趙佳男，王鵬程，賈曉雯，蔣鈺婕，許盛寶，王曉明

(西北農(nóng)林科技大學(xué) 農(nóng)學(xué)院，陜西楊凌 712100)

小麥(TriticumaestivumL.)是世界上最重要的糧食作物之一，其高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)對于保障國家糧食安全至關(guān)重要。植物根系是水肥吸收的主要器官，并參與體內(nèi)物質(zhì)合成及轉(zhuǎn)化[1]。小麥是須根系作物，其根系由初生根、次生根(不定根)以及再生的各級分支構(gòu)成。其中，初生根一般由種子萌發(fā)出的一條主胚根和另外4～6條次生胚根組成，其對小麥根系建成和后期生長發(fā)育具有重要作用[2]。主胚根為中間最先突破種皮的初生根[3]，隨后在其兩側(cè)依次長出次生胚根，次生胚根數(shù)主要與材料和種子大小相關(guān)[4]。

成熟小麥胚根的縱向結(jié)構(gòu)可以劃分為根冠、分生區(qū)、伸長區(qū)和成熟區(qū)四部分[5]。根冠位于根尖的最頂端，具有保護分生組織感知重力、水分和養(yǎng)分的功能[6]。分生區(qū)細胞具有旺盛的分裂能力，是根系干細胞分裂分化出各根系組織的區(qū)域[7]。分生區(qū)內(nèi)部靠近根冠的部位有一團活動緩慢的原始組織，稱為靜止中心，具有維持干細胞狀態(tài)和特性的能力[8-9]。根系向上緊靠分生組織的區(qū)域稱為過渡區(qū)，過渡區(qū)的細胞被證明具有獨特的細胞學(xué)和代謝特性，它們能夠感知不同的環(huán)境因素和內(nèi)源信號，進而調(diào)控根系生長[10]。伸長區(qū)細胞分裂能力減弱，開始快速伸長，成為根尖深入土層的重要推動力。成熟區(qū)位于伸長區(qū)之上，是根部吸收水分和養(yǎng)分的主要部位。

成熟根尖的橫向結(jié)構(gòu)具有典型的放射狀特征，即由外到內(nèi)分別為表皮、皮層、內(nèi)皮層、中柱鞘及中柱[7]。表皮位于最外層主要起到保護分生組織的作用。皮層位于表皮之下，其細胞通透性強，溶質(zhì)及水分可以自由通過[11]。內(nèi)皮層的細胞壁加厚，徑向壁木栓化形成凱氏帶，使根的吸收具有選擇性[12]。中柱包括韌皮部和木質(zhì)部，前者從枝條向根運輸代謝物，而后者則向枝條輸送水分和溶質(zhì)[13]。木質(zhì)部大導(dǎo)管位于中柱的中間，周圍分布著原生導(dǎo)管和韌皮部。與雙子葉模式植物擬南芥的根系橫向細胞組成相比，單子葉植物根系除了皮層數(shù)和細胞來源有差異之外，其他細胞組成基本相似[12]。

目前，小麥根系解剖結(jié)構(gòu)觀察的常用方法有徒手切片法和石蠟切片法。徒手切片技術(shù)操作簡單，不需要儀器設(shè)備，且沒有經(jīng)過化學(xué)試劑處理，可保持小麥根尖細胞自然色澤和結(jié)構(gòu)狀態(tài)，多適用于觀察根尖橫切結(jié)構(gòu)[14]。用于小麥根尖縱截面觀察時，切片厚度不好控制，無法保證切口水平，容易導(dǎo)致組織結(jié)構(gòu)破損。石蠟切片厚薄均勻，清晰無皺褶，并可對材料進行連續(xù)切片和觀察，是小麥橫切結(jié)構(gòu)觀察最常用的方法[15]。但是觀察縱向細胞結(jié)構(gòu)時，石蠟切片縱切難度較大，細胞破損嚴重，且很難保證不同切片在根系的同一層，從而阻礙不同材料和不同類別根系的比較分析。因此，目前小麥根系的橫向細胞結(jié)構(gòu)研究遠多于縱向，但縱向細胞結(jié)構(gòu)對于研究根系發(fā)育的細胞學(xué)基礎(chǔ)至關(guān)重要，其清晰準確的觀察是該領(lǐng)域目前急需解決的技術(shù)難題。顯微觀察方面，電子顯微鏡分辨率及精度較高，利用其可以清楚觀察到小麥根尖表皮結(jié)構(gòu)，但其成本高，無法分析三維結(jié)構(gòu)，且不能觀察根系內(nèi)部組成[16]。小麥根系內(nèi)部顯微觀察的另一個難點在于樣品較厚，光線難以穿透。激光掃描共聚焦顯微鏡(laser scanning confocal microscope，LSCM)可以對樣品進行斷層掃描和成像，且樣品處理時的透明步驟有效解決了樣品較厚的問題，從而實現(xiàn)了靈活、直觀、無損傷的樣品觀察，并可以對多個光學(xué)切片進行疊加，分析細胞的三維空間結(jié)構(gòu)，廣泛應(yīng)用于模式植物擬南芥的根系細胞學(xué)研究[17]。

