茶樹品種利川紅不定根的解剖和屏障結構時空發育特征研究

摘要：對茶樹品種利川紅[Camellia sinensis （L.） O. Ktze. cv. Lichuanhong]不定根的解剖和屏障結構時空發育特征采用不同組織化學染色方法，在光學和熒光顯微鏡下觀察形態結構。結果表明，利川紅不定根初生結構由表皮、皮層和維管柱組成，皮層有內、外皮層分化，維管柱由初生木質部和初生韌皮部組成。次生結構由次生維管組織和木栓層組成，次生維管組織結構由次生木質部和次生韌皮部組成，以次生木質部為主。利川紅不定根初生結構的屏障結構由外側的具凱氏帶、木質化和栓質化的表皮與外皮層組成，內側為凱氏帶和栓質化，微弱木質化的內皮層組成。次生結構的屏障結構為栓質化和木質化的木栓層。利川紅不定根屏障結構具有適應旱生環境的特征，并可調節根尖的水與離子運輸，對根系具有保護作用。

關鍵詞：茶樹（Camellia sinensis （L.） O. Ktze.）；不定根；解剖結構；屏障結構；組織化學

中圖分類號：S571.1+54 文獻標識碼：A 文章編號：0439-8114（2016）14-3662-04

DOI：10.14088/j.cnki.issn0439-8114.2016.14.030

Abstract： Histochemical staining methods were applied to study the anatomy and barrier structure spatial-temporal developmental characters of Camellia sinensis（L.） O. Ktze. cv. Lichuanhong adventitious root， the morphological structure was observed under light and epifluorescence microscope. The results show that the primary structure of C. sinensis cv. Lichuanhong adventitious roots has epidermis， cortex and vascular cylinder； While cortex has endodermis and exodermis； And vascular cylinder has primary xylem and primary phloem. Secondary structure has secondary vascular cylinder and phellem； While secondary vascular cylinder has extensively secondary xylem and secondary phloem. The primary barriers structure in adventitious roots includes outer layers of lignified and suberized epidermis and exodermis with Casparian bands； And inner layers of suberized and weakly lignified endodermis with Casparian bands. The secondary structure has suberized and lignified phellem layer. The barrier structure in adventitious roots of C. sinensis cv. Lichuanhong is adaptation character to dry environment， and could control water and ions transport and protect root system.

Key words： Camellia sinensis （L.） O. Ktze.； adventitious root； anatomy； barrier structure； histochemistry

茶樹[Camellia sinensis（L.）O. Ktze.]是世界上著名的三大飲料作物之一，廣泛分布和栽培于中國南方各地，在農業產業中占有重要的經濟地位[1]。有報道稱茶樹品種Fener-3（C. sinensis cv. Fener-3）扦插苗易形成不定根而容易成活[2]。Yabukita（C.sinensis cv. Yabukita）在溫室珍珠巖和營養液等栽培條件下，種子發出的根粗大，具薄壁細胞組成面積較大的髓，且在根尖的根毛區域，內、外皮層具凱氏帶發育；而不定根細小，無髓，根尖表面無根毛，根尖凱氏帶發育更接近根尖頂端；推測根尖提早發育的屏障結構有助于調節根尖的徑向運輸[3]。植物根中的質外體屏障結構由根中內、外皮層初生壁的凱氏帶、次生壁栓質化和木質化及植物體表角質層組成，可控制和調節植物與環境中水、礦質離子及氧氣等物質的擴散與交換，保證植物各種生理代謝在穩定的內部環境中進行，是植物適應各種逆境的重要屏障[4-7]。根中質外體屏障結構在植物適應干旱、洪澇災害、離子脅迫和病蟲害的侵襲等方面具有重要的作用，在探索適應并修復極端生態環境的植物資源中有著廣闊的應用前景。近年來，研究濕地植物的屏障結構與其對濕地環境的適應性引起了人們的關注[5-11]，而對耐旱植物如茶樹還缺乏這方面的研究[12]。目前，已有可靠的細胞壁組織化學研究方法，如硫氫酸黃連素-苯胺藍對染，可使凱氏帶在熒光下呈現出生動的黃色，木質化細胞壁呈濃厚、呆滯的黃色[13]，細胞壁木栓質在藍色激發光下呈現出棕色[5-7，10，11]；用蘇丹紅7B染色的細胞壁木栓質呈現紅色[14]；鹽酸-間苯三酚染色的細胞壁木質素呈現櫻桃紅色；初生壁凱氏帶經濃硫酸消化后呈波浪形，而木質化細胞壁呈直線形，且炭化為黑色[15]。現在國內尚缺少茶樹不定根的解剖和屏障結構研究，為此，試驗對產于湖北省的茶樹品種利川紅（C.sinensis cv. Lichuanhong）在特定小氣候和地形條件下，不定根的解剖與屏障結構時空發育特征進行了比較，現將結果報告如下。

