材料處理與切片方法對柑桔葉脈熒光顯微觀察的影響

牛 英，劉冰浩，范七君，陳傳武，婁兵海，蔣海蘭

(廣西柑桔育種與栽培工程技術研究中心/廣西特色作物研究院，廣西桂林,541004)

細胞是構成植物體的基本單位，也是植物體生命活動的基本單位，來源相同、結構相似、功能相同、彼此密切聯系的細胞群構成功能組織[1]。植物組織細胞形態隨植物種類[2-4]、生長環境[5-7]、逆境脅迫[8-10]等不同而異，因此植物組織細胞形態學觀察是植物系統分類、遺傳演化、抗逆反應等的主要研究方法之一。自然界中熒光現象極為普遍，許多物質被短波譜線照射后發出熒光，這種現象稱為物質的自發熒光現象；還有一些物質只有和某種熒光物質結合后才能激發出熒光，這種現象稱為物質的誘發熒光現象[11]。熒光顯微技術是利用特定波長的光照射被檢物體產生熒光進行檢測的顯微光學觀測技術。不同組織細胞理化性質不同，在不同波長的照射下會產生不同顏色或不同強弱的熒光，使用熒光顯微鏡可以觀察到植物組織、細胞在普通光學顯微鏡下無法呈現的一些特征，有助于更有效地進行觀察和鑒別[12-13]。

用于顯微觀察的切片方法一般為石蠟切片、冷凍切片和徒手切片3種。石蠟切片是顯微觀察的常規方法，但切片前的脫水、透明、滲蠟、包埋等處理過程復雜冗長[14-15]。冷凍切片不需要脫水、透明等步驟，具有快速、簡便、環保、易操作的特點[16-17]。與石蠟切片和冷凍切片相比，徒手切片顯微效果較差，但操作更為簡單，且不需要切片機等貴重儀器，可以很大程度上降低試驗條件，提高工作效率，減少工作量[18-19]。用于顯微觀察的植物材料一般為新鮮材料和固定材料兩種，新鮮材料多用于徒手切片和冷凍切片；固定材料多用于石蠟切片，部分研究中也用于冷凍切片[20-21]。但不同的材料處理和切片方法是否對植物組織細胞的熒光顯微觀察產生影響尚未見系統報道。

因此，本研究以柑桔葉脈為材料，觀察、比較新鮮材料和FAA固定液固定材料在徒手切片和冷凍切片條件下，組織細胞自發熒光和誘發熒光(苯胺藍染色)的顯微觀察特點，為柑桔及相似物種的組織細胞形態學熒光顯微觀察提供技術支持。

1 材料與方法

1.1 新鮮材料徒手切片熒光顯微觀察取當年生沙糖桔成熟葉片主脈中段0.5 mm左右，用雙面剃須刀片橫切成若干薄片，分別用3種方法進行熒光顯微觀察：(1)直接觀察，(2)用水浸潤后觀察；(3)0.1%苯胺藍染液染色5 min左右后觀察。

0.1%苯胺藍染液：稱取苯胺藍0.1g溶于100 mL 0.1 mol/L K3PO4溶液中，裝入棕色試劑瓶避光冷藏保存，下同。

熒光顯微觀察參數：顯微鏡(BX51，Olympus)，汞燈電源(BH2-RFL-T3，Olympus)，100 W高壓汞燈(USHIO USH-102D，Olympus)，數碼攝像頭(DP70，Olympus)，圖像采集軟件(Cellsens standard，Olympus)，紫外濾光片(NU，Olympus)，下同。

1.2 固定材料徒手切片熒光顯微觀察取當年生沙糖桔成熟葉片主脈中段0.5 mm左右，用FAA固定液固定。固定好的材料，分別用50%乙醇、30%乙醇和蒸餾水各潤洗1次，每次30 min。處理好的材料用雙面剃須刀片橫切成若干薄片，切好的薄片分別用4種方法進行熒光顯微觀察：(1)直接觀察；(2)0.1 mol/L K3PO4或1 mol/L NaOH浸潤5 min左右后觀察；(3)0.1%苯胺藍染液染色5 min左右后觀察；(4)10% Na2SO3沸水浴20 min軟化后，用0.1%苯胺藍染液染色5 min左右后觀察。

