正丁醇和高光强下转玉米pepc基因水稻叶片超微结构的变化

以高光效高产的转玉米pepc基因水稻(PC)和野生型水稻(WT)为研究材料,在水稻苗期进行高光强处理(120 min,1 000 μmol·m-2·s-1)、高光强正丁醇复合处理(120 min,1 000 μmol·m-2·s-1+0.04%正丁醇)和正常光强处理(200 μmol·m-2·s-1,CK),运用透射电镜观察各处理材料叶肉细胞、维管束鞘、叶绿体、叶绿体片层以及线粒体等结构变化特点,并考察它们叶片的净光合速率(Pn)、磷酸烯醇式丙酮酸羧化酶(PEPC)活性以及收获后的产量构成因子等.结果发现:PC植株具有较高Pn和PEPC活性,与其较高的有效穗数、穗长、千粒重和籽粒产量相对应;与野生型(WT)相比,高光强处理的PC植株叶肉细胞完整,维管束鞘细胞排列整齐,类囊体片层厚,排列有序,堆叠整齐,并且线粒体有序地在叶绿体周围聚集;但经正丁醇和高光强复合处理的PC叶绿体类囊体片层则降解,淀粉粒累积,表现出类似于高光强下WT植株被损坏的超微结构特征.研究表明,转玉米pepc基因水稻叶片的叶肉细胞、叶绿体和线粒体等具有高光效的超微结构特征;PEPC可能通过磷脂酶D(PLD)途径产生的磷脂酸(PA)参与PC在高光强下对类囊体片层稳定性的调节.     

水杨酸和茉莉酸甲酯对丹参幼苗叶片显微结构、光合及非结构糖积累的影响

研究了水杨酸(SA)和茉莉酸甲酯(MeJA)处理对丹参(Salvia miltiorrhiza Bunge)幼苗叶片显微结构、叶片光合能力及幼苗中非结构糖积累的影响.结果显示:SA处理增加了丹参幼苗叶片气孔密度;叶肉细胞排列紧密、体积减小,叶肉细胞内叶绿体数目减少,但叶绿体体积增大,叶绿体基粒片层结构的数目增加;叶片中叶绿素a、b含量、叶气孔导度、蒸腾速率以及净光合速率均增加;同时,幼苗根中和叶片中酸性转化酶活性降低,幼苗地上部分蔗糖含量及可溶性糖总量显著高于对照.MeJA处理减少了叶片气孔密度,气孔发育畸形;叶肉细胞间隙增大,栅栏细胞层数减少,叶肉细胞内叶绿体数目减少,叶绿体体积减小,叶绿体基粒片层结构被破坏;叶片中叶绿素a及类胡萝卜素含量、叶片的净光合速率低于对照,叶气孔导度、蒸腾速率增强;同时,幼苗根中及叶中酸性转化酶活性增加,幼苗根中蔗糖含量及可溶性糖总量显著低于对照.可见,SA处理能促进植物叶片显微结构发育,增强叶片光合能力,抑制蔗糖降解并促进蔗糖积累;而MeJA处理则破坏了植物叶片显微结构,降低了叶片光合能力,促进了蔗糖降解并减少蔗糖积累.     

小麦低温种质的器官结构特征

通过对小麦冠层温度的长期观测,发现自然界存在株温持续偏低的低温种质,与其相对应,也有株温持续偏高的高温种质存在。应用光学显微镜和电子显微镜研究了小麦低温种质叶片显微和超微结构,测量统计了叶肉细胞长度、单位面积叶肉细胞数目、单个叶肉细胞中的叶绿体数目、叶肉细胞层数和叶绿体基粒片层数。结果表明,低温小麦种质较高温种质叶肉细胞小,排列紧密,叶肉细胞层数较多;叶绿体数量多,叶绿体基粒片层丰富;叶片维管束密集;随着生育期向成熟趋近,叶肉细胞、叶绿体、籽粒腹沟区有色层细胞等结构衰老缓慢。     

