云南麗江3個(gè)牡丹品種葉微形態(tài)結(jié)構(gòu)比較

云南麗江3個(gè)牡丹品種葉微形態(tài)結(jié)構(gòu)比較

葉片是植物進(jìn)化過程中對(duì)環(huán)境變化敏感且可塑性強(qiáng)的器官。不同的選擇壓力下，可以形成各種適應(yīng)形狀。該結(jié)構(gòu)特征可以反映環(huán)境因子的影響或植物對(duì)環(huán)境的適應(yīng)性。研究植物葉片形態(tài)解剖結(jié)構(gòu)對(duì)環(huán)境變化的響應(yīng)與適應(yīng)是探索植物對(duì)環(huán)境變化的適應(yīng)機(jī)制和制定相應(yīng)對(duì)策的基礎(chǔ)。中國栽培牡丹Paeoniasuffruticosa品種資源豐富,品種遺傳背景復(fù)雜,依據(jù)品種起源及生態(tài)習(xí)性差異主要?jiǎng)澐譃樗拇笃贩N群:中原牡丹品種群、西北牡丹品種群、江南牡丹品種群和西南牡丹品種群。中原牡丹品種群和西北牡丹品種群性喜冷涼干燥,江南牡丹品種群性喜高溫多濕,西南牡丹品種群性喜冷涼濕潤。云南牡丹品種亞群是西南牡丹品種群的重要組成部分,多數(shù)品種植株高大,花色鮮艷,高度重瓣化,具有較高的園林開發(fā)應(yīng)用價(jià)值。云南本地牡丹品種性喜高濕,對(duì)南方夏秋高濕環(huán)境的適應(yīng)能力較強(qiáng),較中原牡丹品種喜冷涼干燥的習(xí)性有著本質(zhì)差異。本項(xiàng)研究選取滇中公園引種栽培的3個(gè)云南牡丹品種(麗江牡丹)和中原牡丹3個(gè)代表品種進(jìn)行葉形態(tài)解剖特征比較研究,選用最能夠反映植物對(duì)環(huán)境水分和濕度條件的適應(yīng)狀況的主要結(jié)構(gòu)指標(biāo):葉肉柵欄組織和海綿組織、氣孔數(shù)量和內(nèi)部導(dǎo)管大小進(jìn)行對(duì)比分析,以期能對(duì)這一亞群品種的耐濕習(xí)性進(jìn)行驗(yàn)證說明,為其引種栽培管理提供相關(guān)依據(jù)。1干季明顯云南省武定縣(25°30′~26°11′N,101°55′~102°28′E)屬半濕潤亞熱帶高原季風(fēng)氣候類型,年溫差不大,干濕季明顯。栽培地是獅子山公園,海拔為2240m,年平均氣溫為13.2℃,最冷月1月均溫4.2℃,最熱月7月均溫17.5℃,年均日照時(shí)數(shù)2326.2h,年降水量1104.1mm,5-9月降水量占全年降水總量的90.0%左右,雨季大氣相對(duì)濕度為82.0%,而旱季降水量僅占全年的10.0%。2內(nèi)容和方法的研究2.1paeonisuffratch模型供試材料為生長健壯、株齡相當(dāng)?shù)漠?dāng)年生牡丹枝條,取其節(jié)位相同的成熟葉片。云南麗江牡丹品種1為‘麗江粉’Paeoniasuffruticosa‘Lijiangfen’,品種2為‘麗江紫’Paeoniasuffruticosa‘Lijiangzi’,品種3為‘香玉板’Paeoniasuffruticosa‘Xiangyuban’,中原牡丹品種‘烏龍捧盛’Paeoniasuffruticosa‘Wulongpensheng’,‘青龍臥墨池’Paeoniasuffruticosa‘Qinlongwomochi’和‘首案紅’Paeoniasuffruticosa‘Shouanhong’。2.2葉肉形態(tài)及形態(tài)觀察葉表皮形態(tài)觀察:將成熟葉片用甲醛-醋酸-乙醇溶液(FAA)固定液浸泡,浸泡之后在60℃烘箱里解離,約30min,用清水浸泡材料后,沿葉中脈部位撕下葉上下表皮。將撕下葉表皮用20.0g·L-1亞甲基藍(lán)染色,著色后采用逐級(jí)乙醇脫水法,經(jīng)二甲苯透明,中性樹膠封片。