堿脅迫下不同水稻品種微觀結構響應解析

趙海新，黃曉群，陳書強，楊麗敏，杜曉東，張志強，蔡永盛，潘國君

（黑龍江省農(nóng)業(yè)科學院水稻研究所，黑龍江 佳木斯 154026）

不同植物物種對逆境適應性存在差異，因其應對調(diào)解機制不同[1]，產(chǎn)生競爭優(yōu)勢，即使這種調(diào)解機制差別微小，也可能造成物種分離與進化[2]。自然逆境主要包括生物（病蟲草害等）和非生物類[3]（地理狀況、土壤類型、極端氣候等），鹽堿化土壤是植物生長非生物類逆境。物種、品種及基因家族[4]對這種逆境壓力表現(xiàn)適應性差異[5]，這種差異形成源于基因與蛋白質(zhì)組[6]，表現(xiàn)于植物生長狀況和微觀結構變化[7-8]。認識植物對鹽堿脅迫反應，是判斷植物耐鹽堿性重要基礎。植物微觀結構對鹽堿脅迫響應的相關報道較多，研究植物種類也較廣泛，認為植物葉綠體是亞細胞結構對鹽分最敏感的細胞器[9-10]，可造成膜系統(tǒng)紊亂解體[11]，葉片PSⅡ反應中心遭到破壞[12]。高強度脅迫使葉綠體迅速老化膨脹，基粒片層結構扭曲解體[4]，基質(zhì)變稀，嗜鋨顆?？涨换痆5,10]，線粒體結構與數(shù)量亦有相應變化[13]，甚至引發(fā)細胞程序性死亡[14]。

水稻分布地域廣泛，覆蓋地域土壤類型豐富，其中包含大量鹽堿型土壤。水稻對鹽堿環(huán)境具有適應性，但品種間存在差異[5,14]。研究主要集中于形態(tài)與生理機能方面[15]。通過一些微觀領域研究也表明，品種間葉片細胞超微結構存在差異[5]，是否與對鹽堿環(huán)境適應性有關則未見報道。本研究利用堿性鹽脅迫苗期水稻，解析根系細胞形態(tài)和不同品種葉片細胞及亞細胞結構響應機制，從微觀角度解析水稻受堿脅迫微觀表征和各細胞器響應機制。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

供試材料：龍粳27、綏粳5號、藤系138和越光。龍粳27和綏粳5號源自于中國；藤系138和越光源自于日本。

1.2 試驗地點與氣候條件

試驗地位于黑龍江省農(nóng)業(yè)科學院水稻研究所，地理位置N46°49′、E130°22，屬于溫帶大陸性季風中溫帶濕潤氣候區(qū)，年均氣溫3℃，有效活動積溫2 590℃，無霜期130 d，歷年年均降水量530 mm。

1.3 試驗設計

1.3.1 幼苗前期培養(yǎng)

種子經(jīng)0.1%高錳酸鉀浸泡消毒24 h后，撒播在盛有石英砂托盤中，播量為100 g·m-2，沙子厚度2.5 cm，其中覆沙0.5 cm，淋水后，放入恒溫培養(yǎng)箱，溫度30℃，72 h后出齊苗取出，在室溫下生長至2葉。

1.3.2 幼苗后期培養(yǎng)

培養(yǎng)盒上口尺寸為30 cm×20 cm，側面和底部用遮光紙封閉，其上覆蓋厚度1 cm泡沫載板，載板均勻打穿20個直徑1.0 cm培養(yǎng)孔（相鄰孔邊距5 cm×5 cm），每孔選取一株2葉期幼苗，用薄海綿條包卷主莖后，插入培養(yǎng)孔，使其固定在培養(yǎng)板上，于木村培養(yǎng)液中室外培養(yǎng)，每2 d更換一次培養(yǎng)液。

