全 文 ：第 2 0卷第 2期 复 旦 学 报 ( 自然科学版 ) 1 9 81 年 6月
海岸红杉离体茎培养中植株
形成的细胞组织学研究
复旦大学生物系 王凯基
上海园林科学研究所
张玉方 倪德祥
包慈华
关于海岸红杉茎离体培养诱导完整植株的研究工作 已有报道 〔` 〕 , 茎段培养过程中的
愈伤组织发生 、 组织分化和芽的形成的解剖学观察 , B aI F “ 〕作过比较系统的报道 . 为了深
入了解木本组织培养中器官的形成过程 , 为培养技术提供参考和探讨形态建成的规律 , 我
们除曾对油橄榄组织培养作了比较系统的观察外 〔“ , 3」, 我们以红杉为材料进行了细 胞组
织学的研究 .
材 料 和 方 法
取材于引自杭州植物园的海岸红衫 S eq u io a se l刀P e r vi l’e n o E dn l ( 19 72 年 , 美国前总
统尼克松赠送我国 ) ,用其枝条扦插繁殖育成的 3~ 5 年生苗木 ,从苗木基部取其当年生萌
条 ,去叶冲洗 ,在无菌条件下用 70 % 酒精消毒一分钟 ,用 10 一 13 % 的漂白粉溶液浸泡 10 一
巧 分钟 , 再经无菌水冲洗 4 到 5 次 . 然后截成 5 毫米左右的茎段接种于固体培养基 上 ,
每瓶接 4一 5 段 , 在 26 士 1 “ C的温度下培养 , 白天用 日光灯辅助光照 9~ 10 小时 , 夜间黑
暗 .
基本培养基为改 良 W hi et 培养基 , 附加 N 八 A 0 . 1 毫克 /升和 B A 0 . 5 毫克 /升 . 在
诱导发生的芽长成不同高度的苗时 , 将苗连同部分愈伤组织转移到改 良 W五i et 基本培养
基加 。 . 5 毫克 /升引噪丁酸的分化培养基上诱导生根 .
在离体茎段上发生愈伤组织 , 于愈伤组织上出现芽点和苗上生根的各个时期分别取
材 ,用 F A A 固定 , 石腊包埋制片 ,切片 8 微米厚 , 用代氏苏木精 ,咄咯红一甲基绿染色 .
观 察
一 、 愈伤组织发生
离体茎段切 口 上经诱导长出松散的愈伤组织 , 它可起源于皮层 、 维管形成层 、 木薄壁
本文 1950 年 3 月 17 日收到 .
第 2期 王凯基等 : 海岸红杉离体茎培养中植株形成的细胞组织学研究
细胞和射线 ,而 以形成层和射线为主 . 发生过程基本上和油橄榄的类同川 , 即在切 口表面
有儿层栓质化细胞 , 在它内方的活细胞 , 由表及里地起动进行细胞分裂和长大 ( 图 1 ) , 成
长为愈伤组织 . 这种愈伤组织未能诱导发生器官 .
离体茎段的非切 口处 , 茎内的皮层薄壁细胞 、维管形成层和射线也经起动进行细胞分
裂 , 长出愈伤组织 , 而 以维管形成层和射线为主 . 维管形成层细胞分裂 , 向内外增生的细
胞 , 改变了它们正常的分别分化木质部和韧皮部分子的规律 , 而全部分化为薄壁组织 ( 图
2)
. 这样 , 维管形成层与初生木质部之间有若千层薄壁细胞相隔 , 形成层的地位向外推
移 . 在射线细胞起动分裂后 ,其增生的细胞又迅速长大 ,使原为管状中柱的结构分割成分
散的 、 大小不等的木质部束 (图 3 ) . 由于上述这些部分的细胞增生和长大 , 引起茎段出现
全面的肥大增粗或局部的长出瘤状突起 (图 4 ) ,有时 , 甚至于在突起部分开裂 , 内部组织
外翻呈唇状 . 这样的愈伤组织进一步有组织分化和芽的发生 .