盐胁迫对玉米叶片叶肉细胞生物膜超微结构的影响

研究了NaCl胁迫对玉米叶肉细胞生物膜超微结构的影响. 结果表明：NaCl胁迫破坏了玉米叶片叶肉细胞生物膜的正常结构,50 mmol·L^-1 NaCl处理胁迫下,玉米叶肉细胞核膜,线粒体膜,细胞膜,叶绿体膜,液泡膜都受到不同程度的破坏,叶绿体基粒类囊体膨胀,间质片层空间增大,片层紊乱。100 mmol·L^-1 NaCl处理胁迫下,质膜,液泡膜,线粒体,叶绿体都受到严重的破坏。细胞质膜破坏,破损的叶绿体充斥在细胞间隙中;叶绿体外膜破坏,甚至解体消失,叶肉细胞中充满膜结构,基粒排列方向改变,垛叠层数减少,基粒和基质片层界限模糊不清,有的基粒解体消失,甚至叶绿体完全解体;核膜破坏、解体,核中的染色质高度凝缩;线粒体的数量增多,线粒体膜破坏,脊的数量减少,甚至整个线粒体破损解体;液泡膜破坏;由于各种生物膜的破坏,使细胞内充满许多囊状小泡、多泡体或斑层小体;叶肉细胞发生严重的质壁分离,严重时发生细胞壁断裂;甚至整个细胞溶解。     

榉树叶片解剖构造和叶肉细胞超微结构的观察

对取自不同季节的榉树(Zelkova schneideriana hand.-Mazz.)叶的解剖构造和叶肉细胞超微结构进行了观察。榉树叶表面被密集锥状单细胞毛,幼叶则还有头状腺毛。气孔多分布在叶下表面,为不规则型。上表皮细胞外壁具有明显的角质层加厚,局部上表皮由2层细胞组成。叶肉细胞分化为栅栏组织和海绵组织;栅栏组织1—2层细胞;海绵组织发达,常与气孔相连。叶肉有含晶细胞存在。叶脉的维管束鞘明显,是厚壁细胞。成熟叶肉细胞细胞器丰富,有8-9个周壁叶绿体,为巨大的长椭圆形,基粒片层清晰,有淀粉粒,少量脂滴。叶片开始转变颜色时,叶绿体由长椭圆形变得趋于圆形;基粒片层逐渐变得杂乱至模糊不清;脂滴数目增多。秋季叶色不同的榉树叶片解剖构造存在一定差异。     

糜子不同生育时期不同叶位叶片超微结构研究

对糜子不同生育时期、不同叶位叶片进行电镜观察.结果显示:(1)在籽粒灌浆中期以前,叶肉细胞排列整齐,细胞间隙小,细胞中叶绿体、线粒体等细胞器含量多.叶绿体、线粒体基质含量浓厚,高基粒片层数增加,胞问连丝畅通;(2)在籽粒灌浆中期以后,叶片迅速衰老,细胞解体,细胞间出现间隙,叶绿体减少,叶绿体基粒片层、基质片层解体.嗜锇颗粒变大增多.胞间连丝受到阻碍.(3)不同生育时期不同叶位叶绿体的高基粒片层数差异较大,其中在灌浆中期各叶位叶绿体高基粒片层数最高,在各生育时期旗叶的为最大.     

盐胁迫下芦苇叶肉细胞超微结构的研究

对青藏高原柴达木盆地柯柯盐湖边盐碱地上生长的芦苇叶肉细胞的超微结构进行了研究,并以西宁地区非盐碱地上生长的芦苇作对照。结果表明：西宁地区的芦苇叶肉细胞的叶绿体呈椭圆形,其膜系统完整,基粒片层和基质片层发育良好。在盐碱地上生长的芦苇叶肉细胞的叶绿体呈圆形,叶绿体内出现较大的淀粉粒,并发现有线粒体嵌入叶绿体的现象。叶绿体的类囊体膨大,线粒体的嵴也有膨大的现象。在盐湖水中生长的芦苇叶肉细胞,叶绿体的类囊体排列紊乱、扭曲、松散。类囊体膜局部被破坏,部分类囊体膜解体,空泡化,甚至消失,一些溶解了的类囊体流进细胞质中。综上所述,芦苇叶肉细胞超微结构的变化是该植物适应柯柯盐湖地区盐渍、低温、低气压、强辐射等环境因子的结果。     

