全 文 ：植物生理学通讯 第 45卷 第 10期，2009年 10月 981
收稿 2009-08-19 修定 　2009-09-23
资助 厦门市科技计划项目(3502Z20084037)和宁德市科技计
划项目(20 0 90 0 2 4)。
* 通讯作者(E-mail: hqtian@xmu.edu.cn; Tel: 0592-2186486)。
太子参微块根发育的解剖学与组织化学定位
叶祖云 1, 阮少江 1, 王雅英 2, 田惠桥 3,*
1宁德师范高等专科学校生物系, 福建宁德 352100; 2厦门医学高等专科学校, 福建厦门 361008; 3厦门大学生命科学学院, 福
建厦门361005
提要: 采用植物组织培养、解剖学及组织化学定位方法研究太子参试管微块根发育的形态结构与营养物质积累特征的结
果表明: 太子参微块根由组培苗膨大的腋芽基部长出的不定根发育而成, 经历了初生结构与次生结构发育, 其膨大加粗是
由于不定根的次生生长。维管形成层向内形成大量的次生木质部构成微块根的主要部分。淀粉粒是太子参微块根的主要
营养存储方式。随着微块根的次生生长, 淀粉粒先在次生木质部薄壁细胞中形成, 随后在次生韧皮薄壁细胞中也大量积累。
膨大的微块根可以合成太子参皂苷, 成熟微块根中次生韧皮部的皂苷含量略高于次生木质部。离体太子参微块根的生长发
育和营养物质的积累与块根中的相同。
关键词: 太子参; 微块根; 组织化学; 淀粉粒; 皂苷
Micro-Root Tuber Development and Histochemistry Study of Pseudostellaria
heterophylla Miq.
YE Zu-Yun1, RUAN Shao-Jiang1, WANG Ya-Ying2, TIAN Hui-Qiao3,*
1Deparment of Biology, Ningde Teachers College, Ningde, Fujian 352100, China; 2Xiamen Medical College, Xiamen, Fujian
361008, China; 3School of Life Sciences, Xiamen University, Xiamen, Fujian 361005, China
Abstract: The feature of morphology and structure of in vitro micro-root tubes of Pseudostellaria heterophylla
Miq. and their nutrition accumulation were studied using anatomy and histochemistry methods. The micro-root
tubers came from inflated adventitious roots of axillary bud. The secondary growth of micro-root tubers made
them enlarge. Its vascular cambium formed a large number of xylem parenchyma cells which consisted of main
structure of the tuber. The micro-root tubers synthesized starches during its enlargement. Starches were the
mainly storage material in the micro-root tubers, which were stored in xylem parenchyma cells. With the
secondary growth of micro-root tubers, starches were firstly formed in secondary xylem parenchyma cells,
and then abundant starches were also accumulated in most secondary phloem parenchyma cells. In later micro-
root tubers, the xylem and phloem parenchyma cells synthesized saponin materials which could be detected
using a histochemical method. The development and nutrition accumulation of in vitro micro-root tubers of P.
heterophylla are as same as in vivo, which will provide an assay system of P. heterophylla to investigate its
tuber development and application.
