全 文 ：第 23卷　第 1期
2002年 3月
内 蒙 古 农 业 大 学 学 报
Journal o f Inner Mongo lia Ag ricultural Univ er sity
Vo l. 23　 No. 1
Mar. 2002
文章编号: 1009- 3575( 2002) 01- 0074- 05
鄂尔多斯螺旋藻 ( Spirulina erdosensis )
显微及超微结构的研究
田秀英 1 ,　乔辰 2 ,　高凌岩 1 ,　郭芳芳 3 ,　张炳文 1
( 1.　内蒙古农业大学生态环境学院 ,呼和浩特　 010019;
2.　内蒙古农业大学农学院 ,呼和浩特　 010019; 3.　内蒙古农业大学 2001届毕业生 )
摘要:　鄂尔多斯螺旋藻 ( Spirulina erdosensis )是中国内蒙古鄂尔多斯高原碱湖特有的物种。 该藻是由数十乃至
数百、甚至几千个细胞组成的丝状体。 细胞的长小于宽 ,呈扁圆柱形。 细胞壁层次明显。 原生质分为中央质 (中心
体 )和周质 ,中心体形态不尽相同 ,其形态主要与细胞的发育时期有关。 细胞内有丰富、且平行排列的类囊体 ,未观
察到气泡和羧化体结构。 藻丝体末端形态多样。
关键词: 　鄂尔多斯螺旋藻 ;　显微结构 ;　超微结构
中图分类号: 　 Q944. 3　　文献标识码:　 A
STUDIES ON THE MICROSTRUCTURE AND
ULTRASTRUCTURE OF Spirulina erdosensis
TIAN Xiu- ying1 ,　 QIAO Chen2 ,　 GAO Ling- yan1 ,　 GUO Fang- fang3 ,　 ZHANG Bing- wen1
( 1.　 Colleg e of Ecolog y and Env ironmental, Inner Mongolia Ag ricultural Univ ersity, Huhhot　 010019;
2.　 Colleg e of Ag ronomy , Inner Mongo lia Ag ricultur al Univ er sity ,　 Huhho t 010019;
3　 Graduated Student o f 2001 Inne r Mongo lia Ag ricultura l Univ er sity,　 Huhho t 010019)
Abstract:　 Spirulina ( Arthrospira ) erdosensis is a special species a t alkaline lake in Erdo s Plateau, Inner
Mongo lia of China. It is fi lament that formed by cells f rom dozens to hundreds, even to thousands in num-
ber. The cells length a re sho rter than the width, therefore, the cells a re squat- shaped cy linder. The cell
w alls are obviously seen in la yers. The protoplasm of cells is divided into nucleoplasm ( central body ) and
periplasm. The shape of the central body is no t completely the same, w hich is mainly rela ted to the cell s
developmental phases. There a re abundant thylakoid membranes in parallelled a rrangement in the cell. No
gas- vacuole and carboxysome have been observ ed so far. The end of the t richome is in va riety of shspes.
Key words:　 Spirul ina ( Arthrospira ) erdosensis;　 Microstructure;　 Ultrastructure
收稿日期: 　2001- 12- 24基金项目: 　国家自然科学基金资助项目 ( 39960062) ,内蒙古自然科学基金资助项目 ( 990303- 4)作者简介: 　田秀英 ( 1954— ) ,女 ,高级实验师 ,从事植物学教学和研究 .