Na2CO3胁迫对星星草叶肉细胞超微结构的影响

利用透射电镜技术对Na2CO3胁迫下星星草叶肉细胞超微结构进行了观察。结果表明：未胁迫的叶肉细胞排列疏松,各种细胞器结构完整,叶绿体含少量淀粉粒和脂质球。轻度盐胁迫（2g/L,4g／LNa2CO3）对叶肉细胞超微结构影响较小。中度盐胁迫（6g／L,8g／L Na2CO3）引起叶肉细胞超微结构的变化,叶绿体类囊体肿胀,基粒紊乱,不含淀粉粒,脂质球数量增加,叶绿体由原来的梭形或椭球形变成圆球状;部分线粒体嵴消失,出现晶体结构;中央大液泡破裂;核逐渐降解。高度盐胁迫（10g／L,12g／LNa2CO3）下,叶绿体片层结构消失,脂质球数量增加,体积变大,被大量的膜片层所包围,叶绿体内、外膜消失,叶肉细胞中看不到叶绿体的存在;膜片层包围线粒体;叶肉细胞中可见大量的泡状结构和膜片层,叶肉细胞死亡。上述结果表明,细胞器特别是叶绿体膜结构的破坏与盐胁迫叶肉细胞最终死亡密切相关。     

长穗颈温敏核不育水稻穗颈节间伸长与内源激素的关系

以水稻品种'长选3S'为研究对象,以'培矮64S'为对照,检测幼穗不同发育时期水稻穗颈节间中GA1、IAA、Z、ZR和ABA含量变化的结果表明,从二核期至始花后第3天,'长选3S'穗颈节间中的GA1和IAA含量先升后降,三核期出现峰值,'长选3S'穗颈节间中的GA1和IAA含量分别比'培矮64S'高6.5～10.6倍和9.5～26.9倍.在二核期和三核期,'长选3S'穗颈节间中GA1/ABA和IAA/ABA比值比'培矮64S'高,其(Z ZR)/ABA比值稍高,而Z ZR和ABA含量均比其低.这些结果表明水稻长穗颈基因还可能是通过调节激素之间平衡而控制水稻的茎伸长生长的.     

NaCl胁迫对5个引自北美的树种叶肉细胞超微结构的影响

为明确美国白蜡(Fraxinus americana L.)、茶条槭(Aceginnala Maxim.)、红桤木(Alnus rubra Bong.)、水紫树(Nyssa aquatica L.)和美国皂荚(Gleditsia triacanthos L.)5个引自北美的树种的耐盐性,采用水培方法、利用透射电镜技术对0(对照)、4和8 g·L-1 NaCl胁迫处理后5个树种1年生苗叶肉细胞超微结构的变化进行了观察和比较.观察结果表明:正常条件(0g·L-1NaCl)下,5个树种叶肉细胞在叶绿体形态、嗜锇颗粒数量等方面略有差异,但均未发生质壁分离现象.经NaCl胁迫处理后,5个树种叶肉细胞中的叶绿体和细胞核受到不同程度的损伤,表现为叶绿体膜消失,类囊体片层结构肿胀,叶绿体降解,嗜锇颗粒增大或增多,细胞核的核膜消失、核染色质凝聚;且随NaCl质量浓度的提高,损伤程度均逐渐加剧.4和8g·L-1NaC1胁迫条件下,美国皂荚、茶条槭和水紫树的叶肉细胞发生质壁分离现象,而红桤木、美国白蜡和水紫树的叶肉细胞内出现环状片层.根据观察结果,推测红桤木和美国白蜡对NaCl胁迫的耐性较强,美国皂荚和茶条槭也有一定的耐性,而水紫树的耐性最弱.     

