基于体视觉原理的北海道黄杨抗寒性研究

摘要

北海道黄杨（Euonymusjaponicus.‘CuZhi’）系卫矛科卫矛属常绿阔叶植物，为大叶黄杨（EuonymusjaponicusL.）的栽培品种，由中国林科院1986年从日本引入我国。北海道黄杨不仅观赏价值高，在北方城市的绿化建设中备受青睐，而且抗寒性极强。北京属典型大陆季风气候，冬季漫长寒冷，北海道黄杨在常绿阔叶植物中表现良好。本研究以北海道黄杨叶片为材料，从细胞及生理生化水平上对其抗寒性进行系统的观察测定，其中细胞水平上首次利用体视学方法对超微结构的周年变化立体定量研究，丰富了植物抗性研究的细胞学理论。研究结果如下:
　　 1、利用光学显微镜观察分析了北海道黄杨叶片细胞显微结构的周年变化。结果表明:北海道黄杨叶片栅栏组织较厚，多为三层细胞。栅栏组织、海绵组织、角质层及叶片等的厚度从4月新叶期开始均增加，CTR，SR值不同月份差异显著。休眠前期10月，CTR值升高，而SR值下降，靠近栅栏组织的少数海绵细胞解体。严冬1月栅栏细胞中出现质壁分离现象。2月解体的海绵细胞数量增多，红色颗粒来自于秋冬解体的海绵细胞。栅栏组织及海绵细胞中间隔分布的晶细胞的数量不仅在越冬过程中逐渐增多，而且7月生长旺盛期也增多。
　　 2、利用透射电镜观察和体视学原理分析了叶肉细胞超微结构的周年变化。结果表明:4月新叶期北海道黄杨叶肉细胞壁较厚，细胞膜平滑，中央有一个大液泡，细胞核多分布于细胞的一侧，核仁清晰。叶绿体是最明显的细胞器，数量较多，沿细胞膜排列，一般为椭圆形，表面双层膜结构完整，被膜清晰，内含物丰富，类囊体多，基粒内囊体片层垛叠规则并和基质片层连成整体，片层间隙中有大颗淀粉粒。线粒体包围在叶绿体周围，多数呈圆形或椭圆形，体积比叶绿体小很多，双层膜结构完整，嵴数量多且清晰，呈线形，线粒体Vv、Sv值最大，说明线粒体代谢活跃。旺盛生长期7月叶绿体内嗜锇颗粒数目增多体积变大，叶绿体Vv、Sv和Nv升高。10月休眠初期至翌年2月休眠末期，叶绿体Vv和Nv的下降的直接原因是由于叶绿素含量的降低及淀粉粒体积的减小。Sv下降主要由于Rab变小。休眠前期10月大中央液泡分解为多个小液泡并有液泡内陷，质膜和细胞壁之间出现多层膜结构，扩大了细胞质膜的表面积，有利于低温来临时排除水分，避免胞内结冰。由于低温初期叶绿体膨胀及较大体积的叶绿体迅速降解，叶绿体Rsv显著升高。而线粒体因为肿胀，Rsv骤降。叶肉细胞在11月发生质壁分离，叶绿体膨胀，类囊体片层较稀疏，嗜锇颗粒增多，淀粉粒逐渐消失，各参数值为周年可测最低。1月质壁分离明显，细胞内已无中央大液泡，少数叶绿体边缘模糊，双层膜结构破坏。极少数被膜完全破裂，类囊腔扩大，并发生叶绿体的相互聚集。线粒体Sv增加，有利于增加内部嵴的面积，提高代谢活性。3月随着气温回升，细胞形态结构逐渐恢复。叶绿体数量增多，结构清晰，淀粉粒开始增多，嗜锇颗粒减少，仍有部分小液泡存在，但呈减少趋势。
　　 3、测定了自然越冬进程中的生理指标变化。结果表明:2010年10月至翌年3月，叶片叶绿素含量变化趋势与温度一致，1月值最低。MDA含量与SOD的活性均随温度的降低而升高，1月值最大，2月气温回升后降低。脯氨酸含量的变化也随温度的降低而升高，但最大值并未出现在平均低温最低的1月，而是2值最大。可溶性糖含量的变化先增加，1月达最大值后减少，淀粉含量的变化趋势与之相反。叶片组织含水量在越冬前后保持稳定。方差结果显示，不同月份间的可溶性糖、脯氨酸含量、SOD活性、叶绿素含量均差异显著。
　　 越冬过程中叶肉细胞细胞壁、质膜结构完整，各细胞器形态稳定。1月极端低温时，虽有极少数叶绿体破裂解体，但不影响细胞的整体活性。正是由于北海道黄杨叶肉细胞结构对低温的高度稳定性，才使其能在北方安然越冬。

目录

摘要

缩略词表

1 绪论

1．1 植物抗寒性研究进展

1．1．1 叶片组织结构与抗寒性

1．1．2 细胞超微结构与抗寒性

1．1．3 生理生化变化与抗寒性

1．2 体视学研究进展

1．2．1 体视学定义

1．2．2 体视学原理

1．2．3 体视学的应用

1．3 北海道黄杨的研究进展

1．4 本研究目的、意义

2 北海道黄杨叶片组织结构的季节变化

2．1 材料与方法

2．1．1 试验地概况

2．1．2 试验材料

2．1．3 取样方法

2．1．4 试验方法

2．1．5 数据分析

2．2 结果与分析

2．2．1 试验地气温变化

2．2．2 叶片组织显微结构特征

2．2．3 叶片组织显微结构变化

2．3 小结与讨论

3 北海道黄杨叶片超微结构的季节变化及其体视学研究

3．1 材料与方法

3．1．1 试验材料

3．1．2 试验方法

3．1．3 数据分析

3．2 结果与分析

3．2．1 超微结构特征

3．2．2 超微结构季节变化

3．2．3 主要细胞器的体视学参数的周年变化

3．3 小结与讨论

3．3．1 叶肉细胞超微结构与抗寒性

3．3．2 主要体视学参数

4 北海道黄杨自然越冬过程中的生理变化

4．1 材料与方法

4．1．1 试验材料

4．1．2 试验方法

4．1．3 数据处理

4．2 结果与分析

4．2．1 叶绿素含量的变化

4．2．2 可溶性糖和淀粉含量变化

4．2．3 脯氨酸含量的变化

4．2．4 丙二醛含量的变化

4．2．5 超氧化物歧化酶活性的变化

4．2．6 叶片组织含水量(占鲜重)的变化

4．3 小结与讨论

4．3．1 叶绿素含量的变化

4．3．2 可溶性糖、淀粉含量的变化

4．3．3 脯氨酸含量的变化

4．3．4 丙二醛含量的变化

4．3．5 超氧化物歧化酶含量的变化

4．3．6 叶片含水量的变化

5 结论

参考文献

致谢

声明