石秋梅尹傳華王 虹張思敏張 科

(1.武夷學(xué)院茶與食品學(xué)院,福建武夷山 354300;2.新疆大學(xué)生命科學(xué)與技術(shù)學(xué)院,烏魯木齊 830046;3.中國(guó)科學(xué)院新疆生態(tài)與地理研究所,荒漠與綠洲生態(tài)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,烏魯木齊 830011)

白麻(Apocynum pictumSchrenk),夾竹桃科(Apocynaceae)羅布麻屬(Apocynum)多年生宿根草本植物,俗稱大葉白麻,異名為Poacynum pictum、Poacynum hendersonii或Apocynum hendersonii[1-2]。新疆為其主要分布區(qū),分布面積約53萬(wàn)hm2,占全國(guó)羅布麻總面積的40%,產(chǎn)量約5萬(wàn)t,占全國(guó)產(chǎn)量的50%[3]。由于白麻具有極強(qiáng)的耐寒、耐旱及抗鹽堿能力而成為一種重要的生態(tài)型植物資源[4]。同時(shí),白麻的花期長(zhǎng)達(dá)半年,出蜜量每公頃達(dá)18～26 kg[5]。因而,白麻也是一種重要的蜜源型經(jīng)濟(jì)植物,具有極大的應(yīng)用開(kāi)發(fā)價(jià)值。

花蜜富含人體健康所需的多種營(yíng)養(yǎng)成分。有研究表明花蜜的主要成分除蔗糖、葡萄糖和果糖之外,還有氨基酸、蛋白質(zhì)、維生素等[6-7]。隨著先進(jìn)分析檢測(cè)技術(shù)的應(yīng)用,還檢測(cè)到酚類、黃酮類及香氣等抗氧化物質(zhì)[8]。蜜腺解剖學(xué)研究證明,蜜腺泌蜜方式多種多樣,泌蜜的方式與產(chǎn)生分泌細(xì)胞的組織類型有關(guān);此外,蜜源植物泌蜜產(chǎn)量及蜜汁品質(zhì)還與蜜腺形態(tài)結(jié)構(gòu)有著密切聯(lián)系[7]。有關(guān)花蜜腺形態(tài)、類型、解剖學(xué)結(jié)構(gòu)及后含物變化的研究報(bào)道有很多,近年來(lái)較多關(guān)注蜜腺的生態(tài)學(xué)作用[9]、蜜腺發(fā)育及花蜜分泌的分子機(jī)理[10-16],而且研究對(duì)象多以栽培植物為主。有關(guān)白麻這種抗逆性強(qiáng)、泌蜜量大的生態(tài)經(jīng)濟(jì)型的野生植物的花蜜腺解剖結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、發(fā)育規(guī)律以及泌蜜機(jī)制的解剖學(xué)研究尚未見(jiàn)報(bào)道。因此,開(kāi)展白麻花蜜腺的發(fā)育解剖學(xué)研究有利于加深對(duì)干旱區(qū)植物適生態(tài)適應(yīng)性機(jī)制的理解,為白麻植物資源的開(kāi)發(fā)利用提供理論依據(jù)。

本研究以新疆產(chǎn)白麻為試驗(yàn)材料,基于石蠟切片技術(shù)并借助光學(xué)顯微鏡、掃描透鏡等儀器,分析白麻花蜜腺的形態(tài)特征、組織結(jié)構(gòu)及其發(fā)生發(fā)育規(guī)律;同時(shí),通過(guò)對(duì)石蠟切片組織化學(xué)染色研究,揭示白麻花蜜腺泌蜜的方式和規(guī)律,為進(jìn)一步合理利用白麻植物資源提供借鑒。

1 材料與方法

1.1 材料

試驗(yàn)材料采自中國(guó)科學(xué)院新疆分院阜康實(shí)驗(yàn)站鹽生植物園的栽培植株,白麻花期5-9月,采集現(xiàn)蕾期、花蕾膨大期、露冠期、初放期、盛花期和敗花期共6個(gè)花期的白麻花。在白麻栽培區(qū)隨機(jī)選擇采集植株約20 株,每個(gè)花期的鮮花采集約20朵左右。

