全 文 :第35卷 第3期
2013年9月
延 边 大 学 农 学 学 报
Journal of Agricultural Science Yanbian University
Vol.35No.3
Sep.2013
收稿日期:2013-04-10
作者简介:高晔华(1987—),女,内蒙古乌察布人,延边林业科学研究院助理工程师。吴荣哲为通讯作者,
Tel:0433-2435571,E-mail:wurzh@ybu.edu.cn
黒果腺肋花楸正常苗与玻璃化苗茎叶显微结构的比较
高晔华1, 利爽2, 吕天舒2, 胡婷婷3, 吴荣哲2*
(1.延边林业科学研究院;2.延边大学农学院;3.延吉市农业局:吉林 延吉133000)
摘要:以黑果花楸组培苗为试材,采用石蜡切片和叶表皮撕取法,比较正常苗与玻璃化苗茎叶横切面显微结
构以及叶表面气孔特征。结果表明,黑果腺肋花楸栅栏组织由2~3层细胞构成,下表皮气孔下陷,小而密集,
茎内分布大量导管、筛管。玻璃化苗主脉不明显,细胞排列凌乱不规则,栅栏组织与海绵组织的区别不明显,
气孔开口大近圆形,茎肿胀粗大髓腔内薄壁细胞较多、已破裂。
关键词:黒果腺肋花楸;形态显微结构;正常苗;玻璃化苗
中图分类号:S792.250.1 文献标识码:A 文章编号:1004-7999(2013)03-0229-05
黑果腺肋花楸(Aronia melanocarpaEliot)是蔷薇科腺肋花楸属的一个种,落叶灌木,具有食用药用、园
林观赏等研究价值。采用组织培养进行大量扩繁过程中,出现一些玻璃化植株。玻璃化现象在植物组织培
养过程中时有发生,是植物在离体条件下出现的生理失调或生理病变,是对胁迫的适应性反应[1]。各种植物
进行组织培养时均可能出现玻璃化现象,对植株增殖分化、生长有较大影响,且移栽不易成活,但在一定条件
的改变下,例如通过改变组培苗培养基类型、外源激素浓度、容器封口材料等途径,绝大部分玻璃化苗可逆转
为健壮的正常苗[2]。进一步从形态学、组织解剖学、生理生化、渗透平衡及内源激素变化等方面进行对比研
究,发现玻璃化苗的外部形态异常是内部结构所致,但至今玻璃化苗的发生机理尚未完全清楚[3-5]。在形态
解剖学上,玻璃化苗茎皮层薄壁组织过度生长排列不整齐,细胞间隙大,维管束发育差[6]。叶片栅栏组织没
有或细胞层数减少,仅有海绵组织,叶片表皮气孔开口大,保卫细胞下陷[7-10]。因此,研究玻璃化苗形态特
征、叶片及茎段显微结构等与正常苗的异常之处十分必要。黑果腺肋花楸玻璃化现象尚未见报道,对其玻璃
化苗形态解剖结构也未曾有报道。本试验以黑果腺肋花楸组培苗为试材,探索正常苗与玻璃化苗的形态特
征、显微结构特点,旨在为明确玻璃化苗的形成机理及玻璃化的有效防治提供参考。
1 材料与方法
1.1 材料
为探明黑果腺肋花楸组培苗的形态显微结构,将经过继代相同次数增殖培养40d的黑果腺肋花楸组培
苗按表现形态分为5个级别:1-正常苗,叶片较大,嫩绿舒展,叶片横径1.1~1.3cm;2-正常苗,叶片大,
嫩绿舒展,叶片横径0.8~1.0cm;3-玻璃化逆转苗,叶片中等,颜色比1、2级浅,叶片横径0.5~0.7cm,植
株3/4表现为正常苗,1/4 叶片及茎段(近根端)呈水浸状;4- 玻璃化苗,叶片较小,叶片横径约
0.3~0.5cm,叶片纵向卷曲,植株叶片及茎段的3/4(近根端)呈水浸状;5-玻璃化苗,叶片极小,叶片横径
约0.2cm,纵向卷曲,植株叶片及茎段几乎全部呈水浸状。将以上5个级别植株均于早上10:00选取,且
均取生长于第3茎节上、形态大小相似的叶片,于叶片中心沿叶脉两侧切成0.5cm ×0.5cm的片段,将组
培苗第3茎节的茎段切为约0.5cm长,立即用FAA[V(70%乙醇)∶V(甲醛)∶V(冰醋酸)=90∶5∶5]固
定作为试验材料。
1.2 方法
早上10:00点左右,将培养40d的1~5级相同继代次数组培苗,选取叶片中部与边缘(即叶片的第2/3
延 边 大 学 农 学 学 报 第35卷
部分)切成0.5cm×0.5cm的片段,将组培苗第3茎节的茎段切为0.5cm长,将上述处理重复10个样本,
固定在FAA溶液中24h以上,使材料沉底。
1.3 数据分析
所有试验采用完全随机设计法,试验数据使用Excel 2003和SPSS 11.5软件的Duncan检验和方差分
