全 文 ：广 西 植 物 Guihaia 29(4)：497— 501 2009年 7月
割手密茎尖细胞有丝分裂过程中微管骨架的变化
李志刚1*，李素丽1，张荣华1，杨丽涛 ，李杨瑞2
(1．广西大学 农学院 ，南宁 530005；2．广西农业科学院，南宁 530007)
摘 要 ：利用冰冻切片法结合间接免疫荧光标记技术对割手密茎尖细胞有丝分裂过程中微管骨架的变化进
行了研究。结果表明：在割手密茎尖细胞有丝分裂过程中存在4种循序变化的典型微管列阵，即周质微管、早
前期微管带、纺锤体微管及成膜体微管。在割手密初生增粗分生组织细胞中观察到的大多数是周质微管列
阵，很少观察到其它 3种典型的微管列阵，这可能这是割手密茎较小的原因之一 。
关键词：割手密；初生增粗分生组织 ；微管骨架 ；有丝分裂
中图分类号 ：Q945．6 文献标识码：A 文章编号 ：1000—3l42(2oO9)O4一O497一O5
Change 0f microtubule cytoskeleton 0n mitosis
in the shoot apex 0f Saccharum spontaneum
LI Zhi-GangI ，LI Su-Li1，ZHANG Rong-Hua1，
YANG Li-Tao1，LI Yang-Rui2
(1．College of Agriculture，Guangxi University，Nanning 530005，China；2．Guangxi
Academy of Agricultural Sciences，Nanning 530007，China)
Abstract：The microtubule cytoskeleton was investigated by using cryosectioning and indirect immunofluorescence
staining in the shoot apex of Saccharum spontaneum．The results indicated that：there were four basic types of micro—
tubule arrays：cortical microtubule，preprophase-band，spindle and phragmoplast microtubule arrays．Cortical microtu—
bule arrays were predominant in the primary thickening meristem of S．spontaneum ，while other three arrays were
rarely observed．It may be one of the reasons why S．spontaneum has a narrower stem than other cultivars．
Key words：Saccharum spontaneum ；primary thickening meristem；microtubule cytoskeleton；mitosis
微管 (microtubule)是细胞 骨架系统 中的主要
成员之一，在植物的生长、发育等生命过程中起非常
重要 的作用 (Cyr，1994；Chafey，1999；Tian等，
2004)。利用免疫荧光显微技术和各种电镜技术对
植物微管进行了广泛的研究，但多集中在花粉管、胚
囊、根尖或胚轴等材料上，所采用 的主要方法是
Wick等(1981)开创的离析单个细胞的方法。在大
的组织或器官水平上，对微管的研究相对较少，其中
一 个重要原因就是缺少方便且稳定可靠的技术(何
群等，2004)，至今有关单子叶植物茎尖细胞有丝分
裂过程中结合微管骨架研究植物茎增粗机理的报道
比较少。
有关植物茎增粗的机理，在双子叶植物中已有
了较为明确的概念 ，认为主要是靠维管形成层 的不
断发生 和 活动 的 结果 (A．FAHN，1990；李 扬汉 ，
1984)，但是在单子叶植物 中，一般认为是没有次生
生长的，其茎的增粗是有限的，只是初生生长的结
果，对于这类植物茎增粗机理的研究很少(Oladele，
收稿日期；2009—02-06 修回日期 ：2009—05—14
基金项目：国家自然科学基金(30060038)；国家科技支撑计划项目(2008BADBSB00)；广西科学基金(0991048)[Supported by the National Natural Sci-
ence Foundation of China(30060038)；National Key Technology R&D Program(2008BADB8B00)；Provincial Science Foundation of Guangxi(0991048)]
作者简介：李志刚(1969一)，男．广西蒙山人 ，副教授，从事甘蔗解剖生理及环境生态研究，(E-mail)lizhigangnn@163．corn。
’通讯作者(Author for corresp0ndence．E-mail：lizhigangnn@163．corn)