本研究基于LSCM，優(yōu)化了制片流程，調(diào)整了觀察參數(shù)，構(gòu)建了可以快速、清晰地對同一縱向切面進行觀察的技術(shù)體系，并利用該技術(shù)體系對5個小麥品種的胚根縱向細胞結(jié)構(gòu)進行了連續(xù)觀察和比較，以期為小麥根系的生物學(xué)研究提供重要的技術(shù)支撐。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

本試驗選取了的小麥品種農(nóng)大1108、小偃22、煙農(nóng)19號、碧螞4號和西農(nóng)88為供試材料。觀察設(shè)備為激光共聚焦掃描顯微鏡(Olympus公司生產(chǎn)，型號IX83-FV1200)。

1.2 小麥幼苗的培養(yǎng)試驗

采用水培方式，于西北農(nóng)林科技大學(xué)人工氣候室進行。人工氣候室的條件設(shè)置為25/20 ℃，14/10 h，5 000 lx，濕度50%。根系培養(yǎng)實驗設(shè)置3次重復(fù)。

1.2.1 種子處理

選擇飽滿、大小一致、無病害的種子在室溫下用蒸餾水浸種兩天后，用消毒液(綠傘)(消毒液∶蒸餾水=3∶2)對種子進行表面消毒10 min，然后用蒸餾水沖洗3～5次。在滅菌的培養(yǎng)皿(直徑15 cm)中鋪兩層濾紙，加入5 mL蒸餾水潤濕，將消毒后的種子均勻地擺放在濾紙上，培養(yǎng)皿用保鮮膜封口，并在保鮮膜上戳洞以防止種子進行無氧呼吸，再緩慢加入15 mL蒸餾水，將擺好種子的培養(yǎng)皿置于4 ℃冰箱，春化 3 d，確保種子發(fā)芽一致。

1.2.2 移苗

挑選長勢一致的發(fā)芽種子移至發(fā)芽盒(12 cm×12 cm)，每個發(fā)芽盒中放12粒，共三盒。發(fā)芽盒用保鮮膜覆蓋(保鮮膜上留通氣和供幼苗葉片伸出的孔)，之后轉(zhuǎn)入人工氣候室培養(yǎng)14 d，用于后期觀察分析。

1.3 試驗觀察

挑選茁壯無損傷小麥主胚根，截取根尖部位0.5 cm用于分生區(qū)細胞學(xué)觀察；在主胚根長1/2處截取1 cm的根段，用于成熟區(qū)細胞學(xué)觀察。樣品處理步驟如下：

(1)固定：取固定好的根尖材料放入加有4%戊二醛固定液的1.5 mL離心管中，真空泵抽真空三次，壓強大于0.08 MPa，每次30 min。抽真空后，室溫下在固定液中過夜。

(2)脫水：固定完成后，將固定液吸出，按酒精濃度50%、65%、75%、85%、95%、100%進行梯度脫水，每個濃度處理30 min。

(3)透明：脫水后材料置于苯甲酸芐酯∶苯甲醇為2∶1的配比溶液中4 h，以備制片觀察。

(4)觀察：利用LSCM進行材料解剖結(jié)構(gòu)觀察。LSCM來自O(shè)lympus公司，型號為IX83-FV1200。選用488 mm激發(fā)光，將焦距對焦到根尖中柱所在層面，能夠清晰地觀察到截面細胞組織，觀察拍照。

