茶樹品種利川紅不定根的解剖和屏障結(jié)構(gòu)時(shí)空發(fā)育特征研究

摘要：對茶樹品種利川紅[Camellia sinensis （L.） O. Ktze. cv. Lichuanhong]不定根的解剖和屏障結(jié)構(gòu)時(shí)空發(fā)育特征采用不同組織化學(xué)染色方法，在光學(xué)和熒光顯微鏡下觀察形態(tài)結(jié)構(gòu)。結(jié)果表明，利川紅不定根初生結(jié)構(gòu)由表皮、皮層和維管柱組成，皮層有內(nèi)、外皮層分化，維管柱由初生木質(zhì)部和初生韌皮部組成。次生結(jié)構(gòu)由次生維管組織和木栓層組成，次生維管組織結(jié)構(gòu)由次生木質(zhì)部和次生韌皮部組成，以次生木質(zhì)部為主。利川紅不定根初生結(jié)構(gòu)的屏障結(jié)構(gòu)由外側(cè)的具凱氏帶、木質(zhì)化和栓質(zhì)化的表皮與外皮層組成，內(nèi)側(cè)為凱氏帶和栓質(zhì)化，微弱木質(zhì)化的內(nèi)皮層組成。次生結(jié)構(gòu)的屏障結(jié)構(gòu)為栓質(zhì)化和木質(zhì)化的木栓層。利川紅不定根屏障結(jié)構(gòu)具有適應(yīng)旱生環(huán)境的特征，并可調(diào)節(jié)根尖的水與離子運(yùn)輸，對根系具有保護(hù)作用。

關(guān)鍵詞：茶樹（Camellia sinensis （L.） O. Ktze.）；不定根；解剖結(jié)構(gòu)；屏障結(jié)構(gòu)；組織化學(xué)

中圖分類號(hào)：S571.1+54 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：0439-8114（2016）14-3662-04

DOI：10.14088/j.cnki.issn0439-8114.2016.14.030

Abstract： Histochemical staining methods were applied to study the anatomy and barrier structure spatial-temporal developmental characters of Camellia sinensis（L.） O. Ktze. cv. Lichuanhong adventitious root， the morphological structure was observed under light and epifluorescence microscope. The results show that the primary structure of C. sinensis cv. Lichuanhong adventitious roots has epidermis， cortex and vascular cylinder； While cortex has endodermis and exodermis； And vascular cylinder has primary xylem and primary phloem. Secondary structure has secondary vascular cylinder and phellem； While secondary vascular cylinder has extensively secondary xylem and secondary phloem. The primary barriers structure in adventitious roots includes outer layers of lignified and suberized epidermis and exodermis with Casparian bands； And inner layers of suberized and weakly lignified endodermis with Casparian bands. The secondary structure has suberized and lignified phellem layer. The barrier structure in adventitious roots of C. sinensis cv. Lichuanhong is adaptation character to dry environment， and could control water and ions transport and protect root system.

Key words： Camellia sinensis （L.） O. Ktze.； adventitious root； anatomy； barrier structure； histochemistry

