李鴻雁，李悅煊，扈 順，敦惠霞

百脈根（Lotus corniculatus）是多年生豆科植物，廣泛用于放牧、青貯、觀賞、制干草等，是優(yōu)良的蛋白質(zhì)飼草[1]，其株型多呈匍匐或半匍匐型，分枝眾多，覆蓋度好，根系發(fā)達，枝葉柔軟，營養(yǎng)豐富，適口性好，且其莖葉富含縮合單寧，能有效地降低牲畜臌脹病的發(fā)病率，是優(yōu)質(zhì)的飼草料[2-3]；百脈根能在高緯度及寒冷干旱地區(qū)生長且適應(yīng)性良好，是邊坡防護、水土保持的首選草種[4-5]。同時，百脈根種植管理簡單，種子自繁能力強，生長年限較長，是用于人工栽培草地和改良放牧草地首選的優(yōu)良牧草資源[6]。

干旱是影響植物生長發(fā)育的非生物脅迫。植物受到干旱脅迫，會影響植物正常生長和發(fā)育，主要體現(xiàn)在田間形態(tài)學、細胞代謝、生理生化代謝等方面的變化，嚴重時會導致植物死亡。在干旱、半干旱區(qū)培育抗旱性較強的牧草品種，既能適應(yīng)當?shù)氐淖匀粭l件，又能獲得較高的生態(tài)和經(jīng)濟價值[7-8]。莖是植物輸送水分和營養(yǎng)的主要器官，在干旱的情況下，其輸導組織、木質(zhì)化程度、表皮附屬結(jié)構(gòu)等為了適應(yīng)環(huán)境會發(fā)生變化。長期處于干旱環(huán)境中的植物會產(chǎn)生一定的特化而發(fā)展出具有獨特特征的軸器官，如發(fā)達的輸導組織、能貯存更多水分的髓、出現(xiàn)較多的束內(nèi)導管、維管束排列緊密、直徑變大等具有典型旱生特征的結(jié)構(gòu)[9-10]。本試驗通過對4 個百脈根品系莖解剖結(jié)構(gòu)特征的研究，探討百脈根莖結(jié)構(gòu)與抗旱性的關(guān)系，以期為選育抗性強的百脈根品種及其他豆科牧草的抗旱性鑒定提供理論依據(jù)。

1 材料和方法

1.1 試驗材料

4 個百脈根品系由中國農(nóng)業(yè)科學院草原研究所農(nóng)業(yè)農(nóng)村部沙爾沁牧草資源重點野外科學觀測試驗站和國家多年生牧草圃課題組經(jīng)過多年篩選獲得，分別用B1、B2、B3、B4 表示。前期經(jīng)過干旱脅迫試驗，測定其抗旱性有明顯差異。

1.2 方法

4 個百脈根品系各取試驗當年在盛花期萌發(fā)的枝條，在根頸向上0.5 cm 處采集0.5 cm 莖段，取30 個樣品。采用李正理[11]石蠟切片法，用清水沖洗后，分別進行FAA 固定—排氣與軟化—脫水—透明—浸蠟—包埋—切片—展片—烘干—脫蠟與番紅染色—透明與固綠染色—封片等，用Nikon 顯微鏡觀察并照相，Toupview 軟件測量。觀測指標為表皮細胞厚度、皮層細胞厚度、木質(zhì)部厚度、韌皮部厚度、髓直徑、莖面積、導管直徑和木質(zhì)部與韌皮部面積。

1.3 數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析

Microsoft Excel 2003 軟件處理數(shù)據(jù)，分別取8 個莖解剖形態(tài)結(jié)構(gòu)指標的30 個數(shù)據(jù)，取平均值，然后采用SAS 9.2 和SPSS 19.0 軟件進行方差分析、主成分分析和相關(guān)分析，隸屬函數(shù)法綜合評價其抗旱性。

