呂佳峻 朱栗瓊 招禮軍 楊鳳蘭 陳惠昕 龍孟元

（廣西大學(xué)林學(xué)院 廣西南寧 530004）

米仔蘭（Aglaia odorata）是楝科（Meliaceae）米仔蘭屬（Aglaia）的小喬木、灌木，產(chǎn)于廣東、廣西，花黃色且芳香似蘭，不僅是優(yōu)良的觀(guān)賞樹(shù)種，還是改善血液循環(huán)、治療跌打損傷等疾病的傳統(tǒng)中藥材[1-3]。目前學(xué)者們對(duì)于米仔蘭的研究有扦插繁殖、葉綠體基因組序列、化合物的除草和抗癌作用等[2,4-6]、關(guān)于米仔蘭莖的發(fā)育解剖學(xué)研究罕見(jiàn)報(bào)道。對(duì)植物莖進(jìn)行解剖研究可為選育、栽培、分類(lèi)和鑒定等提供依據(jù)[7-8]，還可揭示植物的生長(zhǎng)發(fā)育規(guī)律[9]，其中導(dǎo)管分子形態(tài)特征對(duì)樹(shù)體生長(zhǎng)起著重要指示作用[10]。另外，學(xué)者們研究植物莖的解剖結(jié)構(gòu)特征與植物抗旱、抗寒和抗蟲(chóng)害等抗逆性的相關(guān)性[11-14]。在莖的發(fā)育解剖學(xué)研究中，相關(guān)學(xué)者指出，莖發(fā)育過(guò)程一般包括原分生組織、初生分生組織、初生生長(zhǎng)和次生生長(zhǎng)4個(gè)階段[15-16]，少部分植物有三生生長(zhǎng)[17]。莖的初生結(jié)構(gòu)有表皮、皮層和維管束，不同生長(zhǎng)時(shí)期各類(lèi)細(xì)胞的比例不同，隨著生長(zhǎng)發(fā)育植物莖的各項(xiàng)功能逐漸完善[18-19]。自然界中雙子葉植物約有20萬(wàn)個(gè)物種，分布廣泛，具有重要的經(jīng)濟(jì)價(jià)值[20]。近年來(lái)關(guān)于莖的發(fā)育解剖學(xué)研究多見(jiàn)于單子葉植物[21-23]，而雙子葉植物較少。本研究擬從米仔蘭一年生莖著手，按照發(fā)育順序，研究第1～6 節(jié)莖的解剖結(jié)構(gòu)和導(dǎo)管分子特征，探究米仔蘭幼莖的發(fā)育規(guī)律及其與結(jié)構(gòu)和功能相適應(yīng)的方式，為雙子葉植物幼莖的發(fā)育解剖學(xué)研究提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料

實(shí)驗(yàn)材料于2021 年8 月采自廣西大學(xué)校園內(nèi)生長(zhǎng)健壯的5 株米仔蘭，植株為全光照下、株間相隔至少10 m。

1.2 方法

1.2.1 樣品采集與處理每株采集東西南北4 個(gè)方向，每個(gè)方向采集3 條一年生枝條，總共60 條。將頂芽下第1 節(jié)定為莖的第1 節(jié)，依次往下為莖的第2、3、4、5、6 節(jié)。于節(jié)處截?cái)?，相同位置的歸為一類(lèi)，分別置于6 個(gè)裝有70% FAA 液（70%酒精∶冰醋酸∶38%甲醛=90∶5∶5）的容器中固定48 h，待用。