茶樹[Camellia sinensis（L.）O. Ktze.]是世界上著名的三大飲料作物之一，廣泛分布和栽培于中國南方各地，在農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)中占有重要的經(jīng)濟(jì)地位[1]。有報(bào)道稱茶樹品種Fener-3（C. sinensis cv. Fener-3）扦插苗易形成不定根而容易成活[2]。Yabukita（C.sinensis cv. Yabukita）在溫室珍珠巖和營養(yǎng)液等栽培條件下，種子發(fā)出的根粗大，具薄壁細(xì)胞組成面積較大的髓，且在根尖的根毛區(qū)域，內(nèi)、外皮層具凱氏帶發(fā)育；而不定根細(xì)小，無髓，根尖表面無根毛，根尖凱氏帶發(fā)育更接近根尖頂端；推測根尖提早發(fā)育的屏障結(jié)構(gòu)有助于調(diào)節(jié)根尖的徑向運(yùn)輸[3]。植物根中的質(zhì)外體屏障結(jié)構(gòu)由根中內(nèi)、外皮層初生壁的凱氏帶、次生壁栓質(zhì)化和木質(zhì)化及植物體表角質(zhì)層組成，可控制和調(diào)節(jié)植物與環(huán)境中水、礦質(zhì)離子及氧氣等物質(zhì)的擴(kuò)散與交換，保證植物各種生理代謝在穩(wěn)定的內(nèi)部環(huán)境中進(jìn)行，是植物適應(yīng)各種逆境的重要屏障[4-7]。根中質(zhì)外體屏障結(jié)構(gòu)在植物適應(yīng)干旱、洪澇災(zāi)害、離子脅迫和病蟲害的侵襲等方面具有重要的作用，在探索適應(yīng)并修復(fù)極端生態(tài)環(huán)境的植物資源中有著廣闊的應(yīng)用前景。近年來，研究濕地植物的屏障結(jié)構(gòu)與其對濕地環(huán)境的適應(yīng)性引起了人們的關(guān)注[5-11]，而對耐旱植物如茶樹還缺乏這方面的研究[12]。目前，已有可靠的細(xì)胞壁組織化學(xué)研究方法，如硫氫酸黃連素-苯胺藍(lán)對染，可使凱氏帶在熒光下呈現(xiàn)出生動(dòng)的黃色，木質(zhì)化細(xì)胞壁呈濃厚、呆滯的黃色[13]，細(xì)胞壁木栓質(zhì)在藍(lán)色激發(fā)光下呈現(xiàn)出棕色[5-7，10，11]；用蘇丹紅7B染色的細(xì)胞壁木栓質(zhì)呈現(xiàn)紅色[14]；鹽酸-間苯三酚染色的細(xì)胞壁木質(zhì)素呈現(xiàn)櫻桃紅色；初生壁凱氏帶經(jīng)濃硫酸消化后呈波浪形，而木質(zhì)化細(xì)胞壁呈直線形，且炭化為黑色[15]?，F(xiàn)在國內(nèi)尚缺少茶樹不定根的解剖和屏障結(jié)構(gòu)研究，為此，試驗(yàn)對產(chǎn)于湖北省的茶樹品種利川紅（C.sinensis cv. Lichuanhong）在特定小氣候和地形條件下，不定根的解剖與屏障結(jié)構(gòu)時(shí)空發(fā)育特征進(jìn)行了比較，現(xiàn)將結(jié)果報(bào)告如下。

1 材料與方法

參試茶樹品種利川紅于2015年4月中旬采自湖北利川金利來茶業(yè)有限責(zé)任公司種植園，取扦插苗不定根，長約150 mm左右，用自來水沖洗干凈，不定根用FAA固定備用。

在體視解剖鏡下，用雙面刀片在距利川紅不定根根尖10、20、30、50 mm處和皮層脫落的老根分別切片，切片分別用甲苯胺藍(lán)（TBO）、75%濃硫酸、鹽酸-間苯三酚（PG）、硫氫酸黃連素-苯胺藍(lán)對染（BAB）和蘇丹紅7B（SR7B）染色或消化處理。TBO染色2～3 min，用于觀察切片解剖構(gòu)造；75%濃硫酸消化處理切片10 min左右，觀察初生壁凱氏帶形狀；PG染色5～8 min觀察切片的胞壁；采用0.1% （質(zhì)量分?jǐn)?shù)，下同）硫氫酸黃連素和0.5%苯胺藍(lán)對染切片后觀察初生壁情況。用0.1%SR7B溶液染色切片，確定細(xì)胞壁栓質(zhì)化的組織化學(xué)定位。試驗(yàn)得到的結(jié)果（原始圖片）用Photoshop軟件處理，加標(biāo)尺，調(diào)整圖片亮度和對比度，最后合成圖片[10，11]。

