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神农香菊表皮毛特征及腺毛分泌物成分



全 文 :书第 43卷 第 9期 东 北 林 业 大 学 学 报 Vol.43 No.9
2015年 9月 JOURNAL OF NORTHEAST FORESTRY UNIVERSITY Sep. 2015
1)国家自然科学基金项目(31400590)。
第一作者简介:何淼,女,1975年 9 月生 ,东北林业大学园林学
院,副教授。E-mail:hemiao_xu@ 126.com。
通信作者:孙颖,东北林业大学园林学院,副教授。E-mail:litt-
lesuning@ 126.com。
收稿日期:2015年 4月 18日。
责任编辑:任 俐。
神农香菊表皮毛特征及腺毛分泌物成分1)
何淼 刘颖竹 张蕊 孙颖
(东北林业大学,哈尔滨,150040)
摘 要 以原产于神农架地区的神农香菊为研究对象,采用荧光显微镜及电子显微镜观察神农香菊表皮毛结
构及腺毛密度,通过 GC /MS分析腺毛分泌物。结果表明:神农香菊表皮毛的主要类型分为不具有分泌功能的 T型
非腺毛、具有分泌功能的头状腺毛。神农香菊叶片分别生长到 3、4、5个月时,头状腺毛密度分布规律由多到少分
别体现为上部叶、中部叶、下部叶;中部叶、上部叶、下部叶;中部叶、下部叶、上部叶。花部腺毛分泌物主要为 α-蒎
烯、β-蒎烯、α-水芹烯、双戊烯、樟脑、合成右旋龙脑等。
关键词 神农香菊;头状腺毛;T型非腺毛;腺毛密度;分泌物
分类号 S682.1+1;Q944.68+1
Dendranthema indicum var. aromaticum Epidermal Hairs and Glandular Hair Secretions / /He Miao,Liu Yingzhu,
Zhang Rui,Sun Ying(Northeast Forestry University,Harbin 150040,P. R. China)/ / Journal of Northeast Forestry Uni-
versity,2015,43(9) :117-120.
With Dendranthema indicum var. aromaticum in the Shennongjia area,we used fluorescence microscope and electron
microscope to observe trichome and trichome density,and analyzed the glandular hairs secretions by GC /MS. The main
types of trichomes of D. indicum var. aromaticum were T type non-glandular with a secretory function,and capitate glandu-
lar hairs with a secretory function. When the leaves of D. indicum var. aromaticum were grown to 3,4 and 5 months,the
capitate glandular trichome density distribution in descending order were upper leaves,middle leaves and lower leaves;
middle leaves,upper leaves and lower leaves;middle leaves,lower leaves and upper leaves,respectively. The glandular
in the flower secretions were α-pinene,β-pinene,α-phellandrene,dipentene,camphor,and synthetic borneol.
Keywords Dendranthema indicum var. aromaticum;Capitate glandularhairs;T type non-glandular trichome;Densi-
