银杏营养器官解剖结构的观察

银杏营养器官解剖结构的观察武彦芳;张建;雷静;许锋;吴丽丽【摘要】为了揭示不同树龄银杏的根、茎、叶解剖结构以及内生菌分布情况，本研究采用石蜡切片法对银杏(GinkgobilobaL.)根、茎、叶显微解剖结构进行了观察.结果显示:(1)一年生银杏幼根不含树脂道，内生菌含量低，而皮层中含有大量蛋白细胞;多年生银杏老根含有较多树脂道，皮层细胞中含有大量内生菌并有针晶物质分布，未发现蛋白细胞.(2)一年生银杏幼茎有明显的角质层，皮层分布有大量蛋白细胞，韧皮射线及髓部发达，其中髓由大量薄壁细胞构成并且有蛋白细胞分布，未观察到树脂道但有簇晶物质存在.(3)多年生银杏叶片海绵组织疏松，具有树脂道，叶肉细胞含有簇晶物质;气孔下陷并具有耐旱的结构特点.本结果可为研究不同树龄银杏对环境的适应性变化以及内生菌特点提供参考.【期刊名称】《植物科学学报》【年(卷)，期】2016(034)002【总页数】7页(P175-181)【关键词】银杏;解剖结构;内生菌;簇晶;蛋白细胞;树脂道【作者】武彦芳;张建;雷静浒锋;吴丽丽【作者单位】长江大学园艺园林学院，湖北荆州434025;长江大学园艺园林学院，湖北荆州434025;长江大学园艺园林学院，湖北荆州434025;长江大学园艺园林学院,湖北荆州434025;长江大学园艺园林学院，湖北荆州434025【正文语种】中文【中图分类】Q944.5;Q949.64银杏(GinkgobilobaL.)为银杏科银杏属落叶乔木，是第四纪冰川遗留下来的古老孑遗植物，在药用、食用、化妆品、观赏［1］、生态等方面具有较高的应用价值。对于银杏植物的研究主要集中在组织培养［2］、次生代谢产物［3］以及栽培育种等方面［4］，而对其形态解剖方面的研究相对较少。叶片是银杏的主要利用部位，其结构与光合生理、抗性密切相关。前人对银杏叶片结构的研究多集中在叶片形态特征［5］、表皮及附属物［6］、细胞器超微结构［7］以及内部形态［8］等方面，而对不同树龄和不同地域银杏叶片结构进行比较的研究少有报道。银杏根、茎、叶中均存在内生菌，前人对此已有很多报道，并从中分离出含有黄酮类物质的备选菌株［9-12］，为银杏生物发酵产物的进一步开发奠定了基础。申屠旭萍等［13］从银杏根、茎、叶中均分离得到内生真菌，并发现内生真菌的数量与银杏树龄有关，树龄越高，其内生真菌含量越多。笔者拟对一年及多年生银杏植株根、茎、叶的解剖结构进行观察对比研究，探讨根、茎、叶结构的形态变化与生态适应性的关系，并对不同树龄植株的内生菌进行观察，以期为研究银杏形态解剖、系统进化、分类地位以及内生菌含量等提供参考，并为深入开发银杏资源奠定基础。1.1实验材料银杏(GinkgobilobaL.)材料来源于长江大学校园内一年生银杏实生苗和多年生(12年)银杏嫁接植株。于2015年7月对一年生银杏植株根、茎、叶以及多年生银杏雌雄株的根、叶、叶柄分别取样，叶片用50%FAA溶液固定，根、茎用70%FAA溶液固定，放入冰箱保存、备用。1.2方法采用常规石蜡切片法对银杏组织进行切片和观察。一年生银杏材料(叶、茎、根)切片厚度为10pm,多年生银杏根切片厚度为20-30pm,采用番红-固绿对染，中性树胶封片，然后置于OlympusPH型光学显微镜下观察并拍照。