大麦和玉米叶片叶绿体中Rubisco及其活化酶的免疫金标记定位

运用免疫金标记电镜技术研究了禾本科C3植物大麦(Hordeum vulgare L.)和C4植物玉米(Zea mays L.)叶片中Rubisoo及其活化酶(RCA)的细胞定位,结果表明:两种植物叶片解剖结构及叶绿体超微结构差别明显.在大麦叶细胞中,只有一种叶肉细胞叶绿体,Rubisoo和RCA主要分布于叶绿体的间质中.在玉米叶细胞中,存在着维管束鞘细胞和叶肉细胞两种类型叶绿体,Rubisco主要分布于鞘细胞叶绿体的基质中,但在叶肉细胞叶绿体中亦有少量特异性标记;RCA在鞘细胞叶绿体和叶肉细胞叶绿体的基质中都有分布.两种植物叶绿体结构及光合作用关键酶定位的不同,体现了C3植物和C4植物在光合器结构与功能上的差异.     

C4植物维管束鞘细胞中的叶绿体能否进行光反应?

现行高中《生物》选修教材中有这样的内容：C4植物的叶片中,围绕着维管束的是呈“花环型”的两圈细胞：里面的一圈是维管束鞘细胞,外面的一圈是一部分叶肉细胞．C4植物中构成维管束鞘的细胞比较大．里面含有没有基粒的叶绿体．这种叶绿体不仅数量比较多,而且个体比较大．叶肉细胞则含有正常的叶绿体。有的学生据此推测：在C4植物维管束鞘细胞中的叶绿体由于没有基粒,因此不能进行光反应,只能进行暗反应。     

C_3和C_4植物叶片内双磷酸核酮糖(RuDP)羧化酶之免疫荧光定位

我们用从菠菜提纯的RuDP 羧化酶制备兔抗RuDP 羧化酶抗体,用荧光免疫直接法在典型的C_3和C_4植物叶片横截面的冰冻切片内定位RuDP 羧化酶。抗RuDP 羧化酶抗体是用异硫氰荧光素(FITC)标记的。观察结果说明在C_4植物(玉米)叶切片中,特异荧光绝大部分集聚于维管束鞘细胞的叶绿体内。在C_3植物(小麦、大麦)叶切片中,特异荧光呈现在叶片叶肉细胞的叶绿体部位。两种植物中特异荧光分布的不同显示了它们的RuDP 羧化酶分布的不同。     

问题解答

问:C4植物维管束鞘细胞中的叶绿体能否进行光反应?答:现行高中《生物》选修教材中有这样的内容:C4植物的叶片中,围绕着维管束的是呈“花环型”的两圈细胞:里面的一圈是维管束鞘细胞,外面的一圈是一部分叶肉细胞。C4植物中构成维管束鞘的细胞比较大,里面含有没有基粒的叶绿体,这种叶绿体不仅数量比较多,而且个体比较大,叶肉细胞则含有正     

四种生态型芦苇叶片结构的研究

采用光学显微镜和电子显微镜对４种生态型芦苇（ＰｈｒａｇｍｉｔｅｓｃｏｍｍｕｎｉｓＴｒｉｎ．）叶解剖结构及叶脉维管束鞘细胞超微结构进行了观察研究。结果表明,沼泽芦苇维管束鞘细胞内含物较少,维管束鞘细胞叶绿体呈近圆形,超微结构与典型Ｃ３植物小麦鞘细胞的相似,基粒发育退化,不含淀粉粒;沙丘芦苇鞘细胞内含物较多,鞘细胞叶绿体呈近椭圆形,超微结构与典型Ｃ４植物玉米的相似,具有不发达的基粒;重度盐化草甸芦苇鞘细胞内含物则较沼泽芦苇多,而较沙丘芦苇少,鞘细胞叶绿体形态、超微结构与沙丘芦苇相似;轻度盐化草甸芦苇鞘细胞内含物与沙丘芦苇相似,但是,其鞘细胞含有与沼泽芦苇鞘细胞内叶绿体形态相似的近圆形以及与沙丘芦苇和重度盐化草甸芦苇鞘细胞内形态相似的近椭圆形两种形态的叶绿体。表明生长在同一地区不同环境中的４种生态型芦苇的光合结构发生了深刻的变异,表现出从Ｃ３向Ｃ４进化的明显趋势。     

