全 文 ：广 西 植 物 Guihaia 28(3)：324— 328 2008年 5月
屋顶长生草叶的解剖结构及其
离体培养形态发生的研究
张良波 ，周朴华2，彭晓英2，彭尽辉0，易霭琴
(1．湖南省林业科学院，长沙 410004；2．湖南农业大学 生命科学院，长沙
410128；3．湖南农业大学 园艺园林学院，长沙 410128)
摘 要：对屋顶长生草叶的解剖结构及其在离体培养条件下形态发生过程进行了研究。结果表明，屋顶长生
草的叶具有肉质旱生植物叶的特点，表皮细胞外有角质层，叶有较密的腺毛分布，气孔器由两个肾形的保卫细
胞和两个镰刀形的护卫细胞组成；叶肉细胞没有栅栏组织与海绵组织之分，细胞比较大，有贮水作用；维管束
平行排列，导管和筛管分子都很小，为一圈维管束鞘所包围。屋顶长生草叶片离体培养形态发生途径主要有
两种：一种是由外植体直接产生不定芽(器官型)途径；另一种是叶肉细胞脱分化成胚性细胞，经胚性细胞团形
成愈伤组织，再分化产生芽、根等器官(器官发生型)，芽分化为内起源。
关键词 ：屋顶长生草 ；形态发生；胚性细胞 ；解剖结构
中图分类号：Q944 文献标识码 ：A 文章编号：1OOO一3142(2OO8)O3一O324一O5
Anatomic structures and morphogenesis in
‘ n ● 一 n
vitro 0t ervt vum tectorum lea／
ZHANG Liang-Bo1，ZHOU Pu-Hua2，PENG Xiao-Ying2，
PENG Jin-Hui3．YI Ai—Qin1
(1．Hunan Academy of Forestry，Changsha 410004，Chim；2．College of Sciences，Hunan Agricultural University，Changsha
410128，China；3．Collegeof Horticulture and Gardening，H Agricultural University，Changsha 410128，China)
Abstract：Anatomic structures and morphogenesis in vitro of Sempervivum tectorum leaf had been studied．The re—
suits show that S．tectorum is a typical xerophil．Its leaves are characterized with cutin，density glandular hair，and the
stoma is composed with two kidney-shaped safeguard cels and two hook convoy cells，which effectively control the e—
vaporation．The differentiation of palisade and sponge tissue is not visible in mesophyll structure．And the mesophyll
cell is large and function as water storage．The vascular bundles distribute parallel；vessel and sieve tube are small
and wrapped with vascular sheath．Plantlets formed from the leafs in vitro is inner-genetic，including organ-type mot-
phogenesis way(plantlets directly from explants)and organogeny-type morphogenesis way(plantlets from the cali
and cali from the fleshy leaves)．
Key words：Sempervivum tectorum ；morphogenesis；embryo~c cel；anatomic structures
屋顶长生草(Sempervivum tectorum)系景天科
长生草属多年生常绿草本植物，有很高的观赏价值
和药用价值(莱斯利，2000；张良波等，2003)。屋顶
长生草是一种耐干旱、耐贫瘠的肉质叶植物，其肉质
叶解剖结构的研究对于了解植物的结构与抗旱能力
的关系具有重要的理论意义。植物形态发生研究是
实验形态学和发育植物学的一个重要的研究领域，
形态发生是细胞脱分化与分化的综合结果。Stew一