ty of glandular trichome;Secretion
神农香菊(Dendranthema indicum var. aromatic-
um)系菊科菊属野菊(Dendranthema indicum)的一
个新变种[1]。1982 年由刘启宏[1]在神农架首先发
现并将其命名为神农香菊,因其与同为菊科菊属的
野菊花中所含有的化学成分[2-3]基本一致。因此,
从植物化学分类学的角度可初步认定神农香菊即为
野菊的变种。它是一种新的药用资源植物[4]。其
花、叶及根均具有浓郁的香气,且具有平肝明目、清
热解毒、散风降压的功效[5]。从花、叶、茎中提炼出
的浸膏还是一种配制高档香精的优质原料。1988
年,魏学元[6]就对高等植物的表皮毛进行了研究,
指出其根据形态、结构可分为单细胞、多细胞的表皮
毛和具有分泌功能的腺毛。腺毛大多数都由柄细胞
以及腺头组成,既有短柄腺毛(单细胞柄、多细胞
头) ,也有长柄腺毛(多细胞柄、单细胞或多细胞腺
头)[7]。对腺毛和腺毛分泌物的研究主要集中在烟
草这种植物上。研究证明:烟草腺毛的形态结构与
其分泌功能有密切的关系[8-11]。烟叶腺毛密度及其
分泌物对烟叶香气有重要作用[12],分泌物主要成分
的质量分数与腺毛密度呈正比[13]。同时前人还证
实了腺体和腺毛普遍分布于大部分菊科植物上[14]。
植物挥发油是一类天然植物性添加剂,能够矫正食
品的异味,赋予香气,具有着色、抗菌消炎、抗氧化等
作用[15]。研究表明,腺毛是挥发油合成和分泌的主
要场所,因此挥发油的产生与分泌和腺毛的分布、类
型及其结构等有着直接联系[16]。
吕明月[17]对神农香菊表皮毛进行了初步研究。
显微镜观察结果显示,神农香菊叶片表皮毛密度的
分布特点为:幼叶大于成熟叶;下表皮大于上表皮;
一级叶脉处大于二级叶脉处大于叶边缘。表皮毛类
型主要为单列毛和 T 型毛两种。神农香菊叶片腺
毛分泌物的主要成分为烩烯、桉叶油醇、p-侧柏醇、
樟脑、揽香烯和 a-红没药烯。其中萜烯类占鉴定总
成分的 22.29%、醇类占 31.43%、酸类占 11.56%,除
此之外,还包括 7.05%的苯类和 6.53%的烷类。针
对目前的研究进展,关于神农香菊表皮毛的研究尚
处于初步阶段,文中进一步完善神农香菊植株表皮
毛在叶、茎、花上的结构类型,并对不同发育时间、不
同叶位的腺毛密度、分泌物的化学成分进行分析并
作出多重比较。以期为神农香菊未来致香机理的研
究做出一定贡献,为神农香菊的推广应用打下坚实
DOI:10.13759/j.cnki.dlxb.20150721.006
基础。
1 材料与方法
由湖北神农架地区(109°56 ~110°58E,31°15 ~
31°75N)引种,经东北林业大学园林学院苗圃基地
成功栽培的神农香菊。2013 年 11 月份以细沙进行
脚芽扦插,两周后待已生根时换土,置于温室中进行
培养,次年 3 月初以直径为 12 cm 的花盆上盆,每周
浇水一次;至 5月初移至东北林业大学园林学院 154
实验室培养装置下进行培养,作为试验材料备用。
腺毛密度统计及形态结构观察:神农香菊苗培
养到 3、4、5 个月时分别取 5 盆长势一致的植株第
2、7、12片叶,作为不同苗龄上部叶、中部叶、下部
叶,将每个叶位的叶片按叶基、叶中、叶尖分割成 3
部分。采用荧光显微镜对叶片每个取材部位进行观
察拍照,每个视野约 1.84 mm2,观察时每个叶片的叶
基、叶中、叶尖各取 4个视野,5 盆植株一共 20 个视
野,进行头状腺毛密度的观察统计。以培养 4 个月
最具代表性苗龄的神农香菊苗叶片、茎作为腺毛形
态、结构研究的材料,花则直接取花瓣、子房用于扫
描电镜观察。10月末待神农香菊开花时,进行花部
器官腺毛形态、密度的研究。
腺毛分泌物提取方法:参考朱晓宇等[18]的方
法。每个样品共用 300 mL 二氯甲烷进行提取。每
处理选取 20个叶片。将取自不同叶位的叶片样品
备好,每个样品首先放入装有 100 mL 二氯甲烷的 1
号烧杯中浸提 1 次,侵提时间为 2 s,取出待二氯甲
烷稍挥发后,再进行第 2次、第 3次浸提。将 2 号烧
杯中同样倒入 100 mL二氯甲烷,将在 1号烧杯中处
理过的叶片在 2号烧杯中再次浸提,浸提 3次,每次
