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以热带落叶树木大叶桃花心木(Swietenia macrophylla)的幼苗为材料,采用硝酸还原酶活性测定技术、光学显微镜技术、SDS—聚丙烯酰胺凝胶电泳和免疫印迹技术研究大叶桃花心木种子贮藏蛋白质与幼苗生长发育的关系、幼苗的形态解剖学特征、幼苗生长发育过程中叶片硝酸还原酶活性的变化及幼苗营养器官的贮藏蛋白质。 大叶桃花心木的种子无胚乳,种子蛋白质含量占干重13%左右,其主要成份是积累在子叶细胞中的贮藏蛋白质,在SDS-PAGE图谱上,种子贮藏蛋白质大致可分为三种组分。随着种子萌发和幼苗生长,这三组贮藏蛋白质被降解动用,当幼苗的全部叶片发育成熟时,它们几乎完全消失。切除种子的试验表明,种子中包括贮藏蛋白质在内的贮藏物质是幼苗早期生长发育所必须的。出苗期切除种子,籽苗茎的伸长生长严重受阻,一周后死亡15%,2周后死亡90%以上;茎伸长期切除种子,幼苗两周后死亡率为60%。 在幼苗茎发育初期的横切面上,细胞呈近似圆形,初生分生组织包括原表皮、基本分生组织和原形成层,分别发育成表皮、皮层和维管柱。根初生结构中表皮细胞排列较紧,皮层占整个根初生结构的大部分;初生木质部4原型。早期的叶柄横切面呈马蹄形,与幼茎的结构相似,具有形成层。幼嫩叶片的叶肉组织分化不明显,主脉有两个维管束,两个维管束之间是薄壁细胞即假髓。叶绿体的大量形成于淡绿色时期;叶片完全成熟时,海绵组织分化完全,胞间隙发达。 大叶桃花心木幼苗的叶片是硝酸盐同化的主要部位。在非诱导条件下,用活体法测定幼苗叶片的硝酸还原酶活性(NRA)表明,叶片具有较高的NRA,而且,不同的发育阶段、施肥和切除种子都明显影响叶片的NRA。在非施肥条件下,叶色红色、长约1cm的幼叶中就可检测到NRA,随着叶片的伸展长大,NRA也随之升高,当接近成熟叶片大小、叶色淡绿时达到最高(0.154μmol.h-1.g-1f.wt-1),叶片刚成熟时,NRA有所降低,以后逐渐下降;施肥条件下,幼苗叶片NRA显著升高,在叶片开始伸展时NRA达到0.403pmol上-‘.g-‘f.wt-‘,随后,NRA持续下降;切除种子后,幼苗叶片NRA升高,种子切除越早,对叶片NRA的影响就越大。 与恤的营养贮藏蛋白质相同,大叶桃花心木幼苗的营养贮藏蛋白质的主要成分也是18tha和ZlkDa两种蛋白质。在汞一澳酚蓝染色的石蜡切片中,营养贮藏蛋白质呈颗粒状,存在于普通薄壁细胞的液泡中。 幼苗很早就开始积累营养贮藏蛋白质。在叶片成熟后一周,就可用SDS-PAGE和Westemblotting技术在幼茎中检测到18kDa和nrca营养贮藏蛋白质,在叶片成熟后两周,这两种蛋白质的含量明显增加,同时,在光学显鹏下,可看到次生韧皮部和次生木质部及部分皮层(内层)和髓及射线细胞中都有被染成鲜兰色的贮藏蛋白质颗粒,但形髓细胞中没有看到有营养贮藏蛋白质。营养贮藏蛋白质在植株中的分布存在明显差异,在茎的各个部位中,自上而下逐渐减少,在根中没有观察到贮藏蛋白质颗粒。施肥条件下,茎也是在叶片成熟后一周才开始积累营养贮藏蛋白质,但是,其含量明显高于不施肥的植株,表明施肥促进营养贮藏蛋白质的合成和积累,但不影响营养贮藏蛋白质开始积累的时期。 在叶片成熟后不久,幼苗开始抽新梢。无论施肥与否,茎中积累的营养贮藏蛋白质都会随着新梢的生长发育而被动用。当新稍叶片旺盛抽出时,新稍下的一段茎中营养贮藏蛋白质很快消失。但是,在施肥条件下新梢的生长量显著大于非施肥条件下形成的新梢。例如,非施肥条件下新梢只抽生卜 片叶,而在施肥条件下则可抽生出34片叶。这种差异很可能与茎中积累的营养贮藏蛋白质的量的不同有关。新梢叶片成熟后2周,在新梢和新梢下的茎中又积累了大量的营养贮藏蛋白质。 2年生幼苗的茎中积累了丰富的营养贮藏蛋白质-,主要分布在次生韧皮部的韧皮薄壁细胞和射线薄壁细胞中。抽新梢后,当新梢叶片成熟时,茎中积累的营养贮藏蛋白质已完全消失。在新梢叶片成熟后一周,新梢及其下面的茎中又积累 二了大量的营养贮藏蛋白质。 总之,我们的研究结果表明,大叶桃花心木幼苗具有丰富的营养贮藏蛋白质,其积累和动用模式与成年植株枝条中的营养贮藏蛋白质的非常相似,加之幼苗的体积小,生长周期短,可作为研究树木营养贮藏蛋白质积累和动用调控机制的优良模型。