李聰聰，鄭欣欣，潘 彪，石江濤，於朝廣

(1 南京林業(yè)大學(xué) 材料科學(xué)與工程學(xué)院，江蘇 南京 210037；2 江蘇省中國(guó)科學(xué)院植物研究所，江蘇 南京 210014)

樹(shù)皮是樹(shù)木的重要組成部分，樹(shù)皮由內(nèi)到外包括韌皮部、周皮和落皮層(脫落樹(shù)皮)。樹(shù)木次生韌皮部承擔(dān)著輸導(dǎo)和分配光合作用產(chǎn)物、合成與貯存有機(jī)物質(zhì)等生理功能，韌皮部中的篩胞是輸送植物生長(zhǎng)發(fā)育所必需的有機(jī)養(yǎng)分的主要渠道，對(duì)植物的生長(zhǎng)發(fā)育有極為重要的意義[1]。周皮是木栓形成層向內(nèi)分生栓內(nèi)層、向外分生木栓層所形成的次生組織，位于韌皮部最外側(cè)。木栓層的主要成分是木栓質(zhì)[2]，木栓質(zhì)是一種高分子雜聚物，通常沉積于木栓層的細(xì)胞壁。木栓層作為一種保護(hù)性屏障，不僅在控制根系水分及營(yíng)養(yǎng)元素的徑向運(yùn)輸中發(fā)揮著重要作用，而且能有效抵御病原菌和有毒氣體的入侵[3]，從而保護(hù)木材和韌皮部免受非生物和生物脅迫。周皮內(nèi)還存在生物堿、萜類(lèi)、酚類(lèi)等具有較高應(yīng)用價(jià)值的化合物和生物活性化合物[4]。新周皮形成后，隨著新老周皮間韌皮部細(xì)胞的死亡而形成厚度更大的脫落樹(shù)皮即落皮層[5]。落皮層的結(jié)構(gòu)和次生韌皮部中纖維的排列，將直接影響樹(shù)皮的表面形態(tài)、裂溝的深度、方向以及剝落類(lèi)型等[6]。

中山杉302(TaxodiumhybridZhongshanshan 302，T.distichum♀×T.mucronatum♂)是以落羽杉(T.distichum)為母本、墨西哥落羽杉(T.mucronatumTenore )為父本雜交選育的優(yōu)良無(wú)性系，于1987年通過(guò)江蘇省科技成果鑒定，2002年通過(guò)國(guó)家林業(yè)局林木品種審定[7]。目前，中山杉系列品種因兼具速生、耐水、耐鹽、抗風(fēng)和觀(guān)賞價(jià)值高等優(yōu)點(diǎn)，成為濕地造林、沿海防護(hù)林和城鄉(xiāng)綠化的熱點(diǎn)樹(shù)種，已在我國(guó)長(zhǎng)江流域及周邊省市大面積推廣栽植[8]。落羽杉為杉科落羽杉屬高大喬木，原產(chǎn)于北美及墨西哥，原生境為沼澤等低洼潮濕地帶，在美國(guó)被稱(chēng)為“永不腐朽之木”[9]，20世紀(jì)初引種到我國(guó)，由于其生長(zhǎng)快、材質(zhì)優(yōu)良、適應(yīng)性強(qiáng)、耐澇漬和土壤瘠薄，已成為我國(guó)平原湖區(qū)和丘陵山地重要的造林樹(shù)種和園林綠化植物[10]。目前，對(duì)中山杉品系的研究主要集中在抗逆性、耐澇性、育苗技術(shù)[11]以及木材的物理力學(xué)性能[12]、顯微構(gòu)造特征[13]等方面，關(guān)于其樹(shù)皮解剖構(gòu)造的相關(guān)研究尚不多見(jiàn)。為此，本研究分析了中山杉與母本樹(shù)皮的解剖構(gòu)造特征及新周皮的形成規(guī)律，以期為揭示其生長(zhǎng)發(fā)育過(guò)程提供理論依據(jù)，并為樹(shù)皮資源的高效利用提供參考。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

于南京市棲霞區(qū)八卦洲(30°10′N(xiāo)、118°49′E)同一片林地內(nèi)，選取25年生中山杉302及落羽杉作為取樣株，中山杉302胸徑為24.5 cm，落羽杉胸徑為26.4 cm。于2018年10月至翌年9月，在活立木上取一個(gè)完整生長(zhǎng)周期的樣品，其中2019年3-9月每2周取樣1次，其余時(shí)間1個(gè)月取樣1次。相鄰樣本之間的距離在水平方向上至少為10 cm，以避免傷口對(duì)下一次取樣部位組織的影響，取樣結(jié)束將試樣立即投入FAA固定液中。

