蒙東地區高粱新品種葉片解剖結構與抗寒性關系的研究

唐立紅，李世巍，劉任鑫，彭曉良

（赤峰學院 生命科學學院，內蒙古 赤峰 024000）

蒙東地區高粱新品種葉片解剖結構與抗寒性關系的研究

唐立紅，李世巍，劉任鑫，彭曉良

（赤峰學院 生命科學學院，內蒙古 赤峰 024000）

在前人遺傳育種、生理生化研究的基礎上，以蒙東地區峰雜2號、吉雜130、赤雜16號、赤雜24號及赤雜851五個高粱新品種為試材，采用石蠟切片法，對葉片的表皮、角質層、葉肉、泡狀細胞、木質部、導管、韌皮部、維管束鞘等結構進行觀察、對比及分析，探究不同品種高粱葉片結構與抗寒性的關系.結果顯示：導管直徑、韌皮部厚度、維管束鞘厚度與抗寒性無關聯，木質部厚度和葉肉厚度與抗寒性無明顯關聯，表皮細胞厚度、角質層厚度、泡狀細胞厚度與抗寒性呈正相關聯，可以作為高梁抗寒品種篩選的參考指標.

高粱；品種；抗寒性；葉片解剖結構

高粱（Sorghum bicolor）是禾本科、高粱屬一年生草本植物.作為世界上第四大糧食作物，高粱具有性喜溫暖、光合效率高、耐貧瘠、耐鹽堿等生物學特性.吉林省農業科學研究院、赤峰農業科學研究院及赤峰市敖漢旗農業科學研究所，1993至2006年期間根據內蒙古東部地區的氣候、季節特點及地理特征，試驗培育出赤雜16號、赤雜851、赤雜24號、峰雜2號、吉雜130五個高粱新品種，近幾年在黑龍江省第Ⅰ積溫帶，內蒙古的赤峰、通遼，吉林省的松原、白城等地區大面積種植，抗性及增產效果明顯[1-5].本試驗在成慧娟、李繼洪、李志光等人遺傳育種、生理生化研究的基礎上對五個高粱品種葉片解剖結構進行觀察比較，明確不同高粱品種葉片解剖結構的特征與差異，探究表皮細胞、角質層、葉肉、泡狀細胞、木質部、韌皮部、導管、維管束鞘等結構與抗寒、抗旱的關系，，旨在為高粱品種的抗寒引種及推廣栽培提供依據.

1 材料與方法

1.1 材料

供試材料的種子源于赤峰農業科學研究院，種植于赤峰學院生命科學學院實驗室內.選取生長狀況良好、未抽穗的赤雜16號、赤雜851、赤雜24號、峰雜2號、吉雜130五個高粱品種各10株，每株選取中上部受光均勻的1～2片葉，在葉片1/2處切取1×0.5cm帶中脈的部分，放入FAA固定液中.

1.2 方法

石蠟切片法制片:取固定好的材料，依次進行30%、50%、70%、85%、95%、100%梯度酒精脫水,二甲苯透明、浸蠟，生物組織包埋機（YD-6D，金華市益迪醫療設備有限公司）包埋，石蠟切片機（HM325，德國MICROM）切片，切片厚度為10μm，番紅-固綠對染，中性樹膠封片.

選取染色清晰、材料完整的裝片在生物顯微鏡(CX41，日本OLYMPUS)下觀察并拍照；各項觀測指標用顯微鏡測微尺測量，每個指標重復測量10次，記錄數據；用SPSS 19軟件對數據進行方差分析.

2 結果與分析

2.1 五個品種高粱葉片結構的基本特征

五個品種高粱葉片解剖結構具有共同特征：葉片均由表皮、葉肉、葉脈三部分組成.表皮分化為一層細胞，細胞排列整齊緊密；表皮外具有角質層，顯微鏡下呈透明色；維管束間的上表皮分布有泡狀細胞.葉肉細胞形狀較規則，大小不均勻，沒有柵欄組織和海綿組織的分化.葉脈位于葉肉內，木質部在內方，韌皮部在外方；韌皮部細胞較小，橫切面近圓形；木質部與韌皮部之間沒有形成層的分化，為有限維管束；每個維管束的外側有1層維管束鞘包圍，細胞較大，排列緊密整齊.

