三种南城淮山组培移栽苗叶片的气孔特征研究

(上饶师范学院 生命科学学院，江西 上饶 334001)

三种南城淮山组培移栽苗叶片的气孔特征研究

柯维忠，王爱斌，徐路

(上饶师范学院 生命科学学院，江西 上饶 334001)

通过胶带粘取法、撕取法以及胶带粘取与撕取综合法，利用数码图像显微处理系统观察，比较3种南城淮山(南城淮山Ⅰ、南城淮山Ⅱ、南城淮山Ⅲ)组培移栽苗间的气孔大小与气孔密度的差异。结果表明，胶带粘取与撕取综合法适合用来观察3种南城淮山组培移栽苗叶片的气孔；3种南城淮山组培移栽苗的气孔参数存在一定差异。南城淮山Ⅰ的气孔周长与南城淮山Ⅱ的气孔周长相近，而南城淮山Ⅲ的气孔周长相对较短。在气孔密度方面，南城淮山Ⅰ的气孔密度与南城淮山Ⅲ的气孔密度相近，而南城淮山Ⅱ的气孔密度则较前两者小。试验结果可为南城淮山试管苗的移栽驯化和大田种植提供理论依据。

南城淮山；组培移栽苗；叶片；气孔特征

淮山又名山药，为薯蓣药菜兼用块根植物。南城淮山是南城县传统著名特色蔬菜，人工栽培淮山有400多年的历史，大面积商品化栽培始于上世纪70年代初期，1997年开始实施淮山产业化工程[1]。江西省南城县位于华东中部，气候温和、日照充足、雨量充沛，四季分明，是淮山生产得天独厚的天然场所，是全省最大的淮山生产基地，也是全国三大淮山生产基地之一[2]。南城淮山含有人体所必需的8种氨基酸以及婴儿营养必需的组氨酸和淀粉、脂肪、多糖、钙、铁等多种营养成分，荣获1999昆明世界园艺博览会蔬菜食品类铜奖[1]。南城淮山生长土壤中无污染，属天然绿色食品，融美食、保健、美容于一体、且抗缺氧，故具有“天然人参”之美称[3]。2011年，南城淮山成功申报农产品地理标志保护产品。

气孔是植物与外界进行气体和水分交换的主要通道，也是植物体内水分蒸腾散失的通道，在优化植物光合和蒸腾过程中起着重要作用，同时它也是研究植物间亲缘关系及其染色体倍性的重要器官[4-6]。气孔密度和大小均受环境条件的影响，是不稳定的性状，不具分类学意义。植物叶片气孔特征(形态、大小、分布和密度)影响植物的光合和蒸腾等生理活动，气孔特征受遗传因素、环境因素(如光照、温度、湿度、辐射、CO2浓度和水分条件)及栽培调控措施的影响[7]，用植物的气孔参数(气孔密度和气孔指数)来指示大气CO2浓度的变化,已成为近几年国际上研究的热点之一[8]。目前，关于南城淮山的研究多见于大田栽培方面，而关于其组织培养及其组培移栽苗气孔特征方面的研究尚未见报道。本实验将通过胶带粘取法、撕取法以及胶带粘取与撕取综合法，比较3种南城淮山(南城淮山Ⅰ、南城淮山Ⅱ、南城淮山Ⅲ)组培移栽苗间的气孔大小与气孔密度的差异，旨在为南城淮山试管苗的移栽驯化和大田种植提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 材料

南城淮山Ⅰ、南城淮山Ⅱ、南城淮山Ⅲ组培移栽苗(均来自于上饶师范学院生命科学学院植物组织培养室)。

1.2 仪器

平板电脑显微镜(江西枫林光学仪器有限公司一体数码生物显微镜FL30-V)、刻度尺、1 cm宽透明胶带、培养皿、标签纸、载玻片、标签纸。

1.3 方法

1.3.1 材料采集

取3个洁净干燥的培养皿，分别用标签纸标注Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ，于下午3时左右，采集南城淮山Ⅰ、南城淮山Ⅱ、南城淮山Ⅲ组培移栽苗叶片，并按标记放入相应培养皿中。

1.3.2 制片方法及改进

1.3.2.1 胶带粘取法

将叶片平放在洁净的实验台上，叶片下表面朝上，透明胶带拉出约6 cm长，胶面朝下，粘于叶片下表面，粘贴方向与叶脉方向相同，用手按压使叶片下表面与胶带充分接触，而后撕下胶带，叶片下表皮仍与胶带胶面粘着。如若叶片下表皮附着物较多，可以用胶带重复粘贴叶片下表皮，直至附着物被粘去，即可进行以上操作进行叶片下表皮的粘取。粘取后的叶片下表皮不必从胶带上撕下，直接连同胶带一起粘于干燥洁净的载玻片观察即可。

