲液(pH7．2)洗
涤，共 6次，15~20 rain／次。用 1 锇酸于 4℃后固定
过夜，用 0．1 mol／L磷酸缓 冲液 (pH7．2)冲洗，共 6
次，15～2O min／次。逐级酒精脱水，环氧丙烷过渡，
Epon812树脂包埋 ，Leika U1tra-S切 片机 超薄切 片
(每个时期至少切 3个样)，醋酸双氧铀和柠檬酸铅染
色，JEM-1010电子透射显微镜下90 kv观察并拍片。
2 实验结果
2．1抽穗期转基因植株与对照的叶绿体形态观察
在水稻抽穗期 ，转化植株和对 照植株叶肉中的
叶绿体形态结构发育正常，基粒完整，类囊体片层结
构排列整齐，叶绿体内很少有嗜锇体(图版 I：A，A一
1，a，a-1)。
2．2灌浆期转基因植株与对照的叶绿体形态观察
到了灌浆期 ，对照植株叶肉中的叶绿体内嗜锇
体增加，较多基粒类囊体片层结构发生扭曲、膨胀，
膜变得松弛、膨胀。而转基因植 株中的叶绿体仍保
持较为完整的结构 ，只有极少数的类囊体发生结构
的变化 ，膜出现轻微的扭曲(图版 I：B，B一1，b，b一1)。
2．3乳熟期转基因植株与对照的叶绿体形态观察
水稻发育到乳熟期，对照植株叶片中的叶绿体
与转化植株的差别更为显著。对照植株叶绿体中的
嗜锇体体积增大，数 目显著增加 ，大部分基粒的类囊
体膜膨胀、裂解，片层结构解体。而转化植株叶片中
的叶绿体结构较灌浆期变化不大，仍然保持较为完
整的结构，嗜锇体数目有所增加，但体积较小，基粒
中类囊体片层结构大部分排列整齐(图版 I：c，c一
1，C，c-1)。
2．4成熟期转基因植株与对照的叶绿体形态观察
到了水稻发育晚期(即成熟期)，对照植株叶片
中的叶绿体中的嗜锇体数量、体积较乳熟期增加一
倍多，几乎所有基粒的类囊体膜都膨胀、裂解，片层
结构消失。转化植株叶片的叶绿体中嗜锇体数目也
明显增多，体积增大，但仍有部分基粒的类囊体保持
垛叠状排列，只是片层结构较松散，且有大量淀粉粒
出现(图版 I：D，D-1，d，d一1)。
3 讨论
在叶片衰老期间，叶绿体超微结构呈现一个明
显有序的变化过程 ：类囊体膜首先松弛、膨胀、裂解 ，
其中基质片层的变化先于基粒片层 ；伴随基质蛋白、
核糖体等数量或基质或叶绿体电子密度下降，嗜锇
体数目不变或逐渐增加，体积也不断增大，随后，整
个类囊体膜片层系统逐渐裂解为泡或板 。叶绿体被
膜始终保持完整性至最后，其外层膜裂解先于内层
膜(沈成国等，2001)。本研究观察水稻不同生育期的
叶绿体形态变化过程 ，发现水稻发育到乳熟期，对照
植株叶片的叶绿体与转化植株开始出现明显不同。
对照植株叶片中的叶绿体中的嗜锇体体积增大，数量
增加，大部分基粒的类囊体膜膨胀、裂解，片层结构解
体。而转化植株叶片中的叶绿体结构较灌浆期变化
不大，嗜锇体有所增加，但体积较小，基粒类囊体片层
大部分排列整齐，少数类囊体垛叠化丧失。这说明叶
片衰老抑制基因 P 。z 在转化植株中的表达可明显
延缓叶片衰老，较长时间保持叶片绿色。
关于嗜锇颗粒 ，很早就有报道在不 同物种衰老
叶片的细胞质中存在嗜锇颗粒，而且推测这些脂质
体来源于叶绿体外的膜 (Mittelheuser等，1971)，认
为在叶绿体膜结构发育完好 的情况下，这种嗜锇颗
粒就没有或很少存在；结构遭到破坏处于解体状态
下的叶绿体均有嗜锇体数量增加体积增大的现象
(赖纯高等，1998)，即随着 叶片衰老 、类囊体解体，才
有大量的质体小球 ，在 叶绿体中积累(Guiamet等 ，
1999)，这说 明嗜锇颗粒数量的增多以及体积的增大
是植物叶片衰老的标志之一。本研究发现从水稻灌
浆期开始 ，对照叶片的叶绿体中嗜锇体数量就明显
增加，而转化植株发育到乳熟期，叶片的叶绿体中才
明显有较多的嗜锇体。进一步说明 P 。 嘟，基因的
转化可以延缓叶片衰老，延长水稻 叶片利用光能的
时间，使其充分积累光合产物，增加产量，在农业生
产上具有着一定的发展前景和应用价值 。
参考文献 ：
沈成国，等．2001．植 物衰老生 理与分子生 物学EM]．北 京：
中国农业出版社 ：157—158．
Chen LFO，Hwang JY，Charng YY，et a1．200 1．Transforma—
tlon of broccoli(Brassica olearacea var．italica)with iso-
维普资讯 http://www.cqvip.com
j72 广 西 植 物 26卷
囊
氍
鬻
lItl~I 转 PS7．GI 2．ipt基因水稻与X~．qf在发育过程中叶绿体趣触结 句的变化 A．A_l，B，B-1-C．C-1，D，D-l：转基因植
株中A；a．a—J．b，b-I．c．c_l，d，d-1：对照植株{A．A一1．a．a—l：抽穗期{B．B—1．b．b-l：灌浆期；C—C-I，c 1：乳熟期；D·
D-1，d，d·I：成熟期
PIate l Uhr~strumure c1] T g s，、{C~llOTOp]aS％in Ien es n transgelAc rite

ment A，A-!，B，B．1．C，C-1．D，D-l：transgenic Zhong A；a，a一1-b．}卜1．c．c_I，d，d_l：tl1c COnl r：ll；A—A。1·a，a_l：heeding
