全 文 ：第 40卷　第 5期 厦门大学学报 (自然科学版 ) Vo l. 40　 No. 5
　 2001年 9月 Journal o f Xiamen Univ ersi ty ( Natural Science) Sep. 2001　
·研究简报· 文章编号: 0438-0479( 2001) 05-1170-05
低温处理下原产地与引种的海莲
叶细胞亚显微结构比较
收稿日期: 2000-12-06
基金项目: 福建省自然科学基金资助项目 ( C9810001)
作者简介: 周一鸣 ( 1974- ) ,男 ,现为清华大学生物系博士研究生 .
周一鸣 ,卢昌义
(厦门大学环境科学研究中心 ,厦门大学海洋环境科学教育部重点实验室 ,福建 厦门　 361005)
摘要: 利用透射电镜 ,分别对来自海南和引种到厦门的海莲叶细胞亚显微结构在低温处理下的变
化进行观察 .表明海莲在北移 12年后增强了质膜稳定性 ,提高了对低温的耐受能力 .
关键词: 海莲 ;膜稳定性 ;亚显微结构 ;抗寒性
中图分类号: Q 938 文献标识码: A　　　　　　　　　　　　　　　
红树林是热带亚热带海岸地带一种重要的湿地类型和重要的生态系统 ,在保护海洋生态
环境方面发挥着特殊的重要作用 [1 ] .福建省是我国大陆红树林分布北缘 ,近年由于围垦、砍伐
等过度利用 ,特别是海岸工程建设致使天然红树林大面积消失 ,已危及到河口海岸的生态系
统 .对红树林进行科学地生态恢复 ,进行大规模的引种、扩种已是非常紧迫的任务 [ 2] ,对红树林
的恢复已纳入国家沿海防护林工程规划 .由于温度在亚热带沿海是影响红树植物生长的主要
环境因子 ,寒害是红树植物引种的关键问题之一 ;而膜结构的稳定性与植株抗寒性密切关联 ,
对于引种红树植物膜结构的稳定性过去多从生物化学角度开展研究 ,本文首次对低温处理下 ,
引种后与原产地的红树植物海莲 [B ruguiera sexangula ( Lour. ) Poir. ]叶细胞的显微结构进
行电镜对比分析 ,从显微形态结构上进一步配合说明相关的生物学理、化指标的变化 .
1　材料与方法
1999年 6月 ,分别从福建省引种地九龙江口浮宫镇 (位于 24°24’ N)和 1987年引种时的
原产地海南省东寨港自然保护区 (位于 19°54’ N)采集海莲成熟胚轴 (以下分别简称为厦门海
莲和海南海莲 ) ,培养于套在塑料盆的塑料网筐沙基中 ,置于室外栽培 ,每盆 6株 ,各 8盆 ,最初
海水盐度为 4(低盐度有利胚芽萌发 ) ,待长出第 2对叶子后以盐度为 10的稀释海水培养 .以
后每 7 d更换一次稀释海水 ,分 3次升高盐度 ,每次升高盐度为 2,最终盐度为 16.每日补充减
少的水分至固定刻度 ,并以盐度折射仪测定盐度大小 ,通过加淡水和海水调节来维持培养盆保
持一定的盐度值 .
室外培养 80 d后 ,移置室内培养 2 d,再移置于 6～ 8℃低温培养箱中继续培养 .低温培养
8 d后 ,取自顶层算下第 2对成熟叶作常规固定、包埋、切片 ,以透射电镜进行分析 .室温培养植
株叶片用作对照 .具体电镜步骤如下:
1)取材:取幼苗第 2对叶片 ,将其切成 0. 5mm× 0. 5mm的组织块 .
2)初固定:将切好的组织块尽快投入用 50 mmol /L pH7. 2二甲砷酸钠缓冲液配制的 4%
多聚甲醛与 1%戊二醛的混合固定液中 ,室温下初固定 2 h.然后用 50 mmol /L pH7. 2的二甲
砷酸钠缓冲液冲洗 2次 ,再用 50 mmol /L pH 7. 2的 Tris-Maleate缓冲液洗 2次 ,每次 0. 5 h ,
4℃下每次约 0. 5 h.
3)再固定:洗涤后 ,用 50 mmol /L pH 7. 2二甲砷酸钠缓冲液配制的 3%戊二醛固定液在 4
℃下过夜 ,然后用 50 mmo l /L pH 7. 2二甲砷酸钠缓冲液洗涤 4次 ,每次 0. 5 h.
4)后固定:用 50 mmol /L pH 7. 2二甲砷酸钠缓冲液配制的 1%锇酸固定 6. 5 h ,在 4℃下
进行 .
