三種南城淮山組培移栽苗葉片的氣孔特征研究

(上饒師范學院 生命科學學院，江西 上饒 334001)

三種南城淮山組培移栽苗葉片的氣孔特征研究

柯維忠，王愛斌，徐路

(上饒師范學院 生命科學學院，江西 上饒 334001)

通過膠帶粘取法、撕取法以及膠帶粘取與撕取綜合法，利用數碼圖像顯微處理系統(tǒng)觀察，比較3種南城淮山(南城淮山Ⅰ、南城淮山Ⅱ、南城淮山Ⅲ)組培移栽苗間的氣孔大小與氣孔密度的差異。結果表明，膠帶粘取與撕取綜合法適合用來觀察3種南城淮山組培移栽苗葉片的氣孔；3種南城淮山組培移栽苗的氣孔參數存在一定差異。南城淮山Ⅰ的氣孔周長與南城淮山Ⅱ的氣孔周長相近，而南城淮山Ⅲ的氣孔周長相對較短。在氣孔密度方面，南城淮山Ⅰ的氣孔密度與南城淮山Ⅲ的氣孔密度相近，而南城淮山Ⅱ的氣孔密度則較前兩者小。試驗結果可為南城淮山試管苗的移栽馴化和大田種植提供理論依據。

南城淮山；組培移栽苗；葉片；氣孔特征

淮山又名山藥，為薯蕷藥菜兼用塊根植物。南城淮山是南城縣傳統(tǒng)著名特色蔬菜，人工栽培淮山有400多年的歷史，大面積商品化栽培始于上世紀70年代初期，1997年開始實施淮山產業(yè)化工程[1]。江西省南城縣位于華東中部，氣候溫和、日照充足、雨量充沛，四季分明，是淮山生產得天獨厚的天然場所，是全省最大的淮山生產基地，也是全國三大淮山生產基地之一[2]。南城淮山含有人體所必需的8種氨基酸以及嬰兒營養(yǎng)必需的組氨酸和淀粉、脂肪、多糖、鈣、鐵等多種營養(yǎng)成分，榮獲1999昆明世界園藝博覽會蔬菜食品類銅獎[1]。南城淮山生長土壤中無污染，屬天然綠色食品，融美食、保健、美容于一體、且抗缺氧，故具有“天然人參”之美稱[3]。2011年，南城淮山成功申報農產品地理標志保護產品。

氣孔是植物與外界進行氣體和水分交換的主要通道，也是植物體內水分蒸騰散失的通道，在優(yōu)化植物光合和蒸騰過程中起著重要作用，同時它也是研究植物間親緣關系及其染色體倍性的重要器官[4-6]。氣孔密度和大小均受環(huán)境條件的影響，是不穩(wěn)定的性狀，不具分類學意義。植物葉片氣孔特征(形態(tài)、大小、分布和密度)影響植物的光合和蒸騰等生理活動，氣孔特征受遺傳因素、環(huán)境因素(如光照、溫度、濕度、輻射、CO2濃度和水分條件)及栽培調控措施的影響[7]，用植物的氣孔參數(氣孔密度和氣孔指數)來指示大氣CO2濃度的變化,已成為近幾年國際上研究的熱點之一[8]。目前，關于南城淮山的研究多見于大田栽培方面，而關于其組織培養(yǎng)及其組培移栽苗氣孔特征方面的研究尚未見報道。本實驗將通過膠帶粘取法、撕取法以及膠帶粘取與撕取綜合法，比較3種南城淮山(南城淮山Ⅰ、南城淮山Ⅱ、南城淮山Ⅲ)組培移栽苗間的氣孔大小與氣孔密度的差異，旨在為南城淮山試管苗的移栽馴化和大田種植提供理論依據。

