唐立紅，李世巍，劉任鑫，彭曉良

（赤峰學(xué)院 生命科學(xué)學(xué)院，內(nèi)蒙古 赤峰 024000）

蒙東地區(qū)高粱新品種葉片解剖結(jié)構(gòu)與抗寒性關(guān)系的研究

唐立紅，李世巍，劉任鑫，彭曉良

（赤峰學(xué)院 生命科學(xué)學(xué)院，內(nèi)蒙古 赤峰 024000）

在前人遺傳育種、生理生化研究的基礎(chǔ)上，以蒙東地區(qū)峰雜2號(hào)、吉雜130、赤雜16號(hào)、赤雜24號(hào)及赤雜851五個(gè)高粱新品種為試材，采用石蠟切片法，對(duì)葉片的表皮、角質(zhì)層、葉肉、泡狀細(xì)胞、木質(zhì)部、導(dǎo)管、韌皮部、維管束鞘等結(jié)構(gòu)進(jìn)行觀察、對(duì)比及分析，探究不同品種高粱葉片結(jié)構(gòu)與抗寒性的關(guān)系.結(jié)果顯示：導(dǎo)管直徑、韌皮部厚度、維管束鞘厚度與抗寒性無關(guān)聯(lián)，木質(zhì)部厚度和葉肉厚度與抗寒性無明顯關(guān)聯(lián)，表皮細(xì)胞厚度、角質(zhì)層厚度、泡狀細(xì)胞厚度與抗寒性呈正相關(guān)聯(lián)，可以作為高梁抗寒品種篩選的參考指標(biāo).

高粱；品種；抗寒性；葉片解剖結(jié)構(gòu)

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(xué)特性.吉林省農(nóng)業(yè)科學(xué)研究院、赤峰農(nóng)業(yè)科學(xué)研究院及赤峰市敖漢旗農(nóng)業(yè)科學(xué)研究所，1993至2006年期間根據(jù)內(nèi)蒙古東部地區(qū)的氣候、季節(jié)特點(diǎn)及地理特征，試驗(yàn)培育出赤雜16號(hào)、赤雜851、赤雜24號(hào)、峰雜2號(hào)、吉雜130五個(gè)高粱新品種，近幾年在黑龍江省第Ⅰ積溫帶，內(nèi)蒙古的赤峰、通遼，吉林省的松原、白城等地區(qū)大面積種植，抗性及增產(chǎn)效果明顯[1-5].本試驗(yàn)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(chǔ)上對(duì)五個(gè)高粱品種葉片解剖結(jié)構(gòu)進(jìn)行觀察比較，明確不同高粱品種葉片解剖結(jié)構(gòu)的特征與差異，探究表皮細(xì)胞、角質(zhì)層、葉肉、泡狀細(xì)胞、木質(zhì)部、韌皮部、導(dǎo)管、維管束鞘等結(jié)構(gòu)與抗寒、抗旱的關(guān)系，，旨在為高粱品種的抗寒引種及推廣栽培提供依據(jù).

1 材料與方法

1.1 材料

供試材料的種子源于赤峰農(nóng)業(yè)科學(xué)研究院，種植于赤峰學(xué)院生命科學(xué)學(xué)院實(shí)驗(yàn)室內(nèi).選取生長狀況良好、未抽穗的赤雜16號(hào)、赤雜851、赤雜24號(hào)、峰雜2號(hào)、吉雜130五個(gè)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(jìn)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(jī)（YD-6D，金華市益迪醫(yī)療設(shè)備有限公司）包埋，石蠟切片機(jī)（HM325，德國MICROM）切片，切片厚度為10μm，番紅-固綠對(duì)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(xiàng)觀測指標(biāo)用顯微鏡測微尺測量，每個(gè)指標(biāo)重復(fù)測量10次，記錄數(shù)據(jù)；用SPSS 19軟件對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行方差分析.

2 結(jié)果與分析

2.1 五個(gè)品種高粱葉片結(jié)構(gòu)的基本特征

五個(gè)品種高粱葉片解剖結(jié)構(gòu)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(xì)胞，細(xì)胞排列整齊緊密；表皮外具有角質(zhì)層，顯微鏡下呈透明色；維管束間的上表皮分布有泡狀細(xì)胞.葉肉細(xì)胞形狀較規(guī)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(nèi)，木質(zhì)部在內(nèi)方，韌皮部在外方；韌皮部細(xì)胞較小，橫切面近圓形；木質(zhì)部與韌皮部之間沒有形成層的分化，為有限維管束；每個(gè)維管束的外側(cè)有1層維管束鞘包圍，細(xì)胞較大，排列緊密整齊.

2.2 五個(gè)品種高粱葉片結(jié)構(gòu)特征比較

五個(gè)品種高粱葉片的基本結(jié)構(gòu)雖然相同，但各品種的表皮細(xì)胞厚度、角質(zhì)層厚度、葉肉厚度、韌皮部厚度、木質(zhì)部厚度、導(dǎo)管直徑、維管束鞘厚度、泡狀細(xì)胞厚度均存在一定的差異.對(duì)觀測指標(biāo)數(shù)據(jù)進(jìn)行方差分析，結(jié)果顯示：除韌皮部厚度、維管束鞘厚度、導(dǎo)管直徑差異不顯著外，其余觀測指標(biāo)均表現(xiàn)為顯著性差異（表1）.