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。     

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。     

大米草、高粱叶片内双磷酸核酮糖(RuBP)羧化酶的免疫荧光定位

C_4植物在叶解剖结构上,它的维管束鞘细胞内有叶绿体,这些细胞围绕着维管束排列成独特的“花环形”(Leatsch 1974)。这种特殊的形态结构与C_4植物具有高光合强度密切相关。 RuBP羧化酶是绿色植物同化大气中CO_2的关键酶。在C_4植物(玉米)叶切片中,该酶集中在维管     

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。     

日光温室光温因子对黄瓜叶绿体超微结构及其功能的影响

在日光温室内,研究了光温因子对黄瓜叶绿体超微结构及其功能的影响．结果表明,因季节之间光、温条件不同,日光温室黄瓜叶片显微结构和叶绿体超微结构有一定差异,1月份光照弱叶肉细胞较大,而5月份光照强叶绿体数较多．在该试验条件下,未发现叶片光合速率与叶绿体超微结构之间有直接或密切的相关性．在各生长季节其光合速率均为第4叶>初展叶>基部叶,与叶龄及各叶位的受光量有关．如果将不同叶位叶放在相同的光照下,则差异明显减少．黄瓜叶片的叶肉细胞、叶绿体和淀粉粒的大小以及叶绿体数、基粒数、基粒厚度、基粒片层数都随叶位的下降而呈增加趋势。不同品种、同品种不同生长时期的叶片显微结构和叶绿体超微结构及其功能也有一定的差异．限制日光温室冬季黄瓜光合作用的主要因素是光照弱、有效光照时数少,而在晴天温度的限制作用相对较小。阴天因光照弱而导致的室内低温则是限制黄瓜生长的关键因素．     

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。     

玉米叶肉原生质体和维管束鞘细胞的分离及CO_2固定

用简单、快速的方法从玉米幼苗初生叶分离出完整的有功能的叶肉原生质体和维管束鞘细胞束。羧化酶分布表明,初生叶属典型C_4型代谢。叶肉原生质体在光和暗中CO_2固定速率分别为7.2和 21.6 μmol·mg~(-1)chl·h~(-1)。加 10 mmol L~(-1)PEP,暗中的CO_2固定速率提高三倍,在光下PEP只有微弱促进作用。离体的维管束鞘细胞束也有一定的CO_2固定能力。     

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。     

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。     

玉米叶肉细胞和维管束鞘细胞中光合产物的分析

玉米苗照光后,叶肉细胞和维管束鞘细胞大量积累淀粉和可溶性糖(包括蔗糖),其中淀粉95％以上在维管束鞘细胞中。阻断光合产物输出时,两类细胞中蔗糖和淀粉积累都显著增加。离体维管束鞘细胞也能合成蔗糖。离体玉米叶内原生质体饲喂NaH~(14)CO_3并照光后,通常90％以上的~(14)C参入到有机酸和氨基酸中,3～10％参入糖和淀粉中。玉米叶肉原生质体具有直接利用CO_2合成碳水化合物的能力。     

花粒期光照对夏玉米光合特性和叶绿体超微结构的影响

在大田条件下,以夏玉米品种‘登海605’为试验材料,研究花粒期不同光照强度(正常光照、开花至收获期遮阴和开花至收获期增光)对夏玉米叶片光合、荧光性能和叶绿体超微结构的影响.结果表明:与对照相比,花粒期遮阴影响叶绿体排布及内部结构发育,基粒个数和基粒片层数均有不同程度减少,叶片的净光合速率、蒸腾速率、气孔导度、叶绿素含量下降,PSⅡ反应中心的实际光化学效率和最大光化学效率降低,非光化学淬灭系数数值增加,导致产量降低;增光后叶绿体结构良好,基粒片层排列紧致、清晰且数量增加,PSⅡ反应中心的实际光化学效率增加,净光合速率、蒸腾速率、气孔导度、叶绿素含量上升,叶片光合性能增强,产量增加.即花粒期遮阴破坏了夏玉米叶片叶绿体超微结构,降低了叶片光合能力,产量下降;花粒期增光增加了叶肉细胞中叶绿体的基粒和基粒片层,导致基粒片层排列紧密有序,有利于增加作物产量潜力.     