1 材料與方法

1.1 材料

南城淮山Ⅰ、南城淮山Ⅱ、南城淮山Ⅲ組培移栽苗(均來自于上饒師范學院生命科學學院植物組織培養(yǎng)室)。

1.2 儀器

平板電腦顯微鏡(江西楓林光學儀器有限公司一體數碼生物顯微鏡FL30-V)、刻度尺、1 cm寬透明膠帶、培養(yǎng)皿、標簽紙、載玻片、標簽紙。

1.3 方法

1.3.1 材料采集

取3個潔凈干燥的培養(yǎng)皿，分別用標簽紙標注Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ，于下午3時左右，采集南城淮山Ⅰ、南城淮山Ⅱ、南城淮山Ⅲ組培移栽苗葉片，并按標記放入相應培養(yǎng)皿中。

1.3.2 制片方法及改進

1.3.2.1 膠帶粘取法

將葉片平放在潔凈的實驗臺上，葉片下表面朝上，透明膠帶拉出約6 cm長，膠面朝下，粘于葉片下表面，粘貼方向與葉脈方向相同，用手按壓使葉片下表面與膠帶充分接觸，而后撕下膠帶，葉片下表皮仍與膠帶膠面粘著。如若葉片下表皮附著物較多，可以用膠帶重復粘貼葉片下表皮，直至附著物被粘去，即可進行以上操作進行葉片下表皮的粘取。粘取后的葉片下表皮不必從膠帶上撕下，直接連同膠帶一起粘于干燥潔凈的載玻片觀察即可。

1.3.2.2 撕取法

葉片下表面朝上，用干凈的鑷子撕取一小塊葉片下表皮，在潔凈的載玻片上滴一滴清水，用鑷子將撕下的下表皮平攤在載玻片上的清水中，并蓋上蓋玻片，即可放于數碼圖像顯微處理系統(tǒng)下觀察。

1.3.2.3 膠帶粘取與撕取綜合法

采用膠帶粘取與撕取綜合的方法。用膠帶處理葉片下表面的附著物，步驟同上。將粘去附著物的葉片平放于潔凈的工作臺上，葉片下表皮朝下，透明膠帶拉出約6 cm長，膠面朝下，粘于葉片下表面，用手適當按壓膠帶，使膠帶與葉片下表面充分接觸，而后撕下膠帶，植物下表皮同膠帶一起被取下。在潔凈的載玻片上滴一滴清水，將粘有葉片下表皮的透明膠帶平展在載玻片上的清水處，適當按壓以趕走樣品裝片內氣泡，即可放于顯微鏡下觀察。

1.3.3 氣孔密度測定

每個品種用數碼圖像顯微處理系統(tǒng)在40倍鏡下隨機選取10個50 mm×56 mm視野，計算視野中各品種氣孔總數，以測定氣孔密度。氣孔密度計算公式：氣孔密度=氣孔總數 / mm2。

1.3.4 氣孔周長測定

1.3.5 統(tǒng)計方法

以上實驗均重復3次，本實驗所有數據表示為平均值，并用SPSS19.0軟件進行One-Way ANOVA分析，再進行LSD法檢驗，P<0.05為有統(tǒng)計學差異顯著性。

2 結果與分析

2.1 南城淮山氣孔制片方法的篩選

本試驗的觀察結果表明，膠帶粘取法具有操作簡單，操作速度快，減輕植物葉片因失水造成的氣孔變化等優(yōu)點，但是數碼圖像顯微處理系統(tǒng)觀察下樣品氣泡過多，影響觀察。如果葉片表面附著物較多，可以用膠帶反復粘取其表面附著物，直至附著物被粘去。撕取法有操作方便，步驟簡單等優(yōu)點，在數碼圖像顯微處理系統(tǒng)觀察下，樣品裝片內氣泡少量甚至不明顯，但用撕取法制成裝片的同一樣品的氣孔與用膠帶粘取法觀察到的氣孔開閉狀態(tài)不同。并且，氣孔保衛(wèi)細胞吸水后膨脹會導致氣孔張開，觀察到的結果會與實際情況不符。撕取法制作的樣品裝片真實性不高，不能最大限度地減輕因失水導致的氣孔開張度變化，影響實驗結果。膠帶粘取與撕取綜合法有過程簡單、真實性強、氣孔開張程度變化小等優(yōu)點，數碼圖像顯微處理系統(tǒng)觀察下樣品裝片氣泡數量少體積小或不明顯，適合南城淮山的氣孔觀察實驗。