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1986；Stevenson，198O)。甘蔗是单子叶植物也是重
要的经济作物，甘蔗的产量高低与甘蔗茎径的关系
极为密切，蔗茎顶端分生组织的区域化和初生增粗
分生组织对蔗茎的增粗有重要作用(王俊丽等，
2004；李素丽等 ，2004)。在前期对甘蔗茎尖发育过
程微管列阵变化的研究 中，笔者对甘蔗茎尖细胞有
丝分裂过程 中微管骨架变化进行了观察 ，发现 了甘
蔗茎尖各种典型微 管列 阵，并发现其在相互转变过
程中各种微管列阵的过渡状态，依此可判断出甘蔗
茎尖细胞的分裂方 向(李志刚等 ，2008a)，发现细胞
在有丝分裂过程中的微管列阵与甘蔗茎增粗的关系
较为密切。
割手密 (Saccharum spontaneum)是 甘蔗 野生
种，目前的甘蔗栽培种均含有这个种的血缘，其茎非
常细，基部茎径 只有 4～7 mm(王鉴 明，1985)。通
过了解割手密茎发育 过程 中的微管列阵变化动态，
可以更好了解微管骨架在甘蔗茎增粗中的作用，本
研究将利用冰冻切片法结合免疫荧光定位技术对割
手密中的茎尖微管骨架进行研究，为甘蔗茎增粗机
理在微管动力学方面的研究提供参考 。
1 材料与方法
1．1研究材料
供试材料为割手密。种植于广西大学教学科研
基地甘蔗大棚 ，栽培管理与一般大 田同。
1．2取样时间
参照李素丽及张新成的方法(李素丽等，2004；
张新成等，2008)每天早上 lO：O0取割手密梢部带回
实验室进行茎尖固定 。
1．3研究方法
方法参照张新成改进的方法(张新成等，2008)。
制备好的片子用荧光显微镜(Olympus BX51型号，
Japan)观察，激发光为蓝光，观察茎尖不同区域细胞
内的微管骨架，物镜镜头为 100倍油浸镜头。标记
理想的图片利用 OLYMPUS DIGITAL CAMERA
DP70采集 ，图片的后期处理采用 Photoshop CS2编
辑排版，高分辨率打印机彩色打印。
2 结果与分析
在荧光显微镜下，我们观察到在有丝分裂过程
中细胞内存在几种典型的微管周期变化，如周质微
管、早前期微管、纺锤体微管和胞质分裂中的成膜体
微管等(图版 I：A—R)。
2．1有丝分裂间期细胞的周质微管
在问期细胞中，微管大致平行地排列在细胞膜
下，大多数是集合在一起的微管束。在间期细胞中，
可以看到细胞膜下方分布着呈“纤丝”或“束”状的发
射荧光 ，即为周质微 管，围绕着 细胞 长轴成 圈排列
(图版 I：E)。从图象中可以看出茎尖原套原体周
质微管大体上是与细胞长轴垂直而平行分布在细胞
周围，这与 Laskowaki(1990)对豌豆不 同节间及节
问不同部位细胞微管排列的研究结果，即在快速伸
长的细胞中，微管垂直细胞长轴而平行排列的结果
基本相同；也与我们前期的研究结果相一致，即甘蔗
茎尖幼叶基部的初生增粗分生组织的周质微管有横
向、斜向、纵向和随机排列等多种形式(李志刚等，
2008a)(图版 I：A-D)，但是本研究观察到的微管列
阵大多数是周质微管列阵(图版 Ⅱ：Q，R)，这与栽培
种的表现不完全一致，可能是野生种蔗茎较小的原
因之一 ，有待进一步深人研究 。
2．2有丝分裂前期细胞 的早前期微管带
在分裂细胞由问期进入分裂早前期的过程中，
间期细胞的丝状或束状周质微管大部分消失，围绕
细胞核出现强烈荧光的环带，这就是早前期微管(图
版 I：G，H)。在荧光显微镜下，进入早前期分裂的
细胞 ，均匀平行分布 的周质微管开始出现 向细胞中
腰部位集中，此时周质微管仍然是均匀的，不过在中
腰部位有一个 比较宽的更密一些 的区域 (图版 I：
F)。当细胞中腰部分的早前期微管进一步集中时，
早前期微管两侧以外的微管逐渐消失 ，最后在细胞
质中形成一个极 明亮 的荧光带 (图版 I：G)。此后
早前期微管趋于成熟，开始呈现纺锤体雏形 (图版
I：H)。
2．3有丝分裂中期的纺锤体微管
当分裂细胞进入中后期，核膜破裂后，微管逐步
集聚成束并继续向细胞中央延伸，有的微管与着丝
粒结合形成着丝微管，没有与着丝粒结合的为非着
丝微管，由于染色体本身没有荧光反应，在赤道面形
成一个暗区，这就是纺锤体微管(图版 I：I，图版 Ⅱ：
J—L)。细胞继续分裂，后期的纺锤体微管牵引染色
体继续向两极移动，着丝粒微管变短赤道区无荧光
的暗区加宽，极区的荧光又加强(图版 Ⅱ：L)。
2．4有丝分裂末期的成膜体微管
有丝分裂进入末期，子染色体完成分离后，纺锤
4期 李志刚等 ：割手密茎尖细胞有丝分裂过程中微管骨架的变化 499
图版 I 割手密茎尖细胞有丝分裂周期的微管骨架 A-D．横向、纵向、斜向及随机或网络状排列的周质微管；E-G．周质微管逐渐向
早前期带形成的过渡时期；G．典型的早前期带，两极荧光增强，并向中间汇集；H，I．纺锤体微管的雏形，极点发出的荧光逐渐增强，并伸向染色
体排列的细胞 中央。Bar=5 p．m。
Plate I Mitotic cycle cytoskeleton in shoot apex microtubule cytoskeleton of Saccharum spontaneum A-D．Horizontal，vertical，