1.3 新鮮材料冷凍切片熒光顯微觀察取當年生沙糖桔成熟葉片主脈中段0.5 mm左右，用徠卡CM1950冷凍切片機進行切片。得力液體膠為冷凍包埋劑，冷凍溫度為-11～-13 ℃，把材料包埋于自制的方形包埋盒內0.5～2 h，待冷凍包埋劑充分凝固后開始切片，切片厚度6 μm，于載玻片上用水展片，晾干。晾干后的切片分別用2種方法進行熒光顯微觀察：(1)直接觀察；(2)0.1%苯胺藍染液染色1 min左右后觀察。

1.4 固定材料冷凍切片熒光顯微觀察

取當年生沙糖桔成熟葉片主脈中段0.5 mm左右，用FAA固定液固定。固定好的材料，分別用50%乙醇、30%乙醇和蒸餾水各潤洗1次，每次30 min；再用10%蔗糖溶液浸潤過夜。冷凍切片方法同“1.3”。切片分別用3種方法進行熒光顯微觀察：(1)直接觀察；(2)0.1 mol/L K3PO4或1 mol/L NaOH浸潤1 min左右后觀察；(3)0.1%苯胺藍染液染色1 min左右后觀察。

2 結果與分析

2.1 新鮮材料徒手切片熒光顯微觀察(1)直接觀察：葉主脈各組織細胞清晰可見；木質部厚壁細胞呈較明亮的黃白綠色，韌皮部外圍厚壁纖維細胞呈灰藍色，韌皮部和皮層薄壁細胞呈淺的黃白綠色，表皮蠟質層呈較亮的白綠色(圖1上)。此方法優點是制片簡單，各組織細胞清晰可見；缺點是切片易失水收縮，需快速觀察拍照。

(2)水浸潤展片后觀察：木質部、韌皮部外圍厚壁細胞熒光亮度增強，輪廓清晰；薄壁細胞、韌皮部細胞熒光減弱，輪廊不清晰(圖1中)。此方法優點是有較充足的觀察時間；缺點是切片在濕潤狀態下薄壁細胞壁輪廓較暗、不清晰，待切片干燥時同樣容易失水收縮。

(3)0.1%苯胺藍染液染色5 min左右后觀察：各組織熒光強度整體增強，薄壁細胞呈亮黃綠色，韌皮部外圍厚壁纖維細胞呈亮白藍色；韌皮部篩管分子胼胝質沉淀呈白綠色亮點，但隨著苯胺藍溶液蒸發、切片變干時，胼胝質呈現的亮白綠色熒光點逐漸變暗，甚至消失(圖1 下)。此方法優點是各組織細胞輪廓更加明亮，有較充足的觀察時間；但切片較濕潤時，切片表面會產生氣泡，各組織輪廊不清晰，和方法(2)一樣需在切片自然干燥過程中尋找較佳的觀察狀態。

圖1 柑桔成熟葉片主脈中段新鮮材料徒手切片不同熒光顯微觀察方法比較

在條件允許的情況下，新鮮材料徒手切片熒光顯微觀察可以用來快速地觀測植物組織細胞形態發育狀況，且效果良好。

2.2 固定材料徒手切片熒光顯微觀察(1)直接觀察：葉主脈各組織輪廓較清晰；木質部、韌皮部外圍厚壁細胞呈藍色，清晰可見；其他組織細胞表面云霧狀，細胞壁輪廓不可見；切片上有不同程度的絮狀沉淀物遮擋(圖2 A1)。

(2)0.1 mol/L K3PO4或1 mol/L NaOH浸潤5 min左右后觀察：可有效溶解切片上的絮狀沉淀物，一定程度上提高切片的整體亮度，但不能改善整個切片的清晰度(圖2 A2-A3)。

