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艾纳香叶片显微结构及其亲缘关系分析



全 文 :书 [收稿日期] 2014-06-13;2014-08-19修回
 [基金项目] 贵州省科学技术基金项目“贵州地道药材艾纳香抗旱评价与种子生物学研究”[黔科合J字(2013)2169];贵州省林业厅基金项
目“喀斯特地区特色经济林树种培育与示范”[黔林科合(2010)重大04]
 [作者简介] 池 馨(1988-),女,在读硕士,研究方向:野生植物保护与利用。E-mail:15885008015@163.com
 *通讯作者:刘济明(1963-),男,教授,从事植物生态学研究。E-mail:karst0623@163.com
[文章编号]1001-3601(2014)09-0528-0086-04
艾纳香叶片显微结构及其亲缘关系分析
池 馨1,刘济明1*,欧国腾2,廖小峰3,李丽霞1
(1.贵州大学 林学院,贵州 贵阳550025;2.贵州省罗甸县林业局,贵州 罗甸550100;
3.贵州科学院 贵州省山地资源研究所,贵州 贵阳550001)
  [摘 要]为艾纳香的品种鉴定提供理论支持,以贵州罗甸实生艾纳香植株为研究对象,采用石蜡切片
法对16株艾纳香植株叶片进行解剖,通过显微镜观察及数据测量,对艾纳香的叶脉周长、叶脉面积、分泌细
胞数量、维管束数量、维管束面积、叶片厚度、栅栏组织厚度、海绵组织厚度、细胞结构紧密度和疏松度等11
个指标进行变异系数统计和聚类分析。结果表明:艾纳香不同植株的叶脉周长等11个指标都具有显著性差
异,11号、12号和13号植株具有较好的生态适应性;不同植株基因型的差异应该是造成变异系数高的根本
原因;16株植株可聚为三大类。
[关键词]艾纳香;显微结构;叶片;聚类分析;亲缘关系;贵州;罗甸
[中图分类号]S567.239;S324 [文献标识码]A
Leaf Microstructure and Genetic Relationship Analysis of Blumea balsamifera
CHI Xin1,LIU Jiming1*,OU Guoteng2,LIAO Xiaofeng3,LI Lixia1
(1.Forestry of Guizhou University,Guiyang,Guizhou 550025;2.Luodian Forestry Bureau,Luodian,Guizhou
550100;3.Institute of Mountain Resources,Guizhou Academy of Sciences,Guiyang,Guizhou550001,China)
  Abstract:In order to provide a theoretical support for B.alsamifera species identification,taking
seeding B.balsamifera as the research object,and by paraffin method for experimenting on different
leaves of B.balsamifera,through microscope observation and measurement,the authors conducted the
variable coefficient statistics and cluster analysis on the circumference veins,veins area,number of
secretory cels,number of vascular bundles,vascular area,fence organization thickness,fence
organization thickness,spongy tissue thickness,CTR and SR.Results:The data had significant
differences.The numbers of.11,12and 13plant had good ecological adaptability.The genotypes was the
cause of high variation.The 16plants were divided into three groups.
Key words:Blumea balsamifera;microstructure;cluster analysis;genetic relationship;leaf;
Guizhou;Luodian
  艾纳香(Blumea balsamifera L.DC.)为菊科
艾纳香属多年生木质草本植物,全世界约有80个
种[1],在我国主要分布于海南、贵州、广西、广东、云
南和台湾等省,其中,可供药用的有16个种[2]。目
前,贵州省仅在罗甸县和望谟县的极少数地方还保
留有艾纳香人工培植优良品种[3]。有关艾纳香在贵
州的分布情况[4]、习性[5]和有效成分等[6-9]已有文献
报道,但关于艾纳香显微结构方面的研究较少,仅见
安军等[10]对艾纳香茎和叶横切面结构及全草粉末
进行显微观察的研究报道,但未涉及到不同植株或
品种的差异性。为此,笔者于2013年进行采样,运
用石蜡切片的方法对艾纳香叶片进行显微结构分
析,并在此基础上进行聚类分析以期为艾纳香的品
种鉴定提供理论依据。
1 材料与方法
1.1 供试材料
1.1.1 艾纳香 随机选用贵州省罗甸县艾纳香繁
殖基地栽植的、长势一致的成熟当年生实生艾纳香
植株16株并编号,每株自下而上选取第10片叶[11]
备用。
1.1.2 仪器设备 电热恒温培养箱,KD-H 烘片
机,ZMD-Ⅱ自动磨刀机,Leica RM 2015切片机,
BM2000型生物显微镜。
1.2 试验方法与测定指标
艾纳香与烤烟具有相似的形态且均以叶片为主
