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Developmental Anatomy of Cymbidium sinense in vitro

墨兰试管苗植株的发育解剖学研究



全 文 :热带亚热带植物学报 2003,1 I(2):161-165
Jb of Tropical and Subtropical Botany
墨兰试管苗植株的发育解剖学研究
李爱民1,2,3 叶秀麟 2 陈泽濂 2
(I.怀化学院生物系,湖南 怀化 418008;2.中国科学院华南植物研究所,广东 广州 510650:
3.华南农业大学生命科学学院,广东 广州 510642)
摘要:用石蜡切片和扫描电镜对墨兰试管苗植株的生长发育进行了研究。发现幼叶中脉附近的叶肉细胞类似栅栏组
织,随着叶片 的不断成熟,叶片基部中脉附近的叶肉细胞逐渐变为近圆形或椭圆形,而叶尖部和叶中部中脉附近的叶
肉细胞仍似栅栏组织 。茎的发育经历了原球茎、根状茎和假鳞茎 3个阶段。原球茎的大部分细胞都含有淀粉粒,根状茎
的皮层细胞含淀粉粒,而假鳞茎几乎不含淀粉粒。幼根没有髓,皮层细胞含淀粉粒:成熟根具含淀粉粒的髓。出瓶苗上
即带有4个芽,一般只有最外侧叶腋的 1个花芽和最内侧叶腋的 1个叶芽发育。
关键词 :墨兰;试管苗:个体发育;解剖
中圈分类号:0949.718.430.4 文献标识码:A 文章编号 :1005-3395(2003)02-o161-o5
Developmental Anatomy of Cymbidium sinense in vitro
LI Ai.minI·2,3 YE Xiu.1 in2‘ CHEN Ze.1ian2
(1.Department of B/o/ogy,//ua/hua Co/e~e,Huaihua418008,China:2.South China Institute of Botany,the Chinese Academy Sciences,
Guangzhou 510650,Chil~;3.胁 嘶 of£扣 Science,South China ^ Univers ,Gl~lgzhou510642,China)
Abstract:The growth and development of Cymbidium sinense in vitro were observed under scanning electron
microscopy.The cells in mesophyll near midrib are often elongated as palisade-liked tissue in youn g leaves.W ith
the development ofthe planflets,cells in mesophyll near mi drib ofleafbase are foun dto be gradually roun ded or
eluptic,but those in leafapex and near midrib are stil arranged as palisade—liked tissue.The development ofthe
stem goes through protocorm, rhizome andpseudobulb stages. There are a large number ofstarch grains in most
cells of protocorm an d in cells of cortex parenchyma of rhizome, but almost no starch grin is foun d in
pscudobulb.In yo un g roots,medullas are absent an d starch grains scatter in cortex parenchyma.In mature ro ts,
there are medullas with starch grains. Generally, ofthe four axillary buds, only the outmost floral bu d an d the
innermost leafbud are developm enta1.
