茄叶片中蛋白质晶体的超微观察

赵 丹，曲胜男，夏正艳，葛姝君，周 雪，孙 晴，刘 林

（临沂大学药学院 山东临沂 276005）

茄叶片中蛋白质晶体的超微观察

赵 丹，曲胜男，夏正艳，葛姝君，周 雪，孙 晴，刘 林

（临沂大学药学院 山东临沂 276005）

为了解茄叶片内蛋白质晶体的几何形状和切面的超微特征，采用透射电子显微技术对茄叶片中的蛋白质晶体进行了超微观察。结果表明，叶片不同类型的细胞中都含有蛋白质晶体，晶体只发生于过氧化物酶体中，占据过氧化物酶体绝大部分内部空间，晶体大小与过氧化物酶体大小相对应。晶体切面呈现规则的几何形状，包括梯形、平行四边形、长方形、正方形、五边形和六边形，这些形状为平行六面体不同角度切割的结果；晶体切面具有清晰的条纹，条纹相互平行。由此得出结论，茄叶片中蛋白质晶体呈平行六面体形，具有网格状超微特征，其发生没有组织特异性，但有细胞内部空间特异性，只发生于过氧化物酶体中。

茄；叶片；蛋白质晶体

当蛋白质浓度和纯度达到一定程度，且温度、酸碱度等环境条件适宜，就可能形成晶体。例如，动物细胞过氧化物酶体中尿酸氧化酶等蛋白质会形成结晶体，以适应该细胞器的功能，晶体呈多面体形，具网格状超微特征。很多植物细胞也含有过氧化物酶体[1]，其所含的蛋白质也形成晶体。晶体的形状因植物种类而变化，晶体的基本组成单位也不同，有颗粒状，正方体、长方体等平行六面体，等等，因植物种类而不同；切面呈现条纹或方格，或者质地均匀而不显示任何条纹[1-3]。显然，植物过氧化物酶体的晶体特征具有一定的变化，因植物种类而异。因此，研究作物过氧化物酶体中的晶体具有理论意义，同时也能为种质资源研究提供参考。茄叶过氧化物酶体中的蛋白质晶体的形状、晶体基本组成单位的排列方式、晶体切面特征，均未见报道。此外，植物体内晶体的发生是否具有组织特异性，是否具有细胞内部空间特异性，亦未见报道。

针对上述问题，对茄叶片过氧化物酶体中的蛋白质晶体进行超微观察，以揭示晶体的几何形状及晶体切面的花纹特征。

1 材料与方法

试验材料为山东省潍坊市农业科学院蔬菜研究所选育的‘紫阳长茄’，于2014、2015年2月上旬育苗，5月初移栽于临沂大学教学科研实习基地，露地种植，6月下旬从3棵植株上取样，每株取3片幼叶和3片成熟叶。

将所取叶片切成小块，置于2%戊二醛中于室温下固定4 h，再用1%（ω）锇酸于4℃下固定4 h。梯度酒精系列脱水，Epon-812树脂包埋，玻璃刀切半薄切片，厚1.5 μm，钻石刀切超薄切片，厚60 nm。半薄切片用甲苯胺蓝染色，光镜下观察照相。超薄切片先用5%（ω）醋酸双氧铀染色，再用0.1%（ω）柠檬酸铅复染，透射电镜下观察并照相。

2 结果与分析

茄叶片由上表皮、下表皮、叶肉及维管组织构成（图1-A）。上、下表皮各含1层细胞。叶肉组织包括栅栏组织和海绵组织，栅栏组织位于叶片正面，即近轴面，呈柱形，长约90 μm，直径约10 μm，排列整齐。海绵组织形状不规则，排列不整齐。维管组织位于海绵组织内，是复合组织，由不同类型细胞构成，包括维管薄壁细胞、筛管、伴胞和导管（图1-B）。

叶肉细胞、表皮细胞和维管薄壁细胞都含有丰富的细胞器，包括液泡、线粒体、质体、核糖体、过氧化物酶体等，叶肉细胞中最明显的细胞器是叶绿体，维管薄壁细胞和表皮细胞含叶绿体和未分化的质体，这些不同类型的质体均不含蛋白质晶体（图1-C～E）。过氧化物酶体存在于各种类型细胞中，但以叶肉细胞（图1-C～D）和维管薄壁细胞（图1-E）中最为丰富。过氧化物酶体通常含有一个电子染色很深的蛋白质晶体，晶体占据过氧化物酶体绝大部分内部空间。过氧化物酶体越大，晶体就越大，反之，过氧化物酶体越小，晶体也越小。

在对样品切片时，样品中蛋白质晶体被切割的方向是随机的，不同方向的切面有不同的形状，但都是规则的几何形状，包括三角形、四边形、五边形和六边形。四边形多种多样，有梯形（图1-F）、平行四边形（图1-G）、长方形（图1-H）和正方形（图1-I）。五边形更具多样性（图1-J～P），体现为内角和边长的变化，变化决定于晶体被切割方向和位置的不同。在四边形和五边形中，总有一组对边相互平行。六边形出现较少，其各组对边都平行，因而是平行六边形（图1-Q）。不同的形状代表平行六面体不同方向的切面，因而边数最多的形状是六边形。晶体切面呈现相互平行的条纹，宽约5 nm，间隔以3 nm左右的半透明区（图1-R～T），表明晶体属于晶格型。

