全 文 ：植物生理学通讯 第 46卷 第 7期, 2010年 7月 687
收稿 2010-04-14 修定 　2010-06-04
资助 国家科技支撑计划(20 0 6BAD 2 1B0 1)、国家教育部博
士点基金联合资助项目(20070223002)、黑龙江省 “ 十
一五 ”科技攻关项目(GA06B101-1-1)和黑龙江省博士后
基金资助项目(LRB08 -6 26 )。
* 共同通讯作者(E-mail: xfyan@nefu.edu.cn, zdffnj@263.net;
Tel: 0451-82190015, 0459-6819175)。
两种植物生长调节剂浸种对大豆根系解剖结构的影响
冯乃杰 1,2,3, 阎秀峰 1,*, 郑殿峰 3,*, 刘冰 3
1东北林业大学博士后科研流动站, 哈尔滨 150086; 2大庆高新技术产业开发区博士后科研工作站, 黑龙江大庆 163316; 3黑
龙江八一农垦大学农学院化控研究室, 黑龙江大庆 163319
提要: 在砂培框栽条件下, 研究植物生长调节剂 2-N,N-二乙胺基乙基己酸酯(DTA-6)和烯效唑(S3307)浸种对大豆 ‘垦农 4号 ’
根系生长的调控效应, 并比较不同浓度条件下2种植物生长调节剂对大豆根系的显微结构及超微结构的影响。结果表明, 50
mg·L-1 DTA-6和0.4 mg·L-1 S3307浸种后中柱鞘直径、根系木质部及韧皮部截面积均增加, 线粒体及淀粉质体等结构清晰, 线
粒体、淀粉质体、质体数量丰富; 而其他浸种处理对根细胞发育的上述指标的调控效果不显著。综合分析表明, 50 mg·L-1
DTA-6和 0.4 mg·L-1 S3307浸种有利于大豆根系的生长发育。
关键词: 大豆根系; 植物生长调节剂; 解剖结构
Effect of PGRs Seed Soaking on Anatomical Structure in Soybean Root
FENG Nai-Jie1,2,3, YAN Xiu-Feng1,*, ZHENG Dian-Feng3,*, LIU Bing3
1Postdoctoral Research Station, Northeast Forestry University, Harbin 150086, China; 2Postdoctoral Research Working Station of
Daqing Hi Tech Industry Development Zone, Daqing, Heilongjiang 163316, China; 3Crop Regulation Laboratory, College of
Agronomy, Heilongjiang August First Land Reclamation University, Daqing, Heilongjiang 163319, China
Abstract: In pot cultivation condition, the effects of seed soaking with two plant growth regulators, 2-
diethylaminoethyl hexanoate (DTA-6) and uniconazole (S3307), were investigated on the root growth of soybean
(Glycine max) cultivar ‘Kennong 4’. The effects of plant growth regulators on anatomical microstructure and
ultrastructure in soybean root were also compared. The results showed that treatments with 50 mg·L-1 DTA-6
or with 0.4 mg·L-1 S3307 could increase diameter of pericycle, and sectional area of xylem and phloem. The
structures of chondriosome and amyloplasts in cell were clear, and the numbers of chondriosome, amyloplasts
and plastids were numerous. Other treatments did not have significant effects on these indexes. Detailed syn-
thetic analyses suggested that 50 mg·L-1 DTA-6 and 0.4 mg·L-1 S3307 were beneficial to soybean root growth.
Key words: soybean root; plant growth regulator (PGR); anatomical structure
栽培作物根系显微及超微结构的研究已开展
研究多年, 以往研究主要针对营养元素和环境胁迫
引起的形态结构变化方面(李学湛 1998; 张秋芳等
2008; 俞慧娜等2009; 封克等2006; 杨晓青等2007;
刘胜群和宋凤斌 2007), 关于植物生长调节剂浸种
引起大豆根系形态解剖结构变化的报道较少。植
物的解剖结构特征是稳定的, 保守的, 并与植物的
生理功能相适应的(王勋陵 1989; 张桂茹等 2002)。
深入研究调节剂对大豆根系形态解剖学性状的影
响, 对进一步揭示化控技术的调控机理具有重要的
意义。为此, 本文用 2种安全高效的植物生长调节
剂, 对其浸种引起的根建成期大豆根系解剖结构变
化作了观察, 现报道如下。
材料与方法
试验材料为本校培育的大豆[Glycine max (L.)