1.2 試驗(yàn)方法

1.2.1 切片制作 將在FAA固定液中固定24 h的樣品，于蒸餾水中浸泡24 h后修成小塊，石蠟包埋[14]，然后用滑走切片機(jī)分別切取10 μm(用于光學(xué)顯微鏡觀(guān)察)和50 μm(用于掃描電鏡觀(guān)察)的切片備用。

1.2.2 顯微觀(guān)察及掃描電鏡觀(guān)察 將10 μm厚切片置于二甲苯中脫蠟、復(fù)水后，一部分放入質(zhì)量分?jǐn)?shù)1%的番紅溶液中染色2 h，置于光學(xué)顯微鏡下觀(guān)察韌皮部；另一部分放入質(zhì)量分?jǐn)?shù)0.1%的蘇丹7B溶液中染色4 h[15]，于光學(xué)顯微鏡下觀(guān)察木栓層；還有一部分未染色切片置于熒光顯微鏡下觀(guān)察細(xì)胞熒光現(xiàn)象，并用熒光圖片在Image J軟件中測(cè)量細(xì)胞組織比量。

將50 μm厚切片用酒精梯度脫水、正丁醇透明、自然風(fēng)干后，放入帶導(dǎo)電膠的樣品臺(tái)上，噴金100 s，在Quanta 200環(huán)境掃描電鏡下觀(guān)察。隨機(jī)測(cè)量 30 個(gè)細(xì)胞的長(zhǎng)度、寬度，結(jié)果取平均值。

1.2.3 細(xì)胞離析 將中山杉302和落羽杉試樣切成火柴棍大小，放入試管中加熱排出試材中的氣泡，再加入解離液(體積分?jǐn)?shù)95%冰醋酸和體積分?jǐn)?shù)30%雙氧水按體積比1∶1混合)，65 ℃加熱6 h至單個(gè)細(xì)胞完全解離，用蒸餾水將樣品沖洗至中性，加番紅試劑染色，振蕩試管，將試材條振蕩成懸浮液，取少量樣品于載玻片上，蓋上蓋玻片，觀(guān)察細(xì)胞。

2 結(jié)果與分析

2.1 中山杉302和落羽杉韌皮部的解剖構(gòu)造

中山杉302和落羽杉韌皮部均由軸向系統(tǒng)與徑向系統(tǒng)組成。軸向系統(tǒng)包括韌皮纖維、篩胞、韌皮薄壁細(xì)胞，徑向系統(tǒng)由韌皮射線(xiàn)組成。韌皮部中具輸導(dǎo)功能的韌皮部和不具輸導(dǎo)功能的韌皮部之間界限不明顯，具輸導(dǎo)功能的韌皮部，各細(xì)胞排列規(guī)則；不具輸導(dǎo)功能的韌皮部，薄壁細(xì)胞膨大，部分篩胞被薄壁細(xì)胞擠壓變形，韌皮纖維形態(tài)完整，韌皮射線(xiàn)略有膨大。

中山杉302次生韌皮部徑向?qū)挾葹?2.80±0.364) mm，韌皮部各細(xì)胞呈切向帶交錯(cuò)排列，若以“PF”表示韌皮纖維、“Se”表示篩胞，“PP”表示薄壁細(xì)胞，則細(xì)胞排列多數(shù)為“PF-Se-PP-Se-PF”和“PF-Se-PP-Se-PP-Se-PF”，少數(shù)為“PF-Se-PP-Se-PP-Se-PP-Se-PF”，偶見(jiàn)“PF-Se-PP-Se-PP-Se-PP-Se-PP-Se-PF”(圖1-A)。