图1 茄叶片光镜与电镜照片

3 讨 论

茄叶片中的蛋白质晶体出现于各种类型细胞中，表明蛋白质晶体的发生没有组织特异性，各类细胞都有制造蛋白质晶体的能力。在细胞的各种内部空间中，只有过氧化物酶体含有蛋白质晶体，显示蛋白质晶体的发生具有高度的细胞内部空间特异性，即细胞器特异性。植物过氧化物酶体具多方面功能，参与多种代谢过程，如脂肪酸氧化[4-6]、光呼吸[7]、过氧化氢代谢[8-9]、植物激素生物合成[10]、细胞壁发育[11]和果实成熟[12]，蛋白质晶体可能为某些生物学过程的发生提供场所[13]。动物细胞过氧化物酶体中的蛋白质晶体含尿酸氧化酶[14-15]，免疫电镜研究结果表明，向日葵[2，16]细胞过氧化物酶体中的蛋白质晶体含有过氧化氢酶，但茄叶过氧化物酶体中构成晶体的蛋白质实质还需进一步研究。

植物过氧化物酶体中蛋白质晶体具有不同的形状，但同一植物中的晶体具有相似的形状。不同植物过氧化物酶体中晶体形状有正方体、长方体等平行六面体[1-2]。本研究结果显示，晶体切面有多种形状，包括三角形、四边形、五边形和六边形，这是对晶体从不同方向切割产生的结果，对茄叶组织切片时，叶内过氧化物酶体被切割的方向是随机的，因而电镜下观察到多种形状。除三角形外，其他多边形总有一组对边是平行的，而六边形的各组对边都相互平行，是平行六边形，综合这些形状，推测蛋白质晶体的三维图像是平行六面体。向日葵[13]过氧化物酶体中蛋白质晶体的切面形状也有多样性，包括三角形、四边形、五边形和六边形，晶体三维图像也为平行六面体。由此推测，平行六面体可能是植物过氧化物酶体蛋白质晶体比较普遍的形状。

晶体是由更微小的基本结构单位规则排列而形成的，基本结构单位的形状和排列方式决定晶体切面的特征。马铃薯块茎过氧化物酶体中构成蛋白质晶体的基本结构单位是颗粒，这些颗粒均匀排列形成晶体，这样的晶体无论从哪个方向切割，切面都不显示任何花纹[13]。由细微颗粒为基本单位组成的晶体，其切面质地均匀，这样的晶体属于颗粒型晶体。向日葵子叶中蛋白质晶体的基本结构单位是平行六面体，这些结构单位按照一定的间距规则排列形成平行六面体形状的晶体，显示基本结构单位的形状与晶体的形状密切相关[13]。具有规则形状的基本结构单位规则排列，所产生的晶体为晶格型晶体。茄叶片中的蛋白质晶体切面具条纹，直径5 nm，间隔3 nm，显然，与由颗粒组成的晶体形成鲜明对比，因此茄叶中的蛋白质晶体为晶格型，与向日葵中的蛋白质晶体一致。

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Ultramicroscopic observation of protein crystals in leaf bades of Solanum melongena

ZHAO Dan，QU Shengnan，XIA Zhengyan，GE Shujun，ZHOU Xue，SUN Qing，LIU Lin
(College of Pharmacy，Linyi University，Linyi 276005，Shandong，China)

Transmission electron microscopy was applied to characterize protein crystals in leaf blades ofSolanum melongena，with the aim to understand whether the occurrence of protein crystals has tissue and intracellular compartment specificity and what shape the crystals take.It was demonstrated that protein crystals occurred in all types of cells.Protein crystals were present only in peroxisomes and occupied most of their volume，and no protein crystals were found in other intracellular compartments.Protein crystals had varied sizes，dependent upon the size of peroxisomes where they were located.The 2-D images of protein crystals were trapezoid，parallelogram，rectangle，square，pentagon，and parallelepiped.These 2-D images suggested a parallelepiped 3-D images of protein crystals.The sections of the crystals revealed a striped pattern.In conclu⁃sion，the occurrence of protein crystals inSolanum melongenaleaf blades did not have tissue but intracellular compartment specificity，and the crystals took a parallelepiped shape and their sections had a striped ultrastructural pattern.

Solanum melongena；Leaf blade；Protein crystal

2016-03-22；

2017-01-20

山东省自然科学基金（ZR2015HL115）；国家级大学生创新创业训练计划项目（201610452025）

赵 丹，女，在读本科生，研究方向为药用植物资源学。E-mail:zhaodan9405@163.com

刘 林，男，博士，教授，研究方向为植物发育与细胞生物学。E-mail:liulin@lyu.edu.cn