人参化感物质对其幼苗根尖解剖结构的影响

邵财　刘继永　张玉红　张浩　张舒娜　王英平

摘 要：为探讨人参化感物质的作用机制，采用石蜡切片技术研究人参化感物质对其幼苗根尖解剖结构的影响。利用人参化感物质活性组分培养其幼苗96 h后，取其根尖，进行石蜡切片，采用番红—固绿染色。结果表明：化感物质组分处理后的人参幼苗根尖几个功能部位的细胞大小及排列发生了明显的变化，处理后的幼苗根尖明显变粗，细胞间隙加大，表皮层细胞部分脱落，顶端分生组织和根冠的细胞混乱，这种效应随着处理浓度的增加而增强，且在浓度为40 g·mL-1处理时，一部分顶端分生组织细胞的细胞壁形态异常甚至破裂，中柱鞘细胞明显膨胀。

关键词：人参；化感作用；根尖；解剖结构

中图分类号： S567.5+1 文献标识码： A DOI 编码：10.3969/j.issn.1006-6500.2014.09.003

Abstract： The paraffin slice technique was used to study the effects of ginseng allelochemicals on anatomical structure of ginseng seedling root tip， and the mechanism of ginseng allelopathy was discussed. Allelochemicals were used to culture ginseng seedling and sampled at the 96th hours， and made paraffin section with root tip of seedling. Sarranine staining and brilliant green staining was applied. The results showed that the treatment seedling cells of several functional regions took place obvious changes in size and arrangement. The seedling root tip became thick obviously and intercellular space increased. A part of epidermal cells fell off from the roots and the cells of apical meristem and root cap became unordered. The allelopathic effects were strengthened with culture concentration increasing， and some cell walls of apical meristem became abnormal morphology and even fractured in treatment groups with culture concentration of 40 g·mL-1， and the cells of pericycle were also expansive obviously.

Key words： ginseng； allelopathy； root tip； anatomical structure

人参连作障碍具体表现为“烧须、病多、产量低”，多年来参农采用伐林栽参的方式，虽然能对人参连作障碍问题有一定的缓解，但由于大量森林被砍伐，对生态环境会造成严重影响。近年来研究表明，人参化感作用在人参连作障碍中扮演着重要角色[1-3]。前期研究成果表明，栽参根际土壤水提液乙酸乙酯部分活性较高，且它们能引起人参幼苗根部细胞膜质过氧化和根系活力下降等[4-5]，人参化感物质对这些生理生化方面的影响必然引起细胞水平上的形态结构变化。人参幼苗根尖细胞形态结构的变化，对人参化感物质其它生理作用机理可能有重要的启示。为此，本研究从人参幼苗根尖解剖结构的角度着手，揭示人参化感物质对其自毒作用的机理。

1 材料和方法

1.1 人参幼苗的培养

经后熟处理的人参种子购于吉林省抚松县万良镇。人参种子先用自来水冲洗干净，再用1 000倍的50%多菌灵可湿性粉剂处理10 min，自来水反复冲洗，然后置于事先灭过菌的直径11 cm的培养皿 （铺有2层湿润滤纸） 中，20 ℃恒温保湿培养，4 d后幼苗供试验使用。

1.2 人参化感物质的制备

采集抚松一参场栽参床土（两年生人参移栽，生长3年），自然风干的土壤样品研细后过直径0.25 mm的筛，称取土壤样16 kg，用蒸馏水5倍量提取3次，提取液合并过滤，减压浓缩至一定体积，用等体积的乙酸乙酯（分析纯）萃取3～5次，有机相合并减压浓缩，用乙酸乙酯定容100 mL，得到土壤质量浓度160 g·mL-1的溶液，放置4 ℃冰箱备用。

1.3 化感物质对人参幼苗的处理

取一定量上述化感物质，配制成土壤质量浓度为80，40 g·mL-1的溶液，各取2.5 mL至事先灭菌的直径11 cm培养皿 （铺有2层吸水滤纸） 中，对照加入2.5 mL乙酸乙酯（分析纯），待乙酸乙酯挥干后，每皿加入5 mL蒸馏水，使培养液中土壤的质量浓度分别为40，20 g·mL-1，每个培养皿中放入15粒人参幼苗，每个处理3 次重复。放置20 ℃恒温保湿培养96 h后取样。