2 結(jié)果與分析

2.1 小麥根尖細胞學(xué)觀察體系構(gòu)建

LSCM在擬南芥根系細胞組織研究中的方法和參數(shù)已經(jīng)非常成熟[18]。但是，由于細胞結(jié)構(gòu)組成的差異，運用該體系直接觀察小麥根尖細胞結(jié)構(gòu)時，細胞輪廓不清晰，觀察效果不佳(圖1A、圖1B)。因此，本研究對脫水、透明和放大倍數(shù)進行了一系列調(diào)整，發(fā)現(xiàn)脫水時間從每梯度20 min延長至30 min、透明時間從1 h延長至6 h后，利用細胞自發(fā)熒光，在488 nm波長激發(fā)光下，用顯微鏡逐層掃描至中間層(根系中央后生木質(zhì)部導(dǎo)管切面清晰可見)，調(diào)節(jié)顯微鏡放大倍數(shù)到20倍，調(diào)整激發(fā)光強度，最終可以完整清晰觀察到小麥根尖的縱向細胞結(jié)構(gòu)(圖1C、圖1D)。農(nóng)大1108、小偃22、煙農(nóng)19號、碧螞4號和西農(nóng)88的主胚根長分別為23.01、26.02、24.00、25.47和24.64 cm，差異較大(圖1E)。

A：流程優(yōu)化前小麥根尖分生區(qū)縱切結(jié)構(gòu)圖；B：流程優(yōu)化前根尖成熟區(qū)縱切結(jié)構(gòu)圖；C：流程優(yōu)化后小麥根尖分生區(qū)縱切結(jié)構(gòu)圖；D：流程優(yōu)化后根尖成熟區(qū)縱切結(jié)構(gòu)圖;E:五個材料主胚根長度統(tǒng)計分析。A:Longitudinal section of wheat root tip meristem zone before procedure optimization;B:Longitudinal section of maturation zone before procedure optimization;C:Longitudinal section of wheat root tip meristem zone after procedure optimization;D:Longitudinal section of maturation zone after procedure optimization；E:Statistical analysis of radicle length of five materials.圖1 制片流程優(yōu)化前后小麥根尖分生區(qū)和成熟區(qū)的縱切結(jié)構(gòu)Fig.1 Longitudinal section of wheat root tip meristem zone and maturation zone with or without section producing procedure optimization

2.2 小麥根冠的細胞學(xué)特征

根冠呈帽狀處于根尖的頂端，由細胞壁較薄的細胞組成[18]。運用LSCM觀察發(fā)現(xiàn)，供試小麥根冠邊緣的薄壁細胞大致呈橢圓形，根冠中央的薄壁細胞大小近乎等徑，總體形狀不規(guī)則，排列松散，而基部細胞體積較小，細胞核大，細胞排列緊密有序，與該處細胞的旺盛分裂相一致(圖2A～圖2E)。根冠與后方的分生區(qū)之間可見明顯的穹窿形分界線，將根冠頂端細胞與穹窿形分界之間的距離表示為根冠長。農(nóng)大1108、煙農(nóng)19號、西農(nóng)88、碧螞4號和小偃22根冠長分別為220.28、212.08、194.57、178.90和160.47 μm。進一步觀察發(fā)現(xiàn)，根冠細胞有序排列為10～13層，其中農(nóng)大1108為13層，小偃22、煙農(nóng)19號及碧螞4號均為11層，西農(nóng)88為10層。每層細胞的縱向平均長度從上到下逐漸下降，不同材料間同一層細胞的長度存在顯著差異(圖2F～圖2H)。這說明細胞層數(shù)和每層細胞長度的不同共同引起不同材料間的根冠長度差異。

A～E：不同材料根冠縱切結(jié)構(gòu)圖(100×)；F：根冠細胞層數(shù)統(tǒng)計；G：根冠長度統(tǒng)計；H：根冠每層細胞長度統(tǒng)計，不同大寫字母表示不同層細胞長度間差異顯著，不同小寫字母表示不同材料間同一層細胞長度差異顯著。A—E:Longitudinal section of root caps of different materials (100×);F:Statistics of cell layers of root cap;G:Statistics of root cap length;H:Statistics of cell length for each layer.The different capital letters represent significant differences among cell length of different layers.The different lowercase letters represent significant differences in cell length among different materials.圖2 小麥根冠縱切結(jié)構(gòu)觀察與分析比較Fig.2 Observation and analysis of longitudinal section of the root cap

