滴水珠珠芽發育過程研究

朱燕燕 羅睿 陳海麗 劉丹

摘 要： 珠芽是滴水珠（Pinellia cordata）的營養繁殖結構，為揭示滴水珠珠芽發育過程中的特征，該研究以野外采集材料進行盆栽觀察試驗，通過形態觀察法和石蠟切片方法，探索滴水珠葉片和葉柄處珠芽發育過程中的形態學和解剖學結構特征。結果表明：滴水珠珠芽發育過程在形態上分為葉柄無現象時期、早期珠芽結構分化和珠芽膨大成熟時期三個時期；相應的解剖學發育時期為珠芽原基啟動期和形成期、原基分化期和膨大成熟期四個階段。葉片和葉柄珠芽起始細胞均由葉柄腹面表皮下層薄壁細胞組織脫分化形成，起始細胞不斷分裂形成細胞團最后發育成珠芽原基；在原基分化期的特征是生長點形成，最終分化形成芽原基和鱗片葉；膨大成熟期的特征是珠芽結構不斷生長，生長點側生分化鱗片葉增多。葉片和葉柄處珠芽成熟脫落時期為灰色橢圓形結構，測得平均直徑分別為（2.79 ± 0.40）mm和（2.69 ± 0.36）mm，外部有鱗片包裹，內部含大量營養物質。在環境適宜條件下，珠芽遇土萌發，萌發率達75%。這表明滴水珠珠芽與同屬植物半夏珠芽發育過程差別不大，都是無性克隆營養繁殖體結構。

關鍵詞： 珠芽， 發育過程， 形態特征， 解剖結構， 滴水珠

中圖分類號： Q945.4

文獻標識碼： A

文章編號： 1000-3142（2018）02-0225-08

Bulbil development of Pinellia cordata

ZHU Yanyan， LUO Rui*， CHEN Haili， LIU Dan

（ College of Life Sciences， Guizhou University， Guiyang 550025， China ）

Abstract： Tuber of Pinellia cordata has been the extensively used as medicines in the practice of traditional Chinese medicine. Bulbil formation is the main propagation strategy of P. cordata in wild. There are two developmental stages of bulbils for each one individual： on the basis of leaf blade （upper bulbil） and on the lower part of petiole （lower bulbil）. To reveal the developmental characteristics of bulbil formation in P. cordata， morphological and anatomical observation were systematically used. Morphological observation showed that the whole development process of upper or lower bulbil could be divided three stages： no visible bulbil structure， primary bulbil formation under epidermis， growth and maturation of bulbil. Correspondingly， anatomical observation showed that the whole development process of upper or lower bulbil could be divided four stages： initial cell formation， bulbil promodia formation， differentiation of bulbil， and bulbil growth continuously to maturation. The initial cell of bulbil was derived or dedifferentiated from the parenchyma cell which was located in the adaxial side of young petiole. Initial cell formation was not visible. Continuously division of the initial parenchyma cell resulted in the formation of bulbil primodium， which was a group of undifferentiated cell. The primordium continuously growth and then differentiated to form the shoot apical meristem （SAM）， which was the infant bulbil on the adaxial side. Bulbil promodium formation and early primodium differentiation could be visible with white dot structure on petiole. Subsequently， differentiated bulbil growth and lateral scale leaf differentiation continuously characterized the bulbil growth stage. Bulbil growth terminated with the leaf senescence. The average diameter of maturated upper bulbil on blade and lower bulbil on petiole were （2.79 ± 0.40） mm and （2.69 ± 0.36） mm， respectively. The maturated bulbils generally were gray and ellipsoidal， and shaped with various number of external scale leaf. The inner cells of maturated bulbil contained lots of nutrients （storage）. The germination rate of bulbils was up to 75% in soil culture. Morphological and anatomical observation results indicate that the development of bulbils in P. cordata is the same in P. ternata， and the development of bulbil in P. cordata is an effective reproduction strategy just like in P. ternata.

Key words： bulbil， development process， morphological characteristis， anatomical structure， Pinellia cordata

滴水珠（Pinellia cordata）是中國特有的一種天南星科（Araceae）半夏屬植物，主要分布于浙江、廣西等地（俞德浚，1979），在林下溪旁、潮濕草地及巖石邊等自然環境中生長。其塊莖主治毒蛇咬傷（田莎莎等，2013），在臨床上常用于腫瘤病人的消腫止痛（宋立人，2001），合成的凝集素顯示出明顯的抗蟲性（Lin et al，2008）。據報道其塊莖含多種氨基酸（徐照輝等，2004），生物堿以及具有明顯降低血清膽固醇功效的β-谷甾醇等物質（樓之岑和秦波，2003），塊莖生品和炮制品中可分離得到6種不同的化合物（王琦等，2009），包含具有抑制霍亂弧菌、抗腫瘤等作用的吲哚類生物堿Neoechinulin A。