1.2 方法

采集不同花期的新鮮白麻花,裝進(jìn)干凈的青霉素瓶中,加入FAA 固定液固定,固定液配方為:90%的50%酒精+5%的冰醋酸+5%的福爾馬林,固定時(shí)間24 h以上。先加入番紅(在70%乙醇中)進(jìn)行整體染色,再經(jīng)從低濃度到高濃度的酒精(乙醇濃度:70%～100%)對(duì)花進(jìn)行脫水,然后用二甲苯對(duì)脫水后的花做透明處理,再用石蠟包埋后進(jìn)行切片(厚6μm),二甲苯進(jìn)行脫蠟透明,再經(jīng)從低濃度到高濃度的酒精(乙醇濃度:70%～100%)對(duì)花的石蠟切片進(jìn)行脫水處理。為觀察分析花蜜腺分泌的淀粉粒、蛋白質(zhì)和多糖化學(xué)成分,石蠟切片除了進(jìn)行基礎(chǔ)的番紅-固綠對(duì)染外,還需分別進(jìn)行碘-碘化鉀淀粉染色、考馬斯亮藍(lán)染色和多糖-高碘酸-席夫試劑染色(PAS反應(yīng))。染色后再用從低濃度到高濃度的酒精(乙醇濃度:70%～100%)對(duì)花的石蠟切片進(jìn)行脫水處理,經(jīng)二甲苯透明后,加拿大樹(shù)膠封片,在Nikon(E=2 000)顯微鏡下觀察并拍照。從每個(gè)花期各選擇5～10朵分別制作橫、縱切片,每個(gè)方向制備5～10個(gè)切片,每個(gè)切片觀察5～10個(gè)視野。

另取新鮮的白麻盛花期花朵,用CARON ACCESSORY 噴鍍儀對(duì)材料進(jìn)行鍍金,并在LEO1430VP 掃描電鏡下觀察花瓣形態(tài)表面特征并拍照。此外,在OLYMPUS 雙目體視顯微鏡下觀察白麻盛花期花朵,并縱切,觀察蜜腺位置、形狀并拍照。

2 結(jié)果與分析

2.1 白麻花蜜腺的形態(tài)特征

在OLYMPUS雙目體視顯微鏡下對(duì)白麻盛花期花進(jìn)行解剖觀察,白麻花的花色為粉紅色,花蜜腺著生于五淺裂的花盤(pán)裂片處,位于每一花絲基部?jī)?nèi)側(cè),橢圓形,共5個(gè)(圖1-1,1-2)。此外觀察掃描電鏡圖,花瓣表面分布許多瘤狀乳突,表面細(xì)胞不平且具有紋理(圖2-1,2-2)。

圖1 盛花期白麻花朵縱切面圖Fig.1 Longitudinal section of flower at full-bloom stage

2.2 白麻花盤(pán)蜜腺發(fā)育過(guò)程

白麻花蜜腺和花瓣乳突細(xì)胞的發(fā)育可分為以下幾個(gè)階段。

2.2.1 現(xiàn)蕾期 隨蜜腺原基細(xì)胞不斷分化生長(zhǎng),花蜜腺隆起增大,位于花絲內(nèi)側(cè)基部,形成有分泌表皮細(xì)胞、產(chǎn)蜜組織和尚未完全成熟微管束的橢圓形的花蜜腺(圖3-1,3-2)?；ò甑耐獗砥ぜ?xì)胞發(fā)育形成許多乳突,內(nèi)表皮細(xì)胞沒(méi)有乳突或分布很少(圖4-2)。

2.2.2 花蕾膨大期 隨著花蜜腺細(xì)胞的進(jìn)一步發(fā)育,花蜜腺中的維管束清晰可辨,產(chǎn)蜜組織細(xì)胞比分泌表皮細(xì)胞大(圖3-2)?；ò陜?nèi)外表皮細(xì)胞上的乳突分布增多,內(nèi)表皮細(xì)胞的乳突比外表皮細(xì)胞乳突相對(duì)要大,內(nèi)外表皮細(xì)胞的乳突數(shù)量相當(dāng),有的乳突的蜜汁完全分泌出去(圖3-3)。組織化學(xué)染色發(fā)現(xiàn):在花蜜腺的維管束周?chē)械鞍踪|(zhì)顆粒積累,花瓣表皮細(xì)胞乳突也有較濃的蛋白質(zhì);PAS反應(yīng)花瓣表皮細(xì)胞乳突出現(xiàn)玫瑰紅顏色的多糖物質(zhì),但花蜜腺產(chǎn)蜜組織和分泌表皮細(xì)胞中多糖的分布不太明顯;仍無(wú)淀粉顆粒。

圖3 花蜜腺解剖結(jié)構(gòu)及發(fā)育過(guò)程Fig.3 Anatomical structure and development process of floral nectary

2.2.3 露冠期 此時(shí)期,花蜜腺分泌表皮細(xì)胞發(fā)生細(xì)胞變形并包進(jìn)突起的角質(zhì)層中,形成由表面角質(zhì)層凸和分泌表皮細(xì)胞組成的指狀突起,向外分泌蜜汁,角質(zhì)層并沒(méi)有破裂,產(chǎn)蜜組織細(xì)胞間有分泌道(圖2-3)?；ò晖獗砥ぜ?xì)胞乳中的蜜汁已分泌出去(圖4-4)。組織化學(xué)染色表明:花蜜腺的維管束周?chē)鞍踪|(zhì)顆粒積累增多,從維管束到分泌表皮的方向呈現(xiàn)出蛋白質(zhì)濃度梯度,花瓣上的乳突被染成深藍(lán)色;P花瓣乳突中出現(xiàn)紫玫瑰色的多糖物質(zhì),花蜜腺中仍然沒(méi)有淀粉粒分布。

