熱依拉·熱合曼,帕提姑·依明,阿不都拉·阿巴斯,帕孜來提·拜合提

(新疆大學(xué) 生命科學(xué)與技術(shù)學(xué)院,烏魯木齊 830046)

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銅離子脅迫對兩種地衣細胞結(jié)構(gòu)的影響

熱依拉·熱合曼,帕提姑·依明,阿不都拉·阿巴斯,帕孜來提·拜合提*

(新疆大學(xué) 生命科學(xué)與技術(shù)學(xué)院,烏魯木齊 830046)

摘要:采用光學(xué)顯微鏡徒手切片技術(shù)和透射電子顯微鏡超薄切片制備技術(shù),以兩種葉狀地衣即中國樹花(Ramalinasinensis)和地卷(Peltigerarufescens)為實驗材料,研究了不同濃度CuSO4(0、1、2、3、4 mmol/L)處理24 h后地衣體細胞的存活率以及Cu2+脅迫對細胞超微結(jié)構(gòu)的影響。結(jié)果顯示:(1)光學(xué)顯微鏡下可初步確定,Cu2+濃度越大中國樹花共生藻細胞存活率越小,而同樣處理條件下地卷共生藻細胞的存活率則基本保持不變。(2)低濃度Cu2+(<1 mmol/L)對中國樹花細胞結(jié)構(gòu)基本無影響,細胞壁、細胞膜及細胞內(nèi)的線粒體、葉綠體完整;隨著Cu2+濃度增加,當處理Cu2+濃度為2 mmol/L時,細胞壁無損,但細胞膜開始破壞形成小空泡,線粒體嵴變凌亂,葉綠體也出現(xiàn)皺縮,類囊體膨脹,基粒排列紊亂;當Cu2+處理濃度大于2 mmol/L時,共生藻的細胞膜和細胞器出現(xiàn)不同程度的損傷;當Cu2+濃度為3 mmol/L時,細胞壁變薄,細胞膜形成的空泡變大,細胞內(nèi)部結(jié)構(gòu)變松散,蛋白核消失,葉綠體與細胞質(zhì)混在一起,基粒片層扭曲,分布混亂,線粒體變形;當Cu2+濃度達4 mmol/L時,細胞結(jié)構(gòu)完全受到破壞。(3)不同濃度Cu2+處理對地卷共生藻細胞結(jié)構(gòu)無明顯的影響,在所有處理條件下地卷共生藻細胞壁、細胞膜都完整,且大多數(shù)共生藻細胞處于分裂狀態(tài)。研究認為,中國樹花對Cu2+脅迫較敏感,Cu2+耐受在1～2 mmol/L 之間,Cu2+濃度與中國樹花細胞結(jié)構(gòu)的損傷程度存在著明顯的劑量效應(yīng)關(guān)系,Cu2+濃度越高,其屬于共球藻的真核共生藻細胞受損程度越大;地卷對Cu2+脅迫具有一定的耐性,Cu2+脅迫下地卷屬于藍藻的原核共生藻細胞仍能繁殖分裂產(chǎn)生子代細胞。

關(guān)鍵詞:銅離子脅迫;中國樹花;地卷;細胞結(jié)構(gòu)

地衣是一類特殊的生物類群,是異養(yǎng)的真菌和自養(yǎng)的藻類所形成的共生體。地衣的形態(tài),按生長型可分為殼狀、葉狀、枝狀三種主要類型。地衣無根莖葉分化,地衣缺乏像高等植物那樣的真皮層和蠟質(zhì)層,污染物容易進入體內(nèi),致使體內(nèi)有害物質(zhì)高出周圍許多倍,在重金屬脅迫條件下大多數(shù)地衣不能生長,會出現(xiàn)“地衣荒漠”[1]。 近年來工礦企業(yè)“三廢”排放量的增加和含有銅、鋅等重金屬廢水及殺菌劑在農(nóng)業(yè)上的頻繁使用,使環(huán)境中的金屬含量增加,重金屬成為一類具有潛在危害的重要污染物,有關(guān)生物對重金屬的吸收、積累和生理生化變化以及耐性機理等方面的研究已成為國際科學(xué)領(lǐng)域的研究熱點之一[2-4]。