5)洗涤:用 50 mmol /L pH 7. 2二甲砷酸钠缓冲液洗 2次 ,重蒸水洗 3次 ,在 4℃下每次约
0. 5 h.
最后系列乙醇脱水 ,丙酮过渡 ,环氧树脂 Epon812包埋 .用 LKB-V型超薄切片机切片 ,切
片经醋酸双氧铀及柠檬铅双染后 ,在 JEM-100CXII透射显微镜下观察与拍照 .
2　结果与讨论
低温培养 8 d后 ,已长出 5对叶片的海南海莲的最下层叶片开始脱落 ,倒数第 2对叶片有
部分褐变 ;厦门海莲也已长出 5对叶片 ,其倒数第 2对叶片也有部分褐变 .此时取样可以较好
地反映叶细胞亚显微结构对寒逆境的反应 .
电镜分析结果见后页图版说明 .可以发现 ,海南海莲叶细胞经过 8 d的低温胁迫发生了严
重的质壁分离 ,有些细胞质膜已经破裂 (图 3) .厦门海莲叶细胞虽然也有质壁分离现象 ,但细
胞膜仍是完整的 (图 4) .这与同期两种植物的总电解质含量的上升及其电导率变化的差异是
一致的 .植物细胞的质壁分离一般是由于水分的缺失 ,因此表明植株在寒胁迫下有脱水现象:
低温下 ,水的活度降低 ,细胞内可利用的自由水含量减少 ,产生所谓的“冷干旱” ;同时低温引起
胞内可溶性物质增多 ;因此 ,首先是细胞渗透压升高 ,使细胞出现质壁分离现象 .若寒害加剧 ,
水分子甚至可以凝结成为冰晶 ,膜相的不可逆改变也使膜破裂 ,造成细胞死亡 .
观察图 7, 8,可以发现 ,低温处理后仍然可以比较清晰地看到叶绿体类囊体的片层结构和
线粒体的嵴 ,表明叶绿体和线粒体的膜系结构保持完整 .在图版 3中也可看出:尽管细胞膜已
经破裂 ,但叶绿体的片层结构和线粒体的嵴依然清晰可辨 .这说明叶绿体和线粒体的膜比细胞
质膜更稳定 .简令成等人 [ 3]也认为在细胞的各种膜系统中 ,质膜对冷胁迫最敏感 .
生物膜是植物细胞及细胞器与环境的一个界面结构 ,无论是细胞质膜 [4 ] ,还是叶绿体
膜 [5 ]、线粒体膜 [6 ]的研究都表明膜结构的稳定性是低温寒害的初始作用点 .膜上脂肪酸、磷脂
或膜蛋白的组成等一系列与膜系相变温度相关的因素 ,都可能影响低温下膜结构的完整 .近年
较为普遍的看法认为逆境引起的自由基累积导致的膜脂过氧化和生物膜损伤密切相关 [4 ] .
SOD和 POD酶是植物清除体内自由基的主要酶系 [ 7] ,两地海莲酶活性的检测再次说明了低
温时自由基对膜的损伤: 低温处理 8 d后 ,海南海莲的 SOD、 POD酶活性都迅速下降 ,显著低
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于室温对照 ;厦门海莲的 PO D酶活性变化不大 , SOD酶活性却迅速上升 ,显著高于室温对照
(另文论述 ) .所以 ,海南海莲可能因酶活力受破坏 ,未能及时清除体内因低温引起的自由基 ,最
终导致膜破裂以至植株坏死 ;而在向北引种至厦门后 ,提高了 SOD和 POD酶对低温的反应能
力 ,升高或保持酶活力以快速清除自由基 ,稳定膜结构 ,提高植株的抗寒性 .
3　总　结
有关植物在低温下显微结构变化的报道主要围绕各种经济作物 .本文初次对低温处理的
红树植物进行了亚显微结构的观察 .
在 1987～ 1989年 ,福建省先后数次从海南岛引种海莲 .至今的成活率虽然仅有 5% ,但已
成功地繁殖了第 2代胚轴 .经过 10多年抗寒的自然选择和个体的调节适应过程 ,它们的抗寒
力必然产生了变化 .掌握这些变化的资料 ,可为以后的扩种和其它树种的引种提供有力科学依
据 .实验表明 ,厦门海莲叶细胞膜在相同的低温处理下明显比海南海莲叶细胞膜更为稳定 ,可
耐受较长时间的低温培养 ,提示其抗寒能力有所提高 .这与同期叶片的其他抗寒性指标的比较
结果一致 .亚显微观察比以往常用的电解质电导率的变化更为直观、确定地反映了细胞膜在寒
害时的变化 ,有助于配合说明相关的抗寒性生理生化指标 SOD和 POD酶的变化 .