Merrll] 品种 ‘垦农 4号 ’, 于 2008年在本校试验基
地进行, 大豆幼苗采用框栽砂培的方式培养。共设
3个框栽培养槽, 培养槽大小为1.5 m×10 m×0.2 m。
播种株距和行距均为 5 cm, 处理间距为 10 cm。
植物生理学通讯 第 46卷 第 7期, 2010年 7月688
在框栽培养槽内, 处理和对照随机排列, 每种处理
进行 3 次重复。
播种前用植物生长调节剂浸种, 以清水浸种为
对照(CK), 植物生长调节剂分别为2-N,N-二乙氨基
乙基己酸酯(DTA-6)和烯效唑(S3307)。其中DTA-6
设 25、50和 100 mg·L-1 3个浓度(文中分别用D25、
D50和D100表示), 烯效唑设 0.1、0.2和 0.4 mg·L-1
3个浓度(文中分别用 S0.1、S0.2和 S0.4表示), 浸
种时间均为 24 h。上述调节剂的浓度设定均参照
预备试验(预备试验中发现烯效唑浸种浓度超过0.4
mg·L-1大豆不能萌发, 因此本试验烯效唑应用的最
大浓度为 0.4 mg·L-1)。
采用石蜡切片法制作显微切片(林加涵等
2002)。于浸种后 10、14、16和 20 d自根毛区
切取长约 5 mm的切段, 立即用FAA标准固定液固
定, 用常规的石蜡切片法制片, 用快速处理仪(北京
中科实业集团公司医电技术分公司制造)进行脱水-
浸蜡处理, 切片厚度为10 μm, 干燥去蜡后, 用番红-
固绿二重整染方法, 中性树胶封片, OLYMPUSBH-2
型植物显微成像分析系统对切片进行显微结构分
析, 主要观测根系中柱鞘直径、导管数目、木质
部和韧皮部截面积。
采用透射电镜样品制备方法制作电镜切片。
于浸种后 10、14和 20 d自根毛区及根尖分生区
处切取长约 5 mm的切段, 取后先在 2%戊二醛固
定液中, 再置于 4 ℃冰箱中固定 48 h, 经 0.1 mol·L-1
磷酸缓冲液冲洗 3次, 用 2%锇酸固定 2 h, 磷酸缓
冲液冲洗 3次, 乙醇梯度脱水, E-pon 812包埋剂包
埋, LKB-V型超薄切片机切片, 醋酸双氧铀、柠檬
酸铅双重染色, 在H-7650透射电镜下观察并拍片,
观察线粒体、质体和淀粉质体。
结果与讨论
1 植物生长调节剂对大豆根系中柱鞘直径的影响
中柱鞘位于中柱外围, 紧接内皮层, 由一层或
几层薄壁细胞组成。细胞壁薄, 排列紧密, 它直接
与原生韧皮部和原生木质部接触, 并能够在原生木
质部木质化之前就被分开。中柱鞘细胞保持着潜
在的分生组织特性。如表 1所示, 随着浸种时间的
延长, 处理和对照大豆根系中柱鞘直径呈增加趋
势。各DTA-6处理均增加了各取样时期中柱鞘直
径。浸种后 10 d的调控趋势为D100>D25>D50>
CK, 浸种后 14 d和 16 d表现为D100>D50>D25>
CK, 到浸种后 20 d 表现为D50>D100>D25>CK。
浸种后 20 d时D50和D100与CK的差异均达到极
显著水平。不同浓度 S3307对中柱鞘直径调控效果
差别较大。在浸种后 10、14、16和 20 d, 各浓
度 S3307对中柱鞘直径调控效果分别为 S0.4>S0.1>
CK>S0.2、S0.4>CK>S0.1>S0.2、S0.4>S0.2>CK>
S0.1和 S0.2>S0.4>S0.1>CK。方差分析可以看出,
浸种后 20 d, D50和 S0.2处理的根系中柱鞘直径
均极显著高于 CK。可见, 适宜浓度的调节剂浸种
能够增加中柱鞘直径, 有利于根系的生长发育, 这
与以往在新银合欢植物上的研究结果一致(刘厚芬
和蔡耀垣 1983)。
2 植物生长调节剂对大豆根系输导组织显微结构
的影响
分析表 2和图 1可知, 不同处理大豆根系维管
束中木质部导管的数目依次为 S0.1>S0.4>D50>
D100>S0.2>D25>CK, 而木质部截面积与导管数目
的变化趋势不同, 即表现为 S0.4>D50>S0.1>CK>
S0.2>D25>D100。虽然处理的导管数目均大于对
照, 但 S0.2、D25和D100导管口直径大小变化不
大, 且导管木质部截面积小于CK, 说明髓部细胞占
木质部面积较小, 尚未完全被导管取代, 输水能力
较低。另外, 各处理的韧皮部截面积依序为D50>
S0.4>D25>D100>CK>S0.1>S0.2。综合分析可知,
表 1 不同植物生长调节剂浸种对大豆
根系中柱鞘直径的影响
Table 1 Effects of different PGRs on the diameter of the
pericycle in soybean roots
中柱鞘直径 /μm
处理
10 d 14 d 16 d 20 d
CK 699.40cB 761.45deCD 891.54deCD 930.92dD
D25 722.22bcB 774.47cdCD 930.04cdCD 1 127.90bcBCD