二 、 组织分化
离体茎上呈瘤状突起的愈伤组织近表面 , 局部的有木栓形成层分化 ( 图 5 ) , 或者仅表
面一 、二层细胞栓质化 ,在外形上呈现老化 ,这是内部有组织分化的形态特征 .
愈伤组织内部的薄壁细胞 ,少数含有丰富的单宁 , 大部分是不含单宁的细胞 , 其中有
部分细胞转变为分生细胞 ( 图 6) . 这种细胞有大有小 , 细胞质稠密 , 从毗咯红一甲基绿的
染色反应显示 R N A 的含量升高 ,无液泡 ,细胞核较大 ,移到细胞中央 ,且具强烈的分裂活
性 , 形成分生细胞团或称分子组织结节 〔图 7) . 在不同的切面中可以见到它的纵剖面结
构 , 呈原形成层状 ( 图 8) , 随后 , 这种分生组织结节的周缘细胞作平周分裂 , 内部细胞分
化为管胞分子 ,从而形成周围有呈形层状细胞和内部为输导分子的所谓维管组织结节 (图
9
、
10)
. 比较发达的维管组织结节进一步可成为在某一方向开放的结节 , 即在横切面中不
成封闭的环状结构 (图 1 1 ) .
三 、 芽的形成
茎段皮部愈伤组织的开裂处 ,在其开裂方向表面的局部薄壁细胞转变为细胞质稠密 ,
R N A 的染色反应较深 ,具大核的分生细胞团 (图 1 2个) , 这时在它内方的维管组织结节的
形成层状细胞与这种分生细胞团相连接 . 随后分生细胞团进行继续细胞分裂形成苗端分
生组织 , 且由叶原基的发生而形成芽原基 . 在这过程中 , 维管组织结节相应地成为开放
型 , 其形成层状细胞与叶原基基部的原形成层相通连 ( 图 13 ) , 最后 , 在芽的成长中 , 芽内
方仍保留维管组织结节的几层形成层状细胞 ( 图 14 ) .
四 、 根的发生
由芽长成的苗连同部分愈伤组织被转移到诱导分化根的培养基后 , 在苗的基部有新
的愈伤组织和不定根的发生 . 关于不定根的起源有两种情况 . 一种是在新生的愈伤组织
中出现较多的分生组织结节 ( 图 1 5 ) , 其中部分分生组织结节具有单向极性的生长而分化
根原基 (图 1 6 ) ,进而长出不定根 . 另一种情况 ,在苗基部从茎上直接长出不定根 , 类似一
般侧根来 自主根的中柱一样 ,不定根的中柱和茎的中柱相接 (图 1 7) . 但在这种茎基的横
切面中 ,还发现皮层近表面处出现一些分生细胞团 , 在它具有单向极性生长时 , 结构上类
似根尖 (图 1 8 ) , 它是否就是上述后一种不定根的开始分化 ,有待进一步查明 .
1 70 复 旦 」 学 . 报 ( 自然科学版 ) 、 第 20 卷
图 1 茎纵切面 ,示伤口近表面的细胞诱导起动 ( 又 1加 )
图 2 茎横切面 ,示维管形成层和射线细胞起动 ( K 120 )
图 3 茎横切面 ,示维管形成层和射线细胞起动后进行活跃的细胞分裂 , 木质部被割裂成木质部束
( x 1 80 )
、
图 4 茎纵切面 ,示瘤状突起的愈伤组织 ( “ 8 0) .