1.4 石蜡切片的制作、切片和观察

分别用刀片截取人参幼苗根尖（约5 mm），将取的材料置于装有固定液的小瓶中， 固定2 h以上放置备用。参考陈长宝[1]的方法进行石蜡切片制作，将包埋于蜡块中的材料分为纵切和横切进行连续切片，切片厚度10 μm，染色采用番红—固绿对染，染色后的切片在Olympus CX-31型显微镜下观察并拍照。

2 结果与分析

2.1 化感物质处理人参幼苗根尖的纵切面解剖结构

由根尖纵切面观察可见，化感物质处理后的人参幼苗根尖几个功能部位的细胞发生了明显的大小和排列方面的变化（图1）。图1中对照幼苗的根尖细胞排列规则、清晰，各功能区（表皮层、顶端分生组织等） 细胞分类明显。用化感物质处理后的幼苗根尖明显变粗，细胞间隙加大，表皮层细胞部分脱落，顶端分生组织和根冠的细胞混乱，这种效应随着处理浓度的增加而增强，且在浓度为40 g·mL-1处理时，一部分顶端分生组织细胞的细胞壁形态异常甚至破裂。

2.2 化感物质处理人参幼苗根尖横切面解剖结构观察

由图2可见，人参幼苗用化感物质处理后，根尖横切面细胞发生的明显变化。在对照中，人参幼苗根尖横切面细胞排列规则、均匀，细胞饱满，各分类组织（表皮、皮层薄壁组织和中柱鞘等） 清晰可辨。用化感物质处理后，细胞排列紊乱，表皮细胞大量脱落，这种作用随处理浓度增加而增强，在40 g·mL-1处理时，皮层薄壁组织细胞的细胞壁形态异常甚至破裂，中柱鞘细胞明显膨胀。

3 结论与讨论

由人参连作障碍表现须根减少、烂根等现象可知，人参化感物质首先作用于人参的根并进而影响植株的生长。而植物根系具有特定的解剖、形态和生理功能特征[6]，其不同部位的细胞和细胞内不同的细胞器所发生的改变，都是对外界环境因子做出的不同程度的响应[7]。前期研究结果表明，经化感物质培养后的人参幼苗，出现了根系生长发育不良的症状。由本研究结果可知，受体人参幼苗根冠区的生长受到严重干扰，根尖表皮至皮层细胞出现明显脱落甚至腐烂。另外，在人参连栽后侧根明显较少，而侧根是由中柱鞘中的一组细胞在生长发育中分化而来[8]，在人参幼苗根尖横向解剖结构里中柱鞘的比较结果可以看到，化感物质可能对中柱鞘细胞发生直接或间接作用，最终导致植株侧根减少，影响根部对营养及水分吸收，地上部光合生物量减少[9]。

本研究中解剖结构的结果表明，人参幼苗经化感物质处理后，根尖细胞排列紊乱，根尖明显变粗，且细胞间隙变大。这与其它一些化感物质的作用结果类似。紫茎泽兰淋溶主效化感物质（泽兰二酮和羟基泽兰酮） 处理旱稻幼苗根尖，根尖顶端分生组织、静止中心和根冠的细胞排列混乱，细胞间隙加大，皮层薄壁组织细胞变得短而粗，以及表皮层细胞大量脱落等，这可能是由于紫茎泽兰化感物质对受体植物吲哚乙酸的干扰所致[10]。用酚酸类化感物质安息香酸处理芥菜幼苗，其根尖细胞形状不规则，且排列紊乱，细胞之间出现明显离散的中胶层[11]，这可能是由于安息香酸促进吲哚乙酸的脱羧基作用抑制了吲哚乙酸的活性所致[12]。另外，低浓度的IAA会促进细胞壁松弛，使细胞之间的中胶层出现明显的空隙，这些空隙将导致细胞之间信号和营养的传输严重受阻[13-14]。对人参根际土壤提取液GC—MS化学成分进行分析，分析表明人参根际土壤提取液中含有苯酚类、酚酸及其衍生物和苯胺类物质[2]。由此可见，人参化感物质可能通过干扰吲哚乙酸含量，进而影响人参根尖细胞形态的变化，但其中的作用机理还有待于进一步研究。

参考文献：

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