浸提时间 2 s,具体操作同步骤 1。将 2 号烧杯中浸
提过的叶片放入装有 100 mL 二氯甲烷的 3 号烧杯
中进行第 3次浸提,操作方法同上。用天平称取 15
g无水硫酸钠倒入装有滤纸的漏斗中。将 3 次浸提
得到的浸提液倒入加有无水硫酸钠的漏斗中,缓慢
地滤入圆底烧瓶中。将每个烧杯中再倒入 20 mL二
氯甲烷,进行清洗,然后将清洗液一并滤入圆底烧瓶
中。将圆底烧瓶连入旋转蒸发仪进行旋转蒸发,保
持恒温 40 ℃,转数适宜。待旋转蒸发结束后,用枪
头将浓缩液转移至进样瓶中,然后将样品置于冰箱
中 4 ℃保存备用。
腺毛分泌物分析及鉴定方法:色谱条件 GC 条
件为色谱柱,HP-5MS(30 m×0.25 mm×0.25 μm)弹
性石英毛细管柱,进样量 1 μL,分流比 5 ∶ 1,50 ℃保
持 30 min,升温速度 5 ℃·min-1,升到 160 ℃,再以
10 ℃·min-1升温至 270 ℃,溶剂延迟 3.5 min。MS
条件为电离方式,EI 模式,电离能量为 70 eV,四极
杆温度 150 ℃,离子源温度 230 ℃,电子倍增器电压
2 100 V,接口温度 280 ℃,扫描范围 4 500 μm,标准
质谱图库 NIST08L。物质分析鉴定是根据检测结果
得出的 Cas号进行物质成分鉴定,得到相关数据;利
用 excel软件进行作图。
数据分析:试验数据采用 SPSS17.0 进行统计学
分析,用平均值和标准误表示测定结果,分别对长势
一致不同苗龄的植株进行上部叶、中部叶和下部叶
的处理,同一苗龄不同叶位的上 /下表皮、叶基、叶
中、叶尖,腺毛总数量进行单因素方差分析,并用
Duncan法对各测定数据进行多重比较;采用 Excel
2010制图。
2 结果与分析
2.1 神农香菊表皮毛形态结构与类型
通过观察,如图 1为神农香菊表皮毛的形态、结
构,观察发现,神农香菊表皮毛分布于整个植株,在
它的叶、茎、花上均有分布;其中在叶片和茎上有两
类表皮毛分布,它们分别是 T 型非腺毛和头状腺
毛[19]。而在花器官上的分布则只有头状腺毛。T
型非腺毛一般由 1 个基细胞,嵌入叶肉细胞中;2 ~
15个(3 ~ 7 个居多)柄细胞,柄细胞呈圆柱状;2 个
翼状头部细胞组成。头状腺毛呈蚕豆状,一般由 1
个基细胞,嵌入叶肉细胞中;1 个柄细胞和 1 个头部
细胞组成,中间有明显的缢痕。
A.两类表皮毛;B.T型非腺毛结构;C.头状腺毛结构;D.头状腺毛;E.T型非腺毛;F.头部细胞;G.柄细胞;H.基细胞。
图 1 神农香菊表皮毛形态、结构
811 东 北 林 业 大 学 学 报 第 43卷
2.2 神农香菊叶片头状腺毛密度
2.2.1 神农香菊同一苗龄头状腺毛密度
以具有代表性的 4个月苗龄神农香菊头状腺毛
密度作为研究对象(图 2) ,神农香菊上部叶(1 ~ 3
片)叶片腺毛呈小且干瘪的状态,随着叶位的下降,
到第 5片叶时,呈现大而饱满与小而干瘪的头状腺
毛相间状态,随着叶位继续下降,到第 7~ 9 片叶,全
部呈现为大而饱满的头状腺毛,叶位继续下降,植株
底部叶片的腺毛虽仍为大而饱满的头状腺毛,但此
时已出现部分腺毛表面破裂,分泌物外泄的状况。
A.上部叶;B.中部叶;C.下部叶。
图 2 神农香菊腺毛发育情况
2.2.2 神农香菊不同苗龄头状腺毛密度
由表 1可看出,当苗龄为 3个月时,叶片不同叶
位下表皮头状腺毛密度分别为 28.40、22.90、18.70
个·视野-1,而上表皮则为 0.50、1.60、2.75 个·视
野-1,由此可知,神农香菊叶片的头状腺毛集中分布
于下表皮,在上表皮的分布极少。此时,叶片头状腺
毛密度分布规律由多到少体现为上部叶、中部叶、下
部叶。
表 1 神农香菊不同苗龄头状腺毛密度
苗龄 叶位 表皮
叶基腺毛密度/
个·视野-1
叶中腺毛密度/
个·视野-1
叶尖腺毛密度/
个·视野-1
腺毛总密度/
个·视野-1
3个月 上部叶 下 10.05±1.00 10.15±1.27 8.20±1.51 28.40±2.60
上 0.15±0.37 0.20±0.52 0.15±0.49 0.50±0.83
中部叶 下 7.95±1.19 7.35±1.46 7.60±1.43 22.90±2.13
上 1.00±0.92 0.50±0.51 0.10±0.31 1.60±1.27