diagonal and random or network-like arrangement of the cortical microtubuleS；E．G．Gradual formation towards the preprophase-band on transition De—
riod of cortical microtubulesl G-A typical preprophase-band，bipolar fluorescence was enhanced and collated in the midge side；H，I．Spindle micmtu—
bule array shape，polar nuoresoeIloe gradualy increased and arranged towards chromosome~of the cel centre,l38r一5“札
体微管逐渐向赤道板方向缩短(图版I：M)，荧光开始
增强，同时赤道板位置出现一条暗的无荧光的狭 区，
这就是细胞成膜体微管。在割手密茎尖细胞分裂进
行到胞质分离时，微管逐渐向赤道板方向缩短，荧光
开始增强，同时形成一个中间无荧光的细胞板和上
下两排纵向密集的成膜体微管群(图版 Ⅱ：N—P)。
随着子染色体群的染色体逐渐解聚，成为松散的染
色丝，开始出现新的核被膜。此时，成膜体微管开始
沉积细胞板，荧光从中间开始消失，核周开始出现扩
散 的荧光区(图版 Ⅱ：P)，最 后形成周质微管 ，完成
一 个微管周期。
3 讨论
甘蔗茎尖生长锥的微管列阵与甘蔗茎径的关系
极为密切(李志刚，2008a)，在有丝分裂的不同时期，
不同的微管列阵有不同的功能，周质微管参与细胞
壁中纤维素微纤丝的排列，早前期微管带预示着细
500 广 西 植 物 29卷
图版 Ⅱ J．典型的纺锤体微管列阵，微管聚合成大的“纤丝”；K，L．纺锤体微管开始从赤道板移向两极，纺锤体微管变短，荧光强度变暗；M．
纺锤体微管缩短的同时，赤道板位置出现早期的成膜体微管；IN．典型的成膜体微管列阵，中间荧光弱的位置形成细胞板；0， 成膜体微管荧
光从中间开始逐渐变弱，两个子细胞开始形成周质微管；Q，R初生增粗分生组织细胞的周质微管列阵。Bar：5 m。
PlateⅡ J．Typical spindle microtubule aray，microtubule polymerization of thick fibrils；K，L．Beginning of spindle microtubule moved from the e—
quator plate to the poles，spindle mierotubule became shorter，the fluorescence became darker；M．Spindle microtubules became shorter，at the sanle
time．inchoately phragmoplast microtubules appeared at the equatorial plate；N Typical phragmoplast microtubule array，formation of ceil plate at the
Dlace where the middle fluorescence was weak；0， Gradual weakening of the phragmoplast microtubule fluorescence from the middle，two daughter
cels began to form to conical microtubules；Q，R．Array 0{primary thickening meristem cels on the cortical microtubules．Bar=5 nL
胞分裂板的位置，成膜体微管参与细胞板的形成
(Abe等 ，1995；Holdaway等，1995)，纺锤体微管参
与染色体的正常排布和均等分离活动等(顾月华等，
1997)。本研究中，野生甘蔗种割手密茎尖顶端分生
组织细胞有丝分裂时的微管列阵与我们对栽培种
(粤糖 86／368，美国CP8O／1827)的研究结果基本一
致(李志刚等，2008a，b；张新成，2007)，但在初生增
粗分生组织中有较大的差异 ，在栽培种中，初生增粗
分生组织细胞分裂 中期的纺锤体微管列阵最多 ，成
膜体、早前期微管带也有分布，但在甘蔗野生种割手
密的初生增粗分生组织中，大多数是周质微管列阵，
其他列阵如早前期微管带列阵、纺锤体微管列阵和
成膜体微管列阵等的分布较少，这可能是割手密茎
径较小的原因之一，同时也预示初生增粗分生组织
有丝分裂过程中，周质微管列阵对甘蔗茎增粗起着
较为重要的作用。说明在长期的育种过程中，栽培
4期 李志刚等：割手密茎尖细胞有丝分裂过程中微管骨架的变化 501
甘蔗种茎尖生长锥的微管列阵已经发生了很大的变
化 ，更加利于甘蔗茎的增粗 。
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