大野蕎根和莖的解剖結構及其黃酮組織化學定位研究

唐 鏈，陳慶富

（貴州師范大學蕎麥產業(yè)技術研究中心，貴州 貴陽 550001）

蕎麥為蓼科（Polygonaceae）蕎麥屬（Fagopyrum Mill）植物，別名為烏麥、三角麥、花蕎、蕎子等。全世界已報道并正式命名的蕎麥有24個種，主要分布于亞洲、歐洲和美洲，為一年生、多年生草本，少數(shù)種為半灌木。其中，多年生蕎麥的主要類型為金蕎復合物（F.cymosum complex），包括二倍體毛野蕎（F. pilus QF Chen）、二倍體大野蕎（F. megaspartanium QF Chen）和異源四倍體金蕎（F. cymosum Meissn）3個種［1］。金蕎復合物具有營養(yǎng)和保健的雙重功效，塊根可入藥，清熱解毒、排膿祛瘀［2］，且在生產上易于人工栽培管理、生長快、產量高、病蟲害少，是一種分布廣泛的植物［3-6］。大野蕎是其中最主要和常見的種類［1］。目前關于大野蕎的研究主要集中在同工酶［7］、黃酮［8］、蛋白質［9］、可溶性糖［10］等方面，而有關大野蕎營養(yǎng)器官的解剖學研究尚未見報道。

金蕎復合物經藥理和臨床證實有保肝、抗菌、鎮(zhèn)痛、抗炎、抗腫瘤、抗氧化等作用，能有效地控制和治療糖尿病，預防和控制高血壓、心血管硬化疾病、健胃消食，增加機體對疾病的免疫能力，同時對兒童的生長和智力的開發(fā)也有幫助［3，11］。其中黃酮類化合物是金蕎復合物中最有效、含量最多的藥用成分。關于蕎麥黃酮類物質在蕎麥植株組織器官中的分布尚未見報道。本研究采用植物解剖學和組織化學方法，對大野蕎根、莖、根莖部的顯微結構特征及黃酮類化合物在各器官中的分布情況進行分析，旨在揭示大野蕎營養(yǎng)器官的結構特征與黃酮的積累規(guī)律，為進一步研究大野蕎中有效成分的累積、變化，以及蕎麥屬植物的起源與進化研究提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

2014年8月5日，按照株間距5 cm、行間距30～40 cm的規(guī)格，將大野蕎播種于貴州師范大學蕎麥產業(yè)技術研究中心柏楊基地，進行常規(guī)栽培管理，于2014年10月18日采集其健康植株進行試驗。

1.2 試驗方法

1.2.1 解剖學方法 （1）石蠟切片法：選取生長健康的新鮮大野蕎為材料，取成熟葉片、根莖部及一年生和多年生根與莖，將根、莖和根莖部切成長約0.4～0.7 cm的小段，迅速放入FAA固定液中固定［12］，經系列濃度乙醇脫水、透蠟、包埋、HHQ-2508B輪轉式切片機切片，切片厚度為8～12 μm，以番紅固綠雙重染色，中性樹膠封片，在OLYMPUS BX51顯微鏡下觀察，并用與鏡體相連的OLYMPUS DP70顯微鏡數(shù)碼相機拍照。

（2）徒手切片法：以大野蕎新鮮根、莖、根莖部、葉為材料，分別用雙面刀片切成薄片，放置于載玻片上，滴加少許清水，蓋上蓋玻片制成臨時裝片，在OLYMPUS BX51-DP70顯微鏡下觀察并拍照。

1.2.2 組織化學方法 （1）氫氧化鈉法：對大野蕎新鮮根、莖、根莖部和葉進行徒手切片，放置于載玻片上，在切片上滴加5% NaOH溶液［13］，染色10 min，使切片中的總黃酮顯色，制成臨時裝片，立即置于OLYMPUS BX51-DP70顯微鏡下觀察并拍照。

（2）熒光法：對大野蕎新鮮根、莖、根莖部和葉進行徒手切片，放置于載玻片上，滴加1%醋酸鎂甲醇溶液［14］，染色30 s，使切片中的總黃酮顯色，制成臨時裝片，立即置于BXURA2熒光顯微鏡下（激發(fā)波長405～480 nm）觀察并拍照。

2 結果與分析

2.1 根的解剖結構

大野蕎植株根的橫切面近圓形，根的初生結構均由表皮、皮層以及中柱共同構成（圖1A、B，封二）。表皮位于根的最外方，由一些體積較小、長方形的細胞組成，排列規(guī)則、緊密，無細胞間隙。部分表皮細胞的外壁向外延伸，形成根毛。表皮之內為皮層，皮層由多層體積較大、近橢圓形的薄壁細胞組成（圖1C，封二），薄壁細胞內含有少量晶體。中柱位于內皮層之內，由中柱鞘、初生韌皮部、形成層、初生木質部以及髓組成。中柱鞘是中柱外的一圈細胞，由體積較小、近圓形的薄壁細胞構成，排列緊密。初生木質束和韌皮部束相間排列。初生木質部為四原型，初生結構中導管為環(huán)紋增厚（圖1D，封二）。初生木質部和韌皮部發(fā)育方式均外始式。木質部的內側為髓，由排列疏松的薄壁細胞組成，有晶體分布。木質部脊對應的中柱鞘細胞為側根原基發(fā)生處（圖1A，封二）。