(3)0.1%苯胺藍染液染色5 min左右后觀察：在去除切片上沉淀物的同時，整體提高切片的熒光亮度和木質部、韌皮部外圍厚壁細胞的清晰度(圖2 A4)。

(4)10% Na2SO3沸水浴20 min軟化后用0.1%苯胺藍染液染色5 min左右后觀察：Na2SO3沸水浴軟化處理不能溶解切片表面沉淀物(圖2 B1)，苯胺藍染色后效果與不經軟化的方法(3)基本一致，沒有明顯提高(圖2 B2)。

注：A1，直接觀察；A2，0.1 mol/L K3PO4浸潤后觀察；A3，1 mol/L NaOH 浸潤后觀察；A4，0.1%苯胺藍染液染色后觀察；B1，10% Na2SO3沸水浴后觀察；B2，10% Na2SO3沸水浴，0.1%苯胺藍染液染色后觀察。圖2 柑桔成熟葉片主脈中段FAA固定材料徒手切片不同熒光顯微觀察方法比較

固定材料徒手切片熒光顯微觀察不能細微觀測各組織細胞的結構，但可以用來觀測木質部、纖維組織細胞及各組織的大小比例等發育狀況；與新鮮材料徒手切片相比，試驗材料取材固定后，顯微觀測時間可以靈活安排。

2.3 新鮮材料冷凍切片熒光顯微觀察(1)直接觀察：葉主脈各組織細胞清晰可見；木質部、韌皮部外圍厚壁細胞呈明亮的白藍色，韌皮部和皮層薄壁細胞的細胞壁呈稍暗的黃白綠色，表皮蠟質層呈亮白色(圖3 A1-A2)。

(2)0.1%苯胺藍染液染色1 min左右后觀察：各組織熒光強度整體呈亮白綠色，韌皮部篩管分子胼胝質沉淀呈白綠色亮點(圖3 B1-B2)；同新鮮材料徒手切片一樣，隨著苯胺藍染液蒸發，切片變干時，各組織整體呈亮白藍色，胼胝質呈現的亮白綠色熒光點逐漸變暗、甚至消失(圖3 B3-B4)。

注：A1-A2，直接觀察；B1-B2，0.1%苯胺藍染液染色后濕潤狀態下觀察；B3-B4，0.1%苯胺藍染液染色后干燥狀態下觀察。圖3 柑桔成熟葉片主脈中段新鮮材料冷凍切片不同熒光顯微觀察方法比較

在條件允許的情況下，新鮮材料冷凍切片熒光顯微觀察可以用來觀測植物組織的細胞形態發育狀況，制好的切片可以在1周或者更長的時間進行反復觀測。根據試驗條件和試驗要求，方法(1)和(2)可以靈活選用。

2.4 固定材料冷凍切片熒光顯微觀察(1)直接觀察：葉主脈各組織細胞清晰可見；同固定材料徒手切片一樣，切片上有不同程度的絮狀沉淀物；與新鮮材料冷凍切片基本一致，整體熒光亮度比新鮮材料稍暗；木質部、韌皮部外圍厚壁細胞呈白藍色，皮層和韌皮部薄壁細胞呈稍暗的黃綠色(圖4 A)。

(2)0.1 mol/L K3PO4或1 mol/L NaOH浸潤1 min左右后觀察：可有效溶解切片上絮狀沉淀物，提高清晰度和完整度(圖4 B1-B2)。

(3)0.1%苯胺藍染液染色1 min左右后觀察：各組織熒光整體呈亮白綠色，韌皮部篩管分子胼胝質沉淀呈白綠色亮點(圖4 C1)；同新鮮材料一樣，隨著苯胺藍染液蒸發，切片變干時，各組織熒光強度整體呈亮白藍色，胼胝質呈現的亮白綠色熒光點逐漸變暗，切片徹底干燥后呈白色(圖4 C2-C3)。

注：A，直接觀察；B1-B2，0.1 mol/L K3PO4浸潤后觀察；C1，0.1%苯胺藍染液染色后濕潤狀態下觀察；>C2-C3，0.1%苯胺藍染液染色后干燥狀態下觀察。圖4 柑桔成熟葉片主脈中段FAA固定材料冷凍切片不同熒光顯微觀察方法比較

