草地早熟禾莖解剖結構特征與抗旱性的關系

朱琨+關瑩+陳雅君+陳陽+金鐘民+梁艷

摘 要：為評價草地早熟禾（Poa pratensis）3個品種間抗旱能力的強弱，探討莖形態結構與抗旱性的關系。本試驗通過石蠟切片法對其莖進行解剖分析，結果表明：莖的表皮細胞厚度、皮層厚度、木質部厚度、導管直徑、維管束直徑及木質部面積與維管束面積比值，可作為草地早熟禾抗旱性的重要評價指標。采用隸屬函數值法，對3個品種莖解剖結構綜合分析來評價其抗旱性，抗旱能力依次為黑龍江草地早熟禾（Poa pretensis“Black Tiger”）>四季青（Poa pretensis“All Spring”）>美洲王（Poa pretensis“America”）。

關鍵詞：草地早熟禾；解剖結構；抗旱性；石蠟切片；維管束

中圖分類號：S812 文獻標識碼：A DOI：10.11974/nyyjs.20180133001

草地早熟禾（Poa pratensis L.）是禾本科早熟禾屬多年生草本植物，是我國草坪建植的主要草種之一。本研究對草地早熟禾莖解剖結構觀察分析，探討種間抗旱能力強弱與莖結構之間的關系，為抗逆育種及抗旱性鑒定提供理論依據。

1 材料與方法

1.1 供試材料

3個供試草地早熟禾（Poa pratensis L.）品種分別為黑龍江草地早熟禾（中國）、四季青（美國）、美洲王（美國），每個品種設4次重復，田間管理基本一致。

1.2 采樣和處理及其解剖結構觀測

莖段采樣，3個品種所需試驗材料均于當日08：00—09：00采集完畢。采樣的部位為莖中部0.5cm莖段，采集后的樣品用清水沖洗，放入FAA溶液固定，梯度酒精脫水后浸蠟包埋[3]，用Leica RM 2135石蠟切片機切片，選用J-FL50i55i型熒光顯微成像系統拍攝。

1.3 數據處理與統計分析

數據整理采用Excel 2007，差異顯著性分析采用SPSS18.0完成。抗旱性綜合評價采用隸屬函數法[4，5]。

2 結果與分析

2.1 草地早熟禾的莖結構特征

3個草地早熟禾品種莖的橫切面結構由外向內依次為表皮、基本組織、機械組織和維管束。表皮細胞間沒有細胞間隙，呈緊密單層排列。皮層是多層薄壁細胞所組成的基本組織。在基本組織中部有多層厚壁細胞組成的纖維帶，通常呈圓環狀排列。維管束分布于纖維帶和莖內部基本組織中。維管束鞘1層，由厚壁細胞組成。在莖的中心為較大型的薄壁細胞，伴有較大的細胞間隙，但無葉綠體，這些薄壁細胞構成具有貯藏作用的髓。

2.2 草地早熟禾莖表皮旱性結構特征比較

草地早熟禾莖表皮位于莖的最外層，由1層細胞組成，細胞形狀比較規則，呈磚形，排列緊密，無細胞間隙，具有保護作用。隨著植物生長其厚度直接受外界環境影響[6]。本研究結果表明，美洲王表皮細胞厚度>黑龍江草地早熟禾與四季青（P<0.01）。

2.3 草地早熟禾莖皮層旱性結構特征比較

皮層是植物莖中表皮與維管束之間的薄壁組織。從（圖1）莖組織橫切解剖結構觀察，草地早熟禾皮層由6～7層薄壁細胞而組成，且內含體積較大的貯水細胞，結構排列緊密。研究表明抗旱性強的植物細胞中存在貯水細胞，這些貯水細胞可構成保水結構[7]。可以在干旱條件下調節和改善植物保持水份的能力[8]。由此得出，莖的皮層厚度可以反映出植物的抗旱能力。3個草地早熟禾品種莖中皮層細胞厚度變化在185.75～236.72μm之間，各品種的皮層厚度依次為黑龍江草地早熟禾>美洲王>四季青（P<0.01）。