1.2.2 制片

1.2.2.1 莖的石蠟切片各節(jié)隨機(jī)取30 段樣品的中段（長(zhǎng)約1 cm），采用常規(guī)石蠟切片技術(shù)與叔丁醇脫水法相結(jié)合[24-25]。軟化：使用冰醋酸∶過(guò)氧化氫=1 ∶1（V/V）混合溶液浸泡樣品并抽真空0.5 h，處理3 h。脫水、透明：采用50%、70%、85%、95%叔丁醇依次各處理1.5 h，純叔丁醇處理0.5 h，重復(fù)2 次。浸蠟：用50%石蠟（叔丁醇∶石蠟=1∶1，V/V）、75%石蠟（叔丁醇∶石蠟=3∶1，V/V）將脫水后的材料依次處理6 h；在純石蠟溶液中處理12 h，期間每隔4 h 更換1 次石蠟溶液，共更換3 次。經(jīng)過(guò)包埋、切片、展片、晾片后，進(jìn)行以下操作：TO 脫蠟→梯度酒精復(fù)水→番紅染色→梯度酒精脫水→TO 透明；用中性樹(shù)膠進(jìn)行封片，每段切片至少10 片；在光學(xué)顯微鏡下觀(guān)察并拍照記錄，在圖像測(cè)量軟件Image J 中進(jìn)行數(shù)據(jù)測(cè)量，每一指標(biāo)隨機(jī)選取30 個(gè)重復(fù)。觀(guān)察和測(cè)定指標(biāo)如下：

表皮率=表皮橫切面積/莖段橫切面積×100%

皮層率=皮層橫切面積/莖段橫切面積×100%

初生韌皮部率=韌皮部橫切面積/莖段橫切面積×100%

初生木質(zhì)部率=初生木質(zhì)部橫切面積/莖段橫切面積×100%

髓率=髓橫切面積/莖段橫切面積×100%

1.2.2.2 導(dǎo)管離析制片按上述方法各節(jié)取6 段樣品，除去表皮，浸沒(méi)在冰醋酸∶30%過(guò)氧化氫=1:1（V/V）的混合離析液中，放入70℃烘箱中離析24 h；使用蒸餾水沖洗干凈、番紅染色，去浮色后，置于裝有蒸餾水的玻璃瓶中搖散；用滴管吸取樣液制成臨時(shí)玻片，在光學(xué)顯微鏡下觀(guān)察。每節(jié)制作10 個(gè)臨時(shí)裝片，每個(gè)取3 個(gè)視野，每個(gè)視野選取1 個(gè)典型的導(dǎo)管分子，總共30 個(gè)，并拍照記錄。在圖像測(cè)量軟件Image J 中測(cè)量每個(gè)導(dǎo)管分子的長(zhǎng)度、寬度、尾端長(zhǎng)度和端壁傾斜度，其中尾端長(zhǎng)度和端壁傾斜度測(cè)量導(dǎo)管兩端2 個(gè)數(shù)據(jù)，取平均值。

1.2.3 數(shù)據(jù)處理與分析使用Excel 2016 對(duì)米仔蘭幼莖橫切結(jié)構(gòu)以及導(dǎo)管分子特征參數(shù)等數(shù)據(jù)進(jìn)行整理和作圖，采用SPSS 22.0 進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，采用LSD 作多重比較。

2 結(jié)果與分析

2.1 米仔蘭一年生幼莖橫切結(jié)構(gòu)隨發(fā)育的變化

米仔蘭一年生幼莖的橫切結(jié)構(gòu)如圖1-I 所示，其橫切面不規(guī)則，由外到內(nèi)依次是：表皮、皮層、初生韌皮部、束中形成層、初生木質(zhì)部和髓，共6 部分。由表1 可知，隨著莖的發(fā)育，其直徑不斷變粗，各橫切結(jié)構(gòu)厚度均呈現(xiàn)上升趨勢(shì)。表皮由1 層排列緊密的細(xì)胞組成，在第1～2 節(jié)莖中多數(shù)為不規(guī)則的近圓形（圖1-C、1-G），發(fā)育至第3～4 節(jié)莖為近正方形（圖1-K、1-O），第5～6 節(jié)莖則是長(zhǎng)方形狀的扁平細(xì)胞（圖1-S、1-W），在第1～6 節(jié)莖表皮細(xì)胞最外部均形成了角質(zhì)膜。皮層從第1～6 節(jié)增厚了16.46 μm（表1），靠近表皮處的5～8 層細(xì)胞為厚角組織，細(xì)胞較小、排列緊密，且含有葉綠體，可進(jìn)行光合作用；靠近韌皮部6～10 層細(xì)胞為薄壁組織，細(xì)胞較大、排列疏松，因此間隙發(fā)達(dá)，便于儲(chǔ)藏空氣。在發(fā)育過(guò)程中這兩部分組織的細(xì)胞層數(shù)增加不顯著，但細(xì)胞體積不斷增大，并且靠近韌皮部的薄壁細(xì)胞形狀由第1～2 節(jié)莖的近圓形，不斷被擠壓成不規(guī)則的扁平狀（圖1-B、1-F、1-J、1-N、1-R、1-V）。