　　螺旋藻是 1类原核光合生物 ,属于蓝藻门 ( Cyanophy ta ) ,颤藻目 ( Osci llatoriales) ,颤藻科 ( Osci llato ri-
aceae)螺旋藻属 ( Spirulina ) [1 ]。螺旋藻含有高达 60% ～ 70%的蛋白质和人体所必需的各种氨基酸、多种维生
素、不饱和脂肪酸、多糖、β -胡萝卜素等 ,其营养全面均衡 ,易被人体吸收 ,有“微型营养库“之称 [ 2]。目前 ,许
多国家和地区开展了大规模的螺旋藻商品性生产 ,其应用研究必然受到人们的重视 ,而基础研究相对滞后。
其中对螺旋藻解剖结构的研究更是寥寥无几 ,仅有陈国祥 [3 ]、 Luisa Tomaselli[4 ]等人的一些资料。 有关内蒙
古鄂尔多斯高原碱湖特有的鄂尔多斯螺旋藻的显微结构及超微结构的研究 ,迄今未见报道。一则为了填补这
方面的空白 ,二则也为丰富螺旋藻属植物显微和超微结构的研究内容 ,作者对该螺旋藻的形态解剖方面做了
一些工作。
1　材料与方法
1. 1　材料
实验材料为鄂尔多斯螺旋藻 Spirulina( Arthrospira) erdosensis ,采自内蒙古鄂尔多斯高原毛乌素沙地巴
彦淖尔碱湖 ,在室内自然光照下用 Zarrouk培养液 [5 ]培养。
1. 2　方法
1. 2. 1　活体观察　将含有螺旋藻的培养液滴于载玻片上 ,做成临时装片 ,直接在 O LYMPU S BHS- 312显
微镜下观察并拍照。观察的活体数在 50个以上。
1. 2. 2　石蜡切片　石蜡切片法 [6 ]。采用 FAA固定 ,番红—— 固绿二重染色 ,并分别进行了整体染色和常规
染色。在两种染色方法中 ,番红都过夜 (超过 10h) ,固绿进行了不同时间的尝试。切片时 ,蜡带分别试用了几
种不同的厚度。二甲苯透明。中性胶封片。用显微镜 ( OLYM PUS BHS- 312)观察并拍照。
1. 2. 3　扫描电镜　将新鲜螺旋藻用自来水洗净 ,再用蒸馏水洗净后放入 2. 5%戊二醛磷酸钠缓冲液 ( p H
7. 0)固定 2h;再用 pH 7. 0的磷酸钠缓冲液洗 2次 ,每次 10min;用系列浓度酒精脱水 ,每次 10min;临界点干
燥 ,喷铂后置于扫描电镜 ( HI TACHIS- 530)下观察拍照。
1. 2. 4　透射电镜　取新鲜材料 ,用蒸馏水冲洗 5次 ;用 2%戊二醛的二甲胂酸钠缓冲液 ( p H7. 2)固定 2h;再
用二甲胂酸钠缓冲液 ( pH7. 2)冲洗 3次 ,每次 10min;然后用 1%四氧化锇固定 1h;用巴比妥缓冲液 ( p H
7. 2)冲洗 2次 ,每次 15min;系列酒精 ( 30%～ 95% )脱水 ,纯酒精脱水 2次 ,每次 10min;材料放在 6- 甲酸
酐、十二烷基琥珀酸酐、 2- 甲氨基甲基苯酚 - 30混合液中过夜 ,用 Epon812树脂在 36℃包埋 , 50℃聚合
48h;薄切片 ( 50nm)用醋酸铀 -柠檬酸铅双染色。将制备好的薄切片在透射电镜 ( HIT ACHIH- 700H)下观
察并拍照。
2　结果与分析
2. 1　活体
鄂尔多斯螺旋藻为多细胞单列丝状体 ,藻体不分枝 (图 1) ,外面包有 1层较厚的胶质鞘。 藻丝体为鲜艳
的蓝绿色 ,一般为 10个～ 30个螺旋 ,最长的可达到 100多个螺旋。 螺旋的宽度为 28μm～ 50μm,螺距为
30μm～ 65μm, 1个螺距约 30多个细胞。 细胞的横壁清晰 ,藻丝体是由数十乃至成百 ,甚至几千个细胞组成。
细胞长 2. 5μm～ 3. 7μm,多数为 3μm;宽 9. 0μm～ 12. 0μm,多数为 10μm。细胞长约为宽的 1 /3,呈扁圆柱形。
横壁在侧壁处有缢缩。 细胞内形似染色质丝的物质随着藻丝体的运动有所变化。 藻丝体两端伸缩呈螺旋状
蠕动 ,多以 1个方向蠕动 ,偶然也有反方向。反方向蠕动时 ,时间和距离均很短。 除蠕动外 ,也会整体或部分
摆动或颤动 ,而使藻丝体弯曲或变形。仅有 1段弧状的藻丝体不蠕动 ,只以弧的圆心为轴做转动运动。
