人參化感物質(zhì)對(duì)其幼苗根尖解剖結(jié)構(gòu)的影響

邵財(cái)　劉繼永　張玉紅　張浩　張舒娜　王英平

摘 要：為探討人參化感物質(zhì)的作用機(jī)制，采用石蠟切片技術(shù)研究人參化感物質(zhì)對(duì)其幼苗根尖解剖結(jié)構(gòu)的影響。利用人參化感物質(zhì)活性組分培養(yǎng)其幼苗96 h后，取其根尖，進(jìn)行石蠟切片，采用番紅—固綠染色。結(jié)果表明：化感物質(zhì)組分處理后的人參幼苗根尖幾個(gè)功能部位的細(xì)胞大小及排列發(fā)生了明顯的變化，處理后的幼苗根尖明顯變粗，細(xì)胞間隙加大，表皮層細(xì)胞部分脫落，頂端分生組織和根冠的細(xì)胞混亂，這種效應(yīng)隨著處理濃度的增加而增強(qiáng)，且在濃度為40 g·mL-1處理時(shí)，一部分頂端分生組織細(xì)胞的細(xì)胞壁形態(tài)異常甚至破裂，中柱鞘細(xì)胞明顯膨脹。

關(guān)鍵詞：人參；化感作用；根尖；解剖結(jié)構(gòu)

中圖分類號(hào)： S567.5+1 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A DOI 編碼：10.3969/j.issn.1006-6500.2014.09.003

Abstract： The paraffin slice technique was used to study the effects of ginseng allelochemicals on anatomical structure of ginseng seedling root tip， and the mechanism of ginseng allelopathy was discussed. Allelochemicals were used to culture ginseng seedling and sampled at the 96th hours， and made paraffin section with root tip of seedling. Sarranine staining and brilliant green staining was applied. The results showed that the treatment seedling cells of several functional regions took place obvious changes in size and arrangement. The seedling root tip became thick obviously and intercellular space increased. A part of epidermal cells fell off from the roots and the cells of apical meristem and root cap became unordered. The allelopathic effects were strengthened with culture concentration increasing， and some cell walls of apical meristem became abnormal morphology and even fractured in treatment groups with culture concentration of 40 g·mL-1， and the cells of pericycle were also expansive obviously.

Key words： ginseng； allelopathy； root tip； anatomical structure

人參連作障礙具體表現(xiàn)為“燒須、病多、產(chǎn)量低”，多年來(lái)參農(nóng)采用伐林栽參的方式，雖然能對(duì)人參連作障礙問(wèn)題有一定的緩解，但由于大量森林被砍伐，對(duì)生態(tài)環(huán)境會(huì)造成嚴(yán)重影響。近年來(lái)研究表明，人參化感作用在人參連作障礙中扮演著重要角色[1-3]。前期研究成果表明，栽參根際土壤水提液乙酸乙酯部分活性較高，且它們能引起人參幼苗根部細(xì)胞膜質(zhì)過(guò)氧化和根系活力下降等[4-5]，人參化感物質(zhì)對(duì)這些生理生化方面的影響必然引起細(xì)胞水平上的形態(tài)結(jié)構(gòu)變化。人參幼苗根尖細(xì)胞形態(tài)結(jié)構(gòu)的變化，對(duì)人參化感物質(zhì)其它生理作用機(jī)理可能有重要的啟示。為此，本研究從人參幼苗根尖解剖結(jié)構(gòu)的角度著手，揭示人參化感物質(zhì)對(duì)其自毒作用的機(jī)理。

1 材料和方法

1.1 人參幼苗的培養(yǎng)

經(jīng)后熟處理的人參種子購(gòu)于吉林省撫松縣萬(wàn)良鎮(zhèn)。人參種子先用自來(lái)水沖洗干凈，再用1 000倍的50%多菌靈可濕性粉劑處理10 min，自來(lái)水反復(fù)沖洗，然后置于事先滅過(guò)菌的直徑11 cm的培養(yǎng)皿 （鋪有2層濕潤(rùn)濾紙） 中，20 ℃恒溫保濕培養(yǎng)，4 d后幼苗供試驗(yàn)使用。

1.2 人參化感物質(zhì)的制備

采集撫松一參場(chǎng)栽參床土（兩年生人參移栽，生長(zhǎng)3年），自然風(fēng)干的土壤樣品研細(xì)后過(guò)直徑0.25 mm的篩，稱取土壤樣16 kg，用蒸餾水5倍量提取3次，提取液合并過(guò)濾，減壓濃縮至一定體積，用等體積的乙酸乙酯（分析純）萃取3～5次，有機(jī)相合并減壓濃縮，用乙酸乙酯定容100 mL，得到土壤質(zhì)量濃度160 g·mL-1的溶液，放置4 ℃冰箱備用。

1.3 化感物質(zhì)對(duì)人參幼苗的處理

取一定量上述化感物質(zhì)，配制成土壤質(zhì)量濃度為80，40 g·mL-1的溶液，各取2.5 mL至事先滅菌的直徑11 cm培養(yǎng)皿 （鋪有2層吸水濾紙） 中，對(duì)照加入2.5 mL乙酸乙酯（分析純），待乙酸乙酯揮干后，每皿加入5 mL蒸餾水，使培養(yǎng)液中土壤的質(zhì)量濃度分別為40，20 g·mL-1，每個(gè)培養(yǎng)皿中放入15粒人參幼苗，每個(gè)處理3 次重復(fù)。放置20 ℃恒溫保濕培養(yǎng)96 h后取樣。