米仔蘭一年生幼莖為外韌維管束，初生韌皮部在外，初生木質(zhì)部在內(nèi)，具有束中形成層。初生韌皮部第6 節(jié)厚度是第1 節(jié)的1.54 倍，初生韌皮部率增加了2%；初生木質(zhì)部厚度第6 節(jié)是第1節(jié)的2.25 倍，初生木質(zhì)部率提高了6.20%（表1）。解剖發(fā)現(xiàn)，各維管束形狀不同、間隔不明顯，髓射線(xiàn)較窄。隨著發(fā)育，維管束的形狀逐漸不易區(qū)分（圖1-B、1-F、1-J、1-N、1-R、1-V）。木質(zhì)部中有木射線(xiàn)和導(dǎo)管，莖橫切面在有棱或凹槽處的初生木質(zhì)部明顯增厚，但發(fā)育至第5 節(jié)莖后，增厚的特征開(kāi)始消失（圖1-A、1-E、1-I、1-M、1-Q、1-U）。

髓位于莖中央，由較大的薄壁細(xì)胞組成，其直徑逐漸增大，第6 節(jié)是第1 節(jié)的1.46 倍；髓率先增后減，但最終增加了1.80%（圖1-A、1-E、1-I、1-M、1-Q、1-U，表1）。

表1 米仔蘭一年生幼莖橫切結(jié)構(gòu)多重比較

2.2 米仔蘭一年生幼莖導(dǎo)管分子隨發(fā)育的變化

按次生壁加厚方式分類(lèi)，米仔蘭一年生幼莖導(dǎo)管分子類(lèi)型有：環(huán)紋導(dǎo)管、梯紋導(dǎo)管、網(wǎng)紋導(dǎo)管和孔紋導(dǎo)管（圖2），其中環(huán)紋導(dǎo)管極少。各類(lèi)導(dǎo)管的比例隨著發(fā)育，從第1～6 節(jié)莖，呈現(xiàn)由以梯紋導(dǎo)管為主向以網(wǎng)紋導(dǎo)管、孔紋導(dǎo)管為主的變化（圖3）。導(dǎo)管分子具尾情況有：兩端具尾、一端具尾一端無(wú)尾以及兩端無(wú)尾，其中兩端無(wú)尾在第3 節(jié)莖開(kāi)始出現(xiàn)（如圖2、4）。導(dǎo)管分子尾端長(zhǎng)度先增后減，從第 1～5 節(jié)莖逐漸上升，在第1～2 節(jié)莖時(shí)增加顯著，但第2～5 節(jié)莖的上升趨勢(shì)均不顯著，至第5～6 節(jié)莖發(fā)育時(shí)期則開(kāi)始下降，且第6 節(jié)莖導(dǎo)管分子的尾端長(zhǎng)度與第1 節(jié)差異不顯著（表2）。