Key words:Cymbidium sinense;Plan tlet vitro;Ontogen y;Anatomy
墨兰 (Cymbidium sinense(Andr.)Wild)栽
培历史悠久,是人们喜爱的观赏花卉。其花期主要
在春节期间,因而又称报岁兰,颇具经济价值。但兰
属植物种子的 自然繁殖力极低,而园艺上常采用 的
分株繁殖法远远不能满足人们的需求。 自从 Morel
用茎尖作外植体,在试管中培养出兰花植株后,目
前采用组织培养方法来快速繁殖兰花,产生了巨大
收稿 日期 :20o2—o7一o2 接受日期:2oo2一l2一o6
基金项 目:中国科学院院长基金 (767);广东省科技计划项 目
(C20304)
’通讯作者 Correspondingauthor
的商业效应 ,实现了兰花生产的工厂化和商品化[tl。
但 国外商品化生产的兰花主要是气生兰,而我 国地
生兰仍采用传统的分株繁殖 31。近年来墨兰组织培
养工作进展很快 ,取得 了一定的成绩 ,并对墨兰
的矿质营养r7—1、光合作用 田以及胚胎学【 玛等方
面都进行了研究,但是对试管苗植株的生长发育情
况仍知之甚少,这不利于墨兰的栽培管理和生产。
本文对墨兰试管苗植株从幼苗至开花结实整个生
长发育过程 中的各器官进行系统 的形态解剖学观
察,为墨兰的系统研究提供新资料 ,并为栽培管理
提供一定的理论依据。
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热带亚热 带植物学 报 第 11卷
1材料和方法
供试材料 1997年 1月至 1998年 1月对茎
尖诱导的墨兰根状茎进行大量繁殖,并使之分化形
成幼苗,幼苗从培养基移至土壤中生长,直至开花
结实。各阶段植株均按常规管理 ,定期观察其生长,
并对各阶段的植株分别选取 l0株进行测量。
显微结构样品的制备 分别采集不 同发育
时期的根、茎、叶、花等器官,FAA固定,Ehrlich苏木
精整体染色,常规石蜡切片法制片,切片厚 l0 l m,
OLYMPUS Vanox光学显微镜观察并照相。
叶表皮的制备 选取不含中脉的叶片,切成
0.5 cm×0。5 cm大小,Jeffiey解离液中解离,1%甲
基绿染色 ,甘油胶封片,OLYMPUSVanox光学显微
镜观察并照相。
扫描 电镜样 品的制备 选取不含中脉的叶
片,切成 0.5 cm ×0.5 cm 大小 ,戊二醛和锇酸双固
定 ,乙醇系列脱水 ,临界点干燥 ,离子溅射镀金膜,
JSM-T300型扫描电镜观察并照相。
2结果
2.1生长过程
根状茎在分化培养基上生长出芽,然后生根。
根据生长情况将瓶苗分为两个时期,即 I期瓶苗
(图版 I:1)和 Ⅱ期瓶苗 (图版 I:2)。 I期瓶苗
根状茎上只着生 2-3片叶,Ⅱ期瓶苗叶片数 目为 3—
4片,且叶片长度伸长。当叶片数 目达到 4片或更
多,此时即可出瓶移栽,移栽的苗称出瓶苗。以后出
瓶苗在常规管理下生长。一般叶片数 目达到 6-8片
时即不再增加 ,叶片只伸长和加宽。其中最外侧的 2
枚叶片常短小。出瓶以后,根状茎顶端逐渐膨大后,
称为假鳞茎 。带状叶片在假鳞茎上互生,叶鞘常包
茎,经 2-3 a后即可开花 (图版 I:3)。各时期的形
态 比较见表 l。
2.2形态结构 变化
2.2.1叶
叶表面观:上、下表皮细胞均多为长方形,细胞
排列紧密,细胞大小为 56-58 l m×12-20l m(表
2)。气孔在下表皮常成行排列 (图版 I:l3)。扫描
电镜观察发现 ,上、下表皮细胞表面均具瘤状突起。
气孔表面被厚的角质层覆盖,气孔器具明显的孔缘
(图版 I:4)。发育过程中,细胞形态无明显变化。
叶横切面观 :I期瓶苗上、下表皮细胞均一层,
近方形,细胞排列紧密 (图版 Ⅱ:1)。角质层薄。紧
靠上、下表皮内方均有较多纤维束散布 (图版 Ⅱ:
9)。叶肉细胞近圆形至椭圆形,一般没有海绵组织
和栅栏组织的分化 (图版 Ⅱ:2)。叶绿体一般沿细
胞壁分布 (图版 Ⅱ:3)。有时可见到含晶细胞。维管
束为外韧型,具维管束鞘。同一叶片不同部位 中脉
的横切面表 明中脉附近近轴面 的部分叶 肉细胞略
有伸长,细胞长轴垂直于叶表面 (图版II:1-3)。以
后叶基部中脉明显增大,中脉附近近轴面的叶 肉细
胞逐渐变为近圆形或椭 圆形 (图版 Ⅱ:6,9,l1),而
叶中部 (图版 I:4,8,12)和叶尖部 (图版 Ⅱ:5,7,
10) 中脉附近 的叶肉细胞 已明显伸长而且排列紧
密,细胞长轴垂直于叶表面 ,类似于栅栏组织。叶片
中维管束逐渐增大,叶肉细胞所含叶绿体数量也逐
渐增多。其结构特征见表 2。
2.2.2根
根横切面观可明显分为根被、皮层和维管柱。
最外方为根被,约 4-8层细胞,多呈不规则的长六
边形,细胞壁木质化。外皮层一层,细胞多径 向伸长
(图版 I:10)。皮层细胞圆形至椭圆形,体积大,胞
间隙小,细胞内含淀粉粒。中柱鞘细胞一层,明显。
木质部与韧皮部交替排列。原生木质部 6-7原型,
维管柱 中央为后生木质部 (图版 I:8)。随着根的
生长,根维管柱内有髓出现,髓中含淀粉粒。维管柱
内有大量厚壁组织细胞出现。木质部与韧皮部相间
裹 1■兰各发育时期的形态比较
Table 1 Morphologicalcomparisonof diferentdevelopmentstagesofC.s/aeme plantlets
测量顺序为由外向内,测量 10株。Theleav~often individualsweremeasured.Valuesofleaflengtharemr~agedinorderofthe ou~tmo6t
leaftotheinnermostonc.
— — — —
’— —— 一 ’ —— 。 ’一
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第 2期 李爱民等:墨兰试管苗植株的发育解剖 学研究 163
排列。厚壁组织细胞、木质部、韧皮部共同围绕着髓
(图版 I:7)。
2.2.3根状茎
I期瓶苗根状茎较短,随着生长,其顶端逐渐
膨大,称为假鳞茎。假鳞茎横切面观表皮细胞一层,
细胞略切向延长。角质层不明显。基本组织细胞近
圆形至椭圆形,胞 间隙小。有些细胞圆形,较大,为
贮水细胞。外韧型维管束散生在基本组织 中 (图版
I:91)。
2.2.4花
出瓶苗移植至培养基质中后,其最外侧的叶片
逐渐枯萎脱落,同时假鳞茎顶部仍不断长出新叶。
整株植物叶片数 目一般在 6-8片左右,最外侧的 l一
2片叶较短小。一般说来,出瓶苗移植后 2-3 a即可
开花,同时还可形成新的小植株 (图版 I:3)。成熟
株常有 4个芽,均位于叶腋 (图版 I:l1)。初期这 4
个芽的外形均相似,随着植株发育,这 4个芽开始
分化 。由外 向内,位于第一、二叶腋的芽发育为花
芽,而位于第三 、四片叶腋的芽发育为叶芽,由此叶
芽形成新的植株。花芽瘦长,苞片疏松,花芽实为花
序芽。在 8-9月,苞片腋内形成花原基,同时花序轴
逐渐伸长 。至 l1月,花序 已从叶腋 中伸出,上有小
花排列为总状花序。至第二年 1月,小花在花序轴
上 由下往上次第开放 。两个花序芽一般只一个发
育,另一个不发育。因而一个植株往往只形成一个
花序。
花原基产生于苞片腋 内,通过平周及垂周分
裂,向外隆起,形成花原基。在花原基顶端分生组织
的周围产生 3个萼片原基,其生长速度大致相同。
在萼片内基部产生 3个花瓣原基 (图版 I:6)。其
中有 2个花瓣原基生长速度一致,成为侧瓣,而另
一 个原基生长速度快,成为唇瓣 。在花瓣 内侧形成
雄蕊原基。雄蕊原基分化时,其基部的分生组织经
居间生长后形成花丝 ,而雄蕊原基顶部膨大后形成
2个药室,每室 2个花粉囊 (图版 I:5)。雄蕊原基