2.2 南城淮山氣孔特征及類型的觀察

由圖1可知，根據副衛(wèi)細胞的數目及排列方式分類，南城淮山屬于無規(guī)則四細胞型，即4個副衛(wèi)細胞不規(guī)則地包圍保衛(wèi)細胞；根據保衛(wèi)細胞的形狀和壁的加厚情況分類，南城淮山屬于船型，即氣孔細胞內壁同厚，氣孔縫為紡錘狀；根據保衛(wèi)細胞內的葉綠體的數目及大小差異分類，南城淮山屬于中粒型，即保衛(wèi)細胞內有很多多角形或類圓型大小中等的葉綠體[10]。

圖1 南城淮山Ⅰ(上)、南城淮山Ⅱ(中)和南城淮山Ⅲ(下)的氣孔圖：左為×40倍鏡；右為×10倍鏡

2.3 南城淮山三個品種氣孔長徑、短徑和周長的比較

從表1可知，南城淮山Ⅰ與南城淮山Ⅱ的保衛(wèi)細胞長度差異不顯著(P>0.05)。而南城淮山Ⅲ的保衛(wèi)細胞長度較短，且與南城淮山Ⅰ與南城淮山Ⅱ相比具有顯著性差異(P<0.05)。保衛(wèi)細胞寬度測量結果與保衛(wèi)細胞長度測量結果類似，南城淮山Ⅰ的保衛(wèi)細胞寬度略大與南城淮山Ⅱ，但無顯著性差異(P>0.05)，三種植物的保衛(wèi)細胞長度中南城淮山Ⅲ最短，相比南城淮山Ⅰ、Ⅱ差異較顯著(P<0.05)。從周長來看，南城淮山Ⅰ的氣孔周長與南城淮山Ⅱ的氣孔周長相差不大(P>0.05)，而南城淮山Ⅲ的氣孔周長較前兩者小(P<0.05)。因此，在三種南城淮山中，南城淮山Ⅲ的氣孔最小。

表1 三種南城淮山氣孔的長徑(A)、短徑(B)及周長(L)

2.4 南城淮山三個品種的葉子的氣孔密度比較

從表2可知，在氣孔密度方面，南城淮山Ⅰ的氣孔密度與南城淮山Ⅲ的氣孔密度相近，無顯著性差異(P>0.05)，南城淮山Ⅱ的氣孔密度則較兩者小，具有顯著性差異(P<0.05)。氣孔密度比例約為：

南城淮山Ⅰ∶南城淮山Ⅱ∶南城淮山Ⅲ=25∶16∶24。

表2 南城淮山三個品種的葉子的氣孔數量和氣孔密度比較(×10倍鏡，50 mm×56 mm視野)

3 結論

許多研究認為，氣孔的類型、特征及分布與植物的染色體倍性[11]、抗性[12]等存在相關性，同時氣孔的密度、大小、結構類型可以作為一些植物[13]起源、進化、分類的重要指標。王連珍等[6]以 13 種櫟屬植物為試材，觀察了這些種類葉片的氣孔形態(tài)，結果表明，供試種類的氣孔和氣孔器的形態(tài)參數差異明顯，從大至小的變化趨勢依次排序為沼生櫟組、白櫟組、麻櫟組、槲櫟組。鄭淑霞和上官周平[4]研究了近70 年黃土高原地區(qū)3種典型植物遼東櫟、虎榛子和酸棗的氣孔長度、寬度、面積與密度的變化狀況，結果表明，氣候變化對3種植物氣孔性狀并無一致的影響。吳永華等[7]發(fā)現在10種地被植物中，氣孔隨機分布的植物比氣孔聚集分布的植物具較強的耐陰性。蔡志全等[14]對生長在蔭棚3種不同光照條件下和全自然光下的熱帶雨林4個冠層種和3個中層種樹苗葉片氣孔特征進行了研究，結果表明，氣孔密度與植物單位葉的面積呈負相關，而與氣孔導度的相關性不顯著。劉自學等[15]指出3種冷季型草坪草葉片的氣孔孔徑大于暖季型草的，而氣孔的密度暖季型草的則比冷季型草的大。趙秋玲等[5]、賈永立[16]和溫偉君等[17]的研究也發(fā)現，梓樹屬滇楸、楸樹、灰楸 3 個種葉片、5 個椰子品種以及5個龍眼品種的氣孔密度、大小有顯著差異。姚兆華等[18]的結果也表明，斧翅沙芥和距果沙芥的氣孔性狀具有較大的相似性，但這兩個種與沙芥的氣孔性狀存在明顯差異，說明沙芥屬植物葉片氣孔穩(wěn)定性狀和形態(tài)可以作為種質資源鑒定和評價的重要微觀特征。