Key words: Pseudostellaria heterophylla; micro-root tuber; histochemistry; starches; saponin
太子参为石竹科(Caryophyllaceae)孩儿参属植
物, 是我国地道中药材, 以块根入药, 具有益气生
津、补肺健脾之功效(中华人民共和国卫生部药典
委员会 2005)。据报道, 太子参具有抗疲劳、抗
应激、提高免疫力、延年益寿、抗菌抗病毒等
作用(余永邦等 2003)。药理学实验表明, 多糖和皂
苷是太子参的有效成分, 能明显延长小鼠负重游泳
时间和小鼠常压缺氧情况下的存活时间(龚祝南等
2001)。太子参也可提高小鼠的耐低温能力, 增加
小鼠免疫器官的重量, 提高正常小鼠腹腔巨噬细胞
的吞噬率和吞噬指数, 对小鼠非特异性免疫功能有
促进作用(刘训红等 2000a, 2000b; 蔡晶等 2005)。
我们曾诱导了太子参试管微块根的形成, 查明太子
参微块根与块根的形成周期相同, 具有一样的生长
特性, 可用于快速繁殖(叶祖云等 2009)。本文进一
步研究微块根不同发育时期的形态结构特征和主要
有效成分的积累变化规律, 为微块根的利用提供参
考资料。
植物生理学通讯 第 45卷 第 10期，2009年 10月982
材料与方法
太子参(Pseudostellaria heterophylla Miq.)是福
建省柘荣县太子参国家中药规范化栽培(GAP)基地
‘柘参1号’品种。
诱导微块根形成时, 将生长健壮的太子参组培
苗剪成带顶芽或腋芽的单茎接入MS固体培养基
中。培养基含 4.5%蔗糖和 0.7%琼脂, pH值为 5.8。
培养温度为(25±1) ℃, 光照时间为 14 h·d-1, 光照强
度为 27 μmol·m-2·s-1。具体方法参见叶祖云等(2009)。
固定与切片微块根时, 取不同发育时期的微块
根中部, 用 2.5%戊二醛和 1%锇酸双固定, 按电镜
超微结构固定操作流程对微块根进行固定、脱
水、渗透, 用 Epon812环氧树脂包埋, 用超薄切片
机切成厚度为 1 μm的半薄切片, 用于多糖和脂类
的染色观察。取不同发育时期的新鲜微块根, 用
Leica-CM1850冷冻切片机切成厚度为30~40 μm的
冰冻切片, 用于太子参皂苷的染色观察。
微块根的组织化学定位采用显示环氧树脂厚
切片中多糖和脂类的细胞化学方法(胡适宜和徐丽
云1990)对不同发育时期微块根半薄切片进行组织
化学定位。用高碘酸 -席夫试剂(periodic acid-
Schiff, PAS)染色显示细胞中的淀粉粒和多糖, 呈现
红色; 用苏丹黑 B复染细胞中的脂类物质, 呈现黑
色。三萜类化合物在无水条件下, 与强酸或中强酸
作用, 发生羟基脱水、双键迁移和双分子缩合等反
应, 生成的共轭二烯结构单元在酸作用下可形成正
碳离子而呈现颜色(姚新生 2001)。根据香草醛与
三萜酸类成分有较好选择性显色反应特点, 常采用
等量的 5%香草醛 -冰醋酸和高氯酸混合试剂作为
三萜皂苷的显色剂以促使三萜皂苷成分呈现淡红-
红 -紫红的颜色变化, 且颜色深浅与皂苷含量成正
比(郑友兰和李向 1986; 林如等 2002; 谭玲玲等
2007)。新鲜微块根的冰冻切片放置于载玻片上,
滴加上述混合试剂, 对太子参皂苷进行显色。对照
切片先用水浸泡, 溶去皂苷后, 再用上述混合试剂
显色。
实验结果
1 微块根的诱导形成
太子参试管微块根起源于组培苗茎节处的腋
芽。通常靠近培养基表面的一对腋芽中的一个先
生长。培养 20 d左右, 生长的腋芽基部就长出白
色的不定根(图1-a); 随着不定根的伸长并接触到培
养基, 其基部逐渐膨大形成肉眼可见的微块根(图1-
b)。培养 60 d左右, 微块根进入较快的膨大生长
期(图 1-c)。培养 120 d左右, 不定根不再膨大, 成
为成熟的微块根(图 1-d)。成熟的微块根形状与块
根相似, 呈纺锤形, 顶端有芽。成熟的微块根长度
为0.5~1.0 cm, 约为块根的1/10; 直径为0.2~0.3 cm,