1.3.2.2 撕取法

叶片下表面朝上，用干净的镊子撕取一小块叶片下表皮，在洁净的载玻片上滴一滴清水，用镊子将撕下的下表皮平摊在载玻片上的清水中，并盖上盖玻片，即可放于数码图像显微处理系统下观察。

1.3.2.3 胶带粘取与撕取综合法

采用胶带粘取与撕取综合的方法。用胶带处理叶片下表面的附着物，步骤同上。将粘去附着物的叶片平放于洁净的工作台上，叶片下表皮朝下，透明胶带拉出约6 cm长，胶面朝下，粘于叶片下表面，用手适当按压胶带，使胶带与叶片下表面充分接触，而后撕下胶带，植物下表皮同胶带一起被取下。在洁净的载玻片上滴一滴清水，将粘有叶片下表皮的透明胶带平展在载玻片上的清水处，适当按压以赶走样品装片内气泡，即可放于显微镜下观察。

1.3.3 气孔密度测定

每个品种用数码图像显微处理系统在40倍镜下随机选取10个50 mm×56 mm视野，计算视野中各品种气孔总数，以测定气孔密度。气孔密度计算公式：气孔密度=气孔总数 / mm2。

1.3.4 气孔周长测定

1.3.5 统计方法

以上实验均重复3次，本实验所有数据表示为平均值，并用SPSS19.0软件进行One-Way ANOVA分析，再进行LSD法检验，P<0.05为有统计学差异显著性。

2 结果与分析

2.1 南城淮山气孔制片方法的筛选

本试验的观察结果表明，胶带粘取法具有操作简单，操作速度快，减轻植物叶片因失水造成的气孔变化等优点，但是数码图像显微处理系统观察下样品气泡过多，影响观察。如果叶片表面附着物较多，可以用胶带反复粘取其表面附着物，直至附着物被粘去。撕取法有操作方便，步骤简单等优点，在数码图像显微处理系统观察下，样品装片内气泡少量甚至不明显，但用撕取法制成装片的同一样品的气孔与用胶带粘取法观察到的气孔开闭状态不同。并且，气孔保卫细胞吸水后膨胀会导致气孔张开，观察到的结果会与实际情况不符。撕取法制作的样品装片真实性不高，不能最大限度地减轻因失水导致的气孔开张度变化，影响实验结果。胶带粘取与撕取综合法有过程简单、真实性强、气孔开张程度变化小等优点，数码图像显微处理系统观察下样品装片气泡数量少体积小或不明显，适合南城淮山的气孔观察实验。

2.2 南城淮山气孔特征及类型的观察

由图1可知，根据副卫细胞的数目及排列方式分类，南城淮山属于无规则四细胞型，即4个副卫细胞不规则地包围保卫细胞；根据保卫细胞的形状和壁的加厚情况分类，南城淮山属于船型，即气孔细胞内壁同厚，气孔缝为纺锤状；根据保卫细胞内的叶绿体的数目及大小差异分类，南城淮山属于中粒型，即保卫细胞内有很多多角形或类圆型大小中等的叶绿体[10]。

图1 南城淮山Ⅰ(上)、南城淮山Ⅱ(中)和南城淮山Ⅲ(下)的气孔图：左为×40倍镜；右为×10倍镜

2.3 南城淮山三个品种气孔长径、短径和周长的比较

从表1可知，南城淮山Ⅰ与南城淮山Ⅱ的保卫细胞长度差异不显著(P>0.05)。而南城淮山Ⅲ的保卫细胞长度较短，且与南城淮山Ⅰ与南城淮山Ⅱ相比具有显著性差异(P<0.05)。保卫细胞宽度测量结果与保卫细胞长度测量结果类似，南城淮山Ⅰ的保卫细胞宽度略大与南城淮山Ⅱ，但无显著性差异(P>0.05)，三种植物的保卫细胞长度中南城淮山Ⅲ最短，相比南城淮山Ⅰ、Ⅱ差异较显著(P<0.05)。从周长来看，南城淮山Ⅰ的气孔周长与南城淮山Ⅱ的气孔周长相差不大(P>0.05)，而南城淮山Ⅲ的气孔周长较前两者小(P<0.05)。因此，在三种南城淮山中，南城淮山Ⅲ的气孔最小。

表1 三种南城淮山气孔的长径(A)、短径(B)及周长(L)

2.4 南城淮山三个品种的叶子的气孔密度比较

从表2可知，在气孔密度方面，南城淮山Ⅰ的气孔密度与南城淮山Ⅲ的气孔密度相近，无显著性差异(P>0.05)，南城淮山Ⅱ的气孔密度则较两者小，具有显著性差异(P<0.05)。气孔密度比例约为：

南城淮山Ⅰ∶南城淮山Ⅱ∶南城淮山Ⅲ=25∶16∶24。

表2 南城淮山三个品种的叶子的气孔数量和气孔密度比较(×10倍镜，50 mm×56 mm视野)