图 5 愈伤组织近表面的产生木栓形成层 ( x 土80)
图 6 愈伤组织薄壁细胞脱分化而来的单个胚性细胞( 、 350 )
第 2期 王凯基等 :海岸红杉离体茎培养中植株形成白切翔胞组织学研究 灯 1
图 7胚性细胞分裂形成分生组织结节 ( x10 8)
图 8分生组织结节的纵剖面 ( “ 1 20 )
图 9、0 1 由分生组织结节分化为外围形成层状细胞 ,内部为管胞的维管组织结节 ( 、 18。 )
图 1 1 开放型的维管组织结节 ( 、 120 )
图 12 茎横切面 ,示愈伤组织表面有苗端分生组织发生 ,其内方的维管组织结节的形成层状细胞与
之相连接 ( 、 12 0 ) `
i咫 复 且 学 报 ( 自然燕科学版) 第 20 卷
图 13 芽原基形成 ,其叶原基的原形成层与开放型维管组织结节韵形成层状细胞相连接( , 王20)
图 14 芽的纵切面 ,示其内方保留维管组织结节的若干层形成层状细胞 ( x 120)
图 15 诱导发根的愈伤组织切面 ,示其内部的分生组织结节群 ( 汉 8的
图 16 愈伤组织中具单向极性生长的分生组织结节 ,其顶端正在分化根尖的套层 ( 、 180 )
图 17 由愈伤组织上长出的芽 ,转移到诱导分化根的培养基后 ,从苗基部长出根 ,横切面( x , 80 )
图 18 同上材料的横切面 ,示皮层部分出现外起源的根尖结构( x 12 0) .
第 2 期 王凯基等 : 海岸红杉离体茎培养中植株形成的细胞组织学研究
讨 论
红杉离体茎的非伤口部分 ,在诱导起动之下 , 和油橄榄的一样 , 在茎段表面长出瘤状
突起或全面肥大生长 , 而且从这里可 以长出芽来 . 但是它们在起源上有所区别 ,红杉的这
种肥大生长主要来自形成层和射线的起动 , 我们在油橄榄的工作中初步讨论了茎段深处
如何能被诱导起动和这种在非伤 口部分新生的组织应否属于愈伤组织的范畴 . 这里再作
进一步讨论 .
关于木本植物愈伤组织起源间题 , 很早就有人分别在创伤和嫁接的解剖学观察中提
出木质部射线和形成层的衍生细胞是产生愈伤组织的主要来源 . 亚力山大罗夫 ( 1 9 5 4) 〔’ 〕
也提到八仙花插条中髓射线薄壁细胞可进行旺盛分裂而形成愈伤组织 , 而且他所描述的
情况和红衫的完全相象 . 至于植物器官离体培养中形成层和射线起动长出愈伤组织也是
比较普遍的现象 ,这在红杉离体茎培养中得到了验证 . 不过 ,远离伤 口的器官深处如何被
诱导起动是个问题 . Y e om a n 等 〔主 ,1对创伤处诱导发生愈伤组织的机理 , 认为参加起动的
愈伤物质可能由分裂细胞上方的几层未破坏的细胞 自溶所提供 . 根据这个假设 , 我们在
油橄榄非伤 口的皮层起动问题上 , 提出了切口处的细胞 自溶所提供的某种愈伤物质可能
从茎段内部扩展到皮层深处的设想 ,那末 , 红杉茎深处的形成层和射线更有接受这种愈伤
物质的可能 , 因为比皮层更接近输导物质的维管组织 . 这样的设想支持 S a n g m a n 等〔l1j 提
出的观点 , 即形成层在伤口受诱导而起动后 , 其作用还可沿着茎段的纵向而扩展到内部
去 .
维管形成层之类的分生组织 ,在诱导下特别容易产生愈伤组织 , 这是众所公认的 , 也
是容易理解的 . 因为形成层是分生组织 ,在外源激素和某种愈伤物质的诱导下 , 不存在脱
分化的过程 , 只是促进其细胞分裂活动和改变它衍生细胞的发育途径 . 也就是说在培养
条件的诱导下改变这些细胞的遗传信息的控制 , 使原来分别分化木质部和韧皮部分子的
细胞全部分化为薄壁细胞 . 因此 , 可否考虑把这个概念引入组织培养的诱导起动中去 ? 即
组织培养中的诱导起动 ,一种情况是已分化的细胞经脱分化形成胚性细胞 ,进行细胞分裂
和回复它的全能性 ;另一种情况 , 只是促进细胞分裂和改变细胞分化的途径 . 同时 , 对愈
伤组织的概念也就相应地予以补充 , 即在伤 口部分或非伤 口部分的已分化的细胞经脱分
化而长出的薄壁组织是愈伤组织 , 即使在伤口或器官内部的分生组织 , 如形成层 , 并不通
过脱分化而只是改变其原来的分化规律而形成的薄壁组织也应纳入愈伤组织范 畴 之 内 .