植物的珠芽，又叫零余子、小塊莖、鱗莖等（謝得镕等，1994；龍雯虹和郭華春，2006），因貯藏豐富的營養物質，形態肥大，可食用，含有多種營養及藥用成分，許多藥用植物珠芽都因此可入藥，包括《中華藥典》中記載的半夏珠芽。目前已有學者對幾種不同植物珠芽發育的形態結構進行了研究，包括薯蕷屬（山藥）（Murty & Purnima，1983；謝德镕等，1993；張儀等，1994）、淡黃花百合（李騰等，2012）、Titanotrichum （Gesneriaceae）（Wang & Cronk，2003）、四種Allium （Amaryllidacease）的珠芽比較（Choi et al，2011）、半夏珠芽（羅睿等，2014）等。在自然條件下，半夏屬植物多為一葉零珠芽或一葉一珠芽，而滴水珠比較獨特，一葉兩珠芽。目前對滴水珠珠芽的研究很少，有關珠芽的發育過程尚不明確。因此，該文通過觀察滴水珠珠芽發育的形態解剖結構特征，深入了解滴水珠珠芽結構，分析討論與其他植物珠芽發育過程的異同，可為進一步研究滴水珠珠芽發育的分子機制提供參考，并為滴水珠的生產和臨床用藥以及資源開發利用提供理論依據。

1 材料與方法

滴水珠植株采集于浙江省溫州市永嘉縣，盆栽種植于貴州大學植物生理實驗室備用。從種下塊莖開始，每天定時觀察塊莖萌發出土及植株生長狀況，并取不同發育時期珠芽的葉柄段（約1 cm）和葉片基部材料，蒸餾水沖洗后，放入裝有FAA固定液的青霉素瓶中，真空泵抽氣30～60 min后，加蓋固定24 h以上。采用番紅-固綠染色法進行染色，并用中性樹膠封片，在光學顯微鏡OLMPUS BX 53下觀察結構并用顯微鏡自帶的拍照系統采集圖片。

2 結果與分析

2.1 滴水珠珠芽的形態發育特征

滴水珠塊莖在3月中旬（依據每年具體氣溫變化） 氣溫回升到15 ℃以上時開始恢復活動， 塊莖上部的頂芽中幼葉生長突破表皮，頂芽基部產生不定根（圖1：a）。蜷曲的葉在3月底4月初出土，其葉柄靠近土壤表面處可觀察到透光率較低的部位（圖1：b），此時撥開蜷曲的葉片，未發現珠芽的形成（圖2：a）。葉柄透光率較低的部位在3～7 d后慢慢成深于葉柄顏色的點狀結構（圖1：c），而此時的葉片已展開，未觀察到葉片基部有珠芽形成。經過一周的生長，葉柄處點狀結構變成淺綠色凸起狀結構（圖1：d），此時葉片基部出現白色點狀結構（圖2：b）。葉柄處凸起結構在經過7 d左右生長可轉變為早期珠芽結構（圖1：e），而葉片基部珠芽由白色變化為綠色點狀結構（圖2：c），且發育成早期珠芽結構（圖2：d）。葉柄處早期凸起珠芽結構在8 d左右開始突破單側表皮結構并形成頂端生長點（圖1：f， g），此時葉片基部珠芽逐漸膨大（圖2：e），且有頂部生長點形成，顏色有淺綠色變成深綠色斑點狀（圖2：f）。葉柄珠芽經歷14 d左右時間完全突破葉柄表皮，成為深綠色斑狀結構珠芽（圖1：h），測得其珠芽平均直徑為（1.85±0.22）mm；而葉片珠芽迅速膨大，顏色變成深綠色，形狀為上尖下圓狀，有鱗片狀包被結構形成（圖2：g， h），測得其珠芽平均直徑為（1.80±0.23）mm；葉柄珠芽經過14 d左右，逐漸成熟，珠芽外表皮變成灰色鱗片狀結構形成（圖1：i， j），測得其珠芽平均直徑為（2.79 ± 0.40）mm；葉片處珠芽外表皮也由深綠色變成灰色，測得其珠芽平均直徑為（2.69 ± 0.36）mm，逐漸成熟（圖2：i-k）。葉柄和葉片珠芽在經歷一到兩個月時間的生長，繼續發育直至成熟（圖1：k；圖2：l），珠芽脫落后，遇土可直接萌發形成新的植株（圖1：l）。