圖2 白麻花瓣表面掃描電鏡圖Fig.2 Scanning electron micrograph of Apocynum pictum petal

2.2.4 初放期 花蜜腺表皮細(xì)胞角質(zhì)層和分泌表皮細(xì)胞一起向外形成指狀的突起,有多個(gè)細(xì)胞聚集到一個(gè)突起處,集中從指狀的頂端分泌蜜汁(圖3-3)?；ò晖獗砥ぜ?xì)胞乳突間有氣孔,花瓣兩表皮細(xì)胞的乳突開(kāi)始發(fā)生變形萎縮,乳突內(nèi)含物泌出,花瓣中間層細(xì)胞開(kāi)始凋敗(圖4-5)。組織化學(xué)染色表明,在維管束周?chē)头置诒砥ぜ?xì)胞有蛋白質(zhì),花蜜腺的產(chǎn)蜜組織細(xì)胞中有淀粉粒分布;花蜜腺中的多糖的分布不明顯,而花瓣表皮細(xì)胞乳突有紫玫瑰色但變淡,有少量多糖類物質(zhì)分布。

2.2.5 盛花期 花蜜腺表皮指狀突起不斷向外分泌蜜汁,角質(zhì)層變厚,表皮分泌細(xì)胞小而細(xì)胞間隙變大,分泌道明顯,很容易區(qū)分角質(zhì)層、分泌表皮細(xì)胞和產(chǎn)蜜組織細(xì)胞(圖3-4)?；ò陜?nèi)外表皮細(xì)胞乳突大部分蜜汁已分泌出去,在花瓣的表面緊密排列,萎縮變形,花瓣中間層細(xì)胞嚴(yán)重凋敗(圖4-6)。組織化學(xué)染色表明:在靠基部花蜜腺的產(chǎn)蜜組織細(xì)胞有淀粉粒分布,其動(dòng)態(tài)不明顯;在維管束周?chē)钏{(lán)色蛋白質(zhì),在產(chǎn)蜜組織中的藍(lán)色很均勻,濃度低,而分泌表皮和維管束周?chē)臐舛雀?花蜜腺的PAS反應(yīng)仍不明顯,花瓣表皮細(xì)胞乳突的著色也變淡變輕,花瓣乳突的分泌基本停止。

2.2.6 敗花期 此時(shí)期,花蜜腺極度的萎縮,花瓣細(xì)胞嚴(yán)重凋敗。在染色反應(yīng)中,沒(méi)有相應(yīng)的顏色反應(yīng)現(xiàn)象。

3 結(jié)論與討論

3.1 白麻花蜜腺的形態(tài)和類型

從植物解剖學(xué)的角度可將蜜腺分為結(jié)構(gòu)蜜腺和非結(jié)構(gòu)蜜腺[17]。著生于花盤(pán)頂端裂片處的5個(gè)橢圓形蜜腺,位于每一花絲的內(nèi)側(cè)基部,具有明顯的結(jié)構(gòu)蜜腺特征,且與《西北蜜源植物及其開(kāi)發(fā)利用》[18]中對(duì)白麻花蜜腺的描述及周玲玲等[19]對(duì)羅布麻Apocynum venetum花蜜腺觀察的結(jié)果相一致。如果按照蜜腺的形態(tài)和著生位置分類,白麻花的蜜腺又屬于花盤(pán)蜜腺[17],這與新疆阿魏[20]、紫蘇花的盤(pán)狀蜜腺相似[21],而與沙拐棗花[22]、杏花[23]、紫云英[24]、小花糖芥[25]及短果大蒜芥[26]的側(cè)半環(huán)蜜腺有所不同。

3.2 白麻花蜜腺的發(fā)生、發(fā)育特點(diǎn)及泌蜜方式

蜜腺是一種外部分泌結(jié)構(gòu),是植物器官表面一些細(xì)胞轉(zhuǎn)化而成的一種特殊腺體[17]。著生于花盤(pán)頂端的5個(gè)橢圓形蜜腺是由表皮細(xì)胞分化形成花蜜腺原基,花蜜腺原基細(xì)胞也隨之不斷的分裂形成具有分泌表皮、產(chǎn)蜜組織細(xì)胞和維管束的成熟蜜腺,而后分泌表皮細(xì)胞變形突起隨花蜜腺表面的角質(zhì)層形成指狀結(jié)構(gòu),不斷向外泌蜜。至敗花期蜜腺分泌表皮細(xì)胞和花瓣表面的乳突變形萎縮,產(chǎn)蜜組織細(xì)胞凋敗,泌蜜停止。蜜腺石蠟切片觀察發(fā)現(xiàn):花盤(pán)蜜腺分泌表皮外覆角質(zhì)層沒(méi)有破裂,也未見(jiàn)蜜汁從氣孔泌出。因此,蜜汁可能是通過(guò)分泌表皮外覆角質(zhì)層滲透到植物外。這與垂柳[27]、白三葉草[28]、香葉天竺葵[29]、臘梅[30]等的蜜汁從變態(tài)氣孔泌出不同,是白麻特有的泌蜜結(jié)構(gòu)。