隸屬函數(shù)值按下列公式

式中，U（Xi）為隸屬函數(shù)值；Xmax和Xmin為所有參試材料處理中某指標的最大值和最小值；Xi為各處理某指標測定值，計算平均值。

2 結(jié)果與分析

2.1 百脈根的莖結(jié)構(gòu)特征

由圖1 可知，4 個百脈根品系莖的解剖結(jié)構(gòu)基本無明顯差異，其橫切面結(jié)構(gòu)均由表皮、皮層和維管柱組成。表皮由一層細胞構(gòu)成，無細胞間隙，外壁角質(zhì)化莖在初生生長時，表皮在最外面，莖表皮厚度直接受環(huán)境影響。皮層由多層的薄壁細胞和厚壁細胞組成，大部分為薄壁細胞，在棱角處表皮下具有較發(fā)達的厚角組織；維管柱位于皮層之內(nèi)，包括維管束、髓和髓射線，維管束由韌皮部、木質(zhì)部和形成層組成，維管束間有髓射線，由薄壁細胞構(gòu)成；髓位于莖的中心部位，由大的薄壁細胞組成，有細胞間隙，具有貯藏功能。維管束分布于基本組織中，大小有差異，呈環(huán)狀分布排列，其中木質(zhì)部中的導管呈放射狀分布，木質(zhì)部和韌皮部有明顯的形成層帶，每一個維管束的外圍都有一層維管束鞘。

2.2 莖解剖性狀的方差分析

由表1 可知，莖解剖性狀變異系數(shù)最大的是木質(zhì)部與韌皮部面積，為99.26%，變異范圍804.25～57 255.53 μm2，其次為莖面積、導管直徑和木質(zhì)部厚度，變異系數(shù)分別為96.51%、77.45%和71.99%，變異范圍分別是31 415.93～1 197 908.88 μm2、2.56～6.23 μm和14.14～177.08 μm，變異系數(shù)最小的為韌皮部厚度，為53.51%，變異范圍0.02～0.23 μm；就莖解剖性狀而言，變異系數(shù)由大到小的排序為木質(zhì)部與韌皮部面積＞莖面積＞導管直徑＞木質(zhì)部厚度＞表皮細胞厚度＞皮層細胞厚度＞髓直徑＞韌皮部厚度。通過F值比較，發(fā)現(xiàn)8 個莖解剖性狀指標差異程度依次為髓直徑、木質(zhì)部與韌皮部面積、木質(zhì)部厚度、莖面積、導管直徑、表皮細胞厚度、皮層細胞厚度、韌皮部厚度。

2.3 莖解剖性狀的主成分分析

由表2 可知，前3 個主成分的特征值為5.089、1.219、1.032，累積貢獻率達到了91.743%，已經(jīng)超過85%，第一主成分、第二主成分和第三主成分的貢獻率分別為63.609%、15.235%、12.899%，說明4 個百脈根品系的前3 個主成分因子能概括8 個莖解剖性狀的主要信息。第一主成分中特征向量較大的性狀依次為木質(zhì)部厚度＞莖面積＞木質(zhì)部與韌皮部面積＞髓直徑，主要反映莖儲存水分和輸送水分能力的結(jié)構(gòu)。第二主成分中特征向量較大的性狀依次為導管直徑＞表皮細胞厚度，主要體現(xiàn)的是莖表皮和導管的特征結(jié)構(gòu)。第三主成分中特征向量較大的性狀分別為韌皮部厚度、皮層細胞厚度，這兩個特征主要與提高貯水能力有關(guān)。

2.4 莖解剖性狀間相關(guān)分析

由表3 可知，表皮細胞厚度與皮層細胞厚度、木質(zhì)部厚度、韌皮部厚度、髓直徑、莖面積、導管直徑呈極顯著正相關(guān)（P＜0.01），相關(guān)系數(shù)為0.477、0.578、0.181、0.494、0.479、0.332；皮層細胞厚度與木質(zhì)部厚度、韌皮部厚度、髓直徑、莖面積、導管直徑呈極顯著正相關(guān)（P＜0.01），相關(guān)系數(shù)分別為0.970、0.096、0.921、0.983、0.477；木質(zhì)部厚度與韌皮部厚度、髓直徑、莖面積、導管直徑呈極顯著正相關(guān)（P＜0.01），相關(guān)系數(shù)分別為0.121、0.929、0.964、0.578；韌皮部厚度與髓直徑、莖面積、導管直徑呈極顯著正相關(guān)（P＜0.01），相關(guān)系數(shù)分別為0.069、0.071、0.474；髓直徑與莖面積、導管直徑呈極顯著正相關(guān)（P＜0.01），相關(guān)系數(shù)分別為0.958、0.494；莖面積與導管直徑呈極顯著正相關(guān)（P＜0.01），相關(guān)系數(shù)為0.479；導管直徑和木質(zhì)部與韌皮部面積呈顯著正相關(guān)（P＜0.05），相關(guān)系數(shù)為0.181；其余解剖結(jié)構(gòu)參數(shù)間均未達到顯著水平。