2.3 小麥根尖分生區(qū)的細胞學(xué)特征

在分生區(qū)靠近根尖的區(qū)域，細胞排列緊密、細胞核大且位于細胞中央，細胞個體小，橫向尺寸大于縱向尺寸，呈扁長型緊密排成一列，這與該區(qū)域細胞的快速分裂狀態(tài)相一致(圖3)。此外，5個材料的穹窿型結(jié)構(gòu)與導(dǎo)管起始細胞之間都具有三層細胞，且具有相同的后期分化模式，說明靜止中心周圍的細胞結(jié)構(gòu)穩(wěn)定。

圖3 靜止中心及分生區(qū)細胞放大圖(100×)Fig.3 Cytological structure of quiescent center and meristem cells(100×)

在分生區(qū)靠近伸長區(qū)的區(qū)域，細胞的縱向尺寸逐漸變大，并可清晰觀察到一層細胞，其橫向尺寸和縱向尺寸接近相等，細胞形態(tài)近似于正方形。本研究將該層細胞定義為分生區(qū)的上邊界，并將其與分生區(qū)頂端穹窿形結(jié)構(gòu)間的距離定義為分生區(qū)的長度(圖4A～圖4E)。農(nóng)大1108、小偃22、煙農(nóng)19號、碧螞4號和西農(nóng)88分生區(qū)長度的平均值分別為985.85、692.98、711.98、777.19和572.20 μm，農(nóng)大1108分生區(qū)長度約為西農(nóng)88分生區(qū)長度的兩倍，說明分生區(qū)大小在不同材料間存在較大差異。通過測量，農(nóng)大1108、小偃22、煙農(nóng)19號、碧螞4號和西農(nóng)88分生區(qū)上邊界的寬度分別是450.31、388.23、429.93、403.15和415.71 μm，材料間差異不顯著(圖4F)。

A～E：分生區(qū)縱切結(jié)構(gòu)圖，紅色箭頭表示分生區(qū)上邊界，藍色箭頭表示過渡區(qū)上邊界(100×)；F：分生區(qū)長寬統(tǒng)計，不同大寫字母表示材料間分生區(qū)長度顯著差異，不同小寫字母表示材料間分生區(qū)上邊界處寬度差異顯著；G：過渡區(qū)長度統(tǒng)計，不同字母表示材料間過渡區(qū)長度差異顯著。A—E:Longitudinal section of the meristem zone.The red arrowhead indicates the upper boundary of meristem zone,and the blue arrowhead indicates the upper boundary of transition zone (100×);F:Statistics of the length and width of the meristem zone.The different uppercase letters represent significant differences of the length of the meristem zone among the five materials,and the different lowercase letters represent significant differences of the width of the meristem zone at the upper boundary;G:Different letters represent significant differences of the length of transition zone among materials.圖4 小麥根尖分生區(qū)與過渡區(qū)縱切結(jié)構(gòu)觀察與分析比較Fig.4 Observation and analysis of longitudinal section of meristem zone and transition zone in wheat root tip

2.4 小麥根尖伸長區(qū)觀察

與模式植物的過渡區(qū)相似[10,19]，小麥胚根過渡區(qū)細胞也可分為兩部分，其中靠近分生組織的部分長度略有增加，細胞核位于細胞中心，細胞形狀仍近似等徑，而遠離分生組織的部分，細胞明顯伸長。農(nóng)大1108、小偃22、煙農(nóng)19號、碧螞4號和西農(nóng)88的過渡區(qū)長度分別為191.76、214.46、214.89、176.52和133.74 μm，包含的縱向細胞層數(shù)分別為7、8、9、6和5層。材料間過渡區(qū)長度和細胞層數(shù)差異不顯著，說明過渡區(qū)的細胞模式在材料間較為保守(圖4G)。