文獻報道,絕大多數(shù)地衣對環(huán)境中的重金屬很敏感,是監(jiān)測環(huán)境污染理想的材料[5-7]。1968 年4月在荷蘭舉行的“大氣污染對于動植物影響”會議也曾作出決議,推薦隱花植物(主要指苔蘚和地衣) 為大氣污染的指示植物[8-10]。因此,除了地衣學(xué)工作者外,越來越多的應(yīng)用生物學(xué)家和環(huán)境生態(tài)學(xué)家對地衣作為環(huán)境污染指示生物發(fā)生了興趣。研究報道,銅離子脅迫對葉狀地衣中國樹花生理生化特性具有明顯的影響,中國樹花對銅離子脅迫較敏感,可作為大氣污染較理想的指示生物[11]。最近Martin等[12-15]研究了重金屬脅迫對多種地衣的影響,發(fā)現(xiàn)地卷對銅具有富集能力,具有一定的耐性,可見不同地衣對同一種重金屬脅迫的響應(yīng)存在明顯的差異。新疆分布有大量的中國樹花和地卷,中國樹花(Ramalinasinensis)屬于地衣植物門(Lichenes)、茶漬目(Lecanorales)、樹花科(Ramalinaceae)、樹花屬(Ramalina),而地卷(Peltigerarufescens)屬于地衣植物門(Lichenes)、地卷目(Peltigerales)、地卷科(Peltigeraceae)、地卷屬(Peltigera)。目前重金屬對生物體傷害或耐性機制研究所用的眾多方法中,用細胞超微結(jié)構(gòu)的變化監(jiān)測重金屬對生物體的影響是一種很好的方法之一。因此本研究以在新疆有大量分布的這兩種葉狀地衣即中國樹花和地卷為主要研究對象,首次用光學(xué)顯微鏡和透射電子顯微鏡技術(shù)研究了不同濃度Cu2+脅迫對地衣細胞結(jié)構(gòu)的影響,這一研究從細胞水平考察地衣生物對重金屬銅的響應(yīng)特點,為進一步深入探索地衣重金屬傷害或耐性機理具有重要的參考價值。

1材料和方法

1.1供試材料

中國樹花和地卷于2013年5月采自烏魯木齊南山八一林場,海拔高度為1 779 m。采集的標本在實驗室由新疆大學(xué)中國新疆干旱區(qū)地衣研究中心的阿不都拉·阿巴斯教授的幫助下,按照傳統(tǒng)的地衣分類方法進行分類鑒定。

1.2實驗設(shè)計

在空培養(yǎng)皿中放入濾紙,每個培養(yǎng)皿中的濾紙上噴灑不同濃度[0(對照組)、1、2、3、4 mmol/L]的CuSO4(5 mL)以后,將預(yù)先從采集樣本中選擇出的新鮮、地衣體大小幾乎相等的中國樹花和地卷的地衣體材料分別放入噴灑CuSO4的濾紙上,蓋上培養(yǎng)皿蓋,放入光照培養(yǎng)箱內(nèi),18～20 ℃條件下處理24 h。每種質(zhì)量濃度設(shè)3個重復(fù)。24 h后,一部分樣品用于光學(xué)顯微鏡觀察統(tǒng)計細胞的存活率,而另一部分樣品放入3%戊二醛固定液中4 ℃保存,用于超薄切片的制備。

1.3光學(xué)顯微鏡觀察

將用于光學(xué)顯微鏡觀察的材料制作徒手切片,光學(xué)顯微鏡(10×40)下觀察兩種地衣藻層與菌層的變化并用中性紅染色約15 min,統(tǒng)計死亡細胞數(shù)量并按以下公式計算活細胞率。

