荸薺葉狀莖形態(tài)解剖結(jié)構(gòu)與抗倒伏性比較分析

江 文，高美萍，陳麗娟，蔡炳華，黃誠(chéng)梅，方彥蓉，何青石，賴松新

（1.廣西壯族自治區(qū)農(nóng)業(yè)科學(xué)院生物技術(shù)研究所 南寧 530007；2.廣西作物遺傳改良生物技術(shù)重點(diǎn)開(kāi)放實(shí)驗(yàn)室南寧 530007；3.賀州市八步區(qū)農(nóng)業(yè)科學(xué)研究所 廣西賀州 542800）

荸薺（Eleocharis tuberosaSchulut）屬莎草科（Cyperaceae）荸薺屬（EleocharisR.Br.），又名馬蹄、地栗、烏芋等，是莎草科荸薺屬多年生草本植物[1]。其球莖即可作水果又可當(dāng)蔬菜，是我國(guó)出口創(chuàng)匯重要農(nóng)產(chǎn)品之一。近年來(lái)，廣西荸薺種植規(guī)模發(fā)展迅速，每年栽培面積達(dá)2 萬(wàn)hm2（30 萬(wàn)畝）[1-2]。荸薺多生于池沼中或利用水田栽培，成株期易發(fā)生倒伏現(xiàn)象，導(dǎo)致稈枯病嚴(yán)重發(fā)生，對(duì)荸薺產(chǎn)量影響較大，減產(chǎn)20%～70%，甚至絕產(chǎn)[3-5]。在玉米[6]、水稻[7]、小麥[8]等禾本科作物上研究表明，莖稈的解剖學(xué)結(jié)構(gòu)與其抗倒伏能力有密切關(guān)系，抗倒伏能力強(qiáng)的小麥[9-10]、玉米[11]、水稻[7，12]和蕎麥[13]品種，其莖稈粗壯、機(jī)械組織細(xì)胞層數(shù)和維管束數(shù)目多且維管束面積大，維管束鞘較厚，細(xì)胞層數(shù)較多，細(xì)胞排列緊密。而荸薺葉片退化，光合作用主要依靠葉狀莖為其地下球莖膨大提供能量。因此不同荸薺品種的抗倒伏能力對(duì)其產(chǎn)量高低起著關(guān)鍵性的作用，但不同荸薺品種葉狀莖的解剖結(jié)構(gòu)及其與抗倒伏能力的關(guān)系尚未有相關(guān)研究報(bào)道。為此，筆者以抗倒伏能力不同的10 個(gè)荸薺品種為材料，研究其葉狀莖解剖結(jié)構(gòu)特征，探討其葉狀莖解剖結(jié)構(gòu)差異與抗倒伏能力的關(guān)系，旨在為荸薺的抗倒伏栽培和品種選育提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)地與供試材料

試驗(yàn)在廣西農(nóng)業(yè)科學(xué)院里建科學(xué)研究基地進(jìn)行，供試品種詳見(jiàn)表1（10 個(gè)品種植株性狀無(wú)明顯差別，不同品種葉狀莖粗度略有不同）。經(jīng)多年的田間調(diào)查，調(diào)查方法參考《荸薺種質(zhì)資源描述規(guī)范和數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)》[14]，其中，桂蹄3 號(hào)、桂蹄4 號(hào)品種抗倒伏性強(qiáng)，大紅袍、貴州安順品種抗倒伏性差。

表1 供試的10 個(gè)荸薺品種信息

1.2 樣本采集與石蠟切片制備方法

于2021 年9 月18 日在廣西壯族自治區(qū)農(nóng)業(yè)科學(xué)院生物技術(shù)研究所資源圃進(jìn)行樣本采集，將采集的樣品帶回實(shí)驗(yàn)室，參照寇蔭等[15]的方法進(jìn)行修剪、脫水、包埋、切片、染色、封片等步驟，制作石蠟切片。每個(gè)樣本組織采集3 小塊，制備30 個(gè)切片。將制作好的切片采用NIKON ECLIPSE E100正置光學(xué)顯微鏡進(jìn)行觀察，用NIKON DS-U3 成像系統(tǒng)進(jìn)行拍照。顯微照片采用CaseViewer 2.2 軟件打開(kāi)后可以1～400 倍任意倍數(shù)放大后進(jìn)行觀察。使用CaseViewer 2.2 掃描瀏覽軟件選取組織的目的區(qū)域進(jìn)行200 倍成像，成像時(shí)盡量讓組織充滿整個(gè)視野，保證每張照片的背景光一致。成像完成后使用Image-Pro Plus 6.0 分析軟件統(tǒng)一以mm 作為標(biāo)準(zhǔn)單位，分別測(cè)量每張切片荸薺葉片組織解剖結(jié)構(gòu)指標(biāo)，測(cè)量的指標(biāo)選取表皮厚度、角質(zhì)層厚度、組織厚度、維管束數(shù)、周長(zhǎng)，單位長(zhǎng)度維管束數(shù)量（n/mm）=維管束數(shù)量/組織周長(zhǎng)，每個(gè)指標(biāo)在每個(gè)切片的不同部位隨機(jī)測(cè)量20 次。