緊鄰過渡區(qū)的部分為伸長區(qū)，其細胞分裂能力減弱，但伸長和分化迅速，成為根尖深入土層的重要推動力[8]。類似于模式植物擬南芥根系伸長區(qū)的細胞結(jié)構(gòu)[20]，小麥根尖伸長區(qū)細胞的細胞核被擠向側(cè)壁，細胞快速伸長，縱向尺寸迅速增加，細胞形狀為矩形(圖5A)。為了評估伸長區(qū)細胞的伸長速度，我們測量了緊鄰過渡區(qū)的5～7個細胞的縱向長度，發(fā)現(xiàn)其伸長速度總體逐漸加快(圖5B)。

A：不同材料縱切結(jié)構(gòu)圖，紅色五角星表示用于測量伸長速率的始末細胞；B：伸長速率統(tǒng)計。A：Longitudinal section of elongation zone.The red pentagons represent the beginning cell and ending cell used for measuring elongation rate；B：Elongation rate statistics.圖5 伸長區(qū)縱切結(jié)構(gòu)觀察與分析比較Fig.5 Observation and analysis of longitudinal structure of elongation zone

2.5 小麥根尖成熟區(qū)觀察

小麥胚根成熟區(qū)細胞結(jié)構(gòu)和擬南芥、水稻和玉米的成熟區(qū)細胞結(jié)構(gòu)相似，細胞形狀呈規(guī)則矩形，每層細胞的長度大致均勻。橫切觀察發(fā)現(xiàn)，內(nèi)皮層細胞直徑遠遠小于皮層細胞[13]，因此將與皮層細胞相鄰的一層形態(tài)與皮層細胞完全不同的細胞層定位為內(nèi)皮層，內(nèi)皮層向內(nèi)為中柱，向外為皮層，最后一層為表皮，由于內(nèi)皮層細胞和中柱細胞的細胞壁出現(xiàn)木栓化，所以其熒光信號比相鄰的皮層細胞更強(圖6A)。據(jù)此標準，農(nóng)大1108、小偃22、煙農(nóng)19號、碧螞4號和西農(nóng)88的皮層數(shù)分別為4、3、3、2和3層(圖6E)。

對各材料成熟區(qū)不同類型細胞長度和寬度的測量發(fā)現(xiàn)，雖然表皮、皮層及內(nèi)皮層的細胞長度因材料不同存在差異，但皮層的細胞體積總體上最大，內(nèi)皮層的細胞體積最小(圖6B、6C)。同時需要注意的是，不同材料的趨勢不同，小偃22、碧螞4號和西農(nóng)88的表皮細胞長度大于皮層細胞長度，而農(nóng)大1108和煙農(nóng)19號的皮層細胞長度大于表皮細胞長度。另外，細胞寬度在材料間也存在顯著差異，農(nóng)大1108的皮層寬度最大 (9.35 μm)，西農(nóng)88最小(5.48 μm)。這說明成熟區(qū)的細胞，不論是表皮、皮層還是內(nèi)皮層，細胞大小在不同材料間存在較大變異，并且沒有固定規(guī)律。

另外，統(tǒng)計分析表明，導(dǎo)管直徑，中柱直徑和根直徑在不同材料間都存在差異，且導(dǎo)管直徑的差異最大。導(dǎo)管和中柱占根直徑的比例在材料間也存在差異，最大的為煙農(nóng)19號，最小的為小偃22。但是需要注意的是，導(dǎo)管占中柱的比例 (22.33%～25.39%)在材料間差異不顯著(圖6D、6F)，說明中柱和導(dǎo)管的直徑存在協(xié)同變化的 現(xiàn)象。