活細胞率=(細胞總數(shù)-死細胞數(shù))/細胞總數(shù)×100%

細胞總數(shù)指一定視野范圍的可觀察細胞數(shù)量,每個處理組觀察50個不同視野范圍進行觀察統(tǒng)計,3個重復(fù)實驗組共觀察統(tǒng)計150個視野范圍,取平均值,計算活細胞率。

1.4樣品超薄切片的制備

4 ℃保存的用于超薄切片制備的樣品從3%戊二醛固定液中取出,用0.2 mol/L磷酸緩沖液洗滌2 h。接著,用1%餓酸制作固定液后固定1.5 h,然后在常溫下用磷酸緩沖液沖洗0.5 h。分別進行30%→50%→70%的乙醇脫水,每次15 min。然后放4 ℃冰箱過夜。第2天繼續(xù)分別進行80%→90%乙醇脫水,每次15 min,最后100%乙醇脫水2次,每次0.5 h。接著用丙酮+乙醇(1:1)脫水0.5 h,丙酮+乙醇(4:1)脫水0.5 h,純丙酮脫水0.5 h。脫水溫度均為0 ℃～4 ℃,即每次換好脫水劑之后立即放進符合溫度要求的冰箱。分別用丙酮:包埋劑(環(huán)氧樹脂812)為1:1、4:1和純的滲透劑進行滲透。1:1比例滲透1 h,4:1滲透3 h,處理溫度均為32 ℃～35 ℃。最后,加純包埋劑(環(huán)氧丙烷包埋劑812)滲透。切片用枸椽酸鉛和2%醋酸鈾雙染色(分別用鈾和鉛染色)。在電鏡室的日立H-600型透射電子顯微鏡下進行觀察、拍攝。

2結(jié)果與分析

2.1Cu2+脅迫對兩種地衣及共生藻細胞活性的影響

1 mmol/L Cu2+濃度處理結(jié)果顯示,中國樹花地衣體中共生藻細胞層的面積與對照組(圖版Ⅰ,1)相比較變化不明顯,但菌層開始出現(xiàn)變黑現(xiàn)象(圖版Ⅰ,2)。Cu2+濃度為2 mmol/L時,共生藻層的面積開始變小,共生菌層的變黑現(xiàn)象也明顯(圖版Ⅰ,3)。Cu2+濃度為3 mmol/L時,共生藻層的面積變得更小,共生菌絲大部分已變黑(圖版Ⅰ,4)。Cu2+濃度增高到4 mmol/L時整個地衣體的共生藻細胞與菌絲基本上大部分死亡(圖版Ⅰ,5)。

另一種研究材料地卷用不同濃度的Cu2+處理后的結(jié)果與中國樹花截然不同,對照組地卷共生藻層與菌層的界限清楚,且菌層的面積明顯比藻層大(圖版Ⅰ,6)。Cu2+濃度為2 mmol/L時,藻層的面積變化不明顯,菌層也完整(圖版Ⅰ,7)。Cu2+處理濃度達到3 mmol/L以及4 mmol/L時,地卷共生藻層與菌層結(jié)構(gòu)完整,與對照組比較無明顯的變化(圖版Ⅰ,8、9)。

用中性紅染色法統(tǒng)計死亡細胞數(shù)量并計算Cu2+脅迫下兩種地衣體共生藻細胞的存活率,結(jié)果顯示:處理Cu2+濃度越大中國樹花共生藻細胞死亡率越大(圖1),對照組活細胞率為99%,而Cu2+濃度增加到4 mmol/L時,中國樹花共生藻細胞的存活率僅是17%,說明中國樹花對低濃度的Cu2+較敏感。而同樣的Cu2+濃度處理條件下,地卷共生藻細胞的存活率基本保持不變,處理Cu2+濃度提高到4 mmol/L時,地卷共生藻的活細胞率是93%。為了進一步弄清Cu2+脅迫對這兩種地衣共生藻細胞的影響,對其共生藻細胞超微結(jié)構(gòu)的變化進行了研究。