當根的初生生長結束后，進入次生生長。根次生結構從外到內都是由周皮和次生維管組織組成。周皮由木栓層、木栓形成層和栓內層組成，細胞壁栓質化，染色較深，排列緊密（圖1E，封二）。次生維管組織發(fā)達，次生木質部由導管、木射線、木薄壁細胞、木纖維等組成（圖1F、G，封二）。其中導管為網紋和孔紋增厚（圖1H，封二），單個或數(shù)個聚生存在，呈放射狀分布。木纖維細胞壁木質化加厚，常聚集成束分布于導管周圍（圖1I，封二）。木薄壁細胞、韌皮薄壁細胞和髓薄壁細胞中通常含有內含物。次生韌皮部由韌皮纖維、篩管、伴胞、韌皮薄壁細胞、韌皮射線等組成（圖2A，封二）。韌皮纖維呈多邊形，常成群分布（圖2B，封二）。韌皮射線較寬大，經形成層與木射線連接，形成維管射線。

圖1 大野蕎1年生根解剖結構

隨著根年限的增長，多年生主根逐漸增粗，其內部結構與一年生根的類似，也是由周皮和次生維管組織構成，在各類細胞的組成和排列上基本相同，但在細胞的數(shù)量上有所增加（圖2C，封二）。隨著根不斷加粗，維管形成層和周皮的層數(shù)也增多（圖2D，封二）。多年生與一年生根相比，最顯著的是產生次生木質部的細胞數(shù)量遠大于次生韌皮部（圖2E，封二），因此根的增粗主要是通過次生木質部細胞數(shù)目的增多。多年生根的木薄壁細胞、木射線及髓薄壁細胞里含有豐富的內含物（圖2F，封二），而一年生根里所含較少，木纖維增加，維管射線也較一年生根明顯。

圖2 大野蕎一年生和多年生根莖解剖結構

2.2 莖的解剖結構

莖的解剖結構從外到內依次為表皮、皮層、維管束和髓（圖2G，封二）。表皮由一層體積較小、長方形的細胞組成，排列緊密，有少量的氣孔和表皮毛，具角質層。皮層最外面緊貼表皮的為幾層厚角組織，內方為近排列疏松的橢圓形薄壁細胞，薄壁細胞里有大量的內含物。維管束的大小不一，大維管束與小維管束交替排列。維管束由初生韌皮部、束中形成層和木質部構成，為外韌型維管束（圖2H，封二）。導管口徑較小，無規(guī)則排列。韌皮纖維的細胞壁增厚，常聚集成束分布在韌皮部的最外側（圖2I，封二）。維管束之間有薄壁細胞構成的初生髓射線，連接皮層和髓部。幼莖的中央為髓，由近圓形的薄壁細胞組成，含有晶體，有明顯的胞間隙。

次生莖的木質部發(fā)達，其所占比例較韌皮部大，由導管、木纖維、木薄壁組織組成（圖3A，封二）。導管口徑較大，為環(huán)紋增厚（圖3B，封二）。莖的髓部成熟較早，在莖的生長發(fā)育過程中，髓薄壁細胞隨著莖的生長而不斷被破損，因此在成熟莖的中央通常會形成髓腔。

2.3 黃酮的組織化學定位

黃酮類化合物能與氫氧化鈉水溶液發(fā)生顯色反應，在光學顯微鏡下觀察，切片中的黃酮類化合物會呈現(xiàn)出黃色至橙色的顏色變化。在根中，周皮、韌皮部和初生木質部被染成橙黃色，維管形成層幾乎全部呈淺黃色，含量從外到內逐漸降低（圖3C，封二）。在莖中，表皮、棱角處的厚角組織細胞、皮層薄壁細胞、韌皮薄壁細胞、束中形成層、束間形成層、木薄壁細胞均被染成黃色或淺黃色（圖3D，封二）。

黃酮類化合物能與醋酸鎂甲醇溶液發(fā)生反應，在熒光顯微鏡下可見藍白色熒光。在根中，主要在周皮、韌皮纖維、木質部處顯現(xiàn)熒光（圖3E，封二）；在莖中，主要在表皮、韌皮纖維、束中形成層、束間形成層、木質部處顯現(xiàn)熒光（圖3F，封二）；其他部位的熒光很微弱。從根和莖的著色面積來看，莖的著色面積比根大。