D50 703.16cB 834.57cBC 1 139.47bB 1 424.13aA
D100 895.57aA 901.10bB 1 335.05aA 1 378.89aAB
S0.1 720.82bcB 723.09deD 827.12eD 1 050.18cdCD
S0.2 673.60cB 699.97eD 963.50cdC 1 298.66abABC
S0.4 816.58abAB 1 055.87aA 994.62cC 1 052.57cdCD
　　同一列大小写字母分别表示差异达 0.01和 0.05水平显著, 表
2 同。
植物生理学通讯 第 46卷 第 7期, 2010年 7月 689
D50和 S0.4处理的维管束发育较好。
以往研究表明, 维管束发育的好坏直接影响着
植物体对水分、养分和光合产物的运输, 也决定作
物的产量(Aloni 1987; Sachs 1981)。本试验结果
表明: S0.1和D50明显促进了导管数目的增加, D50
和S0.4对木质部和韧皮部面积的增加起促进作用,
这与以往应用植物生长物质对茎部维管组织分化的
调控相一致 (冯乃杰等 2009)。由此可见, 适宜浓
度的调节剂浸种有利于大豆根系维管组织的分化,
利于根系内含物质的运输。
3 植物生长调节剂对大豆根系超微结构的影响
如表3所示, 调节剂浸种调控了根毛区细胞的
超微结构。浸种后 10 d, 处理的根毛区单个细胞
的线粒体、质体和淀粉质体均有所增加(S0.2处理
除外)。浸种后 14 d, 各处理均降低了线粒体数, 增
加了质体数目(S0.2处理除外), S0.2和 S0.4处理增
加了淀粉质体, 而其他处理降低了淀粉质体数目。
浸种后 20 d, 处理增加了单个细胞的线粒体数目
(S0.2处理除外), 除了S0.1处理细胞质体数目低于
CK外, 处理的根毛区细胞质体数目和淀粉质体数目
均不低于对照。
如表4所示, 调节剂浸种后根尖区细胞的超微
结构发生了一定的变化。浸种后 10 d, 不同处理
均增加了单个细胞的线粒体数目, S0.1和S0.2增加
了质体数目, D25和S0.2处理增加了淀粉质体的数
目。浸种后 14 d, S0.1和 S0.2增加了线粒体数目,
其他处理降低了线粒体数目, D50增加了质体数目,
D25和D50增加了淀粉质体, 而其他处理降低了淀
粉质体数目。浸种后 20 d, S0.1和 S0.2增加了线
粒体数目, D25、D50、S0.2和 S0.4均增加了质
表 2 不同调节剂处理对大豆根系显微结构的影响
Table 2 Microscopic structure of soybean roots after different PGRs treatments
处理 木质部导管数目 /个 木质部截面积 /μm2 韧皮部截面积 /μm2
CK 16.86dD 312 557.85abA 225 943.34abcA
D25 19.29cC 264 073.25bA 268 826.28abA
D50 22.66abAB 355 522.41abA 293 364.91aA
D100 22.44bAB 248 597.83bA 242 676.26abcA
S0.1 24.10aA 315 566.24abA 189 197.57bcA
S0.2 21.81bB 265 857.76bA 168 637.18cA
S0.4 23.17abAB 427 103.28aA 291 287.52aA
图 1 不同处理大豆根系显微解剖结构特征(×40)
Fig.1 Microstructure anatomical characters of soybean roots after different treatments (×40)
植物生理学通讯 第 46卷 第 7期, 2010年 7月690
表 3 不同调节剂处理对大豆根毛区超微结构的影响
Table 3 Ultrastructure of soybean root hair zone after different PGRs treatments
浸种后时间 /d　 处理 线粒体数目 /个 ·细胞 -1 质体数目 /个 ·细胞 -1 淀粉质体数目 /个 ·细胞 -1
1 0 CK 3.00cAB 2.33bB 2.33bB
D25 3.33cAB 2.67bAB 2.67bAB
D50 5.33aA 3.67abAB 3.67abAB
D100 4.00abAB 3.00bAB 3.00bAB
S0.1 3.33cAB 6.00aA 6.00aA
S0.2 2.00cB 1.33bB 1.33bB
S0.4 4.00abAB 2.67bAB 2.67bAB
1 4 CK 5.67aA 2.33bB 2.00aA
D25 2.67abA 2.67bAB 1.33aA
D50 3.67abA 3.67abAB 1.67aA