制成的片子在Nikon-E400生物攝像顯微鏡下拍照。細(xì)胞形態(tài)及氣孔類型劃分依據(jù)王宇飛方法。葉肉解剖特征比較:植物的葉肉形態(tài)解剖研究采用石蠟切片法,切片采用番紅-固綠對(duì)染觀察細(xì)胞結(jié)構(gòu),在Nikon-E400生物攝像顯微鏡下拍照。觀察柵欄組織和海綿組織的形態(tài)。2.3氣孔大小及導(dǎo)管數(shù)量測(cè)量將制好的片子在Olympus光學(xué)顯微鏡下觀測(cè),統(tǒng)計(jì)下列指標(biāo):表皮細(xì)胞的形狀與大小:放大10×40時(shí),隨機(jī)觀察葉片上下表皮中部50個(gè)細(xì)胞的形狀,用測(cè)微尺測(cè)量其長與寬,求其平均值。氣孔大小:放大10×40時(shí),用測(cè)微尺隨機(jī)測(cè)量50個(gè)氣孔大小,求其平均值。氣孔密度:放大10×10時(shí),隨機(jī)觀測(cè)統(tǒng)計(jì)葉片中部25個(gè)視野中1mm2內(nèi)的氣孔器數(shù)目,求其平均值。氣孔指數(shù):I=[S/(S+P)]×100,其中S,P分別為放大10×40時(shí)隨機(jī)觀察的葉片中部視野的氣孔數(shù)目(S)和表皮細(xì)胞數(shù)目(P),共觀察20個(gè)視野,求I平均值。海柵比測(cè)定:用測(cè)微尺隨機(jī)測(cè)量25組柵欄組織的長度和海綿組織的寬度,計(jì)算海綿組織與柵欄組織的比值。導(dǎo)管數(shù)量和大小測(cè)量:放大10×40時(shí),隨機(jī)觀測(cè)統(tǒng)計(jì)葉片中脈25個(gè)視野下,導(dǎo)管的列數(shù);選取導(dǎo)管10個(gè)·視野-1測(cè)量內(nèi)徑,取平均值。3結(jié)果與分析3.1上表皮細(xì)胞排列6個(gè)牡丹品種的葉表皮細(xì)胞形狀都為矩形(長寬比為1.5~2.5),表皮細(xì)胞為不規(guī)則型,成多角形(圖1-1~3)。麗江牡丹葉上皮細(xì)胞較中原牡丹品種要長些。麗江粉上表皮細(xì)胞的長為114.91μm,寬為55.78μm,長寬比值為2.06;麗江紫的上表皮細(xì)胞的長為75.33μm,寬為35.43μm,長寬比值為2.19;香玉板的上表皮細(xì)胞的長為104.74μm,寬為54.55μm,長寬比值為1.92。3個(gè)品種的表皮細(xì)胞排列緊密無間隙。中原牡丹品種‘烏龍捧盛’‘青龍臥墨池’和‘首案紅’上表皮細(xì)胞長寬比值分別為1.73,1.51和1.81。通過葉下表皮細(xì)胞特征觀察,所有品種的葉上下表皮細(xì)胞形態(tài)基本一致,長寬比值基本不變。3.2不同品種中原牡丹花氣孔指數(shù)表現(xiàn)特征牡丹的氣孔僅分布于葉下表皮。保衛(wèi)細(xì)胞成腎形,副衛(wèi)細(xì)胞與周圍表皮細(xì)胞形態(tài)一致?！惤邸惤稀汀阌癜濉瘹饪状笮》謩e為39.35μm×27.81μm,37.05μm×28.78μm,41.17μm×28.48μm,氣孔長寬比值為1.41,1.30和1.45,3個(gè)品種氣孔大小接近(圖1-4~6)。中原牡丹‘首案紅’‘青龍臥墨池’和‘烏龍捧盛’的氣孔要小,分別為26.80μm×13.06μm,31.00μm×16.79μm,24.05μm×12.50μm,長寬比分為2.05,1.85和1.92。麗江牡丹品種‘麗江粉’‘麗江紫’和‘香玉板’的氣孔指數(shù)分別為19.08%,25.79%16.21%。中原牡丹品種‘烏龍捧盛’‘青龍臥墨池’和‘首案紅’分別為20.50%,19.77%和19.90%。經(jīng)方差分析,除‘麗江紫’與‘香玉板’的氣孔指數(shù)差異顯著外(F=2.74,df=60,F<F0.05,2/60=4.98,P>0.05),其余品種氣孔指數(shù)差異不顯著。