氣孔在葉片上的分布、氣孔的形狀及覆蓋物與植物的抗旱性有一定關系[19]。如 Liu等[20]發(fā)現，通過減少總葉面積和氣孔密度，水稻 phytochrome B 突變體提高了對干旱的抗性。在本試驗中，南城淮山Ⅲ的氣孔密度較大，同時氣孔大小最小，因此在三者中有較好的耐旱能力。與之相反的南城淮山Ⅱ，在三者中氣孔大小較大，且氣孔密度又最小，即在三種南城淮山中最不耐旱，適宜的生存環(huán)境溫度應比其他兩者更低。

氣孔周長和氣孔密度也是植物的特征，它們與植物的蒸騰速率關系密切[17]。在大多數情況下，氣孔密度越大越利于植物生長。原因是更多的氣孔數目導致更快的蒸騰速度，而更快的蒸騰速度越有利于水分和礦質元素等營養(yǎng)物質的運輸。從光合作用角度來說，氣孔密度大，單位時間內吸收二氧化碳的量越多，二氧化碳的同化量隨之增大，光合速度更快，有機物的形成更多，有利于植物的生長[21]。有研究表明，抗高溫品種比不抗高溫品種氣孔阻抗低，氣孔密度大[22]。在本試驗中，南城淮山Ⅰ的氣孔周長與氣孔密度在三者中皆較大，單位面積可達到的蒸騰作用最強。

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Study on the Stomatal Characteristics of Three Kinds of Nancheng Yam Tissue Culture Transplanting Seedling Leaves

KE Weizhong,WANG Aibin,XU Lu

(School of Life Sciences,Shangrao Normal University,Shangrao Jiangxi 334001,China)

The differences of stomatal size and stomatal density between 3 kinds of yam (Nancheng yam,Nancheng yam Ⅱand Nancheng yam Ⅲ) transplanting seedlings were compared using digital image microscopic processing system by tape sticking method,tearing off method,and tape sticking and tearing off comprehensive method.The results showed that tape sticking and tearing off comprehensive method was best adapted for observation of tissue culture seedling leaves of 3 kinds of Nancheng yams;There were some differences between stomatal parameters of 3 kinds of Nancheng yam tissue culture seedlings;The stomatal perimeters between Nancheng yamⅠand Nancheng yam Ⅱwere similar,but the stomatal perimeterof Nancheng yam Ⅲ was short;The stomatal density of Nancheng yamⅠand the stomatal density of Nancheng yam Ⅲ were similar,but the stomatal density of Nancheng yam Ⅱwas smaller than Nancheng yamⅠand Nancheng yam Ⅲ.The results of this study can provide a theoretical basis for transplanting domestication and field planting of Nancheng yam plantlets.

Nancheng yam;tissue culture transplanting seedling;leaf;stomatal characteristics

2017-07-03

江西省教育廳科技研究項目(GJJ14712)

柯維忠(1976-)，男，江西上饒人，實驗師，學士，主要從事植物學研究。E-mail:258536862@qq.com

S632.1

A

1004-2237(2017)06-0080-06

10.3969/j.issn.1004-2237.2017.06.018