1.4 石蠟切片的制作、切片和觀察

分別用刀片截取人參幼苗根尖（約5 mm），將取的材料置于裝有固定液的小瓶中， 固定2 h以上放置備用。參考陳長(zhǎng)寶[1]的方法進(jìn)行石蠟切片制作，將包埋于蠟塊中的材料分為縱切和橫切進(jìn)行連續(xù)切片，切片厚度10 μm，染色采用番紅—固綠對(duì)染，染色后的切片在Olympus CX-31型顯微鏡下觀察并拍照。

2 結(jié)果與分析

2.1 化感物質(zhì)處理人參幼苗根尖的縱切面解剖結(jié)構(gòu)

由根尖縱切面觀察可見(jiàn)，化感物質(zhì)處理后的人參幼苗根尖幾個(gè)功能部位的細(xì)胞發(fā)生了明顯的大小和排列方面的變化（圖1）。圖1中對(duì)照幼苗的根尖細(xì)胞排列規(guī)則、清晰，各功能區(qū)（表皮層、頂端分生組織等） 細(xì)胞分類明顯。用化感物質(zhì)處理后的幼苗根尖明顯變粗，細(xì)胞間隙加大，表皮層細(xì)胞部分脫落，頂端分生組織和根冠的細(xì)胞混亂，這種效應(yīng)隨著處理濃度的增加而增強(qiáng)，且在濃度為40 g·mL-1處理時(shí)，一部分頂端分生組織細(xì)胞的細(xì)胞壁形態(tài)異常甚至破裂。

2.2 化感物質(zhì)處理人參幼苗根尖橫切面解剖結(jié)構(gòu)觀察

由圖2可見(jiàn)，人參幼苗用化感物質(zhì)處理后，根尖橫切面細(xì)胞發(fā)生的明顯變化。在對(duì)照中，人參幼苗根尖橫切面細(xì)胞排列規(guī)則、均勻，細(xì)胞飽滿，各分類組織（表皮、皮層薄壁組織和中柱鞘等） 清晰可辨。用化感物質(zhì)處理后，細(xì)胞排列紊亂，表皮細(xì)胞大量脫落，這種作用隨處理濃度增加而增強(qiáng)，在40 g·mL-1處理時(shí)，皮層薄壁組織細(xì)胞的細(xì)胞壁形態(tài)異常甚至破裂，中柱鞘細(xì)胞明顯膨脹。

3 結(jié)論與討論

由人參連作障礙表現(xiàn)須根減少、爛根等現(xiàn)象可知，人參化感物質(zhì)首先作用于人參的根并進(jìn)而影響植株的生長(zhǎng)。而植物根系具有特定的解剖、形態(tài)和生理功能特征[6]，其不同部位的細(xì)胞和細(xì)胞內(nèi)不同的細(xì)胞器所發(fā)生的改變，都是對(duì)外界環(huán)境因子做出的不同程度的響應(yīng)[7]。前期研究結(jié)果表明，經(jīng)化感物質(zhì)培養(yǎng)后的人參幼苗，出現(xiàn)了根系生長(zhǎng)發(fā)育不良的癥狀。由本研究結(jié)果可知，受體人參幼苗根冠區(qū)的生長(zhǎng)受到嚴(yán)重干擾，根尖表皮至皮層細(xì)胞出現(xiàn)明顯脫落甚至腐爛。另外，在人參連栽后側(cè)根明顯較少，而側(cè)根是由中柱鞘中的一組細(xì)胞在生長(zhǎng)發(fā)育中分化而來(lái)[8]，在人參幼苗根尖橫向解剖結(jié)構(gòu)里中柱鞘的比較結(jié)果可以看到，化感物質(zhì)可能對(duì)中柱鞘細(xì)胞發(fā)生直接或間接作用，最終導(dǎo)致植株側(cè)根減少，影響根部對(duì)營(yíng)養(yǎng)及水分吸收，地上部光合生物量減少[9]。

本研究中解剖結(jié)構(gòu)的結(jié)果表明，人參幼苗經(jīng)化感物質(zhì)處理后，根尖細(xì)胞排列紊亂，根尖明顯變粗，且細(xì)胞間隙變大。這與其它一些化感物質(zhì)的作用結(jié)果類似。紫莖澤蘭淋溶主效化感物質(zhì)（澤蘭二酮和羥基澤蘭酮） 處理旱稻幼苗根尖，根尖頂端分生組織、靜止中心和根冠的細(xì)胞排列混亂，細(xì)胞間隙加大，皮層薄壁組織細(xì)胞變得短而粗，以及表皮層細(xì)胞大量脫落等，這可能是由于紫莖澤蘭化感物質(zhì)對(duì)受體植物吲哚乙酸的干擾所致[10]。用酚酸類化感物質(zhì)安息香酸處理芥菜幼苗，其根尖細(xì)胞形狀不規(guī)則，且排列紊亂，細(xì)胞之間出現(xiàn)明顯離散的中膠層[11]，這可能是由于安息香酸促進(jìn)吲哚乙酸的脫羧基作用抑制了吲哚乙酸的活性所致[12]。另外，低濃度的IAA會(huì)促進(jìn)細(xì)胞壁松弛，使細(xì)胞之間的中膠層出現(xiàn)明顯的空隙，這些空隙將導(dǎo)致細(xì)胞之間信號(hào)和營(yíng)養(yǎng)的傳輸嚴(yán)重受阻[13-14]。對(duì)人參根際土壤提取液GC—MS化學(xué)成分進(jìn)行分析，分析表明人參根際土壤提取液中含有苯酚類、酚酸及其衍生物和苯胺類物質(zhì)[2]。由此可見(jiàn)，人參化感物質(zhì)可能通過(guò)干擾吲哚乙酸含量，進(jìn)而影響人參根尖細(xì)胞形態(tài)的變化，但其中的作用機(jī)理還有待于進(jìn)一步研究。

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