在白麻花蜜腺發(fā)育的過(guò)程中,花盤(pán)蜜腺中多糖物質(zhì)不明顯,發(fā)育的早期沒(méi)有淀粉粒的分布,淀粉粒在初放期和盛花期出現(xiàn)在花盤(pán)蜜腺產(chǎn)蜜組織細(xì)胞中,蛋白質(zhì)的消長(zhǎng)明顯。

3.3 白麻花瓣表面乳突的發(fā)生、發(fā)育特點(diǎn)

白麻花蜜腺的結(jié)構(gòu)具有一定的復(fù)雜性,除花盤(pán)裂片上5個(gè)橢圓形蜜腺外,花瓣內(nèi)外表面還分布有單細(xì)胞乳突。花瓣外面表皮細(xì)胞比內(nèi)面表皮細(xì)胞更早發(fā)育出乳突。在發(fā)育的早期,內(nèi)表皮細(xì)胞乳突的數(shù)量較外表皮要少,但最終更多的乳突遍布在花瓣內(nèi)外表皮。隨著花期推遲至盛花期,花瓣內(nèi)外兩面表皮細(xì)胞緊密排列,花瓣中間層細(xì)胞凋敗,乳突中的物質(zhì)較少,有的乳突中的內(nèi)含物泌出,形成的空殼從花瓣上脫落,最終在敗花期乳突萎縮脫落,花瓣表皮細(xì)胞表面角質(zhì)化?；ò耆橥患?xì)胞發(fā)育的過(guò)程中,多糖物質(zhì)消長(zhǎng)明顯,沒(méi)有淀粉粒分布,蛋白質(zhì)的消長(zhǎng)明顯。其他文獻(xiàn)亦報(bào)道具有分泌功能的類似結(jié)構(gòu)。車(chē)曉芬[31]在毛茛科驢蹄草屬的驢蹄草Caltha palustris的花分泌組織上觀察到心皮外壁兩側(cè)有頂端明顯膨大且細(xì)胞核大、細(xì)胞質(zhì)濃厚的單細(xì)胞毛,并認(rèn)為這種細(xì)胞毛很可能具有分泌功能。茄科Schwenckia屬植物S.angustifolia和S.americanavar.americana的線狀和棒狀附屬物表皮最外層細(xì)胞為單細(xì)胞乳突結(jié)構(gòu),含有吸引傳粉昆蟲(chóng)的酚類、脂類及揮發(fā)類物質(zhì)[32]。Sulborska等[33]研究發(fā)現(xiàn),野玫瑰(Rosa rugosa)花瓣近軸面表皮細(xì)胞會(huì)形成圓錐形乳突狀細(xì)胞,被大量角質(zhì)層紋理覆蓋,分泌的香氣物質(zhì)通過(guò)角質(zhì)層滲透出。Li等[30]研究發(fā)現(xiàn)臘梅花香可能是由分布在最內(nèi)層和中層花瓣近軸面表皮蜜腺氣孔散發(fā)出來(lái)的,而在花瓣背面幾乎沒(méi)有表皮蜜腺分布。Brehm 等[34]在植物L(fēng)asthenia chrysostoma的完整干燥花瓣,發(fā)現(xiàn)在其葉表皮乳頭狀突起細(xì)胞尖端有高濃度的、對(duì)吸引昆蟲(chóng)采蜜有重要作用的類黃酮物質(zhì)。T?lke等[8]研究發(fā)現(xiàn),槭樹(shù)科的許多種類花蜜腺盤(pán)表面分布有單細(xì)胞乳狀突起,可分泌糖類、脂類和酚類物質(zhì)。上述文獻(xiàn)所述花顯微結(jié)構(gòu)中的單細(xì)胞乳突與白麻花瓣的類似,但白麻花瓣表面乳突細(xì)胞中的分泌物質(zhì)有待進(jìn)一步研究。隨著高效液相色譜、高效氣相色譜、質(zhì)譜、等離子發(fā)射光譜等新興技術(shù)在花蜜化學(xué)分析中的應(yīng)用,將有助于進(jìn)一步從植物化學(xué)角度進(jìn)行鑒定[35-36]。