早春短命植物(Ephemeal Plant)因充分利用早春融雪水及春末夏初充足的光热资源快速生长,并于干热季节来临之前,在短短的60-90天内迅速完成生活史而得名。在我国仅分布在新疆北部的天山北麓和准噶尔盆地及其周围干旱的荒漠地区,对降低沙尘暴危害、防风固沙、保护和改造生态环境起到重要作用,并且在此类植物中蕴涵着大量具有饲用、药用及观赏价值的种类,构成了新疆独特的、具有很高潜在利用价值的生物资源库。近年来,短命植物光合作用效率高,生长周期短,生长发育快等特性,成为科学家们研究的重点。本文以两种典型的短命植物:禾本科—东方旱麦草(Eremopyrum orientale),十字花科—独行菜(Lepidium apetalum)作为研究对象,同时以两种典型的碳三植物:禾本科—小麦(Wheat),十字花科—油菜(Brassica napus)作为对比参照,通过制作石蜡切片观察叶片形态解剖结构、制作超薄切片观察光合作用细胞器结构、免疫胶体金技术定位光合作用关键酶——1,5-二磷酸核酮糖羧化酶/加氧酶(ribulose-1,5-bisphosphosphate carboxylase/oxygenase,简称Rubisco),分析比较了四种植物在叶片解剖结构、光合作用细胞器、光合作用关键酶的定位等方面特征的异同,讨论了短命植物的光合作用途径。通过石蜡切片,在显微镜下观察叶片细胞水平,显微结构结果显示:东方旱麦草、独行菜叶脉的导管腔大,有利于在短时间内快速吸收和传输水分;叶中有大型、特大型贮水薄壁细胞,有利于贮水保水;叶片的横切面上,一层大型薄壁细胞整齐排列在维管束周围,组成维管束鞘;维管束鞘细胞内含有数量多、体积小的叶绿体,沿维管束鞘细胞外缘呈离心分布,形成类似碳四植物的“花环结构”。这些特殊的保护结构,是短命植物长期适应于干旱、风沙侵袭特殊的环境,而逐渐演化形成的生理结构。通过超薄切片,在透射电镜下观察叶片细胞内水平,超微结构结果显示:东方旱麦草、独行菜维管束鞘细胞中细胞器丰富;叶绿体沿维管束鞘细胞边缘呈离心分布,叶绿体小且基粒片层不发达;维管束鞘细胞内含有大量淀粉粒。这些亚细胞结构特征与碳四植物相似。Rubisco是光合作用的关键酶,本实验通过对该酶的免疫组化定位以区别碳三与两种短命植物的光合作用途径。本实验应用基因工程技术制备DNA疫苗,免疫小鼠获得Rubisco大亚基抗体,与以往从植物中纯化Rubisco蛋白免疫动物制备抗体的方法不同。Rubisco大亚基(ribulose-1,5-bisphosphate carboxylase large subunit,rbcL)为叶绿体编码基因,序列保守且无内含子,根据已发表的旱麦草rbcL基因序列设计引物,从东方旱麦草基因组DNA中直接扩增rbcL基因,并构建到真核表达载体pcDNA3上制备DNA疫苗。同时为了提高抗体效价,将该基因构建到原核表达载体pGEX4T-1上制备蛋白疫苗,加强免疫小鼠。对抗体进行ELISA和Western检测,结果表明抗体效价高、特异性强,可以用作后续免疫组化研究。用已获得的抗体对四种植物叶片中的光合作用关键酶Rubisco进行免疫组化定位,观察四种植物叶绿体中胶体金颗粒的标记情况:东方旱麦草、独行菜维管束鞘细胞叶绿体中有胶体金颗粒标记的Rubisco,而叶肉细胞叶绿体中几乎没有;在小麦和油菜叶肉细胞叶绿体中观察到了Rubisco的胶体金颗粒。结果表明:东方旱麦草、独行菜两种短命植物光合作用关键酶Rubisco的分布与碳三植物不同,更接近于碳四植物。