2 結(jié)果與分析

試驗(yàn)測定的利川紅扦插苗不定根解剖結(jié)構(gòu)和不同組織化學(xué)染色方法顯示結(jié)果見圖1。從圖1可見，在距利川紅不定根根尖10 mm處，其解剖結(jié)構(gòu)由外而內(nèi)依次為具根毛的表皮細(xì)胞層、皮下層、皮層、內(nèi)皮層和維管柱，維管柱由原生木質(zhì)部和初生韌皮部組成（圖1-A）。BAB處理后，在熒光下內(nèi)皮層凱氏帶不明顯，表皮細(xì)胞層和皮下層木質(zhì)化（圖1-B）；采用75%濃硫酸消化后，內(nèi)皮層具波浪形凱氏帶（圖1-C），外皮層凱氏帶也呈波浪形，而未消化的表皮和皮下層細(xì)胞壁為黑色直線形（圖1-D）。

距不定根尖20 mm處，在BAB處理后，內(nèi)皮層明顯具凱氏帶，外皮層有1～2層細(xì)胞壁強(qiáng)烈木質(zhì)化（圖1-E），在SR7B處理后，內(nèi)皮層和外皮層細(xì)胞壁具有木栓層（圖1-F），PG染色也表明內(nèi)皮層木質(zhì)化較弱，而外皮層1～2層細(xì)胞壁則強(qiáng)烈木質(zhì)化（圖1-G），后生木質(zhì)部出現(xiàn)（圖1-E、圖1-G）。距不定根尖10～20 mm切片的維管柱具有二、三和四原型初生木質(zhì)部（圖1-A、圖1-B、圖1-E、圖1-F、圖1-G）。

距不定根尖30 mm處，維管柱開始具次生木質(zhì)部（圖1-H、圖1-I、圖1-J），內(nèi)皮層凱氏帶明顯，但木質(zhì)化不顯著（圖1-H、圖1-J），內(nèi)皮層和外皮層強(qiáng)烈栓質(zhì)化（圖1-I）。

距不定根尖50 mm處，維管柱次生木質(zhì)部呈圓形，內(nèi)皮層、皮層和外皮層依舊保持完整，沒有被破壞，內(nèi)皮層和外皮層保持栓質(zhì)化（圖1-K）。隨著不定根皮層的脫落，其解剖結(jié)構(gòu)以次生木質(zhì)部為主，具有木射線，其外側(cè)為次生韌皮部和木栓層，木栓層具木栓質(zhì)和木質(zhì)素沉積，細(xì)胞壁木栓質(zhì)在熒光下呈棕色[5-7，10，11]（圖1-L、圖1-M、圖1-N、圖1-O）。

利川紅不定根約在距根尖30 mm處之前為初生結(jié)構(gòu)，由表皮、皮層和維管柱組成，維管柱為初生木質(zhì)部和初生韌皮部。在距根尖30～50 mm，維管柱具次生木質(zhì)部，表皮和皮層仍存在。大約在距根尖50 mm以后皮層脫落，不定根完全為次生結(jié)構(gòu)，由次生維管組織和木栓層組成，以次生木質(zhì)部為主，次生維管組織包括次生木質(zhì)部和次生韌皮部。利川紅不定根質(zhì)外體屏障結(jié)構(gòu)發(fā)育較早，距根尖10 mm左右，表皮和外皮層木質(zhì)化，內(nèi)、外皮層具凱氏帶。約在距根尖20 mm以后，內(nèi)、外皮層栓質(zhì)化，內(nèi)皮層木質(zhì)化仍不明顯。因此在不定根初生結(jié)構(gòu)發(fā)育時(shí)期，其外側(cè)屏障結(jié)構(gòu)由木質(zhì)化表皮和具凱氏帶、栓質(zhì)化與木質(zhì)化的外皮層組成；內(nèi)側(cè)屏障結(jié)構(gòu)由凱氏帶和栓質(zhì)化的內(nèi)皮層組成。當(dāng)皮層脫落后，屏障結(jié)構(gòu)為栓質(zhì)化和木質(zhì)化的木栓層保護(hù)組織。