1.3 數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)與分析

采用Microsoft Excel 2007 軟件進(jìn)行試驗(yàn)數(shù)據(jù)處理，采用DPSv14.10 統(tǒng)計(jì)軟件對(duì)不同荸薺品種的葉片組織解剖結(jié)構(gòu)指標(biāo)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，以Duncan多重比較檢驗(yàn)差異顯著性，并用Microsoft Excel 2007 軟件繪制相應(yīng)的圖表。

2 結(jié)果與分析

2.1 荸薺植株葉狀莖組織解剖結(jié)構(gòu)特征及不同品種的差異

荸薺葉狀莖橫切面為圓形或是近圓形，由表皮、同化組織、維管束和氣腔組成。對(duì)10 個(gè)荸薺品種葉狀莖解剖結(jié)構(gòu)進(jìn)行比較（表2），其組織周長(zhǎng)在13.295～17.677 mm 之間，大紅袍最小，桂蹄3 號(hào)最大；組織厚度在0.404～0.661 mm 之間，陽(yáng)江珍珠馬蹄最薄，桂蹄3 號(hào)最厚，這兩者之間的差異均達(dá)到極顯著水平。表皮外側(cè)均有不同程度的角質(zhì)層分化，表皮厚度在11.699～14.691 μm 之間，以大紅袍最薄，桂蹄3 號(hào)次之，桂蹄2 號(hào)最厚；角質(zhì)層厚度為1.386～2.133 μm，以賀州芳林最薄，桂蹄2 號(hào)最厚，兩者差異極顯著。表皮內(nèi)是同化組織，柵欄狀排列。同化組織向內(nèi)是維管束，由維管束鞘、韌皮部及木質(zhì)部等組成，維管束數(shù)量在46～56 個(gè)，平均單位長(zhǎng)度維管束數(shù)量在2.979～3.987 個(gè)之間，后生木質(zhì)部在木質(zhì)部?jī)蓚?cè)。維管束之間是氣腔，向內(nèi)是中央氣腔（圖1）。

圖1 荸薺葉狀莖的橫切面顯微結(jié)構(gòu)（桂粉蹄1 號(hào)）

表2 不同荸薺品種葉狀莖組織解剖指標(biāo)比較

圖2 為參試的10 個(gè)荸薺品種的距基部18 cm葉狀莖維管束顯微結(jié)構(gòu)。從圖2 可以看出，不同品種的葉狀莖維管束排列規(guī)律不盡相同，大部分品種的維管束呈圓狀排列，交替狀的排列在葉狀莖薄壁組織中。

圖2 不同荸薺品種葉狀莖維管束結(jié)構(gòu)

2.2 不同荸薺品種維管束結(jié)構(gòu)差異

在維管束數(shù)量上，抗倒伏與易倒伏品種沒(méi)有明顯差異，其中以陽(yáng)江珍珠馬蹄數(shù)量最少。抗倒伏品種桂蹄3 號(hào)、桂蹄2 號(hào)、桂蹄4 號(hào)、賀州芳林、安徽阜陽(yáng)等的維管束長(zhǎng)度均顯著大于易倒伏品種大紅袍、陽(yáng)江珍珠馬蹄、桂粉蹄1 號(hào)、湖北枝江、貴州安順，且這5 個(gè)抗倒伏品種的維管束寬度也大于易倒伏品種（表3）。除了陽(yáng)江珍珠馬蹄外，抗倒伏品種的維管束鞘細(xì)胞厚度較厚，細(xì)胞排列緊密；而易倒伏品種的維管束鞘較薄。

表3 不同荸薺品種維管束結(jié)構(gòu)特征

3 討論與結(jié)論

荸薺葉片缺如，稈俗稱為葉狀莖，其橫切面性狀與同屬Eleocharis retroflexa（Poir.）Urban（貝殼葉荸薺）[16]、Eleocharis pellucidaJ.Presl & C.Presl（透明鱗荸薺）[17]等稈結(jié)構(gòu)極相似。橫切面為圓形或是近圓形，由表皮、同化組織、維管束和氣腔組成[17]。