1.3.3 處理藥劑與時期

藥劑使用含Na2CO3和NaHCO3成分混合堿，兩者質(zhì)量比為1∶3，在水溶液中質(zhì)量濃度為0.20%。設對照（CK）和0.20%處理（CL），均為3次重復，室外處理。當幼苗第3葉齡葉片完全展開后，將培養(yǎng)液更換為含混合堿木村培養(yǎng)液（下稱處理液，室溫，pH 9.01），對照CK生長于木村培養(yǎng)液（室溫，pH 6.0），每2 d更換一次處理液和培養(yǎng)液，10 d后，摘取頂端第一片完全展開葉片中段開展測定和觀察。

1.4 指標測定與方法

維管束、中柱和根直徑：取對照和處理各20條主根，電子顯微鏡下觀察拍攝橫截面，由電子顯微鏡圖像處理軟件獲取數(shù)據(jù)。各指標比值乘以100%即獲得各項指標間比值。

細胞長寬與寬度：取對照和處理各20條主根，電子顯微鏡下觀察拍攝縱剖面，由電子顯微鏡圖像處理軟件獲取數(shù)據(jù)，縱向為細胞長度，橫向為寬度，通過計算獲取各項指標間比值。

維管束數(shù)量：電子顯微鏡觀察對照和處理各20條根，取平均值。

維管束、中柱和根橫截面積：在標準紙上打印待測圖像，剪取待測指標圖形，稱重。使用軟件獲得標準長度為邊長，在同一張標準紙上繪制正方形，計算面積并稱重，通過比重法計算即獲得相關數(shù)據(jù)。各指標比值乘以100%即獲得各項指標間比值。

光合色素：采用李合生方法測定葉綠素a、葉綠素b、類胡蘿卜素含量[16]。

細胞、葉綠體、線粒體及淀粉體面積：數(shù)據(jù)獲取同上述比重法，通過計算獲取各項指標間比值。

1.5 觀察目標及處理方法

1.5.1 根系細胞觀察方法

利用德國LeicaDM4000B電子顯微鏡，主要觀察冠根各部位橫截面及縱剖面細胞排列情況。切片用甲基紅溶液染色后，立即在目鏡放大率為10×122，物鏡放大率為×10倍下觀察照相。

1.5.2 葉片超微結構處理方法

制作切片參照洪健等方法并加以改進[17]。取主莖第4葉中間部分切成1 cm小段，迅速放至2.5%戊二醛中前固定，抽氣使材料下沉，于4℃固定2 d。pH 7.2磷酸緩沖液沖洗，再用2%四氧化餓固定1.5 h，pH 7.2磷酸緩沖液再次沖洗。使用乙醇逐級脫水，再用100%乙醇∶丙酮=1∶1、純丙酮各置換1次。用純丙酮：環(huán)氧樹脂812包埋劑逐級浸透（24 h）和包埋，浸透后在恒溫培養(yǎng)箱中，按40℃17 h，45℃24 h，60℃24 h聚合，ULTRACUTE型超薄切片機切片，醋酸雙氧鈾、檸檬酸鉛在25℃下分別對樣品染色15～20 min，雙重蒸餾水沖洗干凈后待檢，JSM25610LV透射電鏡下觀察拍照。