Photosynthetic characteristics of a new yellow-green mutant with high photosynthetic rate in rice (<Emphasis Type="Italic">Oryza sativa</Emphasis> L.)

Contents of chlorophylls and carotenoids in yellow-green mutant Biao 810S were approximately half those in control type 810S. Biao 810S had fewer grana lamellae and looser structure than 810S, lower volume of starch granules in chloroplasts, but under high temperature and high irradiance the net photosynthetic rate (P _N) of Biao 810S was higher than that of 810S. The chlorophyll fluorescence parameter F_v/F_m of Biao 810S was little higher and photochemical quenching q_P was obviously higher than those of 810S. No significant differences in P _N and biomass were observed in their hybrid combination. The yellow-green mutant phenotype may be a useful genetic marker of P(T)GMS rice used for hybrid seed production.     

Photosynthetic characteristics of C4 trait in chlorina mutant of rice (Oryza sativa L.)

Biao 810S is a chlorina mutant of the thermosensitive genic male sterile (TGMS) rice. We compared photosynthetic characteristics of these two lines. The contents of chlorophylls and carotenoids in Biao 810S were approximately half of those in 810S. However, the net photosynthetic rate (P _N) of Biao 810S was higher than that of 810S under high irradiance or low concentration of carbon dioxide, and the photon quantum efficiency was higher than that of 810S. The activity of ribulose-1,5-bisphosphate carboxylase/oxygenase in Biao 810S was only 69.80 % of that in 810S, but the activities of phosphoenolpyruvate carboxylase and NADP-malic enzyme were 79.50 and 69.06 % higher than those of 810S, respectively, suggesting that the efficiency of photon energy utilization in Biao 810S was enhanced by reduction of thermal dissipation and increase of electron transfer rate to generate sufficient assimilation power for the dark reactions. Consequently, the increased activities of C₄ photosynthetic enzymes lead to more effective fixation of CO₂ and the synergistic effect of light and dark reactions contributed to the higher P _N of Biao 810S.     

小麦黄化突变体叶绿体超微结构研究

利用透射电镜对小麦自然黄化突变体及其突变亲本(西农1718)叶片细胞叶绿体的数目、形态及超微结构进行比较分析。结果发现:(1)3种不同黄化程度突变体的叶绿体分布、数目、形状及大小与突变亲本无明显差异;(2)突变体叶绿素含量为野生型58%的黄绿植株与其突变亲本叶绿体超微结构无明显差异,基质类囊体与基粒类囊体高度分化,基粒数目以及基粒片层数目较多;(3)突变体金黄和绿黄植株的叶绿素含量分别为野生型的17%、24%,其叶绿体超微结构与突变亲本明显不同,突变体的叶绿体发育存在明显缺陷,其中突变体金黄植株的叶绿体内无基粒、基质片层清晰可见,有淀粉粒,嗜锇颗粒较多,而突变体绿黄植株的叶绿体内有基粒,但明显少于突变亲本,且基粒片层较少,基质类囊体较发达。结果表明该黄化突变体叶绿体超微结构的改变,是由于叶绿素含量降低造成,推测,该黄化突变是由于叶绿素合成受阻导致的。     

Nuclear mutation leads to an accelerated turnover of chloroplast-encoded 48 kd and 34.5 kd polypeptides in thylakoids lacking photosystem II

We have studied the synthesis and accumulation of a chloroplast-encoded 48 kd chla-reaction center protein and the 34.5 kd `atrazine binding' protein in a nuclear maize mutant which fails to assemble photosystem II reaction centers. The failure of these polypeptides to accumulation in mutant thylakoids is not due to direct nuclear control over their synthesis but is rather due to their specific, accelerated turnover from the thylakoid membrane. The accelerated turnover of these polypeptides in mutant thylakoids is largely independent of illumination conditions, as accelerated turnover occurs in the dark as well as in the light. In contrast to wild type, the 48 kd and 34.5 kd polypeptides are preferentially associated with stroma, rather than grana, lamellae in mutant membranes, suggesting that turnover occurs before these polypeptides become enriched in the grana. The nucleus thus plays a role in the stabilization of these chloroplast-encoded photosystem II reaction center polypeptides.     