至于象油橄榄 、 红杉茎段距伤 口较远的皮层细胞经起动脱分化产生薄壁组织 , 引起皮层向
外长成瘤状突起或全面肥大生长 , 更无疑问地是愈伤组织的一种类型 .
根据一般报道 ,致密的愈伤组织易诱导组织分化和器官发生 〔 , 」、 B al l[’ 〕在红杉茎的离
体培养下 ,皮层部分发生的愈伤组织比较疏松 , 无器官发生 , 而在切 口发生的致密的愈伤
组织上有芽分化 . 在我们的实验中 ,切 口上发生的松散愈伤组织无芽分化 ,而在非伤口的
皮层部分发生的比较致密的愈伤组织上诱导出芽 . 可见 , 组织分化和器官发生不是决定
于愈伤组织发生在外植体上的部位 ,而决定于愈伤组织的质地 ,支持了由于邻近细胞的压
复 旦 学 报 ( 自然 科 学 版 ) 第 即 卷
力 ,促使一定细胞在适宜的诱导条件下 ,形成区域性的分化中心的理论 .
红杉愈伤组织中的分生组织结节起源于单个薄壁细胞的脱分化 , 其苗端分生组织的
形成起源于局部薄壁细胞的脱分化 , 这和 B al le 〕所报道的 ,关于管胞集团起源于单个无单
宁的薄壁细胞和一个苗端再生的早期呈现一些分裂的薄壁细胞团的看法相同 , 也和油橄
榄愈伤组织中分生组织结节与芽的分化相同〔幻 . 很早 B u v at 川就提出 “ 器官的原基成为
一个规律地从单个或一小群分化的细胞产生分生组织 ” . 近年来 R e i n e r t 〔l0j 又提出 “ 苗的
诱导与根发生开始时一样 ,原基能产生之前 ,首先脱分化 . ” 假如他们的这些提法都指的是
在愈伤组织中分生组织的产生和器官发生是通过愈伤组织中薄壁细胞的脱分化 , 那末可
以得到了一致的认识 , 即从愈伤组织上诱导器官发生的所谓再分化是经过再次脱分化的 .
红衫愈伤组织中有分生组织结节和维管组织结节的分化 , 以及 它们 的构造 , 都和
B al
〔. 〕所报道的完全一样 , 也和亚力山大罗夫〔 ’ 〕所描述的橡胶草插条愈伤组织内的吸 水
细胞节相似 ,而且这种结节在油橄榄愈伤组织中也普遍发生 〔们 , 正如 G au t h er 吐81[ 所说的
分生组织结节的存在是愈伤组织培养中常见的现象 . 至于它和器官发生的关系 , 虽有不
少报道 ,但仍有深入探讨的必要 .
亚力山大罗夫很早就提 出分生组织结节或它邻接的愈伤组织细胞群 , 经过相应的转
变而成胚性细胞之后 ,就能产生枝条或根 . 又如 Y e仙 a n 等 la[ 〕认为分生组织结节可 以成
为愈伤组织中的生长中心 , 不能进一步分化而只产生薄壁细胞补充在它的周围 . 可是有
相似的结节另有一种发育途径 , 从它分化根和芽 . 这都说明了分生组织结节或维管组织
结节与器官发生有密切联系 ,但它们的关系如何还是不够明确的 . 红杉和油橄榄一样 , 根
原基是从维管组织结节具有单向极性生长时形成 , 而红杉芽的再生有些特 殊 . B叭少二报
道红杉愈伤组织培养中芽的分化 ,在苗端分生组织下有一团细胞质稠密的细胞 , 由它分化
原形成层 , 随后原形成层通向维管组织结节 , 但未明确苗端的发生与维管组织结节的关
系 . 在我们对红杉愈伤组织培养的观察中 ,发现与此类似的情况 , 比较清楚地观察到维管
组织结节往往和芽原基内外对应地存在 , 而且在芽分化的早期有维管组织结节外围的形
成层状细胞通达苗端分生组织 ,在苗端分生组织分化形成芽原基的过程中 ,维管组织结节
的形成层状细胞与叶基的原形成层连接 . 通过这一事实 ,我们初步设想两者有密切联系 ,
并推测维管组织结节可通达愈伤组织的近边缘 , 由它转运而来的对脱分化和芽分化起诱
导作用的内源物质 ,在愈伤组织外缘部分与外源激素共同的作用下 ,诱导局部愈伤组织细
胞脱分化而形成苗端分生组织 ,并在叶原基分化时 ,又由这种形成层状细胞诱导分化原形
成层 . 这样的假设将由实验性工作来进行讨论 .