韌皮纖維的組織比量為16.12%，其橫切面為扁平狀厚壁細(xì)胞，在熒光顯微鏡下有自發(fā)熒光，細(xì)胞形態(tài)在徑向有增大趨勢(shì)，其在韌皮部中部的徑向?qū)挾葹?8.70±0.58) μm，在靠近周皮處徑向?qū)挾葹?10.83±0.73) μm，在落皮層內(nèi)韌皮纖維仍保持完整形態(tài)，徑向?qū)挾葹?11.54±0.86) μm。篩胞呈內(nèi)部中空狀，側(cè)壁有圓形篩域(圖1-B)，篩域直徑為(13.36±0.93) μm，圓形篩域上存在許多篩孔。篩胞在徑向的變化較大，在靠近形成層處呈矩形；在不具輸導(dǎo)功能的韌皮部，部分篩胞被擠壓變形，有些篩胞被膨大的韌皮部薄壁細(xì)胞擠到完全看不到腔；在落皮層內(nèi)，篩胞徑向?qū)挾然謴?fù)為(10.46±1.45) μm。韌皮薄壁細(xì)胞內(nèi)部常充滿(mǎn)棕色樹(shù)脂，薄壁細(xì)胞在徑向的變化也較大，在靠近形成層處呈扁平狀，徑向?qū)挾葹?13.88±0.80) μm；在韌皮部中部呈圓形或橢圓形，徑向?qū)挾葹?30.86±2.09) μm；在靠近周皮處薄壁細(xì)胞膨大，徑向?qū)挾扰虼鬄?34.60±1.76) μm；在落皮層內(nèi)，韌皮部薄壁細(xì)胞徑向?qū)挾冉禐?3.00±0.32) μm。

落羽杉次生韌皮部徑向?qū)挾葹?2.34±0.30) mm，細(xì)胞組成類(lèi)型與中山杉302相同，細(xì)胞排列方式多數(shù)為“PF-Se-PP-Se-PF”，少數(shù)為“PF-Se-PP-Se-PP-Se-PF”(圖1-C)。韌皮部各細(xì)胞形態(tài)在徑向的變化與中山杉302相同。韌皮纖維的組織比量為18.17%，其厚度在徑向也有增大趨勢(shì)，在靠近形成層處徑向?qū)挾葹?9.65±0.83) μm，在韌皮部中部徑向?qū)挾葹?10.69±0.80) μm，在落皮層內(nèi)韌皮纖維仍保持完整形態(tài)，徑向?qū)挾葹?10.73±1.13) μm。篩胞呈內(nèi)部中空狀，側(cè)壁也有圓形篩域(圖1-D)，篩域直徑為(13.79±0.77) μm。篩胞在靠近形成層處呈矩形；在不具輸導(dǎo)功能的韌皮部，有些篩胞被膨大的韌皮部薄壁細(xì)胞擠到完全看不到腔；在落皮層內(nèi)，篩胞徑向?qū)挾然謴?fù)為(12.45±1.50) μm。韌皮薄壁細(xì)胞在靠近形成層處呈扁平狀，徑向?qū)挾葹?12.37±1.51) μm；在不具輸導(dǎo)功能的韌皮部，徑向?qū)挾葹?30.59±4.92) μm；在落皮層內(nèi)，韌皮部薄壁細(xì)胞被壓潰，幾乎看不到細(xì)胞腔，細(xì)胞徑向?qū)挾葴p少為(2.23±0.07) μm。

綜上可知，中山杉302與落羽杉韌皮部細(xì)胞組成及細(xì)胞形態(tài)在徑向的變化相同，主要細(xì)胞排列方式均為“PF-Se-PP-Se-PF”，差別主要是中山杉302還存在“PF-Se-PP-Se-PP-Se-PP-Se-PF”和“PF-Se-PP-Se-PP-Se-PP-Se-PP-Se-PF” 2種細(xì)胞排列方式。

2.2 中山杉302和落羽杉周皮的解剖構(gòu)造

中山杉302和落羽杉的周皮均是由木栓層、木栓形成層、栓內(nèi)層組成的一種復(fù)合的次生保護(hù)組織，位于韌皮部最外側(cè)，與韌皮部共同組成樹(shù)皮。中山杉302周皮平均厚度為(46.52±4.84) μm(圖2-A)，落羽杉周皮平均厚度為(41.17±3.78) μm(圖2-B)。

A.中山杉302周皮解剖構(gòu)造特征顯微圖片；B.落羽杉周皮解剖構(gòu)造特征顯微圖片；C.中山杉302周皮解剖構(gòu)造特征電鏡圖片；D.落羽杉周皮解剖構(gòu)造特征電鏡圖片；E.中山杉302周皮木栓層細(xì)胞解離圖片；F.落羽杉周皮木栓層細(xì)胞解離圖片

木栓形成層在橫切面上為單層扁平狀細(xì)胞，細(xì)胞大小均勻一致，無(wú)胞間隙。中山杉302木栓形成層細(xì)胞弦向?qū)挾葹?19.38±0.77) μm，徑向?qū)挾葹?5.84±0.68) μm；落羽杉木栓形成層弦向?qū)挾葹?17.05±1.34) μm，徑向?qū)挾葹?7.43±0.67) μm。

