黃連幼苗期的解剖結(jié)構(gòu)研究

楊再輝 (湖北省利川市農(nóng)業(yè)局,湖北 利川 445400)

周存宇,楊朝東 (濕地生態(tài)與農(nóng)業(yè)利用教育部工程研究中心(長江大學(xué)) ,湖北 荊州 434025)

黃連幼苗期的解剖結(jié)構(gòu)研究

楊再輝
(湖北省利川市農(nóng)業(yè)局,湖北 利川 445400)

周存宇,楊朝東
(濕地生態(tài)與農(nóng)業(yè)利用教育部工程研究中心(長江大學(xué)) ,湖北 荊州 434025)

利用普通光學(xué)和熒光顯微鏡對黃連(Coptischinensis)幼苗期地下部分進(jìn)行了解剖結(jié)構(gòu)和屏障結(jié)構(gòu)研究，結(jié)果表明:黃連幼苗期不定根由二原型維管柱、內(nèi)皮層、皮層、外皮層和表皮組成；胚軸由維管柱、內(nèi)皮層、皮層、皮下層和表皮組成。黃連幼苗期不定根屏障結(jié)構(gòu)為木質(zhì)化和強(qiáng)烈栓質(zhì)化的內(nèi)皮層和外皮層；胚軸具木質(zhì)化和強(qiáng)烈栓質(zhì)化的內(nèi)皮層，外側(cè)具皮下層和角質(zhì)層。

黃連(Coptischinensis)；解剖結(jié)構(gòu)；組織化學(xué)；幼苗期

黃連(Coptischinensis)屬毛茛科藥用植物，主要栽培于我國西南和中南的山區(qū)[1]，具很高的醫(yī)藥和經(jīng)濟(jì)價(jià)值[2,3]。黃連栽培環(huán)境條件要求高，喜濕陰涼，不耐高溫和強(qiáng)光；生長緩慢，通常要5～6a才能采收。因此，黃連的栽培區(qū)域受到氣候環(huán)境的制約，采收周期長，影響農(nóng)民收入和種植積極性。目前栽培黃連的解剖結(jié)構(gòu)已有研究[4,5]，黃連素在體內(nèi)的分布規(guī)律也有報(bào)道[6～9]，但缺乏對黃連幼苗期的形態(tài)學(xué)和解剖結(jié)構(gòu)研究。因栓質(zhì)化和木質(zhì)化阻礙水和礦質(zhì)離子等從植物質(zhì)外體途徑與環(huán)境發(fā)生交換，植物細(xì)胞壁中的凱氏帶也稱為質(zhì)外體屏障結(jié)構(gòu)[10]。近年來，常用硫酸消化法[11]和硫氫酸黃連素-苯胺蘭對染法研究凱氏帶[12]；蘇丹紅7B染色法、藍(lán)色激發(fā)光下不染色和硫氫酸黃連素-苯胺蘭對染為研究細(xì)胞壁栓質(zhì)層的3種方法[13～15]；木質(zhì)化細(xì)胞壁染色方法中硫氫酸黃連素-苯胺蘭對染法比鹽酸-間苯三酚染色法易顯色觀察[11，12]。本研究選用上述方法對黃連幼苗期地下部分的形態(tài)學(xué)和解剖結(jié)構(gòu)進(jìn)行了觀察，試圖找出育苗中的限制因素，并提出改進(jìn)優(yōu)化栽培措施。

1 材料與方法

黃連種子由湖北利川箭竹溪黃連專業(yè)合作社提供。2014年12月中旬，先將塑料盆中裝入田園土和細(xì)沙混合土(二者比例4︰3)并澆透水，再將黃連種子播在表層下，置于荊州長江大學(xué)西校區(qū)植物園水杉林下,2015年3月中旬，種子萌發(fā)率達(dá)到90%，子葉出土，種子根長約10mm；4月初所有個體長出第一片真葉，不定根長約20mm；到8月底所有個體長出5片左右真葉，不定根長約50mm。從3月中旬開始取樣完整植株，每2周取樣1次，直到8月底。