致谢: 本文的工作得到厦门大学电镜中心倪子绵老师和陈萍老师的帮助 ,特表感谢!
参考文献:
[ 1]　林鹏 ,傅勤 .中国红树林环境生态及经济利用 [M ].北京 ;高等教育出版社 , 1995. 11- 28.
[ 2]　卢昌义 .厦门地区红树林的生态恢复和永续利用 [ A ].周济 .可持续发展理论与实践 [ C].厦门: 厦门大学
出版社 , 1999. 361- 367.
[ 3]　简令成 . 40年“植物抗寒生理的细胞生物学研究”的一个总结 [ J].植物学通报 , 1999, 16(专辑 ): 15- 29.
[ 4]　沈漫 ,王明庥 ,黄敏仁 .植物抗寒机理研究进展 [ J].植物学通报 , 1997, 14( 2): 1- 8.
[ 5 ]　董合铸 ,孙龙华 ,简令成 .不同抗寒性小麦品种的麦苗在冰冻—— 化冻后叶片细胞亚显微结构的变化
[ J].植物学报 , 1980, 22( 4): 239- 242.
[ 6]　杨福愉 ,陈文雯 .低温对抗冷与不抗冷水稻线粒体膜的影响 [ J].植物学报 , 1986, 28( 4): 607- 614.
[ 7]　王建华 .超氧化物歧化酶 ( SOD )在植物逆境和衰老中的作用 [ J].植物生理学通讯 , 1989, 5( 1): 1- 7.
The Changes in Sub-microst ructure o f Leave
Cell f rom Introduced and O riginal Bruguiera
sexangula by Cold Treatment
ZHOU Yi-ming, LU Chang-yi
( The Envir. Sci. Res. Center, Key Lab. fo r M arine Env ir. Sci. of
Minist ry o f Education, Xiamen Univ. , Xiamen 361005, China)
Abstract: With transmission elect ron microscope, the changes in cell sub-microst ructure by
cold treatment fo r tw o kinds of Bruguiera sexangula: befo re and af ter it s introduction w ere
observ ed. It is concluded tha t af ter i ts no rthern 12-year t ransplant , B. sexangula has
enhanced the stability of pla sma membrane, then improved i ts cold resistance.
Key words: Bruguiera sexangula; membrane stability; sub-microst ructure; cold resistance
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图 1　未处理海南海莲细胞膜紧紧地贴附在细胞壁上
Fig. 1　 The cell membranes of B . sexangula from Hainan without treatm ent closely at ta ch the cell w alls
图 2　未处理厦门海莲细胞膜紧紧地贴附在细胞壁上
Fig. 2　 The cell membranes of B . sexangula from Hainan without treatm ent closely at ta ch the cell w alls
图 3　处理后海南海莲质壁分离和细胞质膜破裂
Fig. 3　 The cell membranes of B . sexangula from Hainan after tr ea tment sepa rate with the cell w alls
图 4　处理后厦门海莲质壁分离
Fig. 4　 The cell membranes of B . sexangula from Hainan after tr ea tment sepa rate with the cell w alls
图 5　未处理海南海莲线粒体的嵴和叶绿体的内囊体片层结构清晰可见
Fig. 5　 The stroma struc ture o f the thylakoid vesicles o f ch lo roplast and th e cristae o f mitochondria o f B .
sexangula from Hainan without treatment can be clear ly observ ed
图 6　未处理厦门海莲线粒体的嵴和叶绿体的内囊体片层结构清晰可见
Fig. 6　 The stroma struc ture o f the thylakoid vesicles o f ch lo roplast and th e cristae o f mitochondria o f B .
sexangula from Fujian without treat ment can be clea rly observ ed
图 7　处理后海南海莲线粒体的嵴和叶绿体的内囊体片层结构仍然较清晰
Fig. 7　 The stroma struc ture o f the thylakoid vesicles o f ch lo roplast and th e cristae o f mitochondria o f B .
sexangula from Hainan after tr ea tment remain rathe r clea r
图 8　处理后厦门海莲线粒体的嵴和叶绿体的内囊体片层结构仍然较清晰
Fig. 8　 The stroma struc ture o f the thylakoid vesicles o f ch lo roplast and th e cristae o f mitochondria o f B .
sexangula from Fujian after tr ea tment remain ra the r clea r
图例:
W: 细胞壁 ( cell wall)　　　 CM: 细胞膜 ( cell membrane)
C: 叶绿体 ( ch lo roplast) M: 线粒体 ( mitochondria)
V: 液泡 (v acuole) N: 细胞核 ( cell nuleus)
IS: 细胞间隙 ( intercellula r space )
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