1.6 數(shù)據(jù)處理與分析

使用Excel 2013、DPS 18.10和SPSS 24.0軟件處理和分析數(shù)據(jù)。

2 結果與分析

2.1 堿脅迫對水稻根細胞的影響

根據(jù)觀察結果，品種間根細胞形態(tài)變化趨勢相同，本試驗部分以龍粳27和越光為例。

2.1.1 水稻根橫截面細胞

由圖1根橫截面細胞變化可知，對照根系各層位細胞排列整齊、清晰、緊湊，細胞形狀規(guī)則，立體感強，具有活性（見圖1-1，2），表皮覆有濃密根毛組織（見圖1-H），皮層薄壁細胞由內(nèi)向外，呈由小到大輻射狀排列。經(jīng)堿脅迫10 d后，皮層薄壁細胞排列相比對照明顯松散凌亂，染色后顏色分布不均勻，表皮根毛組織短小且呈芽狀（見圖1-3）。處理后根系維管柱初生大維管束組織數(shù)量相比對照減少1～3條，具有未完全發(fā)育的大維管束（見圖1-6-m）；對照內(nèi)皮層和中柱鞘細胞排列緊密，細胞形態(tài)一致，處理組排列松散，脊狀區(qū)域明顯，已木質(zhì)化。對照枝根數(shù)量較少，但經(jīng)堿脅迫后枝根較多。脅迫明顯打破水稻根細胞排列整齊性和緊湊性，抑制大維管束形成，未發(fā)育完全大維管束增加，抑制根毛生長，促進根系木質(zhì)化和枝根發(fā)育。已處理水稻主根橫截面具有較多褐色區(qū)域（見圖1-3-n），其顏色改變程度與滲出細胞液有關，說明這些區(qū)域細胞生理功能已發(fā)生改變。堿脅迫處理后，龍粳27和越光變化趨勢一致，兩個水稻品種根系維管束數(shù)量、維管束與中柱直徑比值極顯著下降，中柱與根直徑比、維管束與根直徑比顯著上升（見表1）。由面積比數(shù)據(jù)可知（見表2），中柱內(nèi)維管束面積因脅迫，比例極顯著降低，根系內(nèi)中柱占橫截面比和維管束在根橫截面積中比顯著和極顯著上升。脅迫后維管束數(shù)量降低，但其直徑和面積占根系比卻顯著增加，說明處理后單條維管束直徑相對增加，且細胞內(nèi)維管束面積之和相對增加。表明水稻為適應堿性環(huán)境，通過提高維管柱和維管束在根橫截面中占比，保持物質(zhì)運輸暢通，以此提高抗逆性。

2.1.2 水稻根縱剖面細胞

對根縱剖面觀察（見圖2）表明，對照細胞排列整齊有序，呈圓柱狀，皮層薄壁細胞立體感強，具有活性。處理后各層位細胞明顯縮短，立體感下降，中部薄壁細胞呈多角形，靠近外皮層薄壁細胞呈較小的長方體，且部分細胞縱向長度小于寬度，靠近內(nèi)皮層薄壁細胞呈圓形或短柱狀（見圖2-4，7），擺列有序性相比對照降低，且表皮細胞脫落（見圖2-5-o），中柱鞘細胞明顯變短細。與橫截面細胞排列不同，縱剖面細胞排列相比橫截面緊密。處理后水稻皮層薄壁和中柱鞘細胞均有深色斑點（見圖2-7，靠近內(nèi)皮層薄壁細胞部分區(qū)域顏色明顯變深。

表1 堿脅迫對維管束、中柱與根直徑的影響Table 1 Effects of alkali stress on the diameter of vascular bundle,central column and root

表2 堿脅迫對維管束與中柱占根系橫截面積比的影響Table 2 Effect of alkali stress on the ratio of vascular bundle and central column to root cross-sectional area

圖2 根縱剖面細胞結構Fig.2 Cell struture of root radicle cross section

由圖2可知，堿脅迫明顯抑制水稻根系細胞縱向伸長生長，造成根系生長緩慢，細胞立體感因脅迫而降低，說明根系已木質(zhì)化。皮層薄壁細胞、中柱鞘部分細胞因脅迫死亡?？拷鼉?nèi)皮層薄壁細胞受害較重，部分細胞群生理已發(fā)生變化。表皮細胞相比對照脫落較早，縱剖面圖亦發(fā)現(xiàn)正在形成枝根橫截面，對照較少，表明堿脅迫促進水稻枝根形成。

由表3可知，處理后供試材料薄壁和中柱細胞長寬比極顯著降低，表明堿脅迫抑制根細胞伸長生長，且達極顯著。龍粳27細胞長度受抑制程度相比越光更顯著。中柱細胞長與薄壁細胞長比表明，品種之間出現(xiàn)反向變化趨勢。相對中柱細胞，堿脅迫對龍粳27薄壁細胞長度抑制作用更顯著，對越光根系薄壁細胞和中柱細胞長度的抑制為等比例抑制，即雖然細胞體積縮小，但縮小比例相同。中柱細胞寬與薄壁細胞寬比表明，堿脅迫對薄壁細胞寬度抑制作用更顯著，其中對龍粳27抑制作用達極顯著，對越光抑制作用達顯著。