圖1　Cu2+脅迫下中國樹花與地卷共生藻細胞活細胞率

2.2銅離子脅迫對中國樹花藻細胞超微結(jié)構(gòu)的影響

在透射電鏡下可見,對照組中的中國樹花共生藻細胞壁較厚,細胞形態(tài)規(guī)則,細胞膜與蛋白核清楚,結(jié)構(gòu)完整(圖版Ⅱ,1;圖版Ⅲ,1)。

在1 mmol/L Cu2+處理時,中國樹花共生藻細胞外部結(jié)構(gòu)稍微變形,但細胞壁沒有受損,細胞膜的變化不太明顯;蛋白核變小,細胞內(nèi)的線粒體、葉綠體可以看清。線粒體聚集在細胞膜的邊緣,線粒體呈比較規(guī)則的球形或橢球形,雙層被膜結(jié)構(gòu)完整,嵴清晰可見,呈隨機排列,在細胞質(zhì)基質(zhì)中少量分布。葉綠體多為橢圓形,內(nèi)部的基粒片層發(fā)生腫脹,內(nèi)部結(jié)構(gòu)清晰,基粒片層排列整齊,基粒類囊體和基質(zhì)片層形成完整的膜系統(tǒng),分布于細胞邊緣,貼于細胞壁(圖版Ⅱ,2;圖版Ⅲ,2～4)。

當Cu2+濃度提高到2 mmol/L時,細胞的形態(tài)、細胞壁都無損,細胞膜開始受到破壞,形成小空泡和小的淀粉顆粒,蛋白核已消失。葉綠體開始皺縮,外膜發(fā)生部分解體,類囊體發(fā)生膨脹,空泡化加劇,基質(zhì)片層扭曲,基粒排列紊亂甚至模糊成絮狀,葉綠體膜系統(tǒng)受損。線粒體嵴凌亂呈破壞狀態(tài),有的線粒體膨脹,有的嵴數(shù)量較少,大多膨大成囊泡狀(圖版Ⅱ,3;圖版Ⅲ,5、6)。

Cu2+濃度為3 mmol/L時,細胞壁變薄,細胞膜出現(xiàn)比較明顯的變化,形成的空泡變大,空泡里可以看出淀粉顆粒,細胞內(nèi)部結(jié)構(gòu)變松散,蛋白核已消失。葉綠體與細胞質(zhì)混在一起,基粒片層扭曲,分布混亂。線粒體變形,線粒體膜破裂,嵴的數(shù)量減少且結(jié)構(gòu)模糊,幾乎很難分辨細胞內(nèi)的線粒體結(jié)構(gòu)(圖版Ⅱ,4;圖版Ⅲ,7、8)。

Cu2+濃度高達4 mmol/L時,細胞結(jié)構(gòu)完全受到破壞,細胞壁基本上已消失,細胞膜已破壞。細胞內(nèi)物質(zhì)出現(xiàn)凝聚狀態(tài),細胞壁完全消失,細胞膜的損傷更嚴重,形成的空泡更大,形成較多的脂肪顆粒(圖版Ⅱ,5;圖版Ⅲ,9)。

2.3銅離子脅迫對地卷藻細胞超微結(jié)構(gòu)的影響

不同濃度Cu2+處理對地卷藻細胞結(jié)構(gòu)無明顯的影響,在所有處理條件下地卷共生藻細胞壁、細胞膜都完整。地卷的共生藻(藍綠藻)細胞本身無蛋白核,細胞內(nèi)部結(jié)構(gòu)也完整,大多數(shù)藻細胞不但沒受到破壞,反而都處于分裂狀態(tài)(圖版Ⅱ,6～9),很可能Cu2+對地卷共生藻細胞的分裂生長有利,并起一定的促進作用(相關(guān)驗證實驗正在進行中)。4 mmol/L Cu2+處理濃度還沒達到破壞藻細胞的程度,這一實驗結(jié)果說明地卷共生藻對Cu2+脅迫有較強的耐性。