藻丝体的末端形态多样 ,有的呈半圆 ;有的稍细呈钝圆 (图 2) ,有的渐狭 ,并在渐狭的末端处略膨大 ,形
似帽子套在顶端 (图 3)。成熟的藻体的末端是渐狭的 ,渐狭的长度约 12个细胞 ,其末端的细胞长度比宽度
大。
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2. 2　石蜡切片
细胞壁: 在纵切面上看 ,藻丝体外面有较厚的且着色较深的胶质鞘 ,侧壁层次比较明显 ,细胞壁分为 3
层 ,从外向内依次为:折光性较强且较厚的无色层:着色浅的薄层 ;折光性较强的薄层。 外面的 1个层约相当
于里面两层的厚度。横壁层次虽不像侧壁那样明显 ,但相邻细胞间也是 3层壁 ,中间是很薄的着色层 ,与侧壁
的中层相连 ,两侧的无色层与侧壁内层相连 (图 4)。 因为细胞的横壁在侧壁处收缢 ,所以有时能看到波状侧
壁 (图 4, 5)。
细胞质: 该藻无细胞核 ,细胞中间的原生质与四周的不同 ,可以分成中央质 (中心体 )和周质 (周边区 ) ,中
心体约占整个原生质的 60%～ 90%。番红染色时 ,中心体为红色 ,二重染色时 ,中心体为紫红色。周边区番红
染色时为浅粉色 ,二重染色时为浅蓝色。中心体的形态如同高等植物的细胞有丝分裂时晚前期的染色体 ,其
疏密程度、排列和分布方式随细胞不同而不完全相同。从纵切面上看 ,有的呈现与长宽方向一致的近似或不
规则四边形 (图 6) ;有的呈与横壁大致平行的一宽条 (图 7)或一窄条 (图 8的↑所示 ) ;有的密集成一堆 (图 9
的↑所示 ) ;还有的纵向分成两部分 (图 8的▲所示 )。在横切面上有相应的形态:中心体分布在整个横切面上
(图 10, 15的↑所示 ) ;中间密、周围散 ,周围分布有一圈透亮小点 (图 10的▲所示 ) ;分成两部分 (图 11的▲
所示 ) ;集中在中心 (图 9的▲所示 )等。在同一段藻丝体的不同细胞中 ,中心体的形态不完全相同 (图 14)。作
者认为 ,中心体的这些形态变化主要与细胞发育的不同时期相关。
细胞增殖 (分裂 )和新藻丝体的形成:细胞分裂发生在与藻体长轴垂直的一个平面 ,所以藻丝体始终为一
列细胞。细胞分裂时 ,横壁先从细胞侧壁的中部开始 ,逐渐向内延伸 ,此时中心体的形态也随之发生变化 (图
11的↑所示 ) ,直至完全形成横壁 ,两个子细胞产生了 ,这种分裂方式为直接分裂。随着细胞的长大以及新子
细胞的不断产生 ,藻丝体越来越长。成熟的藻丝体会断裂形成新藻体。其形成方式是在藻丝体的某一个或几
个部位形成隔离盘 (图 12, 15的▲所示 ) ,藻丝体从隔离盘处断裂 ,成为两段或几段新的藻丝体。
末端:藻丝体的末端多为半圆形 (图 12, 15) ,或稍细钝圆形 (图 6) ,或渐狭并在末端膨大 (图 13)。
2. 3　扫描电镜
从图 17可见 ,藻丝体表面较光滑 ,只有少量浅凹点。 细胞的横壁明显凹陷 ,形成表面上一条一条的凹痕
(↑所示 ) ;在两个深凹痕之间的浅凹痕 (△所示 )是正在分裂中的细胞产生的新横壁。 图 16, 18, 19是 3个不
同形态的末端。有的末端变细不太明显 ,呈半球形 ,表面、底部均较平滑 (图 16) ;有的渐变细到藻丝体一半粗
细 ,顶部又膨大如蘑菇状 (图 18) ,有的末端稍变细 ,顶部膨大近乎半球形 ,但半球形底部边缘不平滑 (图 19)。
2. 4　透射电镜
从图 20, 21可见 ,藻细胞大致包含了细胞壁 ,脂质小体及大量片层类囊体等结构 ,未观察到气泡和羧化
体。细胞壁可分为 4层 ,从外向内依次为:厚的着色层 ;折光性较强的 1层 ;着色深的 1层 ;折光性较强的薄层
(图 21)。细胞的横壁略缢缩 (图 20的↑所示 )。类囊体非常丰富 ,多分布在周边区 ,在类囊体膜的外表面均匀
分布有大量的藻胆体。在横切面上可看到类囊体与细胞侧壁平行排列 ;在纵切面上 ,既有与侧壁平行排列的 ,