l51age；B，B-I．b．b-1 filliig S L8ge：C．C-I．c．c_l m ky ripe stage；D—D-1，d-d-I：n a[I,rii：g s：age—
penlenyl translera．se gene via A n^ “ “ tu,ne／btj“ ior I：OSl—
ha~ sl yellowi[,．g retardalkm[J-．M,d Breedi．g一7：Z．13-Z57
G n S．Amasl几i 0 R M， 10 5． InhibI1ion of【eaf s￡n sc by
aul0rPgula ef1 productiun 】I cytokinm [1：．s ￡ ．270：
1 86— 1 88
Geng S．M a M ．Y H C， “ ． ZOO1 Efects c) ip：g E expres一
5】cJl1un the physiological and chemical eharacterisfi c~r f Ar一
，P 1¨ “ r “L r门．P sH州 ．160：6§1 g98．
Guiamet J J．I’iche rsky E Noode【1 1 n 1 099． Mas exudus
from senescing soySeanm clI。r。 5l ：J： Pl~nt Cell Ph2o．~一
0 ．40 )： 86— 992
Hurkman W 】．I ennedy G S，1‘】76 UI’rⅡsITu 】r changes ot
ch[oroplas~s ll_aging tobacco k v [j] 尸， lndianu A‘
(下转第 540页 Continue 0n page 5蛐 )
维普资讯 http://www.cqvip.com
540 广 西 植 物 26卷
以看出温带成分在本 区系 中占有绝对优势 ，起着主
导作用，该区系的温带性质不容置疑 ，这与本地区所
处的地理位置及 自然地理条件是一致 的；一定量热
带成分的存在 ，又说明本 区系在发生发展 的过程中
与热带的明显联系和历史渊源；以温带成分为主，多
种成分并存 ，又反映了本区系与其它区系联系广泛 ，
成分相互渗透 的特点；中国特有属较少 ，特有现象不
明显。(3)通过对 12个山区植物区系成分进行 区系
谱、R／T值等定量分析比较，结果显示：邢台西部太
行山区种子植物区系与 山西太岳山和中条山、北 京
东灵山、河北雾灵 山关系最 为密切，与河北小五 台
山、吉林长白山、甘肃六盘 山及崆峒山关 系次之，与
湖北神农架和湖南八大公 山关系较远，与福建龙栖
山关系最远。这 与本 地区及其它地 区所 处的气 候
带 、水热条件以及 山体特征完全吻合 ，同时也反映了
植物区系成分随纬度变化的地带性规律。
参考文献：
王荷生．1997．华北植物区系地理[M]．北京：科学出版社 ：38—52．
王香亭．1989．六盘山 自然保护区科学考察[M3．银川 ：宁夏
人民出版社．
李振宇．1994．龙栖 山植物[M3．北京 ：中国科学技术出版社．
吴晓菊．2003．甘肃崆峒 山种子 植物区系分析[D3．兰州：西
北师范大学：12—49．
Feng TJ(冯天杰)，Wang DY(王德艺)，Li DY(李东义)，el a1．
1999．Research on the tracheophyta flora in nature reserve
of Wuling Mountain(雾灵山 自然保 护区维管植物 区系的研
究)l-J-I．Bull Bot Res(植物研究)，19(3)：259—267．
Fu PY(傅 沛 云)，Li JY(李冀 云)，Cao W (曹 伟)，el a1．
1 995．Studies on the flora of seed plants from Changbai
Mountain(长白山种子植物区系研究)l-J]．Bul Bot Res(植
物研究)，15(4)：491—50O．
Fu ZJ(傅志军)，Zheng XT(郑 雪婷)．1994．The characteris-
tics of flora in the Zhongtiao Mountain(山西中条山植物区
系的特征)lJ]．Acta Bot Boreal—Occident Sin(西北 植物学
报)，14(2)：l48—152．
Liao WB(廖文波)，Zhang HD(张宏达 )．1994．A comparison
of the spermatophytic flora from Guangdong and its neigh—
bouring regions(广东种子植物区系与邻近地区的关系)lJ]．
Guihaia(广西植物)，14(3)：217—226．
Ma KP(马克平)，Gao XM(高贤明)，Yu SL(于顺利)．1995．
On the characteristics of the flora of Dongling Mountain area and
its relationship with a number of other mountainous floras in
China(东灵山地区植物区系的基本特征与若干山区植物区系
的关系)l,J3．Bull Bot Res(植物研究)，15(4)：501—515．
Qi CJ(祁 承经 )，Yu XL(喻勋林 )，Cao TR(曹铁 如 )，el a1．