木栓層在橫切面上呈扁平狀，與木栓形成層平行排列，且排列緊密無(wú)胞間隙，木栓層細(xì)胞的細(xì)胞壁栓質(zhì)化，成熟木栓層細(xì)胞可見(jiàn)其栓質(zhì)化細(xì)胞壁的自發(fā)熒光，蘇丹7B也可將木栓層細(xì)胞的細(xì)胞壁木栓脂染成紅色。中山杉302木栓層細(xì)胞為2層(圖2-C)，平均厚度(17.05±1.31) μm，細(xì)胞弦向?qū)挾葹?21.18±2.36) μm，徑向?qū)挾?8.83±0.45) μm；落羽杉木栓層為2層(圖2-D)，平均厚度(13.64±0.96) μm，細(xì)胞弦向?qū)挾?18.54±0.91) μm，徑向?qū)挾?5.89±0.36) μm。將木栓層細(xì)胞解離后,觀(guān)察到木栓層細(xì)胞短小，有強(qiáng)熒光現(xiàn)象(圖2-E,F)。

栓內(nèi)層細(xì)胞是活細(xì)胞，細(xì)胞壁不會(huì)栓質(zhì)化，與木栓形成層細(xì)胞平行排列，細(xì)胞形態(tài)與木栓形成層相似。中山杉302栓內(nèi)層為1～2層，栓內(nèi)層細(xì)胞弦向?qū)挾葹?23.78±1.69) μm，徑向?qū)挾葹?8.75±0.68) μm；落羽杉栓內(nèi)層細(xì)胞1～2層，栓內(nèi)層細(xì)胞弦向?qū)挾葹?20.23±0.96) μm，徑向?qū)挾葹?8.83±0.46) μm。

2.3 中山杉302和落羽杉新周皮的產(chǎn)生

樹(shù)種不同則周皮產(chǎn)生的頻率不同，有的樹(shù)種年年產(chǎn)生周皮，有的樹(shù)種則多年產(chǎn)生一次新的周皮；產(chǎn)生時(shí)間在各個(gè)樹(shù)種中也不相同[16]。對(duì)25年生中山杉302和落羽杉韌皮部的周皮形成情況進(jìn)行連續(xù)觀(guān)察，結(jié)果如圖3所示。

A.中山杉302在8月中旬韌皮部薄壁細(xì)胞出現(xiàn)脫分化；B.中山杉302 8月底新生周皮的顯微圖片；C.中山杉302新生周皮成熟木栓層熒光顯微圖片；D.中山杉302新生周皮電鏡圖片；E.落羽杉在7月中旬韌皮部薄壁細(xì)胞出現(xiàn)脫分化；F.落羽杉7月底形成新生周皮解剖顯微圖片；G.落羽杉新生周皮成熟木栓層熒光顯微圖片；H.落羽杉新生周皮電鏡圖片；紅色圈示薄壁細(xì)胞脫分化，紅色箭頭示新生周皮，白色箭頭示上一年形成的周皮

中山杉302韌皮部中新生周皮年年產(chǎn)生，且形成時(shí)間為8月中下旬，形成位置在上一年周皮外(325.93±24.88) μm(5～10層韌皮纖維帶)處。8月中旬，在不具輸導(dǎo)功能的韌皮部可觀(guān)察到薄壁細(xì)胞體積較大，平均直徑為(16.14±1.31) μm，局部出現(xiàn)由大薄壁細(xì)胞脫分化成的較小細(xì)胞(圖3-A)；8月底，木栓形成層向外分生了2層木栓層細(xì)胞，向內(nèi)分生1～2層栓內(nèi)層細(xì)胞，蘇丹7B將木栓細(xì)胞壁的木栓脂染成紅色(圖3-B)，木栓脂大分子是木栓細(xì)胞細(xì)胞壁的主要成分，可使木栓層細(xì)胞具有屏障作用[17]，說(shuō)明8月底木栓脂已沉積在細(xì)胞壁上。同時(shí)期木栓細(xì)胞在熒光下有特殊自發(fā)熒光(圖3-C)。在掃描電鏡下可更清晰地觀(guān)察到木栓層的細(xì)胞形態(tài)(圖3-D)。木栓細(xì)胞分生完成后，由于細(xì)胞壁不透水，隔斷了外側(cè)薄壁細(xì)胞的水分和營(yíng)養(yǎng)供應(yīng)，將韌皮部同新生周皮外韌皮部及上一年形成的周皮割裂開(kāi)來(lái)[18]，加之維管形成層的周期性分裂，使樹(shù)干的直徑不斷增大，最初產(chǎn)生的周皮連同原來(lái)的木栓形成層一起死亡而形成落皮層并最終脫落[19]。