形成后,在雄蕊和唇瓣基部,早先形成的 3个心皮
原基迅速生长,边缘互相愈合形成子房 。雌蕊与雄
蕊互相愈合,位于雄蕊基部的柱头不育,成为蕊喙。
位于内方的叶芽短,鳞片紧密,在鳞片腋内有
叶芽原基形成,一般每个叶芽中有 4个叶芽原基。
随着叶芽的不断发育,在来年春天可与母体分离,
形成一个新植株,栽培上常用此进行分株繁殖。叶
芽一般是最内侧的 1个发育。
3讨论
墨兰试管苗发育中,各器官均表现出了一定的
规律性。叶片细胞的体积随着生长而不断增大;在
同一叶片中,幼叶叶尖部的表皮细胞略大于叶基部
的细胞,而成熟后各部位表皮细胞大小差别不大。
随着生长发育的推进,表皮细胞上的瘤状突起越来
越明显,同一叶片下表皮的瘤状突起要比上表皮的
明显。从内部结构来看,叶肉中的纤维束数量和大
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l64 热 带亚热带植物 学报 第 l1卷
小均会随着发育而增加。中脉附近的叶肉细胞随发
育发生形态变化。幼叶叶尖部和叶中部中脉附近的
叶 肉细胞伸长 ,类似栅栏组织 ,叶基部 中脉 附近的
叶肉细胞也伸长。但是随着发育 ,叶尖部和叶中部
中脉附近的叶肉细胞形态上没有多大变化,仍然明
显伸长 ,类似于栅栏组织,而叶基部中脉附近的叶
肉细胞则变为近 圆形或椭圆形,与其他叶肉细胞形
态相似。此外在发育过程中,叶绿体的长径会增加,
但短径却变化不大[1 。叶绿素含量也随叶龄的增加
而增加 。
茎在发育过程中,外部形态有明显变化 ,内部
结构变化不大。当茎尖在培养基上培养膨大后 ,形
成原球茎,此时没有 明显的维管组织分化 ,原球茎
的大部分细胞均含有淀粉粒[6-1。原球茎逐渐伸长,成
为根状茎,根状茎尚可区分出表皮、皮层和维管柱。
根状茎中只有皮层细胞才含有淀粉粒。当根状茎顶
端极度膨大后,则成为假鳞茎[19l,此时皮层与维管柱
的界限不明显。在假鳞茎中几乎不含淀粉粒。
早期幼嫩的根维管柱中没有髓 ,而是后生木质
部,此时皮层中含淀粉粒。随着发育的进行,维管柱
中出现 了髓 ,髓细胞 中含淀粉粒 ,而皮层细胞中没
有淀粉粒 。根被细胞壁也 由薄壁而逐渐木质化,垂
周壁常网状增厚。
值得注意的是,从根状茎刚分化形成的小植株
上即已带有芽,这与王熊嗍报道的建兰 (Cymbidium
ensifolium)相似。在墨兰的个体发育中,最外侧叶腋
内的芽为花芽 ,内侧叶腋 内的芽为叶芽,由叶芽形
成新的小植株 。然而 4个芽同时都发育的情况较少
见,往往只有 1个花芽和 1个叶芽发育 ,因而成熟
的墨兰植株每年只抽 出 1个花序和形成 1个新植
株,这一新植株着生在母株的假鳞茎上 ,它本身也
已带有 4个芽。但此时若将新植株分开,新株往往
不能成活 ,需待长出 3-4个植株后,才能进行分株
繁殖 ,因而墨兰的营养繁殖速度很慢。王熊等网认为
盆栽兰花的丛生株中,每株兰花的腋芽可以发育成
只长叶不开花的个体,而在合适 的条件下 ,某些营
养芽的顶端分生组织可以分化出花芽。潘瑞炽等圈
发现低浓度和中等浓度的硝盐和铵盐对墨兰叶芽
和叶片生长都有促进作用,而铵盐处理不能形成花
芽,硝盐处理能形成花芽。另外,他们还报道对缺磷
的墨兰进行磷处理后,花芽 出现早,而且每株 的花
数多r玎。但他们所指的花芽实际上是指花序上的花
芽,而非叶腋内的花芽。通过观察,我们认为墨兰的
花芽只从叶腋 内形成 ,加强管理和供应营养 ,有时
可使 2个花芽均发育,形成 2个花序,每个花序上
着生的花的数 目可能会增加 ,但一般不会出现一株
墨兰上着生 2个 以上花序的现象 。
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图版说明
A:花粉囊 ;ca:心皮原基;Co:皮层:E:外皮层;L.唇瓣;M:后
生木质部:Pe:花瓣原基;Pi:髓;s:萼片:Vc:维管柱;Vc.根被。