要经济产物,叶片结构及分泌物含量直接影响品质,
因此,该研究借鉴烟叶相对完整的研究方法[11-14]对
艾纳香进行显微结构研究和分析。具体方法:将备
用叶片用清水冲洗干净,滤纸吸干后放入70%的
FAA固定液内固定。将固定的叶片材料选取叶片
中部切取0.5cm长宽的小块,按洗涤→脱水与硬
化→脱酒精→埋蜡→切片与粘片→脱蜡→染色→封
片的流程进行处理备用。
用生物显微镜进行叶片形态观察,并采用JIF-
EI TECH图像软件进行拍照和叶片形态测量。测
 贵州农业科学 2014,42(9):86~89
 Guizhou Agricultural Sciences
量指标包括叶脉周长、叶脉面积、分泌细胞数量、维
管束数量、叶片厚度、海绵组织厚度和栅栏组织厚
度,计算细胞结构紧密度(CTR)、细胞结构疏松
度[15](SR)和变异系数[16](CV),并进行聚类分析。
CTR=(栅栏组织厚度/叶片厚度)×100%;
SR=(海绵组织厚度/叶片厚度)×100%;
CV=(标准偏差/平均值)×100%。
1.3 数据统计与分析
所有获得数据的显著性分析均由SPSS19.0完
成,图表处理采用Excel 2003软件。
2 结果与分析
2.1 叶片的解剖结构
艾纳香叶片为典型的异面叶(见封3图版),其
不同植株叶片的上下表面差异显著,细胞不规则,形
状大小不一,下表皮细胞明显比上表皮细胞小。叶
片结构完整:表皮只有1层,海绵组织细胞多层、排
列差异大,间隙发达,排列较为混乱;栅栏组织细胞
均只有1层、排列紧密、间隙较小,与上表皮垂
直[17]。主脉只有1层表皮,表皮上的表皮毛数量不
同。由于机械组织的不同,叶片的下面凸出程度不
同。
2.2 叶脉的显微结构
维管束主要是运输植物体内养分和水分,一般
而言,维管束越大,数目越多,养分供应越好,有利于
叶片的生长和光合速率的提高[18-21]。从表1可知,
艾纳香不同植株的叶脉周长、叶脉面积、分泌细胞数
量、维管束数量、维管束面积和维管束面积/总叶脉
面积均有显著性差异。其中:维管束的数目从高到
低排列依次为9≥11>14>13>5≥12≥15。从维
管束面积与总叶脉面积比的角度出发,植株生长状
况较好的有4>8>1>10。
表1 艾纳香不同植株叶片叶脉的组织结构指标
Table 1 Organizational structure indexes of different leaf veins of B.balsamifera
植株编号
Number
叶脉周长/μm
Vein
circumference
叶脉面积/μm

Vein
area
分泌细胞/个
Number of
secretory
cels
维管束数量/束
Number of
vascular
bundles
维管束面积/μm

Vascular
area
维管束面积/
叶脉总面积
Vascular bundles/
veins area
1  2 643.14±21.87j  515 529±8 513.07jk  4  1  120 066±4 153.96e 23.29±1.22b
2  2 686.73±56.75j  560 591±9 360.65j  2  3  109 365±3 042.82f 19.51±0.19d
3  2 498.15±15.54k 496 487±6 169.44jk  0  3  103 365±354.04f 20.82±1.16c
4  4 564.34±85.02g  663 094±24 631.31g  2  3  172 565±1 759.56d 26.02±0.12a
5  4 850.03±15.91f 625 744±15 666.03g  5  6  126 670±1 034.53e 20.24±0.20c
6  3 188.90±10.38i 284 509±723.19i 3  3  58 876±437.98i 20.69±0.15c
7  2 695.73±11.76j  209 051±175.40jk  4  2  36 899±386.04j  17.65±0.13e
8  3 550.60±29.40h 367 004±2 865.22h 4  3  89 373±1 549.84g  24.35±2.31b
9  8 436.25±66.97b1 845 044±17 335.22b 1  8  310 278±3 608.80b 16.82±0.43f
10  3 558.67±8.12h 368 680±651.50h 1  5  77 706±1 083.05h 21.08±0.28c
11  6 540.03±13.31c1 295 171±18 223.72c 1  11  225 231±1 564.62c 17.39±0.32e
12  6 104.55±12.52d 1 021 069±7 124.71e 2  6  208 831±17 091.56c 20.45±1.36c
13  6 142.42±39.18d 1 070 451±3 630.62d 1  7  189 579±2 572.76d 17.71±0.52e
14  9 228.48±18.60a 2 595 077±8 440.31a 2  11  342 249±5 053.79a 13.19±0.68g
15  5 847.97±15.19e 989 574±14 618.25f 3  6  198 299±10 761.08d 20.04±1.32c
16  2 531.91±16.18k 460 692±8 555.056k 4  4  75 432±2 648.53h 16.37±0.13f
 注:表中同列不同字母表示差异达p<0.05差异显著(下同)。
 Note:Different letters in the same column indicated 5%significant level.The same below.