析进行差异显著性分析,显著水平为0.05。
2 结果与分析
植物器官中叶的形态结构可明显反映植株的生态条件。黑果腺肋花楸正常苗叶片嫩绿平展,茎直立,植
株健壮。逆转苗叶片颜色比正常苗浅,舒展嫩绿。玻璃化苗叶片浅绿色呈水浸状,肿胀纵向卷曲,植株矮小。
在显微镜下,黑果腺肋花楸叶片由表皮、叶肉和叶脉组成,上表皮由1层扁平的细胞紧密排列而组成,下表皮
则由1层方形细胞组成,并有气孔分布,栅栏组织由2~3层细胞构成,海绵组织不发达且细胞间隙小。黑果
腺肋花楸的组培苗茎自外向内由表皮、皮层、维管柱构成,其中维管柱包括维管束、髓和髓射线,茎内分布有
导管、筛管等。
2.1 黑果腺肋花楸正常苗与玻璃化苗叶片组织显微结构比较
由表1可知,黑果腺肋花楸组培苗叶片厚度随取材级数的增加而增大,玻璃化苗(4级150.6μm、5级
161.1μm)显著高于正常苗(1级116.2μm、2级124.9μm),逆转苗叶片厚度(121.2μm)与正常苗差异不显
著。玻璃化苗的主脉直径显著低于正常苗,5-玻璃化苗的主脉直径仅为1-正常苗的68.4%。由图1-a也
可知,玻璃化苗的主脉不明显。正常苗的栅栏组织由2~3层细胞组成,细胞长轴与叶片上表皮垂直,排列紧
密(图1A1、A2);玻璃化苗则只有1层细胞且与海绵组织区别不明显,细胞间隙较大(图1A4、A5);栅栏组
织与海绵组织厚度均显著薄于正常苗,其中5-玻璃化苗的栅栏组织厚度薄于1-正常苗的35.2%。随着
玻璃化程度的加重,栅栏组织的形态也随之改变,细胞由柱状变为短圆柱状或球状,由紧密排列变为疏松排
列,3-逆转苗的栅栏组织与海绵组织形态结构基本与正常苗相同(图1a4、a5),同时,随玻璃化程度的加重,
叶紧密度(CTR)也逐渐下降。5-玻璃化苗的CTR值为22.3%,不足1-正常苗的一半。
表1 正常苗与玻璃化苗叶片组织显微结构比较
Table 1 Comparison of leaf tissue microstructure of normal and vitrified shoots
显微结构
Microstructure
叶片厚度/μm
Leaf thickness
主脉直径/μm
Vein thicness
栅栏组织厚度/μm
Palisade tissue thickness
海绵组织厚度/μm
Spongy tissue thickness
叶紧密度/%
Leaf tightness
1-正常苗 Normal shoot 116.2bz 265.2a 52.3a 23.6a 45.0a
2-正常苗 Normal shoot 124.9b 268.6a 54.8a 21.6b 43.3a
3-逆转苗Reversed shoot 121.2b 239.6b 43.9b 19.6c 36.1b
4-玻璃化苗Vitrified shoot 150.6a 203.3c 38.7c 18.3c 26.8c
5-玻璃化苗Vitrified shoot 161.1a 181.4d 33.9d 15.4d 22.3c
注:z为0.05显著水平的多重比较结果,下同。
图1 黑果腺肋花楸组培苗叶片形态显微结构的比较
Fig.1 Observation of leaves morphological anatomy of Aronia melanocarpaE.shoot
A:10×40倍叶肉显微结构;a:10×10倍叶片横切显微结构
1-正常苗;2-正常苗;3-逆转苗;4-玻璃化苗;5-玻璃化苗
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第3期 高晔华,等:黒果腺肋花楸正常苗与玻璃化苗茎叶显微结构的比较
2.2 黑果腺肋花楸正常苗与玻璃化苗叶片上、下表皮显微结构比较
由表2可知,玻璃化苗的上表皮厚度(4级32.9μm、5级39.6μm)约为正常苗(1级19.9μm、2级
19.3μm)的2倍。逆转苗的上表皮厚度则为23.8μm,介于正常苗与玻璃化苗之间。玻璃化苗下表皮厚度
(4级24.2μm、5级35.6μm)也显著高于正常苗(1级15.4μm、2级16.0μm)与逆转苗(3级18.2μm)。黑
果腺肋花楸的正常苗和玻璃化的叶片上表皮均由1层细胞构成,气孔少;正常苗的上表皮细胞呈长方形扁平