3 討論

3.1 不定根的解剖結(jié)構(gòu)

觀察結(jié)果顯示，在距利川紅根尖30 mm前，不定根為初生結(jié)構(gòu)，由表皮、皮層和維管柱組成，皮層有內(nèi)、外皮層分化[16]，維管柱由初生木質(zhì)部和初生韌皮部組成。距根尖30～50 mm左右，維管柱次生木質(zhì)部開始發(fā)育，表皮和皮層仍存在。在距根尖50 mm左右以后皮層脫落，不定根完全為次生結(jié)構(gòu)，由次生維管組織和木栓層組成，以次生木質(zhì)部為主，次生維管組織結(jié)構(gòu)包括次生木質(zhì)部和次生韌皮部。利川紅不定根的初生結(jié)構(gòu)、次生結(jié)構(gòu)組成和發(fā)育過程與其他木本植物的根結(jié)構(gòu)相同，而Yabukita茶品種的種子根具髓，其不定根無髓[3]，這與利川紅不定根無髓結(jié)構(gòu)相同。

3.2 不定根的屏障結(jié)構(gòu)

利川紅不定根初生結(jié)構(gòu)的屏障結(jié)構(gòu)由外側(cè)的具凱氏帶、木質(zhì)化和栓質(zhì)化的表皮與外皮層組成，內(nèi)側(cè)由凱氏帶和栓質(zhì)化，微弱木質(zhì)化的內(nèi)皮層組成。不定根次生結(jié)構(gòu)的屏障結(jié)構(gòu)為栓質(zhì)化和木質(zhì)化的木栓層。

在距不定根尖10 mm左右，利川紅根表皮和外皮層木質(zhì)化，內(nèi)、外皮層具凱氏帶，這與Yabukita茶品種的不定根結(jié)構(gòu)類似 ，而雙穗雀稗（Paspalum distichum L.）、牛鞭草[Hemarthria altissima（Poir.）Stapf et C. E. Hubb.]、菰[Zizania latifolia（Griseb.）Stapf]等植物根尖此時(shí)僅有微弱或者無凱氏帶出現(xiàn)，或者微弱木質(zhì)化和栓質(zhì)化。這說明茶樹根尖，特別是外皮層屏障結(jié)構(gòu)發(fā)育很早[10，11]。在距根尖20 mm，內(nèi)皮層仍沒有明顯木質(zhì)化，此時(shí)內(nèi)、外皮層栓質(zhì)化，內(nèi)皮層具木栓層，與Yabukit茶品種相同[3]。然而在皮層脫落前，內(nèi)皮層沒有明顯木質(zhì)化，與報(bào)道的雙穗雀稗等不同，這些植物內(nèi)皮層在栓質(zhì)化的同時(shí)也發(fā)生顯著的木質(zhì)化[10，11]。在不定根次生結(jié)構(gòu)的木栓層屏障結(jié)構(gòu)上，通常認(rèn)為木栓層僅為栓質(zhì)化，少有報(bào)道木栓層發(fā)生木質(zhì)化；不過天竺葵（Pelargonium hortorum Bailey）莖的木栓層具有凱氏帶、并栓質(zhì)化和木質(zhì)化[17]。

利川紅不定根初生結(jié)構(gòu)和次生結(jié)構(gòu)的屏障結(jié)構(gòu)特征可能與其適應(yīng)旱生環(huán)境有關(guān)，并調(diào)節(jié)根尖徑向的水分和離子運(yùn)輸，特別是不定根表皮和外皮層過早木質(zhì)化，以及外皮層栓質(zhì)化，提高了在旱生環(huán)境下根尖與土壤的摩擦能力，這可嚴(yán)格控制水分和離子的輸導(dǎo)，次生結(jié)構(gòu)中栓質(zhì)化和木質(zhì)化木栓層也加強(qiáng)了對老根的保護(hù)[3，17]。

致謝：感謝湖北利川金利來茶業(yè)有限責(zé)任公司的大力支持和協(xié)助。

參考文獻(xiàn)：

[1] 劉美雅，伊?xí)栽疲?，? 茶園土壤性狀及茶樹營養(yǎng)元素吸收、轉(zhuǎn)運(yùn)機(jī)制研究進(jìn)展[J]. 茶葉科學(xué)，2015，35（2）：110-120.