圖3 大野蕎莖解剖結構與根、莖黃酮定位

3 結論與討論

李淑久等［15］、慕勤國［16］、游亞麗［17］、趙鋼等［18］對蕎麥的營養(yǎng)器官進行了形態(tài)解剖學研究。李淑久等［15］對甜蕎、苦蕎、金蕎麥和齒翅野蕎麥的營養(yǎng)器官形態(tài)與解剖學比較研究，結果表明4種蕎麥主根結構基本相同，為四原型，無髓。而慕勤國［16］在苦蕎和甜蕎的根中觀察到髓，后因細胞破損而變成空腔。游亞麗［17］、趙鋼等［18］研究表明蕎麥根屬于典型雙子葉植物根的構造，中柱中央是由薄壁細胞組成的髓，薄壁細胞內含晶體。本研究結果表明，大野蕎的根為四原型，髓部發(fā)達，髓薄壁細胞含大量晶體，這與前人的研究結果相似。

李淑久等［15］認為甜蕎、苦蕎、金蕎麥和齒翅野蕎麥4種蕎麥莖的解剖結構基本相似，表皮上有單細胞乳突毛，有花外蜜腺。皮層由厚角組織、基本組織構成。維管束為外韌型，髓射線較寬，導管類型大體相同。慕勤國［16］研究發(fā)現(xiàn)苦蕎莖表皮外具角質層，維管束26～40個，大小不等。本研究表明，大野蕎莖由表皮、皮層、維管束和髓構成，表皮外具角質層，為外韌型維管束，這與李淑久等［15］、慕勤國［16］的研究結果一致。

黃酮類化合物是一大類天然酚性化合物，具有重要藥理作用，在植物界分布較為廣泛。蕎麥中的黃酮類化合物是蕎麥的主要藥用成分，許多藥理作用都與該成分直接相關，它具有抗菌、降血糖、控制高血壓和心血管硬化疾病、增強機體的免疫力等作用［19-21］。運用組織化學定位方法來研究有效藥用成分在植物器官和組織中的分布，是一種有效的研究方法。廖云海等［22］用氫氧化鈉和三氯化鋁乙醇溶液對光果甘草營養(yǎng)器官中黃酮類物質進行組織化學研究，結果表明黃酮類物質主要分布在根的周皮，莖的周皮、韌皮部和髓部粘液細胞，葉的表皮細胞、厚角組織、腺毛和葉肉中的膠囊細胞中。葛楚源等［23］用氫氧化鈉和醋酸鎂甲醇溶液對草珊瑚葉、莖中黃酮類物質進行組織化學研究，發(fā)現(xiàn)黃酮類化合物主要分布在葉的表皮、厚角組織、類柵欄組織、維管束、分泌細胞，莖的表皮、厚角組織、分泌細胞、韌皮部中。

到目前為止，沒有發(fā)現(xiàn)蕎麥黃酮類物質在蕎麥植株不同組織器官中分布規(guī)律方面的研究報道。本研究首次對蕎麥黃酮物質在大野蕎的根、莖中的分布進行了研究，發(fā)現(xiàn)在大野蕎的根和莖均有黃酮的分布，在根中，主要分布在周皮、韌皮部和維管形成層附近的薄壁細胞中；在莖中，主要分布在表皮、厚角組織、皮層薄壁細胞、韌皮薄壁細胞、束中形成層、木薄壁細胞中；莖中的著色面積比根中大。上述結果與其他植物上的報道如廖云海等［22］、葛楚源等［23］的研究結果部分相似。從顯色面積來看，莖中的著色面積比根中大，因此可以推斷大野蕎莖的黃酮含量比根高，這與胡鞒繽等［24］用紫外分光光度法對蕎麥植株各部分的總黃酮含量的測定結果一致，都是莖的黃酮含量高于根的黃酮含量。

關于木質部導管的增厚方式，初生木質部中最早形成的導管通常是環(huán)紋加厚，以后依次產生的是螺紋、梯紋、網紋、孔紋等加厚方式，一般認為孔紋加厚是次生木質部中導管的特征［25］。鐘心堯［26］對3種越橘莖的比較解剖學研究結果表明，次生木質部導管為梯紋和孔紋增厚。本研究結果顯示，大野蕎根初生結構中導管為環(huán)紋增厚，次生木質部導管為網紋和孔紋增厚，在莖中導管為環(huán)紋增厚，這與前人的研究結果相似。

本研究結果表明，大野蕎木質部發(fā)達，導管口徑較大，有利于水分運輸，并且在次生木質部薄壁細胞、射線細胞及髓薄壁細胞常積累豐富的內含物，這些特征說明其對營養(yǎng)物質的運輸和貯存能力較強，這與金蕎麥塊根有較高的藥用價值相關［17］。周皮的細胞層數(shù)較多，能保護根部抵御干旱環(huán)境［27］。在周皮及次生韌皮部含有少量晶體，晶體的存在可以增加機械性能，還可避免對細胞的毒害作用、改變細胞的滲透勢、緩解逆境脅迫等作用［28-29］。這些結構可幫助大野蕎適應干旱的環(huán)境，從而維持植物正常的生理生態(tài)機能。

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