状,彼此相互嵌合,紧密排列,没有间隙;玻璃化苗则呈方形有肿胀变大的趋势,因此,细胞密度明显下降(图
1A4、A5)。黑果腺肋花楸的正常苗与玻璃化苗下表皮均有气孔分布,正常苗的气孔由2个肾形的保卫细胞
组成,大小均衡,形成椭圆状结构,开口较小(图2B5)。玻璃化苗的气孔器较大,2个保卫细胞大小不等。随
着玻璃化程度的加重,气孔开口也不断增大,5-玻璃化苗气孔大小达到最大,为25.0×14.5,气孔近球形。
同时,玻璃化苗气孔密度(4级491个/mm2、5级502个/mm2)显著高于逆转苗(3级456个/mm2)与正常苗
(1级416个/mm2,2级409个/mm2),这体现了玻璃化苗在逆境下的适应性。
表2 正常苗与玻璃化苗叶片上、下表皮显微结构比较
Table 2 Comparison of upper and lower epicuticle thickness of leaf microstructure of vitrified and normal shoots
显微结构
Microstructure
上表皮厚度/μm
Upper epicuticle thickness
下表皮厚度/μm
Lower epicuticle thickness
气孔大小(纵径×横径)
Stoma size
气孔密度/(个/mm2)
Stoma density
1-正常苗 Normal shoot 19.9dz 15.4c 25.3×9.2c 416c
2-正常苗 Normal shoot 19.3d 16.0c 23.4×10.1c 409c
3-逆转苗 Reversed shoot 23.8c 18.2bc 23.5×10.3c 456b
4-玻璃化苗 Vitrified shoot 32.9b 24.2b 23.8×12.6b 491a
5-玻璃化苗 Vitrified shoot 39.6a 35.6a 25.0×14.5a 502a
注:z为0.05显著水平的多重比较结果
图2 黑果腺肋花楸组培苗叶片下表皮气孔显微结构的观察
Fig.2 Observation of microstructure of stoma in leaf lower epicuticle thickness of Aronia melanocarpa E.shoot
B:10×40倍叶片下表皮气孔形态;b:10×10倍叶片下表皮气孔形态;
1-正常苗;2-正常苗;3-逆转苗;4-玻璃化苗;5-玻璃化苗
2.3 黑果腺肋花楸正常苗与玻璃化苗茎显微结构比较
由表3可知,正常苗与玻璃化苗的茎直径有显著差异,玻璃化苗茎横切面直径为891.1μm ,粗大肿胀
(图3c)。玻璃化苗与正常苗的表皮均由2层细胞构成,正常苗表皮细胞饱满,排列紧密,玻璃化苗表皮细胞
肿胀,呈方形,厚度约32μm 显著高于正常苗。正常苗皮层细胞排列规则,玻璃化苗皮层薄壁组织过度生
长,排列不整齐,细胞间隙大,皮层厚度显著高于其它形态。逆转苗的厚度也与正常苗接近,说明其皮层细胞
形态已逐渐恢复正常。由图3C可知,正常苗的维管束各束分开,间距较小,有较多导管、筛管分布。玻璃化
苗的维管束发育差且与髓射线分区不明显,且之间存在断层,不利于物质的输送。
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延 边 大 学 农 学 学 报 第35卷
表3 正常苗与玻璃化苗茎显微结构比较
Table 3 Comparison of stem microstructure of vitrified and normal shoots (μm)
显微结构
Microstructure
茎直径
Stem thickness
表皮厚度
Epicuticle thickness
皮层厚度
Cortex thickness
髓直径
Pith thickness
1-正常苗 Normal shoot 802.6bz 22.8b 101.6b 263.0b
2-正常苗 Normal shoot 830.7b 23.6b 103.7b 274.7b
3-逆转苗 Reversed shoot 833.9b 31.1a 103.3b 286.3b
