用显微分光光度术测定不同发育时期蚕豆子叶淀粉质体DNA含量

叙述了用显微光度术在亚细胞水平上测量蚕豆子叶细胞中淀粉质体Ｆｅｕｌｇｅｎ－ＤＮＡ含量，显示了在不同发育时期蚕豆子叶细胞中的淀粉体ＤＮＡ含量的动态变化。随着发育时期的递增，淀粉体ＤＮＡ拷贝数不断地增长。生长中期的淀粉体ＤＮＡ含量平均数为２．１４（任意单位），到了成熟期淀粉体ＤＮＡ平均含量增长到１０．１２（任意单位）。在成熟期，子叶细胞中的淀粉体ＤＮＡ含量比生长中期增长了９．６倍。通过生物统计分析，在亚细胞水平上质体间ＤＮＡ含量上的变量变化显示出了生物学上自然对数正态分布规律。

淀粉质体DNA的研究现状

淀粉质体含有丰富的DNA,平均每个淀粉质体含有数百个基因组拷贝。其分布特点因物种而异,大都集中于拟核区,有的分散于质体内。在淀粉质体发育过程中,DNA含量不断增加,成熟期达到顶峰,以贮藏形态存在,为种子的萌发和幼苗的形态建成提供核苷酸等原料。淀粉质体DNA具有与叶绿体DNA同源的序列,存在一些表达基因,如:16SrRNA、psbA。但在抑制区域富甲基化,尤其是5-甲基胞嘧啶,碱基的甲基化在aDNA基因的表达调控中起重要作用。

莲幼胚子叶细胞造淀粉体DNA的动态变化

莲(Nelumbo nucifera Gaertn.)幼胚子叶细胞造淀粉体和分离的造粉质体上均呈现强烈的 Feulgen 反应物质。经 DNA 酶处理后,在子叶细胞造淀粉体上呈 Feulgen 负反应。将分离的造粉质体用特异性的 DNA 荧光染料 DAPI 染色,造粉质体显示蓝色的荧光。实验证明,莲幼胚子叶细胞随着发育时期的增长,造粉质体 DNA 的含量逐渐增加,显示出有规律的动态变化过程。在电镜下观察,造粉质体 DNA 区域外无膜结构存在,故具有原核生物的特征。这种质体 DNA 的纤维丝直径大约为25。

淀粉体发育过程中淀粉核心、晶体结构与淀粉体DNA的关系

在马铃薯块茎、百合鳞茎淀粉体DNA的研究中,使用了3种DNA染色方法,都比较一致地反映了淀粉体DNA的分布和形态。又系统观察了在不同发育时期淀粉体及淀粉体DNA的变化,揭示了淀粉体DNA与淀粉核心、晶体结构的关系。实验证明,淀粉核心是淀粉体DNA最先出现的地方。DNA复制形成了晶体结构(晶体核)以及辐射状的晶体结构,这是淀粉体DNA随着发育时期的增长而不断复制的结果。

莲幼胚子叶细胞中淀粉质体的发育及其生物大分子的观察

莲胚子叶细胞中质体的产生从受精后的４ｄ左右一直延续到２１ｄ左右。质体的分裂是质体数目增加的一种方式。子叶细胞在发育阶段Ⅰ，即分生组织细胞中前质体大量出现，体积小，多为变形虫状，大量的位于细胞的外围。在电子密度低的区域能观察到前质体的纤维丝。从发育阶段Ⅱ（液泡化时期）一直到阶段Ⅲ中期（细胞处于功能期，物质合成与积累时期），质体在发育中出现一些片层结构和管状复合体，这时淀粉粒开始沉积，同时在淀粉质体的膜结构和基质中常能观察到像核糖体的颗粒。在受精后的１５ｄ左右，子叶细胞中质体开始大量合成并积累淀粉。与此同时，淀粉体ＤＮＡ开始出现，子叶细胞发育到授精后的１８－２２ｄ时，是淀粉质体ＤＮＡ复制的盛期。２３ｄ后，部分淀粉体显ＤＮＡ拟核区域，有的出现多个ＤＮＡ拟核区，这时淀粉体中有大量的蛋白质和蛋白块积累，一般沉积在质体的内膜周围。在部分质体中同时能观察到ＤＮＡ区域、蛋白质的积累和淀粉部分的存在。约在受精后２０ｄ，淀粉体核糖体的结构已清晰可辨。在发育阶段Ⅲ的后期，质体周围的基膜结构和核糖体颗粒已经观察不到了。淀粉质体是个半自主性的器官，它有自己的ＤＮＡ和ＲＮＡ。

莲种子萌发和幼苗生长时期营养物质的代谢变化

莲子叶细胞中储存了丰富的营养物质,主要为蛋白质、淀粉和淀粉质体DNA。这些贮藏物质为种子萌发和幼苗的生长提供必需的能量和养料。通过组织化学和显微镜观察,研究莲从种子萌发到植株生长至具有4个节时,子叶中贮藏物质消耗的全过程。在此过程中,子叶中的贮藏物质不断降解,营养物质发生转运。蛋白体首先发生降解,其大量降解主要发生在幼苗三叶期。淀粉质体降解时会聚集成团,之后体积逐渐减小,最后完全降解。种子萌发后65天是子叶贮藏物质消耗末期,淀粉质体DNA的含量比萌发后20天的三叶期明显减少。细胞壁的形态结构发生多种形式的变化,细胞壁发生的这些变化与子叶细胞间物质的运输有关。含多糖的球形颗粒通过维管束在子叶中运输。

淀粉质体遗传研究的现状与展望

淀粉质体来源于前质体,与叶绿体同源,具有其特有的遗传特性,是核外遗传的重要组成部分。本文综述了淀粉质体遗传研究方面取得的成果和进展。淀粉质体DNA发现于20世纪70年代,其含量随着组织发育的不同阶段有所变化,最后这些DNA作为贮藏的形式积累在质体中。淀粉质体基因组与叶绿体基因组同源性很高,但是不表达与光合作用有关的基因。现有的实验证据表明,淀粉质体基因组的表达调控发生在转录水平,与DNA甲基化有关。淀粉质体的发育受核基因组和质体基因组双重调控。组织发育到一定时期,淀粉质体中出现单核糖体和多聚核糖体;淀粉质体具有蛋白质合成体系。淀粉质体DNA及淀粉质体遗传的研究具有重要的理论和实际意义,对淀粉质体遗传进行深入的研究,将丰富核外遗传知识和理论。