下部叶 下 6.35±0.99 5.95±0.94 6.40±0.99 18.70±1.72
上 0.80±0.77 1.05±0.60 0.75±0.79 2.75±1.48
4个月 上部叶 下 6.40±1.43 6.65±1.46 6.30±1.42 19.35±2.58
上 0.30±0.47 0.25±0.44 0.35±0.59 0.90±0.72
中部叶 下 9.15±1.35 9.20±1.28 8.70±1.08 27.05±2.14
上 0.30±0.47 0.45±0.51 0.50±0.61 1.20±1.15
下部叶 下 5.20±1.47 5.30±1.49 4.90±1.33 15.40±2.30
上 0.45±0.51 0.50±0.61 0.60±0.50 1.55±0.89
5个月 上部叶 下 5.65±0.85 5.54±0.92 5.42±0.82 15.40±2.28
上 0.26±0.44 0.19±0.24 0.23±0.26 0.68±0.52
中部叶 下 8.65±1.05 9.04±1.25 8.26±0.96 25.95±1.86
上 0.32±0.49 0.27±0.34 0.35±0.48 0.94±0.74
下部叶 下 5.35±1.50 5.93±0.94 5.24±1.50 16.52±2.65
上 0.68±0.53 0.73±0.60 0.70±0.55 2.11±1.22
注:表中的数值均为平均值±标准差。
当苗龄为 4 个月时,叶片不同叶位下表皮头状
腺毛密度分别为 19.35、27.05、15.40 个·视野-1,而
上表皮则为 0.90、1.20、1.55 个·视野-1。此时,叶
片头状腺毛密度分布规律由多到少体现为中部叶、
上部叶、下部叶。
苗龄为 5 个月时,叶片不同叶位下表皮头状腺
毛密度分别为 15.40、25.95、16.52 个·视野-1,而上
表皮则分别为 0.68、0.94、2.11 个·视野-1。此时,
叶片头状腺毛密度分布规律由多到少体现为中部
叶、下部叶、上部叶。
由此可见,神农香菊叶片头状腺毛发生发育遵
循一定的规律,不同苗龄叶片的不同叶位,头状腺毛
数分布不一,呈现先上部叶腺毛数分布最多,之后中
部叶腺毛数居上,而后下部叶腺毛数有所提高,但仍
以中部叶数量最多。神农香菊叶片不同叶位的叶
基、叶中、叶尖头状腺毛密度并无明显规律可言。
2.3 神农香菊花瓣腺毛密度及分泌物
由表 2可知,神农香菊花瓣上,只有一类表皮毛
分布,即头状腺毛,而没有 T 型非腺毛的分布;且头
状腺毛只分布于花瓣背部。
表 2 神农香菊花瓣头状腺毛密度
花瓣 头状腺毛密度 /个·视野-1 T型非腺毛密度 /个·视野-1
花瓣正面 0 0
花瓣背面 17.20±1.57 0
注:表中的数值均为平均值±标准差。
花的腺毛分泌提取物主要有 α-蒎烯、β-蒎烯、
α-水芹烯、双戊烯以及樟脑、合成右旋龙脑等物质,
烯类总质量分数高达 25.66%、樟脑及龙脑总质量分
数达 8.58%,两类物质占了分泌物总质量分数很大
的比例,因此,神农香菊花才具有浓郁的香气。
3 结束语
神农香菊作为罕见的具有浓郁香味的种,为菊
科菊属中难得的芳香植物,其植株中提取的芳香油
具有广阔的开发潜力和应用前景。而挥发油的产生
和分泌与腺毛的结构类型、分布密度等有着密不可
分的联系。分泌物主要成分的质量分数与腺毛密度
呈正比[13]。通过对神农香菊叶、茎、花上的表皮毛
911第 9期 何淼,等:神农香菊表皮毛特征及腺毛分泌物成分
形态、结构、类型等进行观察和研究,比较了不同苗
龄不同叶位的神农香菊头状腺毛密度,虽然头状腺
毛分布不一,呈现先上部叶腺毛数分布最多,之后中
部叶腺毛数居上,而后下部叶腺毛数有所提高,但综
合比较仍以神农香菊的中部叶数量最多,进而得出
中部叶的分泌物质量分数也较高。以此可为今后继
续研究神农香菊的制香机理、开发与利用提供了坚
实的基础。通过应用芳香植物来营造园林景观,既
可以起到美化环境的作用又可产生良好的生态效
果,以期为未来园林建设发挥应有的价值。
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021 东 北 林 业 大 学 学 报 第 43卷