1 994．Flora of hunan Badagongshan Mountains and its phy—
togeographical significance(湖南 八大公 山的植物 区系及 其
在植物地理学上 的意义)lJ]．Acta Bot Yunnan(云南植物研
究)，16(4)：321—332．
Ru WM(茹文明)，Zhang F(张 峰)．2000．Analysis on the
flora of seed plants of Wutai Mountainous，Shanxi(山西五台
山种子植物 区 系分析 )lJ]．Bull Bot Res(植物 研究)，20
(1)：36—47．
Wu XJ(吴 晓菊)，Chen XL(陈学林 )．2003．Analysis of the
flora of the family of the seed plants in Kongtong M ountain
of Gansu Province(甘肃崆峒 山种子植物区系科的分析)l,J3．
Guihaia(广西植物)，23(3)：203—210．
wu ZY(吴征镒 )．1991．The areal—types of Chinese genera of
seed plants(中国种子植 物属的分 布区类 型)lJ]．Acta Bot
Yunnan(云南植物研究)，Supp．1V(增刊 IV)：1一l39．
Wu ZY(吴征镒 )，Zhou ZK(周浙 昆)．Li DZ(李德铢)，el a1．
2003．The areal—types of the world families of seed plants
(世界种子植物科的分布区类型系统 )I-J]．Acta Bot Yunnan
(云南植物研究)，25(3)：245—257．
(上接第 572页 Continue from page 572)
Sci，85：89— 95．
Lai CO(赖纯高)，Dai QY(代庆阳)，Su XH(苏学辉)，el a1．
1998．The ultrastructure of chloroplasts of virusinfected cit—
rus leaves(柑桔 病 叶片 中叶 绿体 的超微 结构 )[J]．』s —
chuan Teachers Coll(NatSci)(四川师范学院学报)(自然科
学版)，19(3)：304—306．
Lin YJ，Cao ML，Xu CG，el a1．2002．Cultivating rice with de—
laying leaf—senescence by PSAGI2．IPT gene transformation
l-J3．Acta Bot Sin，44(11)：1333—1338．
Lin ZF(林 植芳 )，Li SS(李双 顺 )，Lin GZ(林 桂珠 )，el a1．
1984．Superoxide dismutase activity and lipid preoxidation in
relation to senescence of rice leaves(水稻叶片的衰老与超氧
物歧化酶活性及脂质过氧化作用的关系)l-J3．Acta Bot Sin
(植物学报)，26(6)：605—615．
M cCabe M S，Garratt L C，Schepers F，el a1． 2001． Effects of
PSAGI2．IPT gene expression on development and senescence in
transgenic lettucel,J]．Plant Physiol，127：505—5 16．
Mittelheuser C J，Van Steveninck R F M． 1 97 1．The ultra—
structure of wheat leaves．I．Changes due to natural senes-
cence and the efects of kinetin and ABA on detached leaves
incubated in the darkl,J]．Protoplasma，73：239—252．
Wang YQ(王亚 琴)，Liang CY(梁 承邺)．2004．Preliminary
study on antisenescence characteristics of transgenic rice
(PSAGI2 )(转 PSAGI2 基因水稻 延衰性 能的初步研 究)
I-J]．Guihaia(广西植物)，24(6)：540—543．
Wang YQ(王亚琴)．Liang CY(梁承邺)．2005．Studies of the
leaf-specific senescence-inhibitor gene (PSAGI2一iDr) intro-
duced into Zhong A(Cytoplasmic Male Sterile Indica)(叶片
衰老抑制基 因 PSAGI 2 i 转入籼稻不育系中 A的研究)lJ]．
Acta Sci Nut Univ Sun Yatseni(Nut Sci)(中山大学学报)
(自然科学版 )，44(2)：78—81．
维普资讯 http://www.cqvip.com