由表2 可知，在發(fā)育過(guò)程中，導(dǎo)管分子的長(zhǎng)度縮短，寬度增加，二者變化趨勢(shì)相反。第1～5節(jié)莖期間導(dǎo)管長(zhǎng)度縮短不明顯，彼此差異不顯著；發(fā)育至第6 節(jié)莖時(shí)長(zhǎng)度顯著下降，與先前時(shí)期導(dǎo)管分子的長(zhǎng)度呈極顯著差異。導(dǎo)管寬度變化情況與長(zhǎng)度類(lèi)似，在第1～3 節(jié)莖寬度加大不明顯，差異不顯著；從第4 節(jié)莖開(kāi)始呈顯著加大，發(fā)育至第5～6 節(jié)莖的導(dǎo)管寬度與第1～4 節(jié)莖均呈極顯著差異。

表2 米仔蘭一年生幼莖導(dǎo)管分子特征參數(shù)多重比較

隨著發(fā)育，導(dǎo)管分子的端壁傾斜度不斷增大，但第1～4 節(jié)莖傾斜度增加趨勢(shì)不顯著，發(fā)育至第5 節(jié)時(shí)傾斜度顯著上升。

3 討論與結(jié)論

3.1 米仔蘭一年生幼莖橫切面結(jié)構(gòu)組成及發(fā)育規(guī)律

米仔蘭一年生幼莖橫切面形狀不規(guī)則，結(jié)構(gòu)與一般雙子葉植物相同[26]。在米仔蘭第1～6 節(jié)莖的發(fā)育中表皮最外部均形成了角質(zhì)膜，保護(hù)作用增強(qiáng)[27]。

本研究發(fā)現(xiàn)，米仔蘭幼莖皮層厚度以及薄壁細(xì)胞體積逐漸增大，說(shuō)明隨著發(fā)育，位于皮層的薄壁細(xì)胞應(yīng)對(duì)水分降低的能力不斷提高[28]，雖然皮層率呈現(xiàn)下降的趨勢(shì)，但占比仍然在30%以上，與張敏等[29]對(duì)朝鮮越桔的研究結(jié)果類(lèi)似。從第1～6 節(jié)莖，皮層薄壁細(xì)胞的形狀逐漸不規(guī)則，部分被擠壓成扁平狀，與陳存瑞[30]對(duì)牡丹的研究結(jié)果一致。因此，米仔蘭皮層發(fā)育規(guī)律與其它木本香花植物相同。

米仔蘭幼莖維管束為外韌型，但髓射線(xiàn)較窄、束狀外形不突顯，與一般雙子葉植物不同。初生韌皮部是植物有機(jī)物質(zhì)的運(yùn)送渠道[31]，初生木質(zhì)部是植物水分運(yùn)輸?shù)年P(guān)鍵[32]。隨著發(fā)育，其初生韌皮部和初生木質(zhì)部占比不斷提高，輸導(dǎo)能力逐漸增強(qiáng)。第1～5 節(jié)莖，初生韌皮部率大于初生木質(zhì)部率，第6 節(jié)莖則相反，說(shuō)明在第5～6 節(jié)莖發(fā)育時(shí)期，束中形成層的分化重心由初生韌皮部轉(zhuǎn)向初生木質(zhì)部，幼莖木質(zhì)化速度進(jìn)一步提高。

髓中的薄壁細(xì)胞體積逐漸增大，是米仔蘭幼莖水分儲(chǔ)存能力提高的表現(xiàn)，同時(shí)是莖直徑加大的原因之一[33-34]。

3.2 米仔蘭導(dǎo)管分子發(fā)育規(guī)律及其系統(tǒng)學(xué)意義

導(dǎo)管分子特征有：次生壁加厚方式、寬度、長(zhǎng)度、具尾類(lèi)型、尾端長(zhǎng)度以及端壁傾斜度等[35]。本研究發(fā)現(xiàn)，米仔蘭一年生幼莖導(dǎo)管分子的各項(xiàng)特征在個(gè)體發(fā)育過(guò)程中的演化規(guī)律不同。

