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对于淀粉质体,大多数人也许认为是贮藏淀粉的细胞器,但最近30年的一些研究发现,淀粉质体不仅贮藏淀粉还积累DNA。尤其是在植物的贮藏组织中,淀粉质体DNA的含量很高,如莲种子发育成熟时,单个子叶细胞中积累的淀粉质体DNA总量大于核DNA33倍。这是目前已知的含量最高的核外DNA,然而对于淀粉质体DNA人们却知之甚少。所以,有关淀粉质体DNA的研究将为核外遗传增加新的内容。另一方面,很多植物的贮藏组织是人类的食物,研究这些组织中的核酸成分及其降解变化,将使人们重新认识它们的营养价值。本文围绕淀粉质体DNA进行了以下两方面的工作:
1.淀粉质体DNA的分子结构:淀粉质体DNA含量很高,大量的DNA贮藏在一定空间的淀粉质体中,必然经过高度压缩,才能最有效的利用有限的空间。在过去研究淀粉质体DNA的工作中,我们发现淀粉质体DNA包装形成规则的某些中间结构。为了充分了解淀粉质体DNA分子的形态结构,我们通过物理和化学裂解方法,将莲子叶、马铃薯块茎和百合鳞茎的淀粉质体DNA进行裂解释放和伸展,采用DAPI染色进行论证。实验进一步证明,淀粉质体DNA为双链闭环分子,由单环结构复制产生双环DNA结构,以及多环结构。通过化学裂解,还观察到了四角形和六角形DNA分子,为前期的实验结果提供了佐证。在DNA纤维伸展实验中,还发现了一些独特的结构,四角形DNA从角点处进行复制和延伸,形成分枝状排列的环状DNA分子,这种复制方式可能与淀粉质体DNA某一时期的包装结构有关。本实验对这些独特的DNA分子结构进行了讨论。
2.淀粉质体DNA的降解代谢:本实验采用细胞化学的方法,研究了莲子叶细胞中淀粉质体DNA的降解过程。结果表明,在淀粉和淀粉质体DNA降解之前,蛋白体首先发生降解,此时细胞内的淀粉质体结构完整、质体内的核酸含量无明显变化。之后淀粉质体开始降解,PAS反应结果表明,后期淀粉粒降解时,淀粉聚合在一起形成淀粉团,在淀粉团上能观察到多个小颗粒状晶体,这些小晶体能被Feulgen着色。淀粉质体上晶体结构的这种变化过程是淀粉质体DNA降解的结果,淀粉质体DNA的降解伴随着淀粉的降解。经Feulgen反应后,将种子萌发后65天与20天的淀粉质体进行比较,结果表明,淀粉质体内Feulgen-DNA的含量明显减少。本实验还观察到,子叶细胞的细胞壁发生了较大的变化;有的细胞壁局部发生解体,有的细胞与细胞之间形成通道,物质降解后期细胞之间及两细胞间被分开,细胞壁之间含有许多降解的小分子内含物,Feulgen反应证明,细胞壁之间和细胞间隙中的小分子物质中具有核酸成分。细胞中的降解产物的运输需经过质外体空间,细胞壁发生的这些变化与子叶细胞贮藏物质降解后的运输有关。