1 材料與方法

參試茶樹品種利川紅于2015年4月中旬采自湖北利川金利來茶業有限責任公司種植園，取扦插苗不定根，長約150 mm左右，用自來水沖洗干凈，不定根用FAA固定備用。

在體視解剖鏡下，用雙面刀片在距利川紅不定根根尖10、20、30、50 mm處和皮層脫落的老根分別切片，切片分別用甲苯胺藍（TBO）、75%濃硫酸、鹽酸-間苯三酚（PG）、硫氫酸黃連素-苯胺藍對染（BAB）和蘇丹紅7B（SR7B）染色或消化處理。TBO染色2～3 min，用于觀察切片解剖構造；75%濃硫酸消化處理切片10 min左右，觀察初生壁凱氏帶形狀；PG染色5～8 min觀察切片的胞壁；采用0.1% （質量分數，下同）硫氫酸黃連素和0.5%苯胺藍對染切片后觀察初生壁情況。用0.1%SR7B溶液染色切片，確定細胞壁栓質化的組織化學定位。試驗得到的結果（原始圖片）用Photoshop軟件處理，加標尺，調整圖片亮度和對比度，最后合成圖片[10，11]。

2 結果與分析

試驗測定的利川紅扦插苗不定根解剖結構和不同組織化學染色方法顯示結果見圖1。從圖1可見，在距利川紅不定根根尖10 mm處，其解剖結構由外而內依次為具根毛的表皮細胞層、皮下層、皮層、內皮層和維管柱，維管柱由原生木質部和初生韌皮部組成（圖1-A）。BAB處理后，在熒光下內皮層凱氏帶不明顯，表皮細胞層和皮下層木質化（圖1-B）；采用75%濃硫酸消化后，內皮層具波浪形凱氏帶（圖1-C），外皮層凱氏帶也呈波浪形，而未消化的表皮和皮下層細胞壁為黑色直線形（圖1-D）。

距不定根尖20 mm處，在BAB處理后，內皮層明顯具凱氏帶，外皮層有1～2層細胞壁強烈木質化（圖1-E），在SR7B處理后，內皮層和外皮層細胞壁具有木栓層（圖1-F），PG染色也表明內皮層木質化較弱，而外皮層1～2層細胞壁則強烈木質化（圖1-G），后生木質部出現（圖1-E、圖1-G）。距不定根尖10～20 mm切片的維管柱具有二、三和四原型初生木質部（圖1-A、圖1-B、圖1-E、圖1-F、圖1-G）。

距不定根尖30 mm處，維管柱開始具次生木質部（圖1-H、圖1-I、圖1-J），內皮層凱氏帶明顯，但木質化不顯著（圖1-H、圖1-J），內皮層和外皮層強烈栓質化（圖1-I）。

距不定根尖50 mm處，維管柱次生木質部呈圓形，內皮層、皮層和外皮層依舊保持完整，沒有被破壞，內皮層和外皮層保持栓質化（圖1-K）。隨著不定根皮層的脫落，其解剖結構以次生木質部為主，具有木射線，其外側為次生韌皮部和木栓層，木栓層具木栓質和木質素沉積，細胞壁木栓質在熒光下呈棕色[5-7，10，11]（圖1-L、圖1-M、圖1-N、圖1-O）。

利川紅不定根約在距根尖30 mm處之前為初生結構，由表皮、皮層和維管柱組成，維管柱為初生木質部和初生韌皮部。在距根尖30～50 mm，維管柱具次生木質部，表皮和皮層仍存在。大約在距根尖50 mm以后皮層脫落，不定根完全為次生結構，由次生維管組織和木栓層組成，以次生木質部為主，次生維管組織包括次生木質部和次生韌皮部。利川紅不定根質外體屏障結構發育較早，距根尖10 mm左右，表皮和外皮層木質化，內、外皮層具凱氏帶。約在距根尖20 mm以后，內、外皮層栓質化，內皮層木質化仍不明顯。因此在不定根初生結構發育時期，其外側屏障結構由木質化表皮和具凱氏帶、栓質化與木質化的外皮層組成；內側屏障結構由凱氏帶和栓質化的內皮層組成。當皮層脫落后，屏障結構為栓質化和木質化的木栓層保護組織。

3 討論

3.1 不定根的解剖結構

觀察結果顯示，在距利川紅根尖30 mm前，不定根為初生結構，由表皮、皮層和維管柱組成，皮層有內、外皮層分化[16]，維管柱由初生木質部和初生韌皮部組成。距根尖30～50 mm左右，維管柱次生木質部開始發育，表皮和皮層仍存在。在距根尖50 mm左右以后皮層脫落，不定根完全為次生結構，由次生維管組織和木栓層組成，以次生木質部為主，次生維管組織結構包括次生木質部和次生韌皮部。利川紅不定根的初生結構、次生結構組成和發育過程與其他木本植物的根結構相同，而Yabukita茶品種的種子根具髓，其不定根無髓[3]，這與利川紅不定根無髓結構相同。

3.2 不定根的屏障結構

利川紅不定根初生結構的屏障結構由外側的具凱氏帶、木質化和栓質化的表皮與外皮層組成，內側由凱氏帶和栓質化，微弱木質化的內皮層組成。不定根次生結構的屏障結構為栓質化和木質化的木栓層。