约为块根的 1/3; 重量为 0.04~0.10 g, 约为块根的
1 /2 0。太子参微块根与块根形成的周期大致相
同。组培苗的其他位置长出的不定根不会膨大, 不
能形成微块根。
2 微块根发育各个时期的结构
腋芽基部长出的不定根经历了初生生长与次
生生长 2个发育阶段, 形成初生结构和次生结构。
在次生生长中不定根膨大加粗, 形成微块根。其具
体结构和发育过程为:
2.1 不定根的初生结构 不定根初生结构由表皮
(epidermis, E)、皮层(cortex, C)和维管柱(vascular
parenchyma, VP)组成(图 1-e)。表皮细胞较小, 排
列紧密, 有些表皮细胞形成根毛。皮层由表皮以下
的 3~4层近圆形薄壁细胞组成, 细胞体积较大, 液
泡化明显, 由外向内呈现出由大到小的特征。皮层
占据了初生不定根的大部分体积。维管柱位于皮
层以内, 细胞较小, 排列紧密, 初生木质部(primary
xylem, PX)多为三原型, 也有二原型或四原型。初
生韧皮部与初生木质部呈辐射状相间排列(图 1-
e )。
2.2 不定根的次生结构 不定根的次生结构主要由
次生维管组织构成, 以维管薄壁细胞为主。次生维
管组织包括次生韧皮部(secondary phloem, SP)、
维管形成层(vascular cambium, VC)和次生木质部
(secondary xylem, SX)。随着不定根基部的膨大加
粗, 皮层细胞被挤压而逐渐破毁脱落。次生生长初
期, 维管形成层刚形成, 但不明显(图 1-f); 当不定
根处于快速膨大期(图1-c), 其横切面上的维管形成
层很明显, 由 2~3层体积较小、排列紧密的分生细
胞组成(图 1-g)。维管形成层细胞分裂向外产生少
量次生韧皮部, 向内形成大量的次生木质部, 随着
次生木质部薄壁细胞数量增多、体积增大, 使不定
根膨大加粗, 是微块根的主要组成部分。
2.3 成熟微块根的结构 培养 120 d以后, 微块根体
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图 1 太子参微块根发育和组织化学定位
Fig.1 Development and histochemistry location of micro-root tuber of P. heterophylla
a: 太子参组培苗膨大的腋芽基部长出的不定根; b: 基部开始膨大的不定根; c: 迅速膨大的不定根; d: 太子参组培苗产生的成熟微
块根; e: 初生不定根的横切面(×150); f: 刚形成的次生不定根的横切面, 次生维管薄壁细胞中开始积累淀粉(×120); g: 膨大不定根的横
切面, 维管形成层明显, 次生韧皮部薄壁细胞中也逐渐积累淀粉(×100); h: 成熟微块根的横切面, 在次生维管薄壁细胞中积累了大量淀
粉(×50); i: 维管形成层停止分裂并膨大, 次生韧皮部和次生木质部主要由薄壁细胞构成, 含大量淀粉(×200); j: 正在膨大的不定根冰冻
切片用水浸泡后, 皂苷显色剂不显色(×80); k: 正在膨大的不定根冰冻切片, 皂苷显色剂使次生维管组织呈现紫红色(×80); l: 成熟微块
根中, 皂苷显色剂使次生维管组织呈现紫红色, 次生韧皮部的颜色比次生木质部的略深, ×80。E: 表皮; C: 皮层; VP: 维管柱; PX: 初
生木质部; VC: 维管形成层; SP: 次生韧皮部; SX: 次生木质部。
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积不再增加, 组培苗逐渐枯死。成熟微块根横切面
由外至内依次是周皮、次生韧皮部、维管形成
层、次生木质部和初生木质部(图 1 -d、h)。不
定根膨大形成微块根的过程中, 其维管形成层向内
产生的次生木质部多, 向外产生的次生韧皮部少, 成
熟微块根主要由次生木质部构成。成熟微块根的
周皮由几层死细胞组成; 其内的次生韧皮部由 3~5
层薄壁细胞组成, 形成层细胞停止分裂, 呈现出高
度液泡化状态(图 1-i)。次生木质部主要为木质部