收稿日期：2006-12-26 修回日期 ：2007-03—13
基金项 目：湖南省教育厅项目(02C069)[Supported by Education Department of Hunan Province(02C069)-I
作者简介：张良波(1976一)，男，汉族，湖南醴陵人，硕士，从事植物细胞工程及能源植物研究。
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3期 张良波等：屋顶长生草叶的解剖结构及其离体培养形态发生的研究 325
ard(1958)介绍 了由胡萝 卜组织培 养物再生完整植
株的组织学过程 ，发现组织培养物先形成若干生长
中心 ，然后 由此分化芽和根 ，形 成完整再 生植株 ，以
后很多研究进一步证实了形态发生中这种分生组织
中心的存在(许智宏等，1980)。对于愈伤组织发生
部位及根芽起源，很多研究工作者作了较系统的组
织学观察和评述，取得了很多共识。许智宏等试验
发现最早活化的细胞有两类，这两类分别是外植体
切口处细胞及维管组织附近的薄壁细胞(许智宏等，
1980；张丕方等，1989)。王凯基等将芽的起源分为
内起源与外起源两种形式(王凯基，1981)。另外，
Cutter和 Balade将器官的形成划分两个阶段，先
是控制器官形成的部位，形成分生细胞团，第二步再
决定器官的类型 。在形态发生亚显微结构的研究方
面，Thorpe等在烟草中注意到淀粉粒的积累与消耗
和形态发生有关，淀粉在愈伤组织形成中积累，而在
器官分化中被消耗掉，没有大量淀粉积沉的区域不
能形成拟分生组织。Brandao& Salema(1977)在大
花紫景天 (Sedum telephium)叶的培养 中观察到细
胞增殖时叶绿体结构片层消失。所有这些研究表明
植物组织形态结构的变化是植物组织培养中最为丰
富的内容之一，它与培养条件有着密切的关系，是发
育生物学一个重要的研究领域。
1 材料与方法
1．1材料
(1)植物材料：屋顶长生草肉质叶。(2)仪器设备、用
具：立式染色缸、卧式染色缸、恒温干燥箱、切片机、
展片台、显微成像系统。(3)试剂：无水乙醇、甲醛、
冰醋酸、二甲苯、石蜡、三氯甲烷、铁钒、阿拉伯糖、苏
木精、中性树脂胶。
1．2试验方法
1．2．1培养基和培养条件 器官型诱导培养基为
MS+6一BA(2 mg／L)+NAA(0．2 mg／L)；器官发
生型的诱导培养基 为 MS+6一BA(1 rag／L)+
NAA(1 rag／L)+IAA(1 rag／L)。培养 基 pH 为
5．8～6．2，灭菌压力为 0．12 MPa，时间为 20 min左
右。灭菌后放置 2 d左右后备用。温度 21±1℃，
每天光照 14 h，光照强度为 54／~mol· ·S～，保
持培养室较干燥。
1．2．2培养方法 将肉质叶外植体创伤面接触培养
基进行诱导培养 7～25 d，使其产生芽或愈伤组织；
将愈伤组织转入分化培养基，使其分化出不定芽。
1．2．3形态学和解剖学观察 从外植体接入诱导培
养基开始，定期(间隔 1～2 d)取数块外植体，观察形
态发生，并用 FAA液固定。常规石蜡制片，切片厚
10／lm。铁矾一苏木精染色，光学显微镜下作组织
细胞学观察，分析组织发育过程，并显微摄影。
2 结果与分析
2．1屋顶长生草叶解剖结构的特征
2．1．1表皮 屋顶长生草叶为肉质叶，绿色，长倒卵
形，长 2～3 em，叶被很多腺毛(图版 I：1)。腺毛有
较厚的细胞壁，具有良好的隔水保水功能，很密的腺
毛能反射较多的阳光，保护植物免受强光的伤害，加
强表皮的保护作用，减少水分的蒸腾，避免叶肉组织
过热。其表皮由一层表皮细胞构成，排列整齐，正面
观表皮细胞形状不规则，相互嵌合，紧密相连，没有
间隙(图版 I：2)。气孑L器由两个肾形保卫细胞和两
个镰刀形护卫细胞组成，气孑L稍下陷，孑L下室较大
(图版 I：1)。表皮细胞上有一层较薄的角质层，角
质层可以有效防止过度蒸腾失水，是反映植物抗旱
能力的一个重要指标，另外坚硬的角质层除有保水
作用外，还有机械支撑作用，使植株在水分供应不足
时 ，不会立即萎蔫 。
2．1．2叶肉 叶肉分为两部分，由同化薄壁组织和
贮水组织组成，但没有栅栏组织和海绵组织之分。
同化薄壁组织紧靠表皮，细胞内具有众多的叶绿体
(图版 I：3)。贮水薄壁组织位于叶片的中央，由多
层大型薄壁细胞组成(图版 I：4)，在叶中部，这类细
胞最大的直径可达 625／lm，细胞呈不规则多边形，
细胞内具少数叶绿体，富含粘液和水分。贮水薄壁
组织占据了叶的大部分体积，在叶中部，贮水薄壁组
织可占叶横切面面积的70 9，6以上(图版 I：4)。
2．1．3维管组织 叶片中维管束平行排列(图版 I：