用自來水洗掉植株上的泥土，保持完整植株，放入FAA固定液中固定。將FAA固定材料置于蒸餾水中30min，在可調(diào)節(jié)放大倍數(shù)的解剖鏡下，用雙面刀片切片距根尖5、10、20 、30、40、50mm和胚軸中部分別切片。試驗(yàn)重復(fù)5次。采用0.1% (w/v) 硫氫酸黃連素和0.5% (w/v) 苯氨蘭對染切片后觀察初生壁凱氏帶和次生壁木質(zhì)化，在熒光顯微鏡下凱氏帶呈現(xiàn)生動黃色,木質(zhì)化細(xì)胞壁呈現(xiàn)呆滯黃色[12]。鹽酸-間苯三酚染色切片的木質(zhì)化胞壁為櫻桃紅色[11]。用0.1% (w/v)蘇丹紅7B溶液染色切片確定細(xì)胞壁栓質(zhì)化呈現(xiàn)紅色[13]，并拍照記錄觀察結(jié)果。

陶瓷繪畫工匠們在琺瑯彩的基礎(chǔ)上,發(fā)明了“玻璃白”這一不透明的乳白色顏料。在玻璃白表面繪制新彩顏料，經(jīng)過燒制可以使顏色變淡雅。又能適應(yīng)對鳥嘴，眼睛，抓等飛禽某個部位進(jìn)行寫實(shí)的表現(xiàn)。粉彩只有做到這樣才有可能從色彩對比強(qiáng)烈的古彩基礎(chǔ)上經(jīng)過玻璃白的淡化演變?yōu)榉鄄?這樣整幅畫色彩柔和，呈現(xiàn)細(xì)膩雅致的粉彩藝術(shù)風(fēng)貌。可以看出，玻璃白的出現(xiàn)為粉彩的形成有著重要的作用。

2 結(jié)果與分析

2.1 黃連子葉期地下部分的解剖結(jié)構(gòu)和組織化學(xué)特征

距黃連種子根根尖5mm切片，種子根為二原型，解剖結(jié)構(gòu)由內(nèi)而外依次為初生木質(zhì)部、內(nèi)皮層、皮層、外皮層和表皮；外皮層具凱氏帶，輕微木質(zhì)化和強(qiáng)烈栓質(zhì)化，內(nèi)皮層僅少數(shù)細(xì)胞具凱氏帶，幾乎無木質(zhì)化和栓質(zhì)化 (圖1A、B、C)。距根尖10mm，具初生木質(zhì)部，外皮層明顯木質(zhì)化和強(qiáng)烈栓質(zhì)化；內(nèi)皮層具凱氏帶，輕微木質(zhì)化和部分細(xì)胞強(qiáng)烈栓質(zhì)化，具通道細(xì)胞；初生木質(zhì)部具后生木質(zhì)部，部分表皮細(xì)胞脫落(圖1D、E、F)。胚軸解剖結(jié)構(gòu)由內(nèi)而外依次為初生木質(zhì)部、內(nèi)皮層、皮層和表皮；內(nèi)皮層具凱氏帶，輕微木質(zhì)化和部分細(xì)胞強(qiáng)烈栓質(zhì)化，具通道細(xì)胞；表皮細(xì)胞外具角質(zhì)層(圖1G、H、I)。

電壓暫降的嚴(yán)重程度主要由以下條件制約：各網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)和故障點(diǎn)的遠(yuǎn)近、各種變壓器組的事故發(fā)生位置、連接方式、故障點(diǎn)周圍有無電源、整個線路的阻抗情況、電壓暫降前后故障點(diǎn)的電壓情況、斷路器通斷的快慢、保險(xiǎn)絲的熔斷時間長短、各變壓器組的失效率，還有系統(tǒng)規(guī)定的自動重合閘的重置次數(shù)等。