3討論

3.1Cu2+脅迫對中國樹花產(chǎn)生傷害

光學(xué)顯微鏡結(jié)果表明,中國樹花對較低濃度的Cu2+也很敏感。不同濃度的Cu2+脅迫對中國樹花共生藻細胞形態(tài)結(jié)構(gòu)的影響呈現(xiàn)階段性的變化。對照組和低濃度Cu2+(小于1 mmol/L)對中國樹花細胞結(jié)構(gòu)基本上無影響,而隨著Cu2+處理濃度的增大(大于2 mmol/L)細胞膜結(jié)構(gòu)開始受到損傷。

細胞膜主要是由雙層磷脂和蛋白質(zhì)構(gòu)成,富有大量不飽和脂肪酸。各種外界元素進入到細胞內(nèi)之前,首先要經(jīng)過細胞壁和細胞膜。因此,細胞壁和細胞膜是細胞自我保護的第一道屏障[16-17]。過量的Cu2+會導(dǎo)致氧化脅迫,脅迫的結(jié)果是發(fā)生脂質(zhì)過氧化反應(yīng),破壞細胞的膜結(jié)構(gòu)。植物由于接觸重金屬產(chǎn)生過量的自由基,這些自由基攻擊細胞膜上的不飽和脂肪酸,使細胞膜結(jié)構(gòu)松散,導(dǎo)致細胞內(nèi)的一些物質(zhì)外流,細胞迅速失水干燥,細胞膜的這些變化導(dǎo)致其功能的下降乃至喪失,使得重金屬更容易進入細胞內(nèi),這樣就形成惡性循環(huán),導(dǎo)致更嚴重的毒害[16-18]。本研究結(jié)果顯示Cu2+脅迫對中國樹花的傷害中,細胞膜損傷最顯著且較嚴重。

一旦細胞膜破損就會導(dǎo)致細胞內(nèi)與產(chǎn)能有關(guān)的兩個重要細胞器的損傷。葉綠體是植物細胞所特有的能量轉(zhuǎn)換器,其超微結(jié)構(gòu)與光合功能密切相關(guān)。Cu2+脅迫濃度越高,細胞受損程度越大,葉綠體膜系統(tǒng)受損,類囊體空泡化現(xiàn)象十分明顯,研究表明,空泡化或解體往往造成全部功能的喪失[19]。線粒體結(jié)構(gòu)的損傷,會導(dǎo)致其內(nèi)部的電子傳遞體系和氧化磷酸化循環(huán)受阻,從而導(dǎo)致細胞呼吸作用減弱,有氧糖代謝受阻,最終影響植物的呼吸作用[20]。

較高濃度Cu2+(>3 mmol/L)使細胞壁變薄,細胞膜的損傷更嚴重,細胞核逐漸解體,細胞器數(shù)量明顯減少,葉綠體的類囊體膜殘留結(jié)構(gòu)依稀可見,細胞內(nèi)出現(xiàn)大量的脂肪體積累?？梢?不同濃度銅離子脅迫下,中國樹花地衣共生體中營養(yǎng)成分的主要生產(chǎn)者即共生藻和共生菌的變化都非常明顯。

3.2地卷對Cu2+脅迫的耐受性

藻類重金屬脅迫相關(guān)研究指出,有些藻類對Cu2+脅迫具有一定的耐性。崔亞偉等研究藍藻對銅離子的生物吸附能力[21],發(fā)現(xiàn)藍藻對重金屬具有較高的吸附性及耐性,其吸附能力往往比其他生物高。李晨辰等報道Cu2+作為藻類呼吸作用和光合作用中多種酶的輔助因子是藻類生長所需的微量元素之一,低濃度Cu2+(0.001～0.1 mg/L)能促進綠色微囊藻的生長,但過高濃度的Cu2+(1～100 mg/L)對綠色微囊藻的生長表現(xiàn)出了明顯的脅迫效應(yīng),在一定程度上抑制了綠色微囊藻的增殖[22]。