4)，每个维管束由一层薄壁细胞组成的维管束鞘所
包围(图版 I：5)，维管束由木质部和韧皮部组成，但
是构成维管束的导管、筛管及伴胞都小。维管束的
韧皮部通常大于木质部，木质部的导管分子为较原
始的环纹或螺纹加厚，数量少。
2．2屋顶长生草叶片离体培养形态发生途径的解剖
学观察
2．2．1器官型 近表皮的叶肉薄壁细胞经启动、分
裂，形成一团核大、质浓、无液泡的细胞，当这团细胞
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图腼【l 1．腺毛和气孔器 (×40)，GH：腺毛，ST：气孔器；2．表皮和气孔器 (×400)，ST：气孔器；3．叶肉细胞的叶绿体 (×400)，CH：叶绿
体；4．没有进行培养的叶片(对照)(×100)，Rc：贮水细胞；5．叶片的维管束 (×400)，VP：维管束鞘细胞；6．胚性细胞 (×400)；7．分生组织结
节 (×200)；8．分生细胞发育成维管结节(×lOO)；CCA：愈伤组织形成层；9．愈伤组织突破叶表皮 (×40)；10．愈伤组织中的许多分化中心
(×100)；DC：分化中心；l1．大多数叶肉细胞脱分化形成管胞 (×400)；TR：管胞分子；12．愈伤组织分化的丛芽(器官发生型)(×lOO)；13．叶
缘处的叶肉细胞脱分化直接形成不定芽(器官型)(×400)。L．新叶；B芽；LE．叶缘。
Plate I 1．GIandular hair and stomates(×40)，GH：GIandulat hair，ST：stomates；2．Epidermis and stomates(×400)，ST：stomates；3．Chloro-
plast(×400)，CH：chloroplast；4．Leaf of contrast(×100)，RC：revior cel；5．Vascular bundlas(×400)，VP：vascular pericycle eel；6．Embryonic
cel(×400)；7．Meristematic nodule(×200)；8．Vascular nodule(×100)，CCA：calus cambium；9．Calus break through epidermis(×40)；10．Dif—
ferentiation center of calus(×100)，DC：differentiation center；11．Tracheids from dedifferentiation of mesopyl cel，TR：tracheids(×400)；12．Clus—
ter buds from calus(×100)；13，Buds through organ-type from leaf(×400)．L．new leaf；B bud；LE，leaf edge．
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3期 张良波等：屋顶长生草叶的解剖结构及其离体培养形态发生的研究 327
突出叶面后直接分化为芽(图版 I：13)。这种芽直
接由细胞分裂、生长、分化而成，未经明显的愈伤组
织过程。这是屋顶长生草肉质叶离体培养中由外植
体直接产生不定芽——器官型途径的一个重要特
征 。这种出芽方式，芽发生快 ，生长迅速。
2．2．2器官发生型
2．2．2．1叶肉细胞和维管束鞘 细胞脱分化形成愈伤
组织 屋顶长生草叶片培养 6～12 d后，其叶肉同
化薄壁细胞和维管束鞘细胞的叶绿体逐渐解体消
失 ，细胞膨大 ，逐渐变成不规则 的巨大细胞 ，细胞间
隙加大，其中一小部分的液泡膜内凹，连接形成小液
泡，渗透压减小，细胞质变浓，内质网、高尔基体、核
糖体等细胞器增多，核移向中央并恢复分裂能力，细
胞脱分化形成胚性细胞(图版 I：6)，它的细胞质稠
密、无液泡 、细胞核大 。胚性细胞分裂形成分生细胞
团，也称作胚性细胞团。胚性细胞或胚性细胞团，进
一 步分裂，有的形成许多鸟巢状的结构，这就是维管
结节(图版 I：8)。这些维管结节对愈伤组织中物质
能量的运输有重要作用。另外，胚性细胞或胚性细
胞团，经进一步分裂还能形成很多分生组织结节(图
版 I：7)，进而形成许多分化中心(图版 I：10)。
由于胚性细胞或胚性细胞团不断地进行分裂 ，
产生新的细胞 ，这样愈伤组织就不断增大。在愈伤
组织增大的过程中，具有分裂能力的细胞逐渐被挤
压到某一个或多个区域形成一层或几层具有很强的
分裂能力的细胞群，这就是愈伤组织形成层(图版
I：8)。愈伤组织形成层形成后 ，进一步分裂产生新
的细胞 ，新的细胞推动老的细胞向外扩展，使得愈伤
组织进一步增大并最终突破外植体叶的表皮(图版