浅绿叶水稻突变体的特性与遗传分析

在簇生稻与粳稻日本晴杂交后代F8世代中发现一个能稳定遗传的浅绿叶色突变体(pgl,pale green leaf)。与野生型相比,突变体pgl株高、剑叶宽、主穗粒数和千粒重均显著下降。从幼苗开始,突变体pgl叶片都表现为浅绿色。在苗期和抽穗期突变体叶片的叶绿素含量都极显著低于野生型,其中叶绿素b的含量极低,仅为0.002~0.003 mg/g,突变体pgl表现为叶绿素b的缺失。在分蘖期与齐穗期,突变体pgl的净光合作用速率与野生型相当。叶绿体超微结构观察表明突变体pgl的叶绿体基质片层和堆叠层数较少。遗传分析发现浅绿叶色表型由一对隐性细胞核基因控制。采用BSA法,通过全基因组SNP芯片分析,浅绿叶色基因pgl被定位于水稻第10染色体上的22806614~23000408区间,与R1022900951CA标记紧密连锁。突变体pgl与另外3个浅绿叶色突变体(W1、Y406和Y45)的等位性检测结果表明浅绿叶色基因pgl与突变体W1的浅绿叶色基因为等位基因。对pgl的候选基因LOC_Os10g41780(叶绿素a加氧酶,chlorophyll a oxygenase)的序列比对发现,在突变体pgl中,LOC_Os10g41780在第2507和3136位碱基处分别发生1个T的缺失和T变成C的替换。分析发现,第3136位碱基位于第9外显子内,其碱基T变C的替换导致其编码的精氨酸变成色氨酸。本研究鉴定的突变体pgl和W1为LOC_Os10g41780的新变异,为阐明浅绿叶色形成的分子机理和光合作用机理的研究提供了特异资源。     

玉米不同叶位叶片叶绿体超微结构与光合性能的研究

对玉米植株基部（第3叶）,中部（果穗叶）和上部（倒2叶）叶位叶片,进行叶绿体超微结构的观察,并测定了叶绿素含量和光合强度,结果表明,不同叶位叶片叶肉细胞中叶绿体的超微结构,随叶位上升而渐趋复杂化,果穗叶最为显著,向上又趋简单,具体表现为基粒片层的数目随叶位上升而增多基质片层和基质也随之增加,果穗叶最多,向上又趋减少,不同叶位叶片叶绿素含量和光合强度,果穗叶高于其它叶位。     

Composition and Function of Thylakoid Membranes from Grana-rich and Grana-deficient Chloroplast Mutants of Barley

Chlorophyll-deficient barley (Hordeum vulgare) mutants were studied that had chlorophyll a/b ratios either higher or lower than the wild type. Mutants with high ratios (>5.2) had a reduced proportion of their photosynthetic lamellae appressed into grana (“grana-deficient” mutants) compared with wild type (chlorophyll a/b = 3.2), while the majority of lamellae in the chloroplasts with low chlorophyll a/b ratios (2.0-2.4) were organized into grana (“grana-rich” mutants).     