綜合以上分析表明，堿脅迫對水稻根系細胞形態(tài)產(chǎn)生顯著或極顯著影響，對薄壁細胞抑制作用強于中柱細胞。但抑制作用因品種產(chǎn)生差異，本研究表明，龍粳27根細胞對堿脅迫更為敏感，細胞形態(tài)和體積產(chǎn)生較大變化，而對越光抑制主要表現(xiàn)為體積縮小。

表3 堿脅迫對根細胞長度與寬度的影響Table 3 Effects of alkali stress on the length and width of root cells

2.2 堿脅迫對光合色素的影響

2.2.1 對葉綠素a、葉綠素b和類胡蘿卜素的影響

由表4可知，堿脅迫后，各參試品種葉片葉綠素a、b、類胡蘿卜素含量均呈極顯著下降，品種間下降幅度差異顯著，龍粳27和藤系138光合色素含量下降幅度均高于綏粳5號和越光，且達顯著或極顯著。龍粳27和藤系138葉綠素a/b值呈顯著下降，表明堿脅迫對兩份品種葉綠素a抑制作用強于葉綠素b；綏粳5號和越光葉綠素a/b值未下降或下降趨勢不顯著，表明對葉綠素a/b為等比例抑制。

表4 堿脅迫對光合色素的影響Table 4 Effects of alkali stress on photosynthetic pigments (mg·g-1)

所有參試品種光合色素含量均極顯著下降，表明堿脅迫對水稻葉片光合色素合成影響顯著（見表4），品種龍粳27和藤系138葉綠素a對堿脅迫最敏感，其次是葉綠素b，類胡蘿卜素敏感性相對較弱；綏粳5號和越光葉綠素a和b對堿脅迫敏感性無差異，類胡蘿卜素敏感性最弱。以上分析說明，堿脅迫抑制光合色素合成，但不同水稻品種各光合色素下降幅度和敏感性差異顯著。

2.2.2 葉綠體、線粒體及淀粉體在細胞中比表面積變化

葉片細胞中葉綠體、線粒體和淀粉體占細胞比表面積因品種而產(chǎn)生差異（見表5）。堿脅迫后，龍粳27、綏粳5號和越光葉綠體、線粒體在細胞中比表面積顯著或極顯著增加，藤系138極顯著降低；龍粳27和藤系138淀粉體在葉綠體中比表面積極顯著下降，品種越光增加，且達極顯著，綏粳5號不顯著；線粒體與葉綠體比表面積數(shù)據(jù)表明，龍粳27和越光線粒體面積極顯著增加，藤系138極顯著降低，綏粳5號不顯著；線粒體和淀粉體比表面積數(shù)據(jù)表明，龍粳27和藤系138極顯著增加，綏粳5號和越光不顯著。

通過以上分析認為，堿脅迫對亞細胞數(shù)量和體積影響顯著，這種影響將對各細胞器結構和功能產(chǎn)生重要作用。不同水稻品種耐堿性強弱應與各細胞器數(shù)量、體積、結構和功能變化差異聯(lián)系緊密。

表5 超微圖像中細胞器比表面積分析Table 5 Specific surface area analysis of organelles and cells in ultramicro images

2.3 堿脅迫對水稻葉片細胞超微結構的影響

2.3.1 對龍粳27超微結構的觀察

龍粳27對照細胞內(nèi)葉綠體呈梭形，片層結構豐富，基粒類囊體分布均勻且較寬，基粒片層較多，可見基質(zhì)類囊體（見圖3）。葉綠體中鑲嵌大量由體積較大的淀粉粒組成的淀粉體（見圖3-2），周圍分布數(shù)量較少的線粒體及細胞核（圖3-1，3），嗜鋨顆粒少。如圖3-7所示，經(jīng)堿處理后，細胞中仍存在大量葉綠體，但分布凌亂且有堆積現(xiàn)象。葉綠體中鑲嵌數(shù)量少、體積較小淀粉體。葉綠體中多數(shù)基粒片層腫脹（見圖3-6），且類囊體偏向葉綠體一側，葉綠體基粒寬度明顯變細、混亂（見圖3-4，8），表明類囊體降解。與對照相比線粒體仍分布在葉綠體周圍，數(shù)量相對豐富，但明顯腫脹，內(nèi)脊稀疏，嗜鋨顆粒少量增多，表明有傷害。