图版 I
1.I期 瓶苗,x0.30:2.Ⅱ期 瓶苗,×0.30;3.成 熟株,×O.12:
4.I期瓶苗叶下表皮,×500:5.花芽纵切,×50:6.花芽纵切,示花瓣
原基,×40.7.成熟根横切面,×40 :8.幼根横切面,×40.9.假鳞茎
横切面,×50,10.幼根横切面 ,示根被及外皮层,×50,l1.幼株,示
花芽 (箭头),×2。
图版 Ⅱ
l一3.I期瓶苗叶过中脉横切面,1.叶尖 部,×10;2.叶 中部,
×10,3.叶基部,×10:4-6.Ⅱ期瓶苗叶过中脉横切面,4.叶中部,
×lO;5.叶尖部,×10:6.叶基部,×10,7-9.出瓶苗 叶过中脉横切
面,7.叶尖部,×10.8.叶中部,×4;9.叶基部,×4;10-12.成熟株叶
过中脉横切面,lO.叶尖部,×4;l1.叶基部,×4;12.叶中部,×4:13.
I期瓶苗叶下表皮,×4。
Explanation ofplates
A:Anther sac;Ca:Carpel primordium;Co :Cortex;E:Exodermis;
L:Lip;M :Metaxylem;Pe:Petal primordium;Pi:Pith ;S:Sepal;Vc:
Vascular cyclinder;Ve:Velamen.
Plate I
1.Plantletphase I,×0.30;2.Planfletphase I。×0.30;3.Mature
plant,×O.12;4.Surface view ofabaxial epidermis atphase I.×500;
5.Floral bud in longitudinal se~ion(LS),×50;6.Floral bud in LS,
showingcarpelprimordia, x40 : 7. Mature rootin n翟nsva se On
rS),×40;8.Young root inTS,×40;9.Pseudobelb inTS,×50;10.
Young rootin TS, showingvelamen andexodermis, x50; l1.Young
#ant withfloralbuds(arrows),×2.
Plate lI
l一3.TS ofmidrib atphase I.I.Leafepex,x 10;2。Middlepea,
×10; 3. Leaf × 10; 4-6. TS of midrib at phase I.
4.Middlepart,× 10;5.Leafepex,× 10;6.Lea fbase.×10;7-9
. TS of
midrib oftransplantedplanflet.7.Leafep ex,× 10;8
. Mi ddlepart,×4:
9.Leafbase,×4;10—12.TS of mi dribin matureplant.10.Leafepex,×
4:l1.Leafbase,×4;12.Mi ddlepart,×4:13.Surface view ofabaxial
epidermisatphase I,×4.
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U Ai·min et a1.:Developmental Anatomy of Cymbidium $inertse in vitro
图版 I
P1ate I
See explanation atthe text
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LI Ai—min etal
4
2
图版 Ⅱ
PlateII
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