黄瓜矮生突变体C1056的茎解剖结构及其生理特性分析

该研究以黄瓜矮生突变体C1056和野生型CCMC为材料,对其主要生理特性、叶绿体超微结构以及茎显微结构进行了观察、测定和比较分析,以探讨黄瓜株高调控机理并挖掘新的矮化种质,为黄瓜的矮化育种提供依据。结果显示:(1)突变体C1056的株高较野生型极显著变矮,且叶色加深、叶脉加粗、叶尖内卷、叶片皱缩,但茎粗、节间数与野生型无显著差异,而节间长度极显著低于野生型。(2)茎横切显微结构显示,突变体的维管束数量与野生型无显著差异,但导管直径缩小;纵切结果显示,突变体茎节间细胞长度变短,细胞变小,细胞数目略有补偿。(3)与野生型相比,突变体的叶绿素和类胡萝卜素含量均有不同程度的下降,叶绿素/类胡萝卜素和叶绿素a/b的比值明显增高。(4)突变体叶绿素荧光各参数与野生型相比无明显变化;突变体的净光合速率较野生型降低8%,气孔导度、蒸腾速率较野生型分别提高15%和10%,但差异均不显著,而胞间CO2浓度显著高于野生型。(5)透射电镜观察结果发现,与野生型相比,突变体的叶肉细胞比较小,叶绿体所占细胞面积明增大,且叶绿体形状为半圆形和纺锤形,部分非正常结构的叶绿体的大部分基质、基粒片层未完全分化且不清晰,垛叠不整齐。研究表明,黄瓜矮生突变体C1056的矮化主要因其节间长度缩短以及细胞变小所致,且突变体的叶绿体结构受到一定程度的影响,但并未明显影响其光合能力。     

Ultrastructural alterations to chloroplasts in triazine-resistant weed biotypes

Ultrastructural, morphometric and physiological techniques were used to determine the consistent chloroplast differences between triazine-resistant (R) and triazine-susceptible (S) biotypes of Amaranthus hybridus L., Chenopodium album L., and Brassica campestris L. All R biotypes had a larger proportion of the chloroplast volume as grana lamellae and a lower proportion of starch and stroma lamellae than S biotypes. In the R biotypes, a greater percentage of grana contain larger numbers of thylakoids per granum. A greater proportion of chlorophyll associated with the light-harvesting chlorophyll alb protein and a lower chlorophyll alb ratio, traits associated with an increase in grana lamellae, were noted in R biotypes. Chloroplasts of S biotypes could be modified to ultrastructural phenocopies of those in R biotypes by treatment with sublethal levels of the PSII inhibiting herbicides, bentazon, diuron, atrazine and prometon. Despite the structural similarities to R biotypes, the modified S biotypes were not resistant to atrazine as determined by fluorescence measurements. Thus, the structural alterations observed are apparently secondary effects of impaired photosynthetic electron transport in R biotypes, and are not the cause of triazine resistance.     

定位于类囊体膜的PPF1在转基因拟南芥中的表达影响叶绿体的发育

PPF1是一个与植物营养生长相关的基因。它编码的产物可能是一个膜蛋白并与拟南芥叶绿体中的类囊体蛋白ALB3有很高的同源性。免疫电镜分析表明PPF1蛋白同样主要定位于类囊体膜 ,而且在短日照G2豌豆开花两周后仍发育良好的叶绿体中有很高的表达 ,在长日照豌豆同时期非正常叶绿体中丰度非常低。对转基因拟南芥和野生型植株的叶片衰老进程比较发现 ,PPF1在拟南芥中的过量表达可以延缓叶片的衰老 ,而用PPF1反义mRNA抑制拟南芥中的同源基因ALB3则明显加快叶片衰老速度。对转基因拟南芥的超微结构分析显示 ,PPF1在拟南芥中过量表达时 ,转基因植株的叶绿体比野生型植株的叶绿体大并含有更多的基粒和基质类囊体膜 ;相反 ,反义PPF1表达抑制其在拟南芥中的同源物时 ,转基因植株的叶绿体比野生型植株的叶绿体小并含有较少的基粒和发育较差的类囊体膜系统。这些数据表明叶绿体的发育状况与PPF1或拟南芥同源物ALB3的表达水平呈正相关。我们的结果提示PPF1基因可能通过控制叶绿体的发育状况来调节植物的发育。