圖3 龍粳27對照與0.20%堿處理超微結構Fig.3 Ultrastructure of CK Longjing 27 and the one treated with 0.2%concentration alkali

由以上分析認為，堿脅迫對龍粳27苗期微觀傷害主要是葉綠體和線粒體，依葉綠體內(nèi)部結構變化和所含淀粉體數(shù)量和體積情況分析，傷害影響光合產(chǎn)物形成，線粒體數(shù)量雖增加，但由于內(nèi)脊數(shù)量少，且發(fā)生腫脹，因此呼吸消耗增強功能下降，且葉綠體合成光合產(chǎn)物少，淀粉合成減少，轉運糖類也減少，使植物體生理機能處于紊亂饑餓狀態(tài)，造成生長量減少，最終枯黃。

2.3.2 對綏粳5號超微結構的觀察

如圖4所示，未經(jīng)堿處理綏粳5號細胞器結構清晰，線粒體呈線形、橢圓形或圓形，嵴清晰可見（見圖4-1），形狀豐富，表明代謝旺盛；大部分葉綠體呈梭形或橢圓形，基粒片層結構清晰，基粒厚度較寬，堆積的類囊體數(shù)量較多，兩相鄰基粒間距合理，連接基粒之間基質(zhì)片層較為清晰（見圖4-3）。鑲嵌在葉綠體中淀粉體數(shù)量較多（見圖4-2）。如圖4-5所示，處理后細胞葉綠體上嗜鋨顆粒豐富，葉綠體數(shù)量多，線粒體形狀各異，內(nèi)嵴豐富，大量分布在葉綠體周圍（見圖4-5、6），葉綠體內(nèi)部基粒之間距離不均勻，基粒之間基質(zhì)類囊體清晰，部分葉綠體基粒排序走向曲折紊亂，表明受害較重。部分葉綠體含有大量體積巨大淀粉粒（見圖4-8），將葉綠體基粒擠壓至邊緣，但基粒較清晰。部分淀粉體內(nèi)小淀粉粒與大淀粉粒之間有連絲相接，大淀粉粒又與淀粉體葉綠體被膜之間以連絲相接，增殖的小淀粉粒亦通過連絲由大淀粉粒提供淀粉化合物繼續(xù)生長，表明堿處理后，綏粳5號淀粉合成與分化較為旺盛。

圖4 綏粳5號對照與0.20%堿處理超微結構Fig.4 Ultrastructure of CK Suijing 5 and the one treated with 0.2%concentration alkali

與對照相比，葉綠體內(nèi)淀粉體體積較大，說明堿處理后對綏粳5號葉綠體內(nèi)淀粉合成酶活力影響較小，光合產(chǎn)物存儲現(xiàn)象嚴重，圖4-7淀粉連絲表明淀粉合成、儲存、分生分化功能依然較強，淀粉粒體積過大，導致部分葉綠體受損較重，說明淀粉體分化分生被動發(fā)生，產(chǎn)生這種現(xiàn)象原因應在糖類運移環(huán)節(jié)，既光合產(chǎn)物運出葉綠體效率低，致使淀粉體體積過大。線粒體內(nèi)嵴較清晰，表明其受損情況較輕。以上分析表明堿脅迫后，綏粳5號葉片內(nèi)部分葉綠體形狀雖變化較大，但保持一定光合功能，打破光合產(chǎn)物運移平衡，是造成生理紊亂的主要原因。綏粳5號綜合表現(xiàn)受害較輕，是一種耐鹽堿較強品種。