表1 五個(gè)高粱品種葉片觀測指標(biāo)數(shù)據(jù)

對(duì)差異顯著的7項(xiàng)觀測指標(biāo)做進(jìn)一步分析：五個(gè)品種高梁葉片的上表皮細(xì)胞均比下表皮細(xì)胞厚，上表皮細(xì)胞厚度、下表皮細(xì)胞厚度、總表皮細(xì)胞厚度、角質(zhì)層厚度、泡狀細(xì)胞厚度數(shù)值排序均為赤雜851最大，峰雜2號(hào)最小，吉雜130、赤雜24號(hào)和赤雜16號(hào)居中；木質(zhì)部厚度表現(xiàn)為:吉雜130＞赤雜24＞峰雜2號(hào)＞赤雜16號(hào)＞赤雜851；葉肉厚度由大到小依次為吉雜130、峰雜2號(hào)、赤雜24號(hào)、赤雜851、赤雜16號(hào)，此兩項(xiàng)觀測數(shù)值均呈不規(guī)則排序狀態(tài)（表1、圖1）.

圖1 五個(gè)品種高粱葉片橫切結(jié)構(gòu)

3 結(jié)論與討論

基因決定生物個(gè)體的表型，但是環(huán)境條件也在一定程度上影響著生物個(gè)體的表型[6].植物執(zhí)行代謝功能的主要器官是葉片，植物對(duì)其生長環(huán)境的適應(yīng)性，能夠依據(jù)植物葉片的結(jié)構(gòu)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(dòng)積溫區(qū)域種植，峰雜2號(hào)適宜種植的地區(qū)為≥10℃活動(dòng)積溫為3100℃以上，赤雜16號(hào)適宜在積溫為2900—3100℃的地區(qū)種植，赤雜24號(hào)適宜種植的地區(qū)是≥10℃積溫為2700—2900℃的地區(qū)，吉雜130適宜在≥10℃活動(dòng)積溫為2450-2550℃的地區(qū)種植.五個(gè)高粱品種的抗寒性為：赤雜851最大，峰雜2號(hào)最小，吉雜130、赤雜24號(hào)、赤雜16號(hào)居中[1-5].

本試驗(yàn)研究顯示：五個(gè)品種高梁的韌皮部厚度、維管束鞘厚度、導(dǎo)管直徑三項(xiàng)觀測指標(biāo)不存在顯著差異，表明與抗寒性無直接關(guān)聯(lián).木質(zhì)部厚度、葉肉厚度兩項(xiàng)指標(biāo)大小依次為：吉雜130＞赤雜24＞峰雜2號(hào)＞赤雜16號(hào)＞赤雜851，吉雜130＞峰雜2號(hào)＞赤雜24號(hào)＞赤雜851＞赤雜16號(hào)，均呈不規(guī)則排序狀態(tài)，與前人的研究結(jié)論無趨同性，表現(xiàn)出與抗寒性無明顯關(guān)聯(lián)；總表皮細(xì)胞厚度、角質(zhì)層厚度、泡狀細(xì)胞厚度三項(xiàng)指標(biāo)排序均為：赤雜851最大，峰雜2號(hào)最小，吉雜130、赤雜24號(hào)和赤雜16號(hào)居中，與前人研究結(jié)果一致，顯示出與抗寒性呈正相關(guān)的關(guān)聯(lián)趨勢.

研究已表明，受到低溫脅迫的植物體，細(xì)胞膜脂由液晶相變?yōu)槟z相，導(dǎo)致膜收縮，甚至?xí)旋斄鸦蚩椎?驟然降溫會(huì)使細(xì)胞內(nèi)溶質(zhì)過冷，細(xì)胞結(jié)冰，對(duì)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(kuò)散速率，另一方面增大細(xì)胞質(zhì)黏性，水分不易通過細(xì)胞質(zhì)，導(dǎo)致根系吸水速率降低[8-10]，進(jìn)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(hù)作用，可減少低溫、干旱以及微生物等對(duì)葉片內(nèi)部組織的傷害[11].所以在低溫、干旱的環(huán)境中，表皮越厚越有利于植物的生長.泡狀細(xì)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(dāng)植物遭遇低溫、干旱時(shí)，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(duì)植物的影響[12].故泡狀細(xì)胞越大，抗寒、抗旱性越強(qiáng).角質(zhì)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(zhì)層較強(qiáng)的折光率，可減少空氣在葉表面的流動(dòng)，阻止過度日曬引起植物損害，還可以保護(hù)植物避免細(xì)菌和真菌的侵害，降低病害的發(fā)生[13-14].故角質(zhì)層越厚，植物抗寒、抗旱性越強(qiáng).

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

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