A：成熟區(qū)縱切示意圖；B：成熟區(qū)表皮、皮層、內(nèi)皮層長度統(tǒng)計；C：成熟區(qū)表皮、皮層、內(nèi)皮層寬度統(tǒng)計；D：成熟區(qū)根直徑、中柱直徑、導(dǎo)管直徑統(tǒng)計；E：不同材料成熟區(qū)皮層縱切結(jié)構(gòu)圖；F：導(dǎo)管直徑占中柱直徑比例，以及兩者占根直徑的比例。不同大寫字母表示組織間顯著差異，不同小寫字母表示材料間顯著差異。A:Longitudinal section of maturation zone;B:Statistics of the length of the epidermis,the cortex,and the endodermis the maturation zone;C:statistics of the width of the epidermis,the cortex,and the endodermis in the maturation zone;D:Diameter statistics of maturation zone,central column,and catheter;E:Longitudinal section of cortex in maturation zone of different materials;F:The ratio of the diameter of the catheter to the stellar,the ration of catheter to maturation zone,and the ration of the catheter to stellar.The different capital letters represent significant differences among tissues,and the different lowercase letters represent significant differences among materials.圖6 小麥根尖成熟區(qū)縱切結(jié)構(gòu)觀察與分析比較Fig.6 Observation and analysis of longitudinal section of maturation zone in wheat root tip

3 討 論

根系作為植物最重要的地下器官，具有固著植物，吸收、貯藏、運輸水分和營養(yǎng)物質(zhì)的功能[22]。對于小麥而言，根系形態(tài)和性能直接影響地上部分的生長發(fā)育和產(chǎn)量表現(xiàn)，在小麥整個發(fā)育過程發(fā)揮著重要作用[22]。

但目前快捷、清晰、準確的小麥根系細胞學(xué)觀察技術(shù)缺乏，限制了小麥的根系生物學(xué)研究。本研究對脫水、透明和放大倍數(shù)進行了一系列調(diào)整，可以完整清晰觀察到小麥根尖的縱向細胞結(jié)構(gòu)，并通過對五個小麥材料胚根的縱向細胞結(jié)構(gòu)進行觀察和比較，證明該觀察體系的簡便和可靠性。在測序成本日益下降的今天，高通量、準確的表型鑒定成為作物學(xué)研究中的瓶頸，限制著農(nóng)藝性狀控制位點的定位和分析。本研究中的觀察體系，可以快速準確獲得包括根冠長度、分生區(qū)長度、過渡區(qū)長度、皮層細胞長度和寬度、中柱和導(dǎo)管直徑在內(nèi)的多項表型數(shù)據(jù)，可為定位和分析其遺傳調(diào)控位點提供可靠的技術(shù)支撐。

根冠呈帽狀，處于根部的頂端，由細胞壁較薄的細胞組成，對內(nèi)部組織的保護和重力感知起關(guān)鍵作用。本研究觀察發(fā)現(xiàn)，材料間根冠長度存在差異，并由細胞層數(shù)和每層細胞的長度差異共同造成，根冠長度是否與其保護作用和重力感知有關(guān)，還有待進一步研究。同時，我們觀察到根冠邊緣細胞結(jié)構(gòu)松散，兩側(cè)細胞數(shù)量不對稱，可能與根冠和土壤摩擦脫落有關(guān)。

分生區(qū)作為小麥根系中細胞分裂最旺盛的區(qū)域，其細胞一部分向根尖部分分裂，不斷補充脫落的根冠細胞[23]，另一部分向根基部分裂分化形成各種功能細胞和組織。另外，分生區(qū)長度能直接影響根系的生長[22]，與根系長度具有顯著正相關(guān)關(guān)系[19]。擬南芥分生區(qū)長度約為200 μm，玉米分生區(qū)距離根尖長2 500 μm。本研究發(fā)現(xiàn)，小麥分生區(qū)長度約為500～1 200 μm，遠大于擬南芥，而小于玉米，說明分生區(qū)長度在物種間存在顯著差異。另外，不同小麥材料的分生區(qū)長度也存在顯著差異，為解析其遺傳調(diào)控網(wǎng)絡(luò)提供了表型依據(jù)。但是，分生區(qū)長度的差異具體是由細胞數(shù)目的差異，還是細胞體積的差異導(dǎo)致的，抑或是兩者都有貢獻，在目前的研究中并不能確定，因為在目前的放大倍數(shù)下，分生區(qū)細胞太小，無法計數(shù)，放大觀察倍數(shù)后，分生區(qū)分處多個視野，無法有效合并。在擬南芥研究中，有通過連續(xù)方程和運動學(xué)方法量化細胞增值分裂，從而計算細胞分裂速率及細胞數(shù)目的報道[24-25]；在玉米研究中推導(dǎo)分生區(qū)細胞數(shù)目的方法是將根尖連續(xù)切片，使用細胞計數(shù)器對所有切片細胞數(shù)目進行統(tǒng)計分析[26]。參考以上方法，結(jié)合本研究建立的觀察體系以及發(fā)現(xiàn)的細胞體積形態(tài)、分生區(qū)長度、分界線寬度和橫向細胞結(jié)構(gòu)等結(jié)果，可以對小麥根尖分生區(qū)的細胞組成進行進一步的分析。