2.3.3 對藤系138超微結構的觀察

如圖5所示，大量線粒體分布在對照葉綠體周圍（見圖5-1），結構正常，內(nèi)脊比較清晰。葉綠體形狀呈梭形，基粒分布廣泛均勻，結構正常，可見基粒類囊體和基質(zhì)類囊體，葉綠體內(nèi)含較豐富淀粉體（見圖5-2，3）。

處理后大量線粒體分布在葉綠體周，且內(nèi)脊清晰，說明其代謝功能旺盛，葉綠體內(nèi)基粒厚度明顯變?。ㄒ妶D5-4）或腫脹（見圖5-6），排序紊亂，內(nèi)含淀粉體顆粒減少，嗜鋨顆粒數(shù)量增多，嗜鋨程度變深。

圖5 藤系138對照與0.20%堿處理超微結構Fig.5 Ultrastructure of CK Tengxi 138 and the one treated with 0.2%concentration alkali

堿脅迫后藤系138葉綠體基粒類囊體數(shù)量減少，部分球形化，排序紊亂，合成淀粉體數(shù)量減少，但對線粒體結構與功能、糖類運移功能等影響較小。綜上所述認為，堿脅迫主要破壞藤系138葉綠體結構，因此光合功能下降，合成產(chǎn)物減少，因此細胞代謝原材料供應不足，是造成植株受害嚴重主要原因。

2.3.4 對越光超微結構的觀察

對照葉綠體鑲嵌數(shù)量豐富的淀粉體，大部分葉綠體形狀呈梭形，基粒類囊體數(shù)量較多，排列有序。線粒體數(shù)量較多，形狀各異，分布在葉綠體周圍（見圖6-2），內(nèi)脊較多且清晰（見圖6-3），表明代謝旺盛。堿處理后淀粉體數(shù)量和體積明顯大于對照，每個淀粉體內(nèi)均有1～3個較大淀粉粒，圍生著數(shù)量更多的小淀粉體（見圖6-4）。處理后由于淀粉體體積增加過大，導致葉綠體形狀呈近圓形，基粒狹長，類囊體變稀疏（見圖6-5，8），但廣泛分布在葉綠體中。線粒體數(shù)量相比對照明顯下降且腫脹（見圖6-6，9），內(nèi)脊數(shù)量減少，說明代謝功能受影響，呼吸作用增強。

圖6 越光對照與0.20%堿處理超微結構Fig.6 Ultrastructure of CK Koshihikari and the one treated with 0.2%concentration alkali

堿處理后葉綠體類囊體變化較大，但結構清晰，因此光合功能影響相對較小。根據(jù)淀粉體數(shù)量及體積變化表明，淀粉體向葡萄糖轉化受阻。線粒體受害較重，因此品種越光受害生理特征為，脅迫后葉綠體結構雖受影響，但光合作用仍繼續(xù)，糖類轉運功能受阻，線粒體結構和功能受嚴重破壞，造成合成的光合產(chǎn)物大量積存于葉片中，形成的淀粉體無法轉運，植株生長受阻。

3 討論與結論

3.1 脅迫對植物根細胞的傷害

植物細胞在脅迫條件下，其形態(tài)發(fā)生相應變化，分生組織發(fā)生非正常分化[17]，郭望模等指出鹽脅迫下葉片下表皮細胞變小[18]，本研究發(fā)現(xiàn)薄壁細胞和中柱細胞長度極顯著縮短，與此結論相似。內(nèi)外皮層細胞栓質(zhì)化與木質(zhì)化被認為是植物適應逆境的重要特征，植物根部通過木質(zhì)化促進水分子運輸，并限制Na+、Ca2+、Mg2+等離子自由運移到外部，以提高抗逆性[19-20]，本研究觀察到皮層細胞木質(zhì)化現(xiàn)象，表明堿脅迫下水稻根系結構向適應逆境轉變。維管束是主要輸水組織，黃振英等報道顯示部分脅迫可促使植物根系維管柱徑向加粗、木質(zhì)化程度加深，導管數(shù)量增加，以提高根運輸能力[19,21]，但本研究表明堿脅迫造成水稻根系大維管束數(shù)量減少，發(fā)育未完全的維管束增多，但部分圖像及數(shù)據(jù)顯示，維管束所占根徑向面積比增加，可能是水稻根系對逆境環(huán)境的適應性響應，與上述報道結果一致。