本研究結(jié)果顯示,不同濃度的Cu2+處理條件下,地卷共生藻細胞結(jié)構(gòu)保持完整,沒有明顯的變化,引起中國樹花共生藻細胞徹底破壞的最高處理組(4 mmol/L Cu2+)對地卷共生藻未能產(chǎn)生任何影響,反而使藻細胞處于分裂狀態(tài),Cu2+脅迫下地卷藻細胞仍然能繁殖,分裂產(chǎn)生子代細胞。地卷的藻類屬于藍藻或藍細菌(Nostoc),藍藻屬于原核生物,地卷藻細胞沒有葉綠體、線粒體、液泡等細胞器,也沒有蛋白核。我們的研究結(jié)果與Martin等的研究結(jié)果一致,顯示地卷共生藻對Cu2+脅迫具有一定的耐受性。另一個研究對象中國樹花共生藻是一類共球藻(Trebouxia)屬于綠藻門,是一類真核生物,具有線粒體、葉綠體等細胞器以及較明顯的蛋白核,但這一類地衣對Cu2+脅迫卻很敏感。

張偉等的研究也指出了不同藻類對銅離子脅迫的響應(yīng)存在明顯差異。他們研究的3種藻類中,斜生柵藻對銅最敏感,而月形藻對銅有很強的抵抗能力,蛋白核小球藻在兩者之間,導(dǎo)致藻類對銅敏感性不同的主要原因是不同藻種細胞大小的不同和藻細胞壁表面所含硫基團的不同[23]。地衣是藻類與真菌長期共生而產(chǎn)生的一類特殊生物,地衣體中的共生藻與自然界單獨生存的藻類存在很大的差異。兩種葉狀地衣中國樹花和地卷對Cu2+脅迫響應(yīng)的明顯差異及其機制的進一步深入研究正在進行中。

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圖版 Ⅰ不同濃度Cu2+脅迫下中國樹花與地卷地衣體的徒手切片顯示共生菌藻的變化,×40

1～5.中國樹花:1.對照組(0 mmol/L Cu2+),綠色共生藻細胞組成的藻層與共生菌層可清楚辨別;2.1 mmol/L Cu2+處理,藻層的變化不明顯,而菌層出現(xiàn)變黑現(xiàn)象;3.2 mmol/L Cu2+處理,藻層的面積明顯變小,菌層變黑也較明顯;4.3 mmol/L Cu2+處理,藻層的面積變得更小,菌絲大部分已變黑;5.4 mmol/L Cu2+處理,地衣體中共生藻層的藻細胞及與其共生的菌絲基本上大部分都死亡;6～9.地卷:6.對照組(0 mmol/L Cu2+),地衣體的藻層與共生菌層結(jié)構(gòu)圖;7.2 mmol/L Cu2+處理,共生藻層及共生菌層均無明顯的變化;8.3 mmol/L Cu2+處理,共生菌藻與對照相比較均無明顯變化;9.4 mmol/L Cu2+處理,共生菌藻層似乎無任何影響。

Plate ⅠTree-hand sections ofR.sinensisandP.rufescensunder Cu2+stress,×40

Fig.1-5.R.sinensis:Fig.1.Green photobionts and mycobiont layers in the control group (0 mmol/L Cu2+);Fig.2.1 mmol/L Cu2+treatment group,the mycobionts become dark,but no obvious changes of photobiont were observed;Fig.3.2 mmol/L Cu2+treatment group,photobionts layer become thinner,and darkness of the mycobionts were clear;Fig.4.3 mmol/L Cu2+treatment group,photobiont layer become very thin and mycobiont layers blacked over;Fig.5.4 mmol/L Cu2+treatment group,few photobionts exist and mycobiont layer was comletely darkened;Fig.6-9.P.rufescens:Fig.6.Green photobionts and mycobiont layers in the control group (0 mmol/L Cu2+);Fig.7.No obvious changes were observed both in photobiont and mycobiont layers in 2 mmol/L Cu2+treatment group;Fig.8.In 3 mmol/L Cu2+treatment group,no any differences both in photobiont and mycobiont layers compared with control;Fig.9.In 4 mmol/L Cu2+treatment group,still no obvious changes can be seen for both photobiont and mycobiont layers.