薄壁细胞, 导管很少, 呈稀疏的放射状分布。微块
根中央保留的初生木质部所占体积较小, 主要由导
管组成(图 1-h)。
3 微块根形成过程的组织化学定位
太子参块根中所含的多糖和皂苷是该种植物
的重要药用成分, 分别分析如下：
3.1 多糖的组织化学定位 在太子参微块根初生结
构中, 各类组织细胞中均没有淀粉粒积累(图 1-e)。
随着不定根的次生生长, 维管形成层活动产生次生
维管组织后, 先在次生木质部的薄壁组织细胞内积
累淀粉粒(图1-f), 随着微块根的膨大加粗及维管薄
壁细胞的生长发育, 淀粉粒出现在韧皮部薄壁细胞
中(图 1-g)。在成熟微块根中, 次生韧皮部薄壁组
织细胞和次生木质部中积累了大量的淀粉粒, 而周
皮和维管形成层细胞不含淀粉粒。在次生木质部
中, 淀粉粒主要分布在后来形成的薄壁细胞中, 而
在中央的原初生木质部中的淀粉粒较少(图 1-h)。
在韧皮部中, 淀粉粒的分布呈团状。两层维管形成
层细胞停止分裂, 细胞体积有所增加, 但不含淀粉
粒。占微块根主要体积的次生木质部薄壁细胞内
累积了大量的淀粉粒(图 1-i)。另用苏丹黑 B染液
显示脂类的实验中均未显色, 表明太子参微块根中
没有脂类物质积累。
3.2 皂苷的组织化学定位 含有皂苷的微块根细胞
可与香草醛反应, 呈现红色。而没有皂苷的细胞不
发生显色反应。在不定根的次生结构中, 阴性对照
各组织都未有明显的皂苷显色反应(图 1-j)。在不
定根的阳性反应中, 除了最外面的周皮组织以外, 次
生韧皮部和次生木质部均被皂苷显色剂染成紫红色
(图 1-k、l)。在处于迅速膨大的微块根中, 次生维
管组织显色的程度大致相同, 都呈紫红色(图 1-k);
在成熟的微块根中, 次生韧皮部呈现的皂苷红颜色
比次生木质部的深一些, 而次生木质部越接近中央,
呈现的皂苷红色越淡一些(图 1-l)。淀粉粒在皂苷
显色剂中未被染色(图 1-l)。
讨　　论
太子参微块根是组培苗腋芽基部长出的不定
根膨大加粗形成的, 而其他部位长出的不定根不会
膨大, 不能形成微块根。成熟的微块根与块根一
样, 顶端有芽, 可作为无性繁殖器官(叶祖云等
2009)。微块根的增粗是由不定根的次生生长、维
管形成层向内产生大量的次生木质部薄壁细胞以及
这些细胞的生长所产生。成熟的微块根中绝大部
分由次生生长产生的维管薄壁细胞构成。与彭华
胜等(2008)研究太子参块根的发育解剖学的结果相
比, 本文中太子参试管微块根的形成过程、外部形
态和内部结构与体内块根基本一致, 因此认为可作
为研究块根发育的实验材料。
太子参块根中所含的多糖和皂苷是该种植物
的重要药用成分, 应用组织化学定位技术来确定药
用成分在植物器官组织中的分布和积累状态可作为
开发、利用太子参的依据之一。由离体培养形成
的微块根除了体积小以外, 其他特征都与体内块根
相同, 微块根中的营养物质代谢和积累是否也与块
根一样, 尚待进一步研究。高碘酸的多糖反应结果
表明, 淀粉粒是微块根的主要营养存储物质。随着
不定根的次生生长, 淀粉粒在维管木质部薄壁细胞
中积累。在停止生长的成熟微块根中, 大量淀粉粒
积累于次生木质部和韧皮部管薄壁细胞。在太子
参微块根冰冻切片的皂苷染色反应中, 微块根的次
生结构中积累太子参皂苷。在成熟的微块根中, 太
子参皂苷主要分布在次生木质部和韧皮部维管薄壁
细胞中。离体培养的微块根可以积累太子参多糖
和皂苷等有效成分, 而且微块根积累皂苷的方式与
太子参在体块根的皂苷积累方式相似(彭华胜等
2009)。太子参离体微块根中能积累多糖物质并合
成皂苷类物质表明其依然保持主要生理特征, 因此
可以作为研究块根发育的实验材料。
太子参组培苗形成的肉质微块根主要是由薄
壁细胞构成的, 与太子参块根一样, 是营养物质的
贮存器官。太子参微块根在离体人工培养的条件
下也能合成其特有的药用有效成分——皂苷, 这一
特色可能具有商品化生产的潜力。
植物生理学通讯 第 45卷 第 10期，2009年 10月 985
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