co:皮層;cu:角質(zhì)層;ep:表皮;pc:通道細(xì)胞;px:初生木質(zhì)部。A～C:距根尖5mm橫切；D～F:距根尖10mm橫切；G～I(xiàn):胚軸橫切。A.硫氫酸黃連素-苯氨蘭染色，示初生木質(zhì)部、皮層、內(nèi)皮層(箭頭)、外皮層(箭);B.鹽酸-間苯三酚染色，示初生木質(zhì)部、 皮層、內(nèi)皮層(箭頭)、外皮層(箭)、表皮細(xì)胞;C.蘇丹紅7B染色，示內(nèi)皮層(箭頭)、皮層、外皮層栓質(zhì)化(箭)、 表皮細(xì)胞。D.硫氫酸黃連素-苯氨蘭染色，示初生木質(zhì)部、皮層、內(nèi)皮層(箭頭)、外皮層(箭);E.鹽酸-間苯三酚染色,示初生木質(zhì)部、皮層、內(nèi)皮層 (箭頭)、外皮層(箭)、表皮細(xì)胞;F.蘇丹紅7B染色,示初生木質(zhì)部、皮層、內(nèi)皮層 (箭頭)、通道細(xì)胞、外皮層 (箭)。G.硫氫酸黃連素-苯氨蘭染色，示初生木質(zhì)部、內(nèi)皮層(箭頭)、皮層、角質(zhì)層;H.鹽酸-間苯三酚染色,示初生木質(zhì)部、內(nèi)皮層(箭頭)、皮層、角質(zhì)層;I.蘇丹紅7B染色,示內(nèi)皮層(箭頭)、通道細(xì)胞、皮層、角質(zhì)層。圖1 黃連子葉期種子根和胚軸的顯微初生結(jié)構(gòu)(標(biāo)尺= 50 μm)

3.1 黃連幼苗期的解剖結(jié)構(gòu)

黃連幼苗期可分為子葉期和真葉期，其地下部分由種子根、不定根和胚軸組成，種子根僅在子葉期發(fā)育，隨后在真葉期停止生長或者部分脫落，不定根和胚軸進(jìn)一步生長發(fā)育，而胚軸不再伸長。黃連子葉期解剖結(jié)構(gòu)為初生結(jié)構(gòu)，種子根和不定根為二原型維管柱、內(nèi)皮層、皮層、外皮層和表皮；胚軸由初生木質(zhì)部、內(nèi)皮層、皮層和表皮組成；真葉期不定根和胚軸具次生木質(zhì)部，不定根僅表皮脫落，胚軸具木質(zhì)化皮下層。因此，黃連幼苗期不定根由二原型維管柱、內(nèi)皮層、皮層、外皮層和表皮組成；胚軸由維管柱、內(nèi)皮層、皮層、皮下層和表皮組成。

黃連不定根初生結(jié)構(gòu)和組織化學(xué)特征與上述種子根的相同，故省略。距不定根尖20mm，木質(zhì)部具次生結(jié)構(gòu)，內(nèi)皮層仍輕微木質(zhì)化和強(qiáng)烈栓質(zhì)化，并具通道細(xì)胞；外皮層明顯木質(zhì)化和強(qiáng)烈栓質(zhì)化；表皮細(xì)胞幾乎脫落(圖2A、B、C)。距根尖40mm，次生木質(zhì)部接近圓形，內(nèi)皮層具凱氏帶，仍輕微木質(zhì)化和強(qiáng)烈栓質(zhì)化，僅有少數(shù)通道細(xì)胞；皮層和外皮層保持完整結(jié)構(gòu)，外皮層木質(zhì)化略增強(qiáng)和強(qiáng)烈栓質(zhì)化(圖2D、E、F)。胚軸木質(zhì)部具次生結(jié)構(gòu)并擴(kuò)大，內(nèi)皮層具凱氏帶，輕微木質(zhì)化和強(qiáng)烈栓質(zhì)化，具少數(shù)通道細(xì)胞；皮下層部分細(xì)胞木質(zhì)化 (圖2G、H、I)。