3.2 脅迫對植物細胞亞結構的解析

關于逆境脅迫植物細胞超微結構變化，國內(nèi)外學者均認為，逆境對植物葉綠體、線粒體等細胞器超微結構產(chǎn)生破壞或降解作用[22-23]。本研究表明，堿脅迫導致葉綠體變形，基粒腫脹或片層數(shù)量減少，但此種變化在品種間存在差異，部分學者研究結論與此觀點一致[4,10]。超微結構變化是復雜和動態(tài)的過程，保持逆境中生理功能平衡是微觀結構改變的根本原因。因此無法單一從某一個細胞器數(shù)量、形態(tài)或位置改變而定性。本研究通過觀察和分析分別來自中國和日本水稻品種，發(fā)現(xiàn)微觀結構變化具有綜合性或整體性特點，同時這種變化具有共性和品種個性差異的特征。

葉綠體是對逆境脅迫最敏感的細胞器，本研究發(fā)現(xiàn)基粒類囊體片層結構減少或部分減少，通過基質(zhì)連接的部分類囊體排列呈混亂或扭曲狀態(tài)；部分水稻品種其類囊體偏向葉綠體一側（龍粳27），更多品種（綏粳5號、藤系138、越光）類囊體位置變化不明顯。線粒體數(shù)量和結構變化也因品種而異，龍粳27線粒體數(shù)量相對增加，腫脹明顯，內(nèi)脊變少，呼吸作用強烈，消耗增高，無法開展三羧酸循環(huán)與氧化磷酸化途徑。同時合成淀粉粒體積大幅下降，表明葉綠體功能受損嚴重，光合產(chǎn)物3-磷酸甘油酸減少，機體生理運轉效率嚴重降低，該品種整體機能處于匱乏狀態(tài)。堿脅迫后綏粳5號葉綠體中存儲大量體積巨大的淀粉粒，前人研究也發(fā)現(xiàn)類似現(xiàn)象，并依此判斷植物抗逆性狀[24]。脅迫后綏粳5號部分淀粉粒之間以及部分大淀粉粒與細胞膜之間產(chǎn)生連絲。本研究認為，受到脅迫且結構遭破壞的葉綠體，光合功能無法增強，由于光合作用合成的糖類無法正常輸出而迅速轉化合成淀粉，導致淀粉在葉綠體中大量累積形成淀粉粒；大淀粉粒通過連絲向細胞膜輸送轉化的糖類，但膜系統(tǒng)已受到損傷[25]，大部分糖類又轉運形成淀粉顆粒，或分生出小淀粉粒，但這種分化分生合成過程為被動存儲。脅迫產(chǎn)生大量線粒體，線粒體輕微腫脹，說明呼吸作用增強。嗜鋨顆粒變化可能是由于葉綠體類囊體膜降解導致脂質(zhì)類物質(zhì)在葉綠體或液泡中大量聚集。品種藤系138，脅迫后線粒體結構較為正常，葉綠體損傷嚴重，葉綠體基粒類囊體崩解（見圖5-5，6），說明已無法光合作用，其他存儲少量淀粉粒的葉綠體，類囊體結構嚴重扭曲，較大淀粉體位于葉綠體中央位置，可能已失去轉化功能。盡管線粒體形態(tài)和功能正常，但缺少能源供應。處理后品種越光葉綠體內(nèi)淀粉體數(shù)量和體積明顯大于對照，致使葉綠體形狀近于圓形，類囊體片層減少，走向扭曲。與綏粳5號相似，但兩者差異明顯，即越光無連絲現(xiàn)象，因此淀粉體與糖之間的轉化過程相比綏粳5號較弱，處理后越光線粒體表面比極顯著增加，但結構模糊，說明呼吸消耗增大，功能受損較重，雖葉綠體參與光合作用，但糖類轉化和光合產(chǎn)物轉運受阻。