2.3 叶片组织的显微结构
植物叶片的栅栏组织厚度、结构紧密度和疏松
度是植物抗性的指标之一[22-24]。从表2可知,不同
艾纳香叶片的厚度、栅栏组织厚度、海绵组织厚度、
细胞结构紧密度、细胞结构疏松度均具有显著性差
异。其中:叶片厚度以13号、12号和11号植株的
最大,分 别 为 2 793.87μm、2 678.53μm 和
2 407.32μm,以 14 号 植 株 的 最 小,仅 为
609.04μm;栅栏组织厚度以13号、4号和12号植
株的最 大,分 别 为 977.48μm、687.71μm 和
652.15μm,以7号植株的最小,仅为169.64μm;海
绵组织厚度以12号、11号和13号植株的最大,分
别为1 760.32μm、1 519.07μm和1 337.28μm,以
6号植株的最小,仅为296.50μm;细胞结构紧密度
以1号、4号和10号植株的最大,分别为45.48μm、
42.65μm和39.62μm,以15号植株的最小,仅为
23.61μm。由此可见,11号、12号、13号植株的栅
栏组织厚度与结构紧密度都较大,相比其他植株应
具有更好的抗性。
2.4 叶片组织结构指标的变异系数
变异系数可以反映植物的变异程度,从而揭示
其变异格局。植物由于叶肉组织分化和发达的程
度,栅栏组织的分布情况和海绵组织的排列疏松程
度,使得叶片在不同生境中发生很大变化[25]以进行
生态适应,而基因差异一定会造成叶片结构的差异。
从表3可知,叶脉周长、叶脉面积、叶片厚度、栅
栏组织厚度、海绵组织厚度、分泌细胞数量和维管束
数量的变异系数都很大,在30.082~89.0084,其
中,尤以叶脉面积的变异系数最大,达89%。由于
栽植在相同的生境,因此,叶片的变异程度由基因差
异造成。艾纳香在种子采收时没有专人进行分类,
而且有性繁殖也会形成基因改变。所以,16株植株
·78·
 池 馨 等 艾纳香叶片显微结构及其亲缘关系分析
 CHI Xin et al Leaf Microstructure Analysis of Blumea balsamifera
表2 艾纳香不同植株叶片的组织结构指标
Table 2 Organizational structure indexes of different leaf tissue of B.balsamifera
植株编号
Number
叶片厚度/μm
Leaf
thickness
栅栏组织厚度/μm
Fence organization
thickness
海绵组织厚度/μm
Spongy tissue
thickness
细胞结构紧密度
CTR
细胞结构疏松度
SR
1  1 161.20±7.85e 528.15±8.20b 386.00±35.57h 45.48±0.63a 33.24±2.83hi
2  1 063.74±7.07f 372.42±13.22d 540.78±15.41f  35.01±1.45d 50.84±1.32d
3  1 258.70±121.22d 473.15±8.98c 390.71±16.26h 37.59±4.26cd  31.04±3.37i
4  1 612.62±30.90b 687.71±68.03h 659.65±3.24e  42.65±5.18ab  40.90±2.67f
5  1 401.45±23.42g  357.15±32.17g  464.75±45.30i 25.51±3.57f 33.16±2.74gh
6  840.76±12.30g  276.40±0.69i 296.50±11.95i 30.95±1.54e 35.27±1.26h
7  760.82±3.32h 169.64±11.17i 404.20±6.50h 22.30±0.19g  53.13±0.67fg
8  772.58±22.99h 193.21±5.66i 382.77±9.47h 25.01±1.47f 49.54±1.46d
9  1 017.68±28.29f 329.33±6.44e 380.43±19.73h  32.36±1.27f 37.38±1.34d
10  1 632.45±30.44f 646.72±4.75c 764.25±18.17g  39.62±0.96bc  46.82±0.75d
11  2 407.32±17.88c 591.37±50.58d 1 519.07±15.70b 24.57±2.19cd  63.10±2.48a
12  2 678.53±20.03b 652.15±8.83c 1 760.32±11.95a 27.09±0.56ef  65.72±1.33b
13  2 793.87±9.28a 977.48±17.54a 1 337.28±7.28d 36.50±0.83cd  47.86±0.56d