也有与侧壁成一定角度排列的。脂类小体的分布没有规律 ,有的分布在中央区 ,也有的分布在周边区 ;有两个
或几个集中在一起 ,也有单个分布。
3　讨论
关于螺旋藻的超微结构已有资料 ,但显微结构仅限于活体观察 ,石蜡切片至今未见报道。通过作者对鄂
尔多斯螺旋藻所做的工作 ,发现石蜡切片一方面补充了透射电镜观察不到的结构 ,另一方面也验证了超微结
构的一些特征。特别值得一提的是中心体的形态随着细胞发育阶段的不同而变化。新产生的细胞中心体为
1窄条 ,然后逐渐变宽为 1宽条 ,最后成为近似四边形 ,此时为成熟细胞。虽然活体观察到中心体随着藻丝体
的运动有所变化 ,但中心体形态的变化基本如此。中心体的这些形态特征在透射电镜下是观察不到的。另
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附图　鄂尔多斯螺旋藻显微 (标尺为 20μm)和超微结构照片
　　　　　 1- 3　活体照片　 1:完整的藻丝体　 2.藻丝体末端　 3.藻丝体膨大的末端
4- 15:石蜡切片照片
16- 19: 扫描电镜照片　 17: 1段藻丝体　 16, 18, 19:藻丝体末端
20- 21: 透射电镜照片　 20:纵切 ( 12 000× )　 21:横切 ( 50 000× )
CW:细胞壁 ; CB:中心体 ; L:脂质小体 ; TM: 类囊体膜
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外 ,从作者的石蜡切片上看 ,细胞壁的特征与透射电镜观察到的结果相近。在石蜡切片上 ,胶质鞘不仅着色
深 ;而且其厚度与细胞壁的厚度相近。可在透射电镜中 ,未观察到胶质鞘 ,作者认为可能是在样品处理过程中
被溶解掉了。
气泡的功能一是参与气体交换 ,二是有助于藻丝体的悬浮 ,三是可以折射光线 ,保护光合色素免受强光
破坏。但在鄂尔多斯螺旋藻的超微结构中未观察到气泡结构。该藻为沉水型的 ,且生长较产业化藻种—— 钝
顶螺旋藻和极大螺旋藻要缓慢 ,所以推测: 鄂尔多斯螺旋藻的气泡如果有的话 ,既少又小 ,不易观察到。另外
鄂尔多斯螺旋藻的羧化体同气泡一样 ,也未观察到。
显微及超微结构的观察显示:鄂尔多斯螺旋藻的藻丝体两端为半圆形或钝圆形 ,或末端膨大。但根据末
端的形态变化和运动方向 ,可以认为藻丝体是有极性的。渐狭或变细的一端为成熟端 ,这与 Luisa Tomasel li
的观点一致。藻丝体常以成熟端向前的方向蠕动 ,偶然见到反向蠕动。较短或新产生的藻丝体两端均为半圆
形。
在横切面周边区看到的一圈透亮小点 ,可能是微小而透明的蛋白质颗粒 [7 ]。 有待于进一步研究。
鄂尔多斯螺旋藻的横壁无论在光镜下 ,还是电镜下都很清楚。 活体的横壁在光镜下为 1条清晰的细线 ;
在石蜡切片上 ,既可以看到横壁的层次 ,又可以看到横壁在纵壁处的收缢 ;在扫描电镜照片上 ,横壁为 1条较
深的凹沟 ;在透射电镜照片上 (纵切面 ) ,观察到横壁的痕迹和收缢。根据横壁的明显存在 ,作者认为: 把鄂尔
多斯螺旋藻称为鄂尔多斯节旋藻 ( Arthrospira erdosensis )更恰当。
参　考　文　献:
[ 1]　胡鸿钧 .国外螺旋藻生物技术的现状及发展趋势〔 J〕.武汉植物学研究 , 1999. 15( 4): 369- 374.
[ 2]　李定梅 .螺旋藻—— 21世纪人类最理想的食品〔M〕.警官教育出版社 , 1997.
[ 3]　陈国祥 ,李功藩 .巨大螺旋藻光合放氧和超微结构的研究〔 J〕.武汉植物学研究 , 1994, 12( 2): 145- 150.
[ 4]　 Luisa Tomaselli, Mo rpho lo g y, U ltrastr uctur e and Taxonomy o f A rthr ospira ( Spirulina) max ima and Ar th ro spira( Spiruli-
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