表2 4 個百脈根品系莖解剖性狀主成分分析

表3 4 個百脈根品系莖解剖性狀間相關(guān)分析

2.5 抗旱隸屬函數(shù)

由表4 可知，隸屬函數(shù)分析能夠提高抗旱性鑒定的準確性。在8 個莖解剖性狀的指標中，4 個百脈根品系抗旱性的綜合分析表明，B1 表現(xiàn)出較強的抗旱性，抗旱性排序為B1＞B3＞B4＞B2。

表4 4 個百脈根品系莖解剖性狀抗旱隸屬函數(shù)值

3 討論與結(jié)論

莖對植物體地上部分起著支撐作用，也是植物運輸水分、養(yǎng)分的通道，對植物的貯水、保水、輸水能力具有重要作用[12]。外界環(huán)境影響植物生長的內(nèi)、外部形態(tài)，逐漸形成植物典型的旱生特征。這些旱生特征能使植物抵御環(huán)境水分脅迫，維持正常的生理生態(tài)機能[13]。百脈根是一種抗旱性較強的豆科植物，它的莖結(jié)構(gòu)在長期適應(yīng)環(huán)境過程中，形成了最佳的結(jié)構(gòu)。百脈根橫切面結(jié)構(gòu)由表皮、皮層和維管柱組成，表皮細胞間隙、外壁角質(zhì)化、皮層由多層的薄壁細胞（貯藏功能）和厚壁細胞（纖維、導管、管胞等）組成；研究表明植物表皮越厚，隔熱、保水、防損傷能力越強，抗旱能力越強。研究表明，莖的皮層較厚，能使植物的蒸騰作用降低，皮層中含有貯水細胞且排列緊密，這些特征都能提高植物的抗旱性，皮層厚度是反映植物抗旱能力的重要指標[14]。莖表面皮層蒸騰的自由水遇到阻力越大，保水能力越好[15]，抗旱性較強的植物中大多富含貯水細胞，且具有防失水結(jié)構(gòu)[16-17]，這些特征能提高植物在干旱環(huán)境下的保水能力[18-19]，由此可知，皮層厚度可以作為判斷植物抗旱能力的指標之一。從8 個莖解剖性狀抗旱隸屬函數(shù)綜合分析可知，4 個百脈根品系的抗旱性排序為B1＞B3＞B4＞B2，說明B1 的抗旱性較強。通過方差及主成分等分析，進一步說明B1 品系有較強適應(yīng)干旱環(huán)境的莖結(jié)構(gòu)，但是從單個指標評價其抗旱性，耐旱程度不一致，利用隸屬函數(shù)通過多指標進行綜合評價，可以提高百脈根抗旱鑒定的準確性。因此，選表皮細胞厚度、皮層細胞厚度、木質(zhì)部厚度、韌皮部厚度、髓直徑、莖面積、導管直徑和木質(zhì)部與韌皮部面積8 個典型性狀，應(yīng)用隸屬函數(shù)法綜合評價4 個百脈根品系抗旱能力，與通過葉片解剖結(jié)構(gòu)特征評價其抗旱性一致[20]。

百脈根莖的橫切面結(jié)構(gòu)均由表皮、皮層和維管柱組成。從表皮細胞厚度、皮層細胞厚度、木質(zhì)部厚度等8 個莖解剖性狀綜合分析可知，4 個百脈根的抗旱性的排序為B1＞B3＞B4＞B2；4 個百脈根的前3 個主成分因子能概括8 個莖解剖性狀變量的主要信息；各個性狀之間呈極顯著、顯著和未顯著相關(guān)（P＜0.01、P＜0.05、P＞0.05）。