14  609.04±6.53c 234.98±4.75a 334.92±15.20d 38.58±0.40bcd  54.99±1.22c
15  668.52±2.97b 157.86±13.38cd  364.48±6.72c  23.61±1.91f 54.52±0.19c
16  1 167.77±64.05h 280.81±10.07i 475.74±7.00i 24.10±1.68f 40.74±1.62f
表3 艾纳香不同植株叶片组织结构指标的变异系数
Table 3 Variation coefficients of different leaf tissue structure indexes of B.balsamifera
指标
Index
平均值/μm
Average
最大值/μm
Max
最小值/μm
Min
标准差
Standard
deviation
变异系数/%
Variation
coefficient
叶脉周长/μm Vein circumference  4 695.86  9 288.48  2 498.15  2 116.80  45.078
叶脉面积/μm
2 Vein area  1 898 094.00  2 595 077.00  209 051.00  1 689 463.00  89.008 4
叶片厚度/μm Leaf thickness  1 202.08  2 793.87  609.04  361.61  30.082
栅栏组织厚度/μm Fence organization thickness  355.48  977.48  157.86  143.66  40.413
海绵组织厚度/μm Spongy tissue thickness  573.02  1 760.32  296.50  262.65  45.836 1
分泌细胞数量/个 Number of secretory cels  2.44  5.00  0.00  1.46  59.836 1
维管束数量/束 Number of vascular bundles  5.125  11.00  1.00  2.99  58.341 5
0 5 10 15 20 25
图示 艾纳香不同植株叶片组织结构指标的聚类
  Fig.1 Clustering analysis of leaf tissue structure
index of B.alsamifera
的变异系数很大。
2.5 叶片组织结构指标的聚类分析
根据叶脉周长、叶脉面积、维管束面积、叶片厚
度、栅栏组织厚度、海绵组织厚度、分泌细胞数量和
维管束数量等8个指标对艾纳香进行聚类分析(图
示)。从图可知,16株艾纳香可分为3组:其中,1、
2、3、4、5、6、7、8、10、15和16号聚为第一组,11、12
号和13号聚为第二组,9号和14号聚为第三组。
3 结论与讨论
通过叶片解剖可见,艾纳香不同植株叶片海绵
组织多层且间隙发达,栅栏组织排列紧密且只有1
层。不同艾纳香的叶脉周长、叶脉面积、分泌细胞数
量、维管束数量、维管束面积、叶片厚度、栅栏组织厚
度、海绵组织厚度、细胞结构紧密度和细胞结构疏松
度等11项指标均具有显著性差异。该差异是基因
的作用。聚类分析将16株植株分为3大类。
综合维管束数量与结构紧密度2个指标发现,
11、12号和13号植株相比其他植株具有更好的生
态适应性,注意保留其分生苗。
由于艾纳香的品种划分较模糊,植株组织的显
著性差异只是基因型的反应,通过对显微结构指标
的测量与聚类,可以为艾纳香的品种鉴定提供理论
依据。此外,艾纳香与烤烟存在多方面的一致性,在
今后的研究中可以借鉴烤烟的研究方法,对艾纳香
叶片组织排列与分泌物关系,不同叶位的叶片显微
结构以及分泌物含量差异等方面进行深入研究。
·88·
                                        贵 州 农 业 科 学
                                   Guizhou Agricultural Sciences
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(责任编辑:王 海)
·98·
 池 馨 等 艾纳香叶片显微结构及其亲缘关系分析
 CHI Xin et al Leaf Microstructure Analysis of Blumea balsamifera
艾纳香不同叶片的解剖结构
The Different Leaf Microstructure of Bl mea balsamifem
注:数字代表不同植株编号。_
Note : The numbers represent different plant umber.
见內丈第86页