2.2 珠芽不同發育時期的解剖結構

滴水珠剛出土未見任何珠芽跡象時，對葉柄進行橫切，發現其構成成分包括規則的外表皮細胞、薄壁細胞組織、環狀維管束等。表皮細胞會逐漸分化形成角質細胞，最外圈維管束外圍部分薄壁細胞的細胞壁進行不均勻的增厚成為葉柄的主要組織，即厚角組織，導致葉柄表面形成凸起（圖3：A， B）。肉眼可見葉柄內透光率較低的部位（圖1：b）轉變為肉眼可見時期（圖1：c），解剖學觀察發現，表皮下的維管束外圍薄壁細胞（圖3：C）為珠芽原基啟動細胞，隨后進行垂周分裂和平周分裂增加細胞數形成細胞團；表皮下細胞同其下的薄壁細胞間存在明顯的間隙，隨后發育成為表皮衍生結構，而間隙內部的薄壁細胞會發育形成珠芽原基的表皮細胞（圖3：C-F）。形態學上的珠芽凸起階段（圖1：d， e），解剖學觀察表明：珠芽原基處細胞濃密，生長過程中細胞層數不斷增加，最終突破表皮衍生結構的包圍（圖3：G， H），并且原基突出部分有生長點生成，間隙外圍較大的細胞最后會發育成珠芽的鱗片結構（圖3：H）。形態學上的珠芽逐漸突破葉柄表皮時期（圖1：f-h），解剖學觀察表明：珠芽原基內部生長點形成頂端分生組織，頂端分生組織逐漸分化形成1～2片鱗片葉以及葉原基（圖3：I）；隨著珠芽原基膨大，體積不斷增大（圖3：J）。葉片衰老（倒苗）時期的珠芽（圖1：k），其切片結果顯示：珠芽頂端有一團原生質很濃的細胞，為芽生長錐（圖3：K），珠芽具備芽的特征，基內具有3～4幼葉及托葉梢結構（圖3：L），含有大量的貯藏物。

滴水珠塊莖萌發出土后，肉眼觀察卷葉期葉片基部無白點形成（圖2：a），取材進行切片觀察發現：與葉片相連的葉柄內部7～9層細胞處為珠芽原基啟動細胞，相較于周邊細胞較小且分布密集（圖4：A），表皮下的細胞層數增加，逐漸分裂形成細胞團（圖4：B），細胞團中細胞分布密集，細胞質濃密，形成珠芽原基（圖4：C）。當在葉片基部肉眼觀察到白點向綠點發展時（圖2：b），解剖觀察發現，珠芽原基逐漸發育，體積增大，凸出葉基部（圖4：D），內部逐步形成維管組織，頂端部分細胞小且濃密，分布密集（圖4：E， F）。珠芽慢慢膨大形成橢球型結構時（圖2：d），切片觀察知，珠芽在膨大發育過程中，外圍1～3層較大的細胞后期會發育形成鱗片結構，其頂端細胞分布密集且體積小（圖4：G），隨后發育形成頂端分生組織（圖4：H），并分化形成鱗片葉和葉原基（圖4：I）。隨葉片衰老珠芽衰落（圖2：i），切片發現珠芽具備芽的特征，基內具有3～4幼葉及托葉梢結構（圖4：J），外圍的薄壁細胞相對較大，細胞空隙較大（圖4：K），珠芽內部薄壁細胞組織含有大量的營養物質（圖4：L）。

3 討論與結論

滴水珠珠芽發育位置在葉片基部和葉柄下部，與半夏僅在葉柄下部發育不同，但其發育過程在形態上可分為葉柄無現象、早期珠芽結構分化和珠芽膨大成熟三個時期，在相應的解剖學上可分為珠芽原基啟動期和形成期、原基分化期和膨大成熟期四個階段，其發育過程與半夏珠芽發育類似（羅睿等，2014）。滴水珠珠芽也是一種營養芽性質的克隆繁殖結構，不具有胚結構，成熟珠芽內部含有大量晶體、淀粉等內含物（晏升祿等，2012；羅睿等，2014）。

滴水珠在葉柄下部和葉片基部均有珠芽形成，葉柄處的成熟珠芽與葉片處珠芽大小相近，而與半夏相比，會發現其成熟珠芽平均直徑是半夏珠芽（0.72 ± 0.14）cm（孫瑩瑩，2016）的三分之一。這顯示半夏珠芽繁殖趨向于k選擇，而滴水珠珠芽繁殖更趨向于r選擇。觀察滴水珠發現，當年生珠芽在環境適宜條件下，遇土即萌發，且萌發率高達75%，可見滴水珠在一定程度上也可以稱之為雜草型中草藥。這點不同于山藥零余子（龍雯虹等，2011），有明顯的休眠期，萌發需打破休眠期，滴水珠珠芽從成熟到萌發無明顯的休眠特征，在散生條件下可有效擴大自然種群，大大增加無性繁殖的成功率。

滴水珠葉片和葉柄珠芽原基均起源于葉柄維管束外圍的薄壁細胞，珠芽發育過程分為四個時期，與半夏葉柄珠芽發育過程類似，但滴水珠葉柄珠芽在形態上為凸起結構時，觀察內部結構發現已分化出頂芽，與山藥珠芽發育相類似（謝德镕等，1993；張儀等，1994）；珠芽成熟期觀察結構，發現其上部有托葉及托葉鞘結構，內部含生長錐，下部薄壁細胞含有大量的營養物質，與較強貯藏功能有關，與珠芽蓼珠芽解剖結構類似（李有忠和沈頌東，1996）。滴水珠葉柄處珠芽結構發育過程對應各時期的形態特征為形態結構無變化、透明到淡綠色點狀、凸起珠芽、膨大突破表皮、珠芽成熟脫落到珠芽萌發，葉片珠芽發育過程形態特征為形態結構無變化、白色到綠色點狀、早期凸起珠芽結構、珠芽膨大、珠芽成熟脫落到珠芽萌發，與半夏的珠芽形態特征相類似。珠芽與淡黃花百合珠芽（李騰等，2012）一樣，有明顯的成熟期，會在外力作用下脫落。

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