圖版 Ⅱ不同濃度Cu2+脅迫對中國樹花和卷地藻細胞超微結(jié)構(gòu)的影響

Ch.葉綠體;Th.類囊體片層;S.淀粉粒;P.蛋白核;V.小泡;Cw.細胞壁;M.線粒體

1～5.中國樹花:1.0 mmol/L Cu2+處理24 h,共生藻細胞超微結(jié)構(gòu)圖,×8 000;2.1 mmol/L Cu2+處理,共生藻細胞結(jié)構(gòu)仍完整,×10 000;3.共生藻細胞膜開始破壞形成小空泡和小的淀粉顆粒(2 mmol/L Cu2+),×8 000;4.共生藻細胞膜破壞并且膜下形成的空泡變大數(shù)量增加(3 mmol/L Cu2+),×8 000;5.共生藻細胞結(jié)構(gòu)完全受到破壞(4 mmol/L Cu2+),×12 000;6～9.地卷:6.0 mmol/L Cu2+處理24 h,共生藻細胞超微結(jié)構(gòu)圖,×25 000;7.共生藻細胞仍完整(2 mmol/L Cu2+),×25 000;8.共生藻細胞仍無任何損傷而且進行細胞分裂(3 mmol/L Cu2+),×8 000;9.共生藻細胞結(jié)構(gòu)完整并處于分裂狀態(tài)(4 mmol/L Cu2+),×25 000。

Plate ⅡEffect of different concentrations of Cu2+to the ultrastructure ofR.sinensisandP.rufescensphotobionts

Ch.Chloroplast;Th.Thylakoid lamella;S.Starch grain;P.Pyrenoid;V.Vacuole;Cw.Cell wall;M.Mitochondrion

Fig.1-5.R.sinensis:Fig.1.Ultrastructure of photobionts in the control(0 mmol/L Cu2+),×8 000;Fig.2.No obvious changes were observed in photobionts(1 mmol/L Cu2+),×10 000;Fig.3.Cell membranes of photobionts began to disrupt and a few small vacuoles were appeared (2 mmol/L Cu2+),×8 000;Fig.4.Larger vacuoles numbers were increased in photobionts (3 mmol/L Cu2+),×8 000;Fig.5.Ultrastructure of photobionts was completely broken(4 mmol/L Cu2+),×12 000;Fig.6-9.P.rufescens:Fig.6.Photobionts in the control(0 mmol/L Cu2+),×25 000;Fig.7.No obvious changes were observed in photobiont(2 mmol/L Cu2+),×25 000;Fig.8.Cell division of photobionts(3 mmol/L Cu2+),×8 000;Fig.9.Still no obvious changes in photobionts(4 mmol/L Cu2+),×2 5000.

圖版 Ⅲ不同濃度Cu2+脅迫對中國樹花共生藻細胞超微結(jié)構(gòu)的影響

1.共生藻細胞內(nèi)的完整蛋白核結(jié)構(gòu)(對照即0 mmol/L Cu2+),×25 000;2.共生藻細胞膜結(jié)構(gòu)開始破壞并在膜下出現(xiàn)空泡(2 mmol/L Cu2+),×25 000;3.線粒體規(guī)則,葉綠體完整(1 mmol/L Cu2+),×35 000;4.線粒體嵴,葉綠體類囊體清晰(1 mmol/L Cu2+),×35 000;5.基粒片層排列整齊(1 mmol/L Cu2+),×35 000;6.基粒排列紊亂(2 mmol/L Cu2+),×17 000;7.葉綠體與細胞質(zhì)混在一起,基粒片層扭曲,分布混亂(3 mmol/L Cu2+),×35 000;8.線粒體、葉綠體結(jié)構(gòu)破壞(3 mmol/L Cu2+),×35 000;9.空泡化加劇,細胞膜破壞(4 mmol/L Cu2+),×25 000。