麗江牡丹品種中,氣孔密度最大的是‘麗江紫’,為158.08個(gè)·mm-2,‘麗江粉’為77.28個(gè)·mm-2,‘香玉板’為59.68個(gè)·mm-2。通過對(duì)不同品種的測(cè)試數(shù)據(jù)進(jìn)行方差分析可知,3個(gè)品種在氣孔密度上的差異顯著(F=98.79,df=60,F>F0.01,2/60=4.98,P<0.01),經(jīng)品種間的Duncan氏多重比較(SSR)分析,‘麗江紫’與‘麗江粉’極顯著水平(LSR0.01,3=23.85,P=2∶104.48>23.85);‘麗江紫’與‘香玉板’兩品種的差異達(dá)極顯著水平(LSR0.01,2=24.86,P=3∶122.08>24.86),而‘麗江粉’與‘香玉板’的差異不顯著(LSR0.05,2=17.95,P=2∶17.60<17.95)。中原牡丹‘首案紅’為90.72個(gè)·mm-2,‘青龍臥墨池’為85.76個(gè)·mm-2,‘烏龍捧盛’為88.64個(gè)·mm-2,品種間氣孔密度無明顯差異。不同種源的品種中,‘麗江紫’‘香玉板’與中原牡丹品種在氣孔密度上存在顯著差異。3.3不同品種與木質(zhì)部的生長性狀比較牡丹品種的葉肉組織有柵欄組織和海綿組織的分化。中原牡丹品種柵欄組織發(fā)達(dá),排列整齊,無間隙。而麗江牡丹品種柵欄組織不發(fā)達(dá),排列疏松,有較大的細(xì)胞間隙。不同種源的品種柵欄組織的排列形態(tài)差異顯著,海綿組織形態(tài)有圓形和長條狀2種(圖1)。在麗江牡丹中,‘麗江粉’的柵欄組織細(xì)胞最長,均值為51.42μm,排列整齊,較疏松,偶見2個(gè)細(xì)胞連為一體,呈丫字形。海綿組織細(xì)胞較小而少,卵圓形,細(xì)胞間隙大(圖1-7);‘麗江紫’的柵欄組織形狀不規(guī)則,長度均值26.02μm,常由2~5個(gè)柱狀細(xì)胞基部連為一體,呈梳狀,細(xì)胞有間隙,海綿組織較發(fā)達(dá),有長條形和卵圓形,單位面積的細(xì)胞數(shù)量較多而大(圖1-8);‘香玉板’的柵欄組織形態(tài)與‘麗江紫’相似,柵欄組織長均值為29.93μm。海綿組織較疏松,單位面積內(nèi)海綿組織的數(shù)量較‘麗江粉’多,比‘麗江紫’的少(圖1-9)。中原牡丹的柵欄組織細(xì)胞較長,基部都不相連,‘青龍臥墨池’‘烏龍捧盛’和‘首案紅’的柵欄細(xì)胞長度均值分為73.63,82.84和90.15μm。植物耐濕能力與海綿組織和柵欄組織之比密切相關(guān)?！帻埮P墨池’海柵比最大為1.93;‘烏龍捧盛’的為1.69;‘首案紅’為1.10。麗江牡丹品種海柵比大于中原品種,‘麗江粉’為2.50,‘麗江紫’為3.56,‘香玉板’為3.90。經(jīng)品種的海柵比值的方差分析,麗江牡丹品種間存在顯著差異(F=7.94,df=30,F>F0.01,2/60=5.39,P<0.01)。SSR多重比較結(jié)果表明:除‘香玉板’與‘麗江紫’差異不顯著外(LSR0.05,2=0.77,P=2∶0.34<0.77),其余兩兩品種間比值差異達(dá)極顯著水平(LSR0.01,2=1.04,LSR0.01,3=1.09)。除‘麗江粉’外,麗江牡丹品種與3個(gè)中原品種差異顯著。6個(gè)品種葉脈導(dǎo)管列數(shù)不同,‘青龍臥墨池’和‘麗江粉’最多,為6列左右,‘麗江紫’為3~4列,其余品種為2~3列。導(dǎo)管直徑為17.08~26.45μm,相差不太大。木質(zhì)部導(dǎo)管層數(shù)和管徑大小表明品種水分的運(yùn)輸能力的差異,導(dǎo)管數(shù)目多而管徑大較導(dǎo)管數(shù)目少而管徑小有較高的水導(dǎo)。中原牡丹品種‘青龍臥墨池’和麗江牡丹品種的‘麗江粉’葉橫切片中導(dǎo)管大而多,說明其有較強(qiáng)的水分輸送能力,在旱季生長有較強(qiáng)的適應(yīng)能力。