3 结论

许多研究认为，气孔的类型、特征及分布与植物的染色体倍性[11]、抗性[12]等存在相关性，同时气孔的密度、大小、结构类型可以作为一些植物[13]起源、进化、分类的重要指标。王连珍等[6]以 13 种栎属植物为试材，观察了这些种类叶片的气孔形态，结果表明，供试种类的气孔和气孔器的形态参数差异明显，从大至小的变化趋势依次排序为沼生栎组、白栎组、麻栎组、槲栎组。郑淑霞和上官周平[4]研究了近70 年黄土高原地区3种典型植物辽东栎、虎榛子和酸枣的气孔长度、宽度、面积与密度的变化状况，结果表明，气候变化对3种植物气孔性状并无一致的影响。吴永华等[7]发现在10种地被植物中，气孔随机分布的植物比气孔聚集分布的植物具较强的耐阴性。蔡志全等[14]对生长在荫棚3种不同光照条件下和全自然光下的热带雨林4个冠层种和3个中层种树苗叶片气孔特征进行了研究，结果表明，气孔密度与植物单位叶的面积呈负相关，而与气孔导度的相关性不显著。刘自学等[15]指出3种冷季型草坪草叶片的气孔孔径大于暖季型草的，而气孔的密度暖季型草的则比冷季型草的大。赵秋玲等[5]、贾永立[16]和温伟君等[17]的研究也发现，梓树属滇楸、楸树、灰楸 3 个种叶片、5 个椰子品种以及5个龙眼品种的气孔密度、大小有显著差异。姚兆华等[18]的结果也表明，斧翅沙芥和距果沙芥的气孔性状具有较大的相似性，但这两个种与沙芥的气孔性状存在明显差异，说明沙芥属植物叶片气孔稳定性状和形态可以作为种质资源鉴定和评价的重要微观特征。

气孔在叶片上的分布、气孔的形状及覆盖物与植物的抗旱性有一定关系[19]。如 Liu等[20]发现，通过减少总叶面积和气孔密度，水稻 phytochrome B 突变体提高了对干旱的抗性。在本试验中，南城淮山Ⅲ的气孔密度较大，同时气孔大小最小，因此在三者中有较好的耐旱能力。与之相反的南城淮山Ⅱ，在三者中气孔大小较大，且气孔密度又最小，即在三种南城淮山中最不耐旱，适宜的生存环境温度应比其他两者更低。

气孔周长和气孔密度也是植物的特征，它们与植物的蒸腾速率关系密切[17]。在大多数情况下，气孔密度越大越利于植物生长。原因是更多的气孔数目导致更快的蒸腾速度，而更快的蒸腾速度越有利于水分和矿质元素等营养物质的运输。从光合作用角度来说，气孔密度大，单位时间内吸收二氧化碳的量越多，二氧化碳的同化量随之增大，光合速度更快，有机物的形成更多，有利于植物的生长[21]。有研究表明，抗高温品种比不抗高温品种气孔阻抗低，气孔密度大[22]。在本试验中，南城淮山Ⅰ的气孔周长与气孔密度在三者中皆较大，单位面积可达到的蒸腾作用最强。

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Study on the Stomatal Characteristics of Three Kinds of Nancheng Yam Tissue Culture Transplanting Seedling Leaves

KE Weizhong,WANG Aibin,XU Lu

(School of Life Sciences,Shangrao Normal University,Shangrao Jiangxi 334001,China)

The differences of stomatal size and stomatal density between 3 kinds of yam (Nancheng yam,Nancheng yam Ⅱand Nancheng yam Ⅲ) transplanting seedlings were compared using digital image microscopic processing system by tape sticking method,tearing off method,and tape sticking and tearing off comprehensive method.The results showed that tape sticking and tearing off comprehensive method was best adapted for observation of tissue culture seedling leaves of 3 kinds of Nancheng yams;There were some differences between stomatal parameters of 3 kinds of Nancheng yam tissue culture seedlings;The stomatal perimeters between Nancheng yamⅠand Nancheng yam Ⅱwere similar,but the stomatal perimeterof Nancheng yam Ⅲ was short;The stomatal density of Nancheng yamⅠand the stomatal density of Nancheng yam Ⅲ were similar,but the stomatal density of Nancheng yam Ⅱwas smaller than Nancheng yamⅠand Nancheng yam Ⅲ.The results of this study can provide a theoretical basis for transplanting domestication and field planting of Nancheng yam plantlets.

Nancheng yam;tissue culture transplanting seedling;leaf;stomatal characteristics

2017-07-03

江西省教育厅科技研究项目(GJJ14712)

柯维忠(1976-)，男，江西上饶人，实验师，学士，主要从事植物学研究。E-mail:258536862@qq.com

S632.1

A

1004-2237(2017)06-0080-06

10.3969/j.issn.1004-2237.2017.06.018