2.2 五個品種高粱葉片結構特征比較

五個品種高粱葉片的基本結構雖然相同，但各品種的表皮細胞厚度、角質層厚度、葉肉厚度、韌皮部厚度、木質部厚度、導管直徑、維管束鞘厚度、泡狀細胞厚度均存在一定的差異.對觀測指標數據進行方差分析，結果顯示：除韌皮部厚度、維管束鞘厚度、導管直徑差異不顯著外，其余觀測指標均表現為顯著性差異（表1）.

表1 五個高粱品種葉片觀測指標數據

對差異顯著的7項觀測指標做進一步分析：五個品種高梁葉片的上表皮細胞均比下表皮細胞厚，上表皮細胞厚度、下表皮細胞厚度、總表皮細胞厚度、角質層厚度、泡狀細胞厚度數值排序均為赤雜851最大，峰雜2號最小，吉雜130、赤雜24號和赤雜16號居中；木質部厚度表現為:吉雜130＞赤雜24＞峰雜2號＞赤雜16號＞赤雜851；葉肉厚度由大到小依次為吉雜130、峰雜2號、赤雜24號、赤雜851、赤雜16號，此兩項觀測數值均呈不規則排序狀態（表1、圖1）.

圖1 五個品種高粱葉片橫切結構

3 結論與討論

基因決定生物個體的表型，但是環境條件也在一定程度上影響著生物個體的表型[6].植物執行代謝功能的主要器官是葉片，植物對其生長環境的適應性，能夠依據植物葉片的結構特征和生長狀況等做出直接判斷[7].

由前人研究可知，赤雜851適宜在2300～3000℃的活動積溫區域種植，峰雜2號適宜種植的地區為≥10℃活動積溫為3100℃以上，赤雜16號適宜在積溫為2900—3100℃的地區種植，赤雜24號適宜種植的地區是≥10℃積溫為2700—2900℃的地區，吉雜130適宜在≥10℃活動積溫為2450-2550℃的地區種植.五個高粱品種的抗寒性為：赤雜851最大，峰雜2號最小，吉雜130、赤雜24號、赤雜16號居中[1-5].

本試驗研究顯示：五個品種高梁的韌皮部厚度、維管束鞘厚度、導管直徑三項觀測指標不存在顯著差異，表明與抗寒性無直接關聯.木質部厚度、葉肉厚度兩項指標大小依次為：吉雜130＞赤雜24＞峰雜2號＞赤雜16號＞赤雜851，吉雜130＞峰雜2號＞赤雜24號＞赤雜851＞赤雜16號，均呈不規則排序狀態，與前人的研究結論無趨同性，表現出與抗寒性無明顯關聯；總表皮細胞厚度、角質層厚度、泡狀細胞厚度三項指標排序均為：赤雜851最大，峰雜2號最小，吉雜130、赤雜24號和赤雜16號居中，與前人研究結果一致，顯示出與抗寒性呈正相關的關聯趨勢.

研究已表明，受到低溫脅迫的植物體，細胞膜脂由液晶相變為凝膠相，導致膜收縮，甚至會有龜裂或孔道.驟然降溫會使細胞內溶質過冷，細胞結冰，對植物體造成致命傷害.低溫一方面增大水分本身的黏性，降低擴散速率，另一方面增大細胞質黏性，水分不易通過細胞質，導致根系吸水速率降低[8-10]，進而減弱植物呼吸作用，影響代謝功能.

表皮位于植物葉片的表面，具有保護作用，可減少低溫、干旱以及微生物等對葉片內部組織的傷害[11].所以在低溫、干旱的環境中，表皮越厚越有利于植物的生長.泡狀細胞是禾本科植物葉片的重要特征，存在于維管束間的上表皮，當植物遭遇低溫、干旱時，通過失水，使整片葉子向上卷成筒狀，從而降低蒸騰作用，減緩低溫、干旱對植物的影響[12].故泡狀細胞越大，抗寒、抗旱性越強.角質層位于葉片表面，一方面可降低蒸騰作用，減少水分散失，另一方面角質層較強的折光率，可減少空氣在葉表面的流動，阻止過度日曬引起植物損害，還可以保護植物避免細菌和真菌的侵害，降低病害的發生[13-14].故角質層越厚，植物抗寒、抗旱性越強.

綜上所述，本研究初步表明：不同高粱品種葉片的表皮細胞厚度、角質層厚度、泡狀細胞厚度三項指標存在顯著差異，與抗寒性呈正相關聯，可作為高粱抗寒引種及推廣栽培的參考指標.

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S685.10

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1673-260X（2017）05-0006-03

2017-01-17