固定材料同新鮮材料的冷凍切片熒光顯微觀察效果基本一致，能細微觀測各組織細胞的結構，且試驗材料固定后，顯微觀測時間可以靈活安排，但操作程序要比新鮮材料復雜。根據試驗條件和試驗要求，方法(2)和方法(3)可以靈活選用。

3 討論

細胞壁中的木質、酚類化合物、角質、栓質、孢粉素等成分呈現自發熒光[11-22]。藏藥夏果貝的葉、莖熒光觀察顯示，木質部和中柱鞘纖維顯明顯的熒光，而薄壁細胞和韌皮部基本不顯熒光，無需染色即可方便快捷地找到莖葉的木質部和纖維群[13]；在黎族藥物大青莖粉末熒光顯微觀察中，晶纖維和木栓細胞明顯可見，結構層次感強，不同纖維發出的熒光和亮度不一樣，可為鑒別不同種類的生藥提供重要的方法[23]。本研究中，柑桔葉脈木質部和韌皮纖維的厚壁細胞及表皮細胞的蠟質層自發熒光強烈，薄壁細胞和韌皮部細胞熒光較弱，但也清晰可見。木質素是植物細胞次生壁的主要成分之一，木質部導管和韌皮纖維細胞為次生壁加厚的厚壁細胞，所以自發熒光強；而薄壁細胞次生壁薄，木質素等次生物質少，所以自發熒光弱。

在有機化合物中，能吸收光量子的化合物不是都能發射熒光的，但平常不能發射熒光的分子在特定條件下也可以發射熒光。pH值、溫度、激發光照射時間長短、熒光物質的濃度和相態、淬滅劑的加入、觀察時間等都影響熒光的強弱和有無[11]。本研究中，柑桔組織細胞的自發熒光顏色和強度隨著處理方法的不同和切片濕潤度的不同而有不同程度的改變，切片變干后各組織細胞壁更為明亮，薄壁細胞形態更為清晰，但厚壁纖維細胞由于熒光過于強烈難以觀察細胞形態。韌皮部篩管分子細胞壁上的胼胝質無自發熒光，經苯胺藍染色后呈現的亮白綠色熒光點，在濕潤狀態下隨著觀察時間延長熒光強度逐漸變弱，切片變干后熒光變為白色或者消失。因此，進行熒光觀測時，要根據觀測對象，確定較佳的穩定的觀測方法。

本研究中，在熒光顯微鏡下，新鮮材料的徒手切片可以清楚地看到細胞輪廓和組織結構，固定材料的徒手切片雖然不能看清所有組織的細胞輪廓，但可以很好地區分表皮、皮層、韌皮纖維、韌皮部、木質部、髓等基本的組織結構；新鮮材料和固定材料的冷凍切片細胞輪廓更加清晰，組織結構更加分明。然而，在普通光學顯微觀察條件下，徒手切片難以看清細胞輪廓和組織結構；未經染色的冷凍切片能清楚地看到細胞輪廓和組織結構，但不同組織細胞間沒有色差，難以區分木質部、韌皮部的厚壁細胞與薄壁細胞。與前人研究結果[13，23-24]一致，柑桔葉脈熒光顯微觀察同樣具有制片簡單、觀察視野潔凈、組織細胞結構層次感強等優點，可以根據不同的觀測需求，選擇不同的材料處理方式和切片方式。

本研究中發現，材料經FAA固定后，切片上會出現沉淀物，導致難以進行細胞形態的直接觀察，但經0.1%苯胺藍染液染色后，切片上的沉淀消失。進一步研究發現，固定材料經苯胺藍染液中的K3PO4緩沖液或NaOH溶液處理后沉淀也會消失，但經Na2SO3軟化處理后沉淀不消失。因此，用K3PO4溶液或NaOH溶液對固定材料進行浸潤處理，可以很好的去除沉淀，達到較佳的觀測效果。此方法尚未見相關報道，可以為其他植物固定材料的顯微觀察提供借鑒。