[2] KOYUNCU F，BALTA F. Adventitious root formation in leaf-bud cuttings of tea（Camellia sinensis L.）[J]. Pakistan Journal of Botany，2004，36（4）：763-768.

[3] LUX A，HOMMA T，MORITA S，et al. Preliminary study of tea root anatomy root research[J/OL]. http：//www.jsrr.jp/wstea/lux.htm，1999-08-04.

[4] 楊朝東，張 霞，劉國鋒，等. 植物根中質(zhì)外體屏障結(jié)構(gòu)和生理功能研究進(jìn)展[J]. 植物研究，2013，33（1）：114-119.

[5] 楊朝東，張 霞. 雙穗雀稗（Paspalum distichum）通透性生理和莖解剖結(jié)構(gòu)補(bǔ)充研究[J]. 植物研究，2013，33（5）：564-568.

[6] 楊朝東，李守峰，鄧仕明，等. 白茅解剖結(jié)構(gòu)和屏障結(jié)構(gòu)特征研究[J]. 草業(yè)學(xué)報(bào)，2015，24（3）：213-218.

[7] 楊朝東，李守峰，姚 蘭，等. 天胡荽的解剖和屏障結(jié)構(gòu)特征研究[J]. 草業(yè)學(xué)報(bào)，2015，24（7）：139-145.

[8] SEAGO JR. J L，PETERSON C A，ENSTONE D E，et al. Development of the endodermis and hypodermis of Typha glauca Godr. and T. angustifolia L. roots[J].Canadian Journal of Botany，1999，77：122-134.

[9] SOUKUP A，ARMSTRONG W，SCHREIBER L，et al.Apoplastic barriers to radial oxygen loss and solute penetration：A chemical and functional comparison of the exodermis of two wetland species，Phragmites australis and Glyceria maxima[J].New Phytologist，2007，173：264-278.

[10] YANG C D，ZHANG X，ZHOU C Y，et al.Root and stem anatomy and histochemistry of four grasses from the Jianghan floodplain along the Yangtze River，China[J].Flora，2011，206： 653-661.

[11] YANG C D，ZHANG X，LI J K，et al. Anatomy and histochemistry of roots and shoots in wild rice（Zizania latifolia Griseb.）[J/OL].Journal of Botany，http：//dx.doi.org/10.1155/2014/181727.

[12] 劉聲傳，陳 亮. 茶樹耐旱機(jī)理及抗旱節(jié)水研究進(jìn)展[J]. 茶業(yè)科學(xué)，2014，34（2）：111-121.

[13] BRUNDRETT M C，ENSTONE D E，PETERSON C A. A berberine-aniline blue fluorescent staining procedure for suberin， lignin and callose in plant tissue[J]. Protoplasma，1988，146：133-142.

[14] BRUNDRETT M C，KENDRICK B，PETERSON C A. Efficient lipid staining in plant material with Sudan red 7B or Fluorol yellow 088 in polyethylene glycol-glycerol[J]. Biotechnic and Histochemistry，1991，66：111-116.

[15] PATERSON R A. Botanical histochemistry： Principles and practice[J]. Science，1963，140：634-635.

[16] HOSE E，CLARKSON D T，STEUDLE E，et al. The exodermis： A variable apoplastic barrier[J]. Journal of Experimental Botany，2001，52：2245-2264.

[17] MEYER C J， PETERSON C A. Casparian bands occur in the periderm of Pelargonium hortorum stem and root[J]. Annals of Botany，2011，107：591-598.