4不同品種對(duì)植物耐濕能力的影響植物葉形態(tài)解剖結(jié)構(gòu)與其功能相適應(yīng),是對(duì)環(huán)境長期適應(yīng)的結(jié)果。葉解剖結(jié)構(gòu)(氣孔密度、柵海比等)與植物生長相關(guān)性密切,可作為良種篩選的主要形態(tài)學(xué)指標(biāo),亦可用于闡釋植物矮化變異的原因。此外,葉解剖結(jié)構(gòu)的差異對(duì)一些植物屬間、組間劃分有一定的意義。中國栽培品種多數(shù)都屬于“多元”起源,有著復(fù)雜遺傳背景,不同品種群的水分生態(tài)適應(yīng)性差異大。云南栽培牡丹集中于金沙江水系周邊區(qū)域,起源時(shí)間及品種來源無從考證。由于品種對(duì)栽培地氣候長期適應(yīng)的結(jié)果,其表現(xiàn)在水分生理代謝和發(fā)育方面的差異。中原牡丹品種與麗江牡丹品種在解剖特征上最大的差異表現(xiàn)為柵欄組織形態(tài)、海柵比及氣孔密度的差異。植物對(duì)旱生環(huán)境的響應(yīng)表現(xiàn)為葉肉柵欄組織發(fā)達(dá),細(xì)胞層數(shù)增加而體積減小,海綿組織相對(duì)減少,細(xì)胞間隙減小等變化。中原牡丹品種的葉肉解剖特征說明了,與麗江牡丹品種比較,其具有耐旱力強(qiáng)的特點(diǎn)。葉片在高濕條件,柵欄組織退化,海綿組織變得發(fā)達(dá),細(xì)胞間隙明顯變大,改善組織通氣狀況,可防止組織缺氧。麗江牡丹品種對(duì)高濕適應(yīng)后,柵欄組織變短,單位面積內(nèi)柵欄組織數(shù)量減少了,為了減少光合損失,柵欄組織細(xì)胞下部連成一體,成梳狀結(jié)合,增加表面積,有利于葉綠體的分布。通過柵欄組織的解剖特點(diǎn)觀察及海柵比的變化分析確實(shí)反映出這2個(gè)品種群對(duì)水分適應(yīng)能力的差異較大。在葉微形態(tài)結(jié)構(gòu)的相關(guān)指標(biāo)中,氣孔的分布特征、密度和面積受環(huán)境水分狀況的影響。缺水條件下,氣孔多分布于葉片下表皮,該分布模式既可促進(jìn)植物與外界環(huán)境氣體交換,又能保持水分。在干旱環(huán)境下,氣孔密度一般隨著環(huán)境中水分和濕度減少而增加,但氣孔面積則向小型化發(fā)展。中原牡丹品種氣孔面積較小正表現(xiàn)出對(duì)干旱的適應(yīng)性。但也有研究結(jié)果顯示,氣孔密度并不隨干旱程度的加劇而一直升高,而是先升高后下降。李芳蘭通過對(duì)岷江上游干旱河谷梯度上耐旱灌木葉片形態(tài)解剖結(jié)構(gòu)與環(huán)境因子變化的關(guān)系研究亦發(fā)現(xiàn),隨著海拔升高,雖然水分因子(年降水量和土壤含水量)增加,但氣孔密度先減小后增大,而氣孔面積的變化趨勢(shì)與之相反。通過試驗(yàn)可知,不同種源的品種在氣孔密度上有差異?！惤稀c所有品種都有明顯的差異。在相同環(huán)境下,品種的耐濕能力與氣孔密度、氣孔面積和海柵比呈正相關(guān)。中原牡丹的這3項(xiàng)指標(biāo)的數(shù)量學(xué)特征都小于麗江牡丹,且差異顯著,說明它們的耐濕力較差;但中原牡丹品種間的差異不顯著。3個(gè)本地品種,‘麗江粉’在氣孔密度和海柵比的數(shù)量學(xué)特征上與中原品種無明顯差異,結(jié)合其花部形態(tài),花瓣基部中央有長條斑塊,說明了紫斑牡丹參與該品種的起源,因而推測(cè)其應(yīng)與中原牡丹品種有一定的親緣關(guān)系,但還需進(jìn)一步的分子證據(jù)。結(jié)合從前對(duì)3個(gè)麗江牡丹品種耐水濕的生理測(cè)試分析結(jié)果,‘麗江紫’有較強(qiáng)高濕適應(yīng)性,‘麗江粉