组织培养中根的再生是十分普遍的 , 而关于其起源问题也有不同的报道 . 在多种植
物的愈伤组织上再生根川 ,也有许多植物的外植体上直接诱导发根 l1[ , 而且 W五计e l2[ J报
道了一种烟草杂种的不定根只能从茎叶器官上发生 , 不能从愈伤组织上新生的分生组织
分化形成 . 从红杉组织培养的观察中 , 可以同时出现上述两种情况 . 在愈伤组织上发生
根的过程和油橄榄的相同 〔月 , 而从苗基部的茎上直接长出根来也是事实 ( 图 1 7) . 不过后
一种情况的起源和形成过程还得进一步讨论 , 在这里观察到苗基皮层表面出现分生细胞
团 ,且有单向极性的生长趋势 (图 1 8 ) , 设想它可能是外起源的根原基 ,由它进一步发育形
第 2 期 王凯基等 : 海岸红杉离体茎培养中植株形成的细胞组织学研究 17乏
成与茎的中柱相连的根 , 而不是象侧根那样起源于中柱而取得直接联系 , 这有待研究查
明 .
〔 1 〕
仁2 〕
[ 3 j
「4 〕
仁5 ]
仁6 j
〔 7 」
「s j
厂9 」
〔10〕
参 考 文 献
中国科学院上海植物生理研究所细胞室编译 ,植物组织和细胞培养 , 上海科学技术出版社 ( 19 78 )
1 55
.
王凯基等 ,植物学报 , 2 1 ( 197 9 ) 1 24 .
王凯基等 ,植物学报 , 2 1 ( 1 9 79 )2 27 .
包慈华等 ,科学通报 , 2 1 ( 197 9 ) 32 1 .
亚力山大罗夫 , B . P . , 植物解剖学 ,上册 ,高等教育出版社 (土9 6。 )2 60 .
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h i就 o g e n e虹 9 a dn O r g a n o g e n韶15 w a s 坦 a d e i n t h e P r e o e nt w o r k
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T h e f r i a b l e e a l l u s w a o u su a l l y i dn u
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r姗h y功 a士ou s e el l s of t h e o t恤 d j就 a l fr o m t h e e u t 即 r t a e e , 外 o m t h e l a ter t yP e o f
t h e e a l l u s 七h e v a s e u l a r t i朗u e a n d a d v e nt i t o u s b u d s w e r e d e r i v e d .
T h e r e w e r e so m
e e m b
r y o 过e e e l l s a P P e a r e d so t i七a r i l y a t r a n d o m i n 七h e e a l lu 3
u n d e r d e d渭er e n t i a t i o n of t h e P a r e ne h 夕m a t o u o e e l l s , a dn f r om t h e n t h e m e r i s t e m a t工。
e e l l u l a r m a姗。 o r m er i s t e m时 i e n od u l e s w e r e d e v e l o P e d . T h e m e r i s t em a t i e on d u l e , a o a
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17 6复 旦 学 报 ( 自然 科 学 版 ) 第 2 0卷
l止 e e e l ls .
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b u d a n d r o o t a r e b r i ef l y d j
s e u s s e d a n d so 功 e P r e l im ian r i l y 阻g e就 i osn h a v e ben P r -o和、 e d i n t h i o P a P er .