通過(guò)對(duì)25年生落羽杉韌皮部的連續(xù)觀(guān)察，可知落羽杉韌皮部中新生周皮也是每年產(chǎn)生，且周皮形成時(shí)間為7月中下旬。新生周皮形成于距樹(shù)皮外表面深度(631.79±10.11) μm(10～15層韌皮纖維帶)處。7月中旬，在不具輸導(dǎo)功能的韌皮部，同一弦向帶位置觀(guān)察到薄壁細(xì)胞體積較大，細(xì)胞直徑為(20.29±1.24) μm(圖3-E)；韌皮薄壁細(xì)胞在徑向脫分化為2～3層細(xì)胞，木栓形成層形成后向外分生木栓層，向內(nèi)分生栓內(nèi)層，周皮層數(shù)不斷增多。7月底觀(guān)察到有2層木栓層細(xì)胞及1～2層栓內(nèi)層形成，蘇丹7B將木栓細(xì)胞壁的木栓脂染成紅色(圖3-F)，在熒光下，可見(jiàn)栓質(zhì)化細(xì)胞壁的自發(fā)熒光(圖3-G)，掃描電鏡下可以觀(guān)察到新形成的周皮外側(cè)仍存在細(xì)胞形態(tài)完整的韌皮薄壁細(xì)胞和篩胞(圖3-H)。說(shuō)明周皮形成后，周皮外隔絕的細(xì)胞不會(huì)立刻死亡，但由于木栓層細(xì)胞的次生壁高度栓質(zhì)化，相對(duì)來(lái)說(shuō)水分不會(huì)滲透出去，因此栓外的組織最終會(huì)死亡。樹(shù)皮脫落后，剩余的木栓層與栓內(nèi)層將會(huì)成為韌皮部外側(cè)新的保護(hù)組織[20]。

粗大樹(shù)干外部組織不斷死亡剝落，樹(shù)皮不但未變薄而且在緩慢增厚，正是因?yàn)榫S管形成層向外形成韌皮部，以及木栓形成層不斷活動(dòng)形成新的周皮所致[21]。通過(guò)試驗(yàn)觀(guān)察得知，中山杉302與落羽杉周皮形成存在差異，首先是形成時(shí)間不同，中山杉302在8月中下旬形成完整的周皮結(jié)構(gòu)，而落羽杉在7月中下旬形成；其次是周皮形成位置不同，中山杉302新形成周皮距上一年周皮5～10層韌皮纖維帶，落羽杉新形成周皮距上一年周皮10～15層韌皮纖維帶。中山杉302新周皮產(chǎn)生時(shí)間晚于落羽杉，新形成的周皮距上一年周皮間的寬度小于落羽杉，這可能與中山杉302形成層活動(dòng)周期晚且一個(gè)活動(dòng)周期內(nèi)分生韌皮部細(xì)胞層數(shù)較少有關(guān)。

3 結(jié) 論

1)中山杉302與落羽杉樹(shù)皮從內(nèi)到外依次由次生韌皮部、周皮、落皮層(脫落樹(shù)皮)組成；次生韌皮部均由韌皮纖維、篩胞、薄壁細(xì)胞呈切向帶交錯(cuò)排列，但二者韌皮部細(xì)胞排列方式存在一定差異；周皮厚度均較薄，由1～2層栓內(nèi)層、1層木栓形成層和2層木栓層組成，二者細(xì)胞排列無(wú)明顯差異。

2)中山杉302與落羽杉周皮的形成規(guī)律既存在遺傳上的相似性又存在一定的差異。中山杉302和落羽杉每年均產(chǎn)生新的周皮，但產(chǎn)生的時(shí)間和位置均不相同。中山杉302周皮形成于每年8月中下旬，新形成的周皮距上一年周皮5～10層韌皮纖維帶，二者相距(325.93±24.88) μm；落羽杉周皮形成于每年7月中下旬，新形成周皮距上一年周皮10～15層韌皮纖維帶，距樹(shù)皮外表面深度為(631.79±10.11) μm。根據(jù)本研究結(jié)果，能夠預(yù)測(cè)中山杉302與落羽杉下一年周皮的發(fā)生時(shí)間與發(fā)生位置，可為樹(shù)皮綜合利用提供參考。