4-玻璃化苗 Vitrified shoot 889.3a 32.3a 118.7a 320.8a
5-玻璃化苗 Vitrified shoot 891.1a 32.9a 120.3a 339.8a
图3 黑果腺肋花楸组培苗茎形态显微结构的观察
Fig.3 Observation of stem morphological anatomy structure of Aronia melanocarpa E.shoot
C:10×40倍下茎横切显微结构;c:10×10倍下茎横切显微结构
1-正常苗;2-正常苗;3-逆转苗;4-玻璃化苗;5-玻璃化苗
3 讨论与结论
植物器官的形态结构与其生理功能和生长环境密切适应,在长期外界生态因素的影响下,叶在形态结构
上的变异性和可塑性最大,即叶对生态条件的反映最为明显[11]。玻璃化苗外观呈水浸状,主脉不明显,栅栏
组织与海绵组织区别不明显,排列疏松。黑果腺肋花楸组培苗上表皮细胞紧密排列组成,下表皮气孔下陷,
小而密集,玻璃化苗细胞排列凌乱不规则,气孔开口大,近圆形,气孔密度显著高于正常苗。黒果腺肋花楸组
培苗内分布有发达的导管、筛管等;玻璃化苗茎肿胀粗大,维管束发育差,髓薄壁细胞较多、已破裂。
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Comparison of morphological microstructure of vitrified and
normal shoots of Aronia melanocarpa Elliot
GAO Ye-hua1, LI Shuang2, LV Tian-shu2, HU Ting-ting3, WU Rong-zhe2*
(1.Forestry Research Institate of Yanbian;2.Agricultural College of Yanbian University;
3.Agricultural Bureau of Yanji City:Yanji Jilin 13300,China)
Abstract:Make the Aronia melanocarpaplantlets in vitro as the material,by the means of paraffin section
and tearing leaf epidermis to compare the morphological anatomy structure of leaf,stem and stomatal appa-
ratus of vitrified and normal plantlets.The results showed that stomas of lower epicuticle thickness of
Aronia melanocarpa Elliot were smal and dense,palisade tissue consisted of 2~3layers of cels,spongy
tissue and cel gap were not wel-developed,there were abundant vessels and sieve tubes in stem.In con-
trast,main veins of vitrified shoots were irregular and messy and not obvious.Stomas opened circularly,
differentiation between the palisade tissue and spongy tissue was not obvious.The stem was sweling and
thick with the parenchyma cels of pith had been broken.
Key words:Aronia melanocarpa Elliot;morphological microstructure;normal shoots;vitrified shoots
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