3.2.1 導(dǎo)管類(lèi)型導(dǎo)管分子次生壁加厚方式有5種，按照進(jìn)化順序依次是環(huán)紋導(dǎo)管、螺紋導(dǎo)管、梯紋導(dǎo)管、網(wǎng)紋導(dǎo)管和孔紋導(dǎo)管[36]，次生壁木質(zhì)化加厚程度增加，管腔加大，輸導(dǎo)效率增強(qiáng)。環(huán)紋和螺紋導(dǎo)管出現(xiàn)在莖發(fā)育早期，梯紋、網(wǎng)紋和孔紋導(dǎo)管出現(xiàn)在莖發(fā)育較成熟時(shí)期[37-38]。米仔蘭一年生幼莖發(fā)育后期，網(wǎng)紋和孔紋是次生壁加厚的主要方式。導(dǎo)管寬度越大，輸導(dǎo)效率越高，但寬度加大也更容易栓塞化[39-40]，降低導(dǎo)管分子的長(zhǎng)度可以抵御栓塞的形成[41]，同時(shí)可增強(qiáng)莖的機(jī)械支持力[42]。本研究中，導(dǎo)管長(zhǎng)度隨發(fā)育縮短，寬度則增加。

3.2.2 導(dǎo)管具尾及端壁傾斜狀況導(dǎo)管具尾類(lèi)型有：兩端具尾、一端具尾一端無(wú)尾、兩端無(wú)尾[43]。本研究中，從發(fā)育初期到發(fā)育后期，類(lèi)型由兩端具尾、一端具尾一端無(wú)尾2 種類(lèi)型增至3 種類(lèi)型，且前2 種具尾類(lèi)型的比例提高。導(dǎo)管無(wú)尾較具尾進(jìn)化，但有學(xué)者認(rèn)為，尾端的形成以及伸長(zhǎng)有利于提高水分運(yùn)輸效率和速率，即原始特征更利于不良環(huán)境[44]；也有研究指出，同種植物導(dǎo)管分子的尾端長(zhǎng)度不受環(huán)境因素的影響[45]。米仔蘭導(dǎo)管分子的尾端長(zhǎng)度先增后減，發(fā)育初期和后期的尾端長(zhǎng)度最小。

導(dǎo)管分子端壁傾斜度的變化是導(dǎo)管分子的演化特征之一[46]。本研究發(fā)現(xiàn)，從第1～6 節(jié)莖，導(dǎo)管分子端壁傾斜度逐漸增大，說(shuō)明米仔蘭莖導(dǎo)管分子的端壁傾斜度特征較原始[47]。有學(xué)者認(rèn)為，端壁傾斜度增大，上下兩個(gè)導(dǎo)管分子接觸的面積加大，輸導(dǎo)效率越高[44]；另有學(xué)者持不同意見(jiàn)，認(rèn)為端壁傾斜度的增加會(huì)導(dǎo)致運(yùn)輸阻力上升，輸導(dǎo)效率降低[38]。因此，筆者認(rèn)為，不同的植物類(lèi)型結(jié)果不同，要視具體情況而定，可通過(guò)測(cè)定導(dǎo)水率得到結(jié)論。

綜上所述，米仔蘭一年生幼莖的發(fā)育結(jié)構(gòu)呈現(xiàn)一定規(guī)律，與大部分雙子葉植物幼莖相似，同時(shí)結(jié)構(gòu)特征與其功能性適應(yīng)，保障了植株正常生長(zhǎng)的需要。本研究從發(fā)育解剖學(xué)的角度研究米仔蘭幼莖，比較了米仔蘭與一般雙子葉植物幼莖發(fā)育的異同，但關(guān)于楝科植物解剖學(xué)的研究鮮有，缺乏與同科植物的比較。因此，需要對(duì)其它楝科植物的幼莖進(jìn)行發(fā)育解剖研究，更進(jìn)一步地對(duì)其進(jìn)行比較和分析，以得出更加準(zhǔn)確的結(jié)論。