Plate ⅢEffect of Cu2+stress to the cell structure ofR.sinensisphotobionts

Fig.1.Pyrenoid structure in the photobiont cell(control 0 mmol/L Cu2+),×25 000;Fig.2.Cell membrane began to disrupt and vacuoles were appeared (2 mmol/L Cu2+),×25 000;Fig.3.Intact mitochondria and chloroplasts in photobiont cells (1 mmol/L Cu2+),×35 000;Fig.4.Intact mitochondrial cristae and thylakoid structures in the photobiont cells(1 mmol/L Cu2+),×35 000;Fig.5.Orderly arranged thylakoid membranes (1 mmol/L Cu2+),×35 000;Fig.6.Disorderly arranged thylakoid membranes under the effect of 2 mmol/L Cu2+,×17 000;Fig.7.Confusion of the thylakoid membranes under the effect of 3 mmol/L Cu2+,×35 000;Fig.8.Disruption of mitochondria and chloroplast(3 mmol/L Cu2+),×35 000;Fig.9.Severe vacuolation and disruption of cell membrane under the effect of 4 mmol/L Cu2+,×25 000.

(編輯:潘新社)

Effect of Cu2+Stress to the Cell Structure of Two Lichen Species

Rayila RAHMAN,Patigul IMIN,Abdulla ABBAS,Pazilat BAHTI*

(Life Science and Technology College of Xinjiang University,Urumqi 830046,China)

Abstract:The vitality and cell structural changes of the lichen samples treated with different concentrations of CuSO4(0,1,2,3,4 mmol/L) after 24 h were studied by using light microscopy and ultrathin sections of transmission electron microscope,respectively,to find out the effects of Cu2+stress to the cell structure.Results showed that:(1)The vitality ofRamalinasinensisphotobionts was decreased with the upgrade of the treated Cu2+concentration,but the photobionts vitality ofPeltigerarufescensseems to be remain stable.(2)No obvious changes in the cell wall,cell membrane,mitochondria and chloroplast were detected inRamalinasinensissymbiont under low Cu2+concentration(<1 mmol/L) treatment group.Distinct damages,especially to cell membrane and organelles such as mitochondria and chloroplasts were observed in upgraded Cu2+concentrations(>2 mmol/L).It is clear from the results that higher the concentrations,stronger the damages.(3)In the other studied lichen species,P.rufescenswhich were treated with Cu2+completely same asR.sinensis,no any damages can be detected even in the higher treatment group.In contrast,numerous of the dividing cells were observed,that suggest Nostoc photobionts ofP.rufescensseems to be more tolerant thanTrebouxiaphotobionts ofR.sinensisto higher concentration Cu2+treatment.

Key words:Cu2+stress;Ramalinasinensis;Peltigerarufescens;cell structure

中圖分類號:Q256;Q945.7

文獻標志碼:A

作者簡介:熱依拉·熱合曼(1989-),女,在讀碩士研究生,主要從事資源植物學(xué)研究。E-mail:1561959915@qq.com*通信作者:帕孜來提·拜合提,博士,副教授,主要從事資源植物學(xué),細胞生物學(xué)研究。E-mail:pbahti@xju.edu.cn

基金項目:國家自然科學(xué)基金委資助項目(31160052)

收稿日期:2014-08-04;修改稿收到日期:2015-01-05

文章編號:1000-4025(2015)01-0057-08

doi:10.7606/j.issn.1000-4025.2015.01.0057