荸薺在大田的生長(zhǎng)周期有4 個(gè)時(shí)期：緩苗期、分蘗期（營(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng)期）、球莖形成期（營(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng)和生殖生長(zhǎng)期并進(jìn)期）以及球莖膨大期[18]。進(jìn)入球莖形成期，地上部分營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)快速轉(zhuǎn)移到地下供球莖膨大，抵抗力降低，同時(shí)此階段田間密度較大，荸薺品種葉狀莖抗倒伏能力弱，易造成田間大面積倒伏，葉狀莖有效光合面積大幅度減少，病蟲(chóng)害危害加速。這將嚴(yán)重影響球莖膨大，造成減產(chǎn)甚至絕收。因此，在品種選育過(guò)程中，把抗倒伏能力作為品種選育的主要指標(biāo)之一，才能更好確保高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)。

影響植物莖稈機(jī)械強(qiáng)度的因素很多，其中包括形態(tài)性狀、解剖特征和莖稈化學(xué)組分等[12]。在水稻、小麥等莖稈顯微結(jié)構(gòu)中，維管束對(duì)莖稈抗倒伏起重要作用，其中主要起支持作用的是維管束鞘，起到骨架的作用[12，19-20]。維管束包括維管束鞘、韌皮部和木質(zhì)部三部分。在維管束中，主要起支持作用的是維管束鞘，其厚度對(duì)抗折強(qiáng)度起重要作用，維管束長(zhǎng)度和寬度可作為評(píng)價(jià)莖稈質(zhì)量?jī)?yōu)劣的良好指標(biāo)[21]。在水稻[12]、小麥[22-23]、玉米[6，24]，蕎麥[13]等有莖稈植物上研究表明，莖稈抗倒伏能力與莖稈解剖結(jié)構(gòu)密切相關(guān)，其機(jī)械組織層數(shù)和厚度、莖壁厚度、大維管束數(shù)目、維管束面積、維管束鞘厚度等與植株抗倒伏能力相關(guān)；抗倒伏品種莖稈基部機(jī)械組織細(xì)胞層數(shù)、莖壁厚度、大維管束數(shù)目、維管束面積、維管束鞘厚度均大于易倒伏品種。筆者的研究著重從解剖結(jié)構(gòu)方面分析荸薺葉狀莖顯微結(jié)構(gòu)與品種間差異及其與荸薺抗倒能力的關(guān)系。結(jié)果顯示，荸薺葉狀莖橫切面為圓形或是近圓形，由表皮、同化組織、維管束和氣腔組成。供試的10 個(gè)品種中，表皮、角質(zhì)層、同化組織、維管束等結(jié)構(gòu)均表現(xiàn)出一定的差異?？沟狗贩N桂蹄3 號(hào)、桂蹄2 號(hào)、桂蹄4號(hào)的維管束寬度與長(zhǎng)度均大于易倒伏品種，其維管束鞘細(xì)胞厚度較厚，細(xì)胞排列緊密；易倒伏品種的維管束鞘較薄，這與在水稻[9]上的研究結(jié)果一致，而維管束數(shù)量在抗倒伏與易倒伏品種之間無(wú)相關(guān)性，這與在其他作物上[12-13，19-20，25-26]的研究有所不同，可能與荸薺生長(zhǎng)特性密切相關(guān)。

在供試的荸薺10 個(gè)材料中，葉狀莖橫切面為圓形或是近圓形，由表皮、同化組織、維管束和氣腔組成。各個(gè)材料的葉狀莖橫切面結(jié)構(gòu)均有明顯差異，組織周長(zhǎng)以桂蹄3 號(hào)最大，為17.677 mm，有利于光合作用；表皮厚度以大紅袍最薄，為11.699 mm，桂蹄3 號(hào)次之，桂蹄2 號(hào)最厚，為14.691 mm；角質(zhì)層厚度以賀州芳林最薄、桂蹄2 號(hào)最厚；同化組織柵欄狀排列，向內(nèi)是維管束，數(shù)量為46～56 個(gè)?？沟狗贩N桂蹄3 號(hào)、桂蹄2 號(hào)、桂蹄4號(hào)等的維管束寬度與長(zhǎng)度均大于易倒伏品種，其維管束鞘細(xì)胞厚度較厚，細(xì)胞排列緊密，其中桂蹄3號(hào)綜合表現(xiàn)最佳，而易倒伏品種的維管束鞘較薄。綜上可見(jiàn)，荸薺葉狀莖的解剖結(jié)構(gòu)差異可以用于評(píng)價(jià)不同品種的抗倒伏，可為抗倒伏荸薺品種選育提供篩選依據(jù)，為今后開(kāi)展高產(chǎn)育種中抗倒伏品種的選育提供一定的理論基礎(chǔ)。