I：9)。愈伤组织形成层类似木栓形成层的结构，向
外分化木栓层，向内分化栓内层，因此在愈伤组织外
围形成了一些木栓化的区域，其形成方式类似于周
皮 。这些木栓化细胞所在 区域 的愈伤组织 中，细胞
分裂不再占优势，内部开始分化，外层愈伤组织的增
殖主要从木栓化薄弱的区域向外扩展。
另外 70 左右的叶肉细胞，在细胞壁上形成环
纹或螺纹，条纹增厚成为管胞(图版 I：11)。与其它
具有栅栏组织和海绵组织之分的叶外植体培养相比
较，屋顶长生草肉质叶的叶肉细胞原生质体易解体，
大量形成管胞分子。这是否是肉质叶薄壁细胞脱分
化中的一个重要特征 ，还需要进一步 比较观察 。此
外在离体培养中出现的这种现象是否属细胞凋亡也
值得研究。
2．2．2．2愈伤组织分化不定 芽 维管组织结节细胞
的分裂方式常表现出单极性的分裂倾向。维管组织
结节进一步的发展可能出现两种情况：一种是分生
组织迅速单极性分裂形成根原基 ；另一种是维管组
织结节细胞出现分化，其外围的分生组织进行平周
分裂呈层状，径向伸长，形成形似维管形成层状的细
胞；内部的细胞停止分裂活动，细胞壁不均匀加厚，
失去细胞内含物，形成管胞。因为形状像鸟巢(图版
I：8)，因此有的报道中称它为鸟巢状维管组织团，
有的称为维管组织结节、管胞集团等(许智宏等，
198o；王凯基 ，1981)。形成管胞在组织培养中是一
种常见的现象，我们观察到的数量也较多。维管组
织结节外围的层状分生细胞如果呈多向分裂分化，
则不形成根原基，而在愈伤组织中扩展形成不规则
的拳卷状维管组织系统，这在老化的愈伤组织中尤
其多。维管组织结节常发生在愈伤组织内部，有时
在木栓化愈伤组织近表面处也有发生。愈伤组织内
部分裂旺盛部位的细胞中，常有淀粉类内含物出现，
随细胞的分裂和分化而逐渐被消耗掉。
在离体培养 2o d左右的愈伤组织中，愈伤组织
近表面局部区域的薄壁细胞核变大，细胞质变浓，分
裂加快 ，进而形成苗端分生组织 ，在愈伤组织外围形
成染色较深的小突起。苗端分生组织进一步分化出
叶原基，形成芽(图版：12)。观察发现培养时间较长
的愈伤组织再生芽都远离木栓化表皮的一侧，而愈
伤组织周缘有木栓化的地方没有芽的形成。这说明
木栓化 细胞 的形成抑制 了不定芽的分化 ，这与 Lu
等(1993)的结论相同。
3 讨论
通过对屋顶长生草肉质叶的解剖结构观察研
究，发现其叶片的表皮具有腺毛、气孑L器下沉及角质
层的结构；叶肉由同化薄壁组织和贮水组织组成，没
有栅栏组织和海绵组织之分；叶片中维管束平行排
列，每个维管束由一层薄壁细胞组成的维管束鞘所
包围等。屋顶长生草肉质叶耐干旱、耐贫瘠特征，为
今后把屋顶长生草作为荒漠地区绿化植物之一提供
了理论基础 。
在屋顶长生草离体培养过程中激素出现两条途
径，即器官发生型和器官型。通过组织切片，观察到
器官型中不定芽起源于近表皮的叶肉同化薄壁细
胞，属内起源，而器官发生型愈伤组织主要是起源于
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叶肉同化薄壁细胞，少数起源于维管束的维管束鞘
细胞，愈伤组织的起源也属于内起源。关于愈伤组
织脱分化的起源问题，我们观察的结果与张丕方
(1989)，余迪求(1996)，胡继金(1990)等报道的结果
不同。我们认为这主要是材料不同引起，事实上愈
伤组织的起源位置并不是所有的植物都是同一的。
屋顶长生草是旱生肉质植物，表皮外面有一层角质
层，所以愈伤组织难以从表皮发生，同时其叶肉同化
薄壁细胞还有较发达的贮水结构，细胞比较大，其伤
口附近的细胞很容易受伤，因此，受伤处的薄壁细胞
也不能成为愈伤组织的起源位置。叶脉维管束的薄
壁细胞或维管束附近的叶肉同化薄壁细胞有较强的
启动、脱分化、分裂能力，且分化芽、形成器官的能力
比其它部位的细胞强，因而，愈伤组织能较容易从此
处发生。由外植体直接产生不定芽要求起源处的细
胞有较强的分化能力，还要较高的营养条件和阻力
较小或阻力较容易被突破 ，屋顶长生草肉质 叶的薄
壁细胞没有栅栏组织和海绵组织的分化，脱分化的
能力比较强，因此容易启动，直接发生不定芽。
屋顶长生草离体培养的愈伤组织早期有很多叶
肉细胞脱分化形成管胞，而后期数量减少。这是因
为早期叶片从植物体剥离，切断了其原有的物质交
换系统，细胞要成活，必须建立新的物质交换的渠
道，为了建立新的物质交换系统，很多细胞都转化形
成管胞，以便为胚性细胞提供营养。随着愈伤组织
中新的维管系统的建成，胚性细胞或胚性细胞团不
再需要大量的管胞为其提供营养，所以不再有大量
的细胞分化成为管胞。
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