在距不定根尖10 mm左右，利川紅根表皮和外皮層木質化，內、外皮層具凱氏帶，這與Yabukita茶品種的不定根結構類似 ，而雙穗雀稗（Paspalum distichum L.）、牛鞭草[Hemarthria altissima（Poir.）Stapf et C. E. Hubb.]、菰[Zizania latifolia（Griseb.）Stapf]等植物根尖此時僅有微弱或者無凱氏帶出現，或者微弱木質化和栓質化。這說明茶樹根尖，特別是外皮層屏障結構發育很早[10，11]。在距根尖20 mm，內皮層仍沒有明顯木質化，此時內、外皮層栓質化，內皮層具木栓層，與Yabukit茶品種相同[3]。然而在皮層脫落前，內皮層沒有明顯木質化，與報道的雙穗雀稗等不同，這些植物內皮層在栓質化的同時也發生顯著的木質化[10，11]。在不定根次生結構的木栓層屏障結構上，通常認為木栓層僅為栓質化，少有報道木栓層發生木質化；不過天竺葵（Pelargonium hortorum Bailey）莖的木栓層具有凱氏帶、并栓質化和木質化[17]。

利川紅不定根初生結構和次生結構的屏障結構特征可能與其適應旱生環境有關，并調節根尖徑向的水分和離子運輸，特別是不定根表皮和外皮層過早木質化，以及外皮層栓質化，提高了在旱生環境下根尖與土壤的摩擦能力，這可嚴格控制水分和離子的輸導，次生結構中栓質化和木質化木栓層也加強了對老根的保護[3，17]。

致謝：感謝湖北利川金利來茶業有限責任公司的大力支持和協助。

參考文獻：

[1] 劉美雅，伊曉云，石元值，等. 茶園土壤性狀及茶樹營養元素吸收、轉運機制研究進展[J]. 茶葉科學，2015，35（2）：110-120.

[2] KOYUNCU F，BALTA F. Adventitious root formation in leaf-bud cuttings of tea（Camellia sinensis L.）[J]. Pakistan Journal of Botany，2004，36（4）：763-768.

[3] LUX A，HOMMA T，MORITA S，et al. Preliminary study of tea root anatomy root research[J/OL]. http：//www.jsrr.jp/wstea/lux.htm，1999-08-04.

[4] 楊朝東，張 霞，劉國鋒，等. 植物根中質外體屏障結構和生理功能研究進展[J]. 植物研究，2013，33（1）：114-119.

[5] 楊朝東，張 霞. 雙穗雀稗（Paspalum distichum）通透性生理和莖解剖結構補充研究[J]. 植物研究，2013，33（5）：564-568.

[6] 楊朝東，李守峰，鄧仕明，等. 白茅解剖結構和屏障結構特征研究[J]. 草業學報，2015，24（3）：213-218.

[7] 楊朝東，李守峰，姚 蘭，等. 天胡荽的解剖和屏障結構特征研究[J]. 草業學報，2015，24（7）：139-145.

[8] SEAGO JR. J L，PETERSON C A，ENSTONE D E，et al. Development of the endodermis and hypodermis of Typha glauca Godr. and T. angustifolia L. roots[J].Canadian Journal of Botany，1999，77：122-134.

[9] SOUKUP A，ARMSTRONG W，SCHREIBER L，et al.Apoplastic barriers to radial oxygen loss and solute penetration：A chemical and functional comparison of the exodermis of two wetland species，Phragmites australis and Glyceria maxima[J].New Phytologist，2007，173：264-278.

[10] YANG C D，ZHANG X，ZHOU C Y，et al.Root and stem anatomy and histochemistry of four grasses from the Jianghan floodplain along the Yangtze River，China[J].Flora，2011，206： 653-661.

[11] YANG C D，ZHANG X，LI J K，et al. Anatomy and histochemistry of roots and shoots in wild rice（Zizania latifolia Griseb.）[J/OL].Journal of Botany，http：//dx.doi.org/10.1155/2014/181727.

[12] 劉聲傳，陳 亮. 茶樹耐旱機理及抗旱節水研究進展[J]. 茶業科學，2014，34（2）：111-121.

[13] BRUNDRETT M C，ENSTONE D E，PETERSON C A. A berberine-aniline blue fluorescent staining procedure for suberin， lignin and callose in plant tissue[J]. Protoplasma，1988，146：133-142.

[14] BRUNDRETT M C，KENDRICK B，PETERSON C A. Efficient lipid staining in plant material with Sudan red 7B or Fluorol yellow 088 in polyethylene glycol-glycerol[J]. Biotechnic and Histochemistry，1991，66：111-116.

[15] PATERSON R A. Botanical histochemistry： Principles and practice[J]. Science，1963，140：634-635.

[16] HOSE E，CLARKSON D T，STEUDLE E，et al. The exodermis： A variable apoplastic barrier[J]. Journal of Experimental Botany，2001，52：2245-2264.

[17] MEYER C J， PETERSON C A. Casparian bands occur in the periderm of Pelargonium hortorum stem and root[J]. Annals of Botany，2011，107：591-598.