D100 3.00abA 3.00bAB 1.00aA
S0.1 1.67bA 6.00aA 2.00aA
S0.2 4.67abA 1.33bB 2.67aA
S0.4 3.33abA 2.67bAB 2.33aA
2 0 CK 2.33bB 1.67bB 1.33aA
D25 2.67bAB 1.67bB 1.67aA
D50 3.67abAB 3.00bB 1.33aA
D100 3.00bAB 1.67bB 1.67aA
S0.1 6.00aA 1.33bB 1.67aA
S0.2 1.33bB 1.67bB 2.00aA
S0.4 2.67bAB 5.67aA 2.33aA
　　同列中同一浸种时间数据后不同大小字母表示差异达 0.01 和 0.05 水平显著, 表 4 同。
表 4 不同调节剂处理对大豆根尖区超微结构的影响
Table 4 Ultrastructure of soybean root tip after different PGRs treatments
浸种后时间 /d　 处理 线粒体数目 /个 ·细胞 -1 质体数目 /个 ·细胞 -1 淀粉质体数目 /个 ·细胞 -1
1 0 CK 1.33bB 1.33bB 2.33abA
D25 3.33aAB 1.33bB 3.67aA
D50 4.00aA 1.00bB 1.67bA
D100 6.00aA 1.00bB 1.33bA
S0.1 1.67bB 1.67bB 1.67bA
S0.2 2.67bAB 4.00aA 3.67aA
S0.4 4.00aA 1.33bB 1.33bA
1 4 CK 1.33bB 3.00abAB 2.00bcAB
D25 1.33bB 3.00abAB 3.00abAB
D50 1.00bB 4.00aA 4.33aA
D100 1.00bB 1.33bB 1.00cB
S0.1 1.67bB 1.67bB 1.33bcB
S0.2 4.00aA 1.33bB 1.67bcB
S0.4 1.33bB 1.67bB 2.67 abcAB
2 0 CK 1.33bB 2.00bA 1.67bB
D25 1.33bB 3.67aA 2.67bAB
D50 1.00bB 3.00abA 5.33aA
D100 1.00bB 1.67bA 3.00bAB
S0.1 1.67bB 1.67bA 1.67bB
S0.2 4.00aA 3.33abA 3.67abAB
S0.4 1.33bB 4.00aA 2.33bB
植物生理学通讯 第 46卷 第 7期, 2010年 7月 691
体数目, 除 S0.1处理外, 其它处理的根尖细胞淀粉
质体数目均高于对照。
大豆根系细胞含丰富的内含物, 包括线粒体及
淀粉粒和质体等。杨茂成等(1997)对秋水仙素诱
导的野生大豆根尖观察发现, 细胞中的质体、液
泡、内质网在状态、布局和数量上发生很大变化,
细胞不再具有分生特征而进入分化状态。从表
3、表 4可以看出, 调节剂浸种后 10 d根毛区和根
尖细胞线粒体数目增加, 从而增强了根系的呼吸作
用, 通过呼吸代谢能够为根系发育提供充足的物质
和能量。浸种后 20 d淀粉质体数目增加, 可以看
出调节剂浸种利于根细胞的分化和形成。观察图
2、图 3可以看出, 浸种后 20 d, 调节剂处理的根
系细胞具有较丰富的细胞内含物, 其线粒体、质体
图 2 调节剂对根尖(上)和根毛区(下)细胞内线粒体(M)分布的影响(浸种后 20 d, ×30 000)
Fig.2 Effect of PGRs on mitochondria distribution of root tip (above) and root hair zone (bottom) (20 days after treatment, ×30 000)
图 3 调节剂对根尖(上)和根毛区(下)细胞内质体(P)和淀粉质体(A)分布的影响(浸种后 20 d, ×30 000)
Fig.3 Effect of PGRs on plastid and amyloplast distribution of root tip (above)
and root hair zone (bottom) (20 days after treatment, ×30 000)
植物生理学通讯 第 46卷 第 7期, 2010年 7月692
及淀粉质体较对照丰富, 并且结构明显而且清晰。
可见调节剂浸种后对大豆解剖结构的调控与前人应
用秋水仙素在野生大豆上的研究结论相一致。
综合分析可以得出, 适宜浓度的调节剂能够促
进根系分生细胞加速转向分化, 从而引起根系解剖
结构及根细胞超微结构的变化, 进而促进了根系形
态建成。有关调节剂对大豆根系建成的调控机理,
今后还应从分子水平进一步研究探讨。
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