2.4 草地早熟禾莖中維管束旱性結構特征

不同草地早熟禾品種莖組織解剖結構觀察（圖1）可知，維管束由木質部和韌皮部所組成，束狀分布在基本組織中，數量12～13個，每個維管束都由1層維管束鞘圍合，且大小有差異。

a：黑龍江草地早熟禾：（15×4）；b：四季青：（15×4）；c：美洲王：（15×4）；d：黑龍江草地早熟禾：（15×20）；e：四季青：（15×20）；f：美洲王：（15×20）；表皮：（ep）；皮層：（Co）；木質部：（Xy）；韌皮部：（Ph）；髓：（Pi）；導管：（Ve）；維管束：（Va）。

3 討論

3.1 草地早熟禾莖結構特征與抗旱性的關系

植物在其特定的生長環境下經過長期進化與演化，會具有一些特殊的構造，產生與之相適應的結構和功能，才能使其真正適應環境而生長。本試驗中3個草地早熟禾品種的皮層厚度依次為黑龍江草地早熟禾>美洲王>四季青。黑龍江草地早熟禾莖皮層細胞中富含的貯水細胞最多，形成的防失水結構最牢固。在干旱環境下，更有利于改善其自身的保水能力。3個草地早熟禾品種的導管直徑依次為黑龍江草地早熟禾>四季青>美洲王。有研究表明，導管直徑越大，木質部中水分運輸的有效性越高，植物的抗旱能力越強。黑龍江草地早熟禾的導管更有利于莖輸導大量的水分以抵御干旱缺水的不良環境條件。木質部厚度依次為黑龍江草地早熟禾>四季青>美洲王。黑龍江草地早熟禾的木質部面積/維管束面積比大于四季青和美洲王。黑龍江草地早熟禾和四季青的維管束直徑以及韌皮部面積/維管束面積比均大于美洲王。李苗苗在沙棘形態解剖結構與抗旱性的研究中指出韌皮部所占面積比例大時有利于植物運輸補給有機營養物質，這會對植株的抗旱能力有一定提升。上述結果均已顯示，黑龍江草地早熟禾具有更強大的輸送水和礦物質的能力，在受到干旱環境脅迫時，擁有更強大的輸水組織，能夠更好地適應環境。

3.2 草地早熟禾不同品種抗旱性的隸屬函數值法評價

草地早熟禾3個品種的莖解剖結構中，對8項指標方差分析后可知其靈敏度是有差異的，從表1中選取6項靈敏度最高（P<0.01）的抗旱指標，通過對各指標的隸屬函數值求算，來進行綜合評價，將有效縮小評定結果與實際抗旱性之間的差異。

由表2可知，對3個品種的抗旱能力作相對排序，依次為黑龍江草地早熟禾>四季青>美洲王。

4 結語

本試驗通過對3個草地早熟禾品種莖的橫切面形態結構進行觀察，結果表明它們具有相同的組成部分，體現了種間的一致性。其中黑龍江草地早熟禾莖中的皮層細胞厚度、木質部厚度、木質部面積/維管束面積、導管直徑均>四季青和美洲王，=但表皮細胞厚度最薄。采用隸屬函數法對草地早熟禾莖解剖結構的6項抗旱指標綜合分析得出，抗旱能力：黑龍江草地早熟禾>四季青>美洲王。莖中的表皮細胞厚度、皮層細胞厚度、木質部厚度、木質部面積/維管束面積、導管直徑、維管束直徑，均可作為草地早熟禾抗旱性的重要評價指標，這與三葉草莖解剖結構中確定的抗旱指標基本一致。這也證實在草地早熟禾抗旱評價體系中應重視莖解剖結構，可以將其作為判定其抗旱性的有效指標。endprint