本研究中的黃連不定根結(jié)構(gòu)與前人研究的黃連或其他植物不定根[4,5]比較，其初生結(jié)構(gòu)都相似。常見雙子葉植物不定根中的次生結(jié)構(gòu)發(fā)育后，皮層通常脫落，由維管柱鞘細(xì)胞發(fā)育而來的木栓層代替皮層的保護(hù)功能；而黃連不定根的內(nèi)皮層、皮層和外皮層繼續(xù)保持完好狀態(tài)。黃連胚軸具凱氏帶并強(qiáng)烈栓質(zhì)化的內(nèi)皮層，而水稻(Oryzasativa)胚軸為散生維管束鞘細(xì)胞具凱氏帶、第一節(jié)莖的內(nèi)皮層和其厚壁組織內(nèi)散生維管束鞘細(xì)胞具凱氏帶[16]；水生毛茛(Ranunculustrichophyllus)的莖具內(nèi)皮層，葉柄散生維管束鞘細(xì)胞具凱氏帶[17]，香蒲屬(Typha)植物根莖和天胡荽(Hydrocotylesibthorpioides)匍匐莖也具內(nèi)皮層[18,19]。

co:皮層;cu:角質(zhì)層;ep:表皮;pc:通道細(xì)胞;sx:次生木質(zhì)部。A～C:距根尖20mm橫切；D～F:距根尖40mm橫切；G～I(xiàn):胚軸橫切。A.硫氫酸黃連素-苯氨蘭染色,示次生木質(zhì)部、皮層、內(nèi)皮層(箭頭)、外皮層(箭);B.鹽酸-間苯三酚染色,示次生木質(zhì)部、內(nèi)皮層 (箭頭)、皮層、外皮層 (箭);C.蘇丹紅7B染色,示內(nèi)皮層 (箭頭)、通道細(xì)胞、皮層、外皮層 (箭)、 表皮細(xì)胞。D.硫氫酸黃連素-苯氨蘭染色,示次生木質(zhì)部、內(nèi)皮層(箭頭)、皮層、 外皮層(箭);E.鹽酸-間苯三酚染色,示次生木質(zhì)部、內(nèi)皮層 (箭頭)、皮層、外皮層 (箭);F.蘇丹紅7B染色,示內(nèi)皮層 (箭頭)、通道細(xì)胞、皮層、外皮層 (箭)。G.硫氫酸黃連素-苯氨蘭染色,示次生木質(zhì)部、內(nèi)皮層(箭頭)、皮層、皮下層(箭)、角質(zhì)層;H.鹽酸-間苯三酚染色,示次生木質(zhì)部、內(nèi)皮層(箭頭)、皮層、角質(zhì)層;I.蘇丹紅7B染色,示次生木質(zhì)部、內(nèi)皮層(箭頭)、通道細(xì)胞、皮層、角質(zhì)層。圖2 黃連真葉期不定根和胚軸的顯微次生結(jié)構(gòu)(標(biāo)尺= 50 μm)

黃連不定根屏障結(jié)構(gòu)在真葉期為具凱氏帶，輕微木質(zhì)化和強(qiáng)烈栓質(zhì)化的內(nèi)皮層和外皮層組成；胚軸屏障結(jié)構(gòu)在真葉期為具凱氏帶，輕微木質(zhì)化和強(qiáng)烈栓質(zhì)化的內(nèi)皮層，表皮外角質(zhì)層和木質(zhì)化皮下層組成[12]。

3 討論

黃連種子根屏障結(jié)構(gòu)在子葉期為具凱氏帶，輕微木質(zhì)化和強(qiáng)烈栓質(zhì)化的內(nèi)皮層和外皮層組成；胚軸屏障結(jié)構(gòu)在子葉期為具凱氏帶，輕微木質(zhì)化和強(qiáng)烈栓質(zhì)化的內(nèi)皮層，表皮外角質(zhì)層組成。

2.2 黃連真葉期地下部分的解剖結(jié)構(gòu)和組織化學(xué)特征

清朝統(tǒng)治者經(jīng)常舉行木蘭行圍和大型宴會，借以彰顯國力強(qiáng)盛、民生富庶。管世銘以詩歌描繪皇帝出巡狩獵、祭祀祖廟等活動，表達(dá)了對乾隆盛世的頌揚(yáng)之情?！肚鍖?shí)錄》載：“乾隆五十四年己酉，八月己巳，上自避暑山莊啟鑾幸木蘭。”[7]391管世銘有《己酉仲秋扈蹕秋獵》，詩云：