虉草营养器官解剖结构与抗旱耐涝性及利用之间的关系

为了从显微结构上进一步探讨虉草(Phalaris arundinacea L.)的抗旱耐涝性及与利用的关系,于2011年采用常规石蜡切片技术,对其根、茎叶3种营养器官进行解剖观察。结果表明,虉草根的结构自外而内依次为表皮、皮层、维管束鞘、初生韧皮部和初生木质部;茎由表皮、基本组织和维管束构成;叶片内部结构可分为表皮、叶肉和叶脉3部分。根皮层大的细胞间隙和气腔,初生木质部的后生大导管和茎基本组织解体形成的髓腔都是虉草良好的通气组织,是其耐水淹的主要显微特征。茎、叶片角质化的表皮和叶表皮所含的丰富泡状细胞组是虉草具有抗旱性的主要解剖结构特征。叶肉细胞排列紧密且只有少量气孔分布于叶片下表皮,这样的结构可减少蒸腾;叶肉细胞富含叶绿体,增强光合作用,获得更多的同化产物,确保了植株在干旱条件下也有足够的光合产物来维持正常的生理活动。茎、叶维管束部分大量的木纤维起到支撑作用。虉草根的皮层和维管柱部分、茎的基本组织和维管束部分、叶的叶脉部分都含有大面积的厚壁细胞,厚壁细胞中含有丰富的粗纤维和木质素。丰富的粗纤维、木质素等成分则是虉草能成为新能源燃料植物的必备条件。     

光合磷酸化偶联机制的研究——C_4植物鞘细胞与叶肉细胞叶绿体光合磷酸化与高能态的关系

用去除类囊体膜内外质子梯度(⊿H~+)的解联剂氯化铵(NH_4Cl)或尼日利亚菌素(nigericin+KCl),以及去除膜电位(⊿φ)的载离子体短杆菌肽(gramicidin D)和缬氨霉素(valinomycin+KCl)等解联剂,观察和比较了它们对玉米鞘细胞和叶肉细胞叶绿体光合磷酸化(PSP)反应的影响。在恒态照光下,发现氯化铵对叶肉细胞叶绿体光合磷酸化反应的抑制作用比鞘细胞叶绿体光合磷酸化反应要强烈得多。gramicidla D对这两种叶绿体的作用与NH_4Cl作用则相反,它对鞘细胞叶绿体磷酸化反应的抑制远比对叶肉细胞叶绿体磷酸化反应的抑制作用强烈。缬氨霉素对叶肉细胞叶绿体PSP活力无显著的影响,但对鞘细胞叶绿体PSP活力有明显的抑制作用。说明在恒态下这种叶肉细胞叶绿体的PSP反应中驱使ATP形成的PMF主要由(⊿H~+)组成,鞘细胞叶绿体中推动ATP形成的PMF主要组成为⊿φ。叶肉细胞叶绿体在氯化铵和短杆菌肽共同作用下它的PSP反应几乎完全被抑制,而鞘细胞叶绿体的PSP反应还残留为对照的23％。在⊿H~+和⊿φ完全消失的情况下,鞘细胞叶绿体仍能形成相当数量的ATP。这种现象再次说明可能还有一种不以膜内外势差(⊿H~+,⊿φ)形式的膜上高能态存在,这种高能态可直接推动ATP形成。     

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.     

几种C4和CAM植物光合亚途径的鉴别

C_4.植物鼠尾粟(Sporobolus indicus),金色狗尾草(Setaria glauca)、细叶结缕草(zoysia tenuifolia)、千金子(Leptochloa chinensis)和 CAM 植物芦荟(Aloe vera)属PEP 羧激酶亚型。C_4双子叶植物飞扬草(Euphorbia hirta)则为 NAD 苹果酸亚型。前面4种 PEP 羧激酶型的 C_4草本植物的维管束鞘细胞叶绿体呈均匀分布,与已知的该型的离心排列不同。认为这可为 C_4植物三种光合亚型的演化关系提供新的证据。