靜止中心位于分生區(qū)頂端，由不太活躍的細胞組成，對維持其周圍的干細胞狀態(tài)至關(guān)重要[27]。Hanstein于19世紀中期提出，根尖原始細胞分為3層，分別分化為根冠、皮層和中柱，這種根據(jù)原始細胞所組成的層次來解釋根尖結(jié)構(gòu)的學(xué)說一直沿用至今。在擬南芥中，皮層與內(nèi)皮層具有共同來源，表皮與側(cè)根冠具有共同來源，中柱獨立起源[28]；在水稻中，表皮、皮層與內(nèi)皮層具有共同起源，根冠與中柱分別是獨立起源，這兩種模式被認為是雙子葉植物與單子葉植物的區(qū)別[12]。但小麥中因缺乏合適的觀察體系，其靜止中心的大小和細胞組成鮮有報道。本研究觀察到小麥根尖原始細胞大致分化為三層，皮層與內(nèi)皮層由一層分化而來，而表皮與側(cè)根冠由兩層獨立分化而來，不僅與擬南芥中的組織模式不同，也與水稻中觀察的表皮與皮層具有共同來源不符。但是，這種差異，還需要借助靜止中心和起始干細胞特異表達基因和熒光標記，通過對轉(zhuǎn)基因材料的細胞學(xué)觀察等方法進行確定。

過渡區(qū)位于分生區(qū)與伸長區(qū)之間，可以響應(yīng)環(huán)境變化快速調(diào)整生長速度和根系生長方向，是根系發(fā)育可塑性細胞的動態(tài)儲庫[21]。靠近分生區(qū)的部分其細胞具有分裂能力，且形態(tài)與分生區(qū)細胞相似，一直以來被認為是分生區(qū)的一部分[19]。后來的研究表明，靠近伸長區(qū)的過渡區(qū)細胞具有快速伸長的能力，因此過渡區(qū)作為一個獨特的區(qū)域能使根細胞獲得特殊的生理特性，如對不同環(huán)境因素的高度敏感性：重力、濕度、光和氧，這些信號介導(dǎo)根的向性并對根的形態(tài)發(fā)生都有重要的影響[29]。擬南芥過渡區(qū)長度大約為320 μm，本研究觀察到的過渡區(qū)長度為200 ～350 μm，與擬南芥類似，在小麥材料間過渡區(qū)長度和縱向細胞層數(shù)差異也不明顯，說明小麥根尖過渡區(qū)細胞結(jié)構(gòu)比較穩(wěn)定。

成熟區(qū)的細胞長度和寬度趨于穩(wěn)定，細胞基本停止生長，內(nèi)部的木質(zhì)部是根部運輸水分和無機鹽的主要部位，部分表皮突起分化為根毛，大大擴大了根系的吸收面積[30]。前人研究表明，較少的皮層細胞層數(shù)和較大的皮層細胞體積，可以降低代謝消耗并提高營養(yǎng)元素向上分配的能力[25，31-32]。本研究結(jié)果表明，材料間細胞層數(shù)存在1～2層的差異，皮層細胞較其他類型細胞體積偏大，但在材料間，細胞大小沒有固定規(guī)律，某種類型細胞體積更大，會引起根系哪些功能差異有待進一步研究。成熟區(qū)內(nèi)的導(dǎo)管直徑，中柱直徑和根直徑的大小，以及前兩者所占根直徑的比例，都會影響水分和養(yǎng)分在根系中的吸收運輸[33-34]。本研究發(fā)現(xiàn)，皮層細胞體積、導(dǎo)管和中柱直徑在不同小麥材料間存在顯著差異，未來可以結(jié)合水分和養(yǎng)分吸收和利用實驗，揭示這些差異與水分和養(yǎng)分利用效率的關(guān)系，為其遺傳改良提供理論 基礎(chǔ)。