（一）受制于學(xué)時的限制，只能節(jié)選部分統(tǒng)計(jì)方法進(jìn)行講解，但講解方法明顯偏少或代表性不足，不利用學(xué)生統(tǒng)計(jì)思維的全面塑造。

以上貴州喀斯特石林有關(guān)資料，源自于貴州山水旅游資源勘察開發(fā)設(shè)計(jì)院的有關(guān)研究成果，是創(chuàng)建“多彩貴州風(fēng)，山地公園省”的重要科學(xué)依據(jù)。

3.2 黃連幼苗期的屏障結(jié)構(gòu)

黃連子葉期質(zhì)外體屏障結(jié)構(gòu)，種子根和不定根為具凱氏帶，木質(zhì)化和強(qiáng)烈栓質(zhì)化的內(nèi)皮層和外皮層；胚軸為具凱氏帶，木質(zhì)化和強(qiáng)烈栓質(zhì)化的內(nèi)皮層，表皮外角質(zhì)層。真葉期不定根仍具內(nèi)皮層和外皮層，胚軸具內(nèi)皮層和外側(cè)木質(zhì)化皮下層和角質(zhì)層。黃連幼苗期不定根屏障結(jié)構(gòu)為木質(zhì)化和強(qiáng)烈栓質(zhì)化的內(nèi)皮層和外皮層；胚軸具木質(zhì)化和強(qiáng)烈栓質(zhì)化的內(nèi)皮層，外側(cè)具皮下層和角質(zhì)層。

黃連不定根內(nèi)皮層和外皮層的組織化學(xué)特征與陸生植物茶[20]的相似，內(nèi)皮層和外皮層都具凱氏帶且強(qiáng)烈栓質(zhì)化，但弱木質(zhì)化，外皮層木質(zhì)化比內(nèi)皮層略強(qiáng)烈。濕地植物如雙穗雀稗(Paspalumdistichum)等[14,15,21]，內(nèi)皮層和外皮層都具凱氏帶且強(qiáng)烈栓質(zhì)化和木質(zhì)化。胚軸木質(zhì)化皮下層與水芹不定根木質(zhì)化皮下層類似[22]，而花椰菜(Brassicaoleracea)的不定根木質(zhì)化皮層具一定程度忍耐水和離子的脅迫能力[23,24]。

本研究實(shí)驗(yàn)材料栽培過程中，子葉出土，隨后分枝在地面以上，分枝著生不定根易干枯，不能吸收水分和礦質(zhì)而影響黃連生長，產(chǎn)量低，故幼苗需要移栽，將第2年及以后的分枝需埋入土中。黃連不定根距根尖5mm，外皮層即有凱氏帶和強(qiáng)烈栓質(zhì)化，阻礙根尖吸收水分和礦質(zhì)，即根尖吸收面積很小，這可能是其生長緩慢和適應(yīng)陰生環(huán)境的原因之一；建議苗床土壤疏松，在移苗時盡量不損傷根系，以提高成活率。

致謝:感謝湖北省利川市農(nóng)業(yè)局和利川市箭竹溪黃連科技開發(fā)有限公司的支持。

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[編輯] 余文斌

2016-12-02

濕地生態(tài)與農(nóng)業(yè)利用教育部工程研究中心(長江大學(xué))開放基金項(xiàng)目(KF201603)。

楊再輝(1976-)，男，農(nóng)藝師，現(xiàn)從事藥用植物研究。通信作者:楊朝東，chaodongyang@aliyun.com。

Q944.54;Q949.746.5

A

1673-1409(2017)06-0054-05

[引著格式]楊再輝,周存宇,楊朝東.黃連幼苗期的解剖結(jié)構(gòu)研究[J].長江大學(xué)學(xué)報(bào)(自科版)，2017，14(6):54～58.