一年生幼根与多年生老根的比较解剖学观察显微观察显示，一年生银杏幼根的维管束明显，木质部发达（图版I：1），韧皮部外缘以及皮层部分可见较多明显的蛋白细胞，皮层中可观察到簇晶物质，但未观察到树脂道（图版I：2）。木质部射线明显（图版I:3）。多年生银杏老根横切面可观察到较多的树脂道，且主要分布在皮层中，蛋白细胞在皮层中有少量分布，且蛋白细胞个体较大（图版I：4）,皮层细胞含有内生菌，靠近周皮的细胞内生菌数量较少，而靠近木质部的细胞内生菌数量逐渐增多（图版I：5）。皮层细胞中除观察到大量的内生菌外，还观察到针晶及各种簇晶物质，但针晶物质较多（图版I：6）。—年生银杏茎的解剖结构观察—年生银杏幼茎横切面呈椭圆形（图版I：7）,表面凹凸较少且浅，表皮细胞小且排列紧密，表皮外面具有角质层。皮层发达，皮层细胞较表皮细胞大，形状多为圆形和多角形，细胞间隙小；靠近表皮的1~2层细胞含蛋白细胞丰富（图版I：8）;皮层中未观察到树脂道，但可观察到蛋白细胞以及簇晶物质，同时也观察到一些厚壁组织细胞且主要分布在韧皮部外围（图版I：9）,它可能在茎的次生物质生长中起到一定的保护作用。维管束各自成束，木质部在内，韧皮部在外，为内始式发育成熟，中间隔以数层维管形成层细胞；韧皮部外侧有丰富的蛋白细胞，且在维管束外侧几乎形成一轮（图版I：10）。韧皮射线发达，体积较韧皮细胞大，呈长方形。部分韧皮射线旁边可观察到一列蛋白细胞，可能起到分泌、传递的作用（图版I：11）。茎中间髓部发达，髓由大量的薄壁细胞组成，其中有蛋白细胞分布，未见树脂道分布，但可观察到明显的簇晶物质（图版I：12）。2.3银杏叶解剖结构观察2.3.1多年生银杏叶片解剖结构观察多年生银杏雌株叶片边缘可观察到树脂道和维管束，下表皮有明显的气室（图版H：13）。上表皮角质层显著，下表皮角质层不显著；表皮细胞排列紧密，气孔保卫细胞下陷且多位于下表皮，叶肉栅栏组织由1~2层细胞组成，细胞形状不规则；海绵组织具有较多的薄壁细胞，排列松散无规则，细胞间隙发达（图版H:14）。树脂道多分布在叶片边缘，呈椭圆形（图版H：15）。维管束横切面呈近椭圆形，木质部和韧皮部之间形成层不明显，其中韧皮部细胞中含有较多的颗粒状物质（图版H:16）。叶片内可见晶体物质集中分布，常形成簇晶（图版H:17、18）。多年生银杏雄株叶片上、下表皮的角质层略有差异，维管束结构简单，在韧皮部外侧有明显的蛋白细胞（图版H：19）,可观察到明显的簇晶物质（图版H:20），海绵组织比较疏松，气孔内陷，叶肉细胞松散（图版H：21）。2.3.2银杏叶柄形态解剖观察（1） 叶柄多年生银杏雄性植株叶柄的表皮有明显角质层，表皮细胞1层，皮层细胞较大，有明显的树脂道，树脂道周围可见蛋白细胞分布（图版H:22），并且有少量簇晶物质分布（图版H:23）。维管束为外韧维管束，木质部所占面积较大，木射线和韧皮射线非常明显，木射线和韧皮射线中有部分为蛋白细胞，木射线中偶尔能观察到异常细胞，韧皮射线中也有分泌腔结构（图版H:24）。其在传输方面所起到的功能性作用如何还有待进一步研究。（2） 营养枝叶柄多年生银杏雌株植株营养枝上的叶柄可观察到明显的树脂道（图版H:25），夕卜皮层细胞结构较松散，并可观察到气孔（图版H:26），维管束可观察到明显的木射线和韧皮射线，韧皮射线中也可观察到蛋白细胞，韧皮部外面一层细胞有不连续的蛋白细胞分布,皮层中有簇晶物质分布。⑶生殖枝叶柄银杏生殖枝叶柄表皮可见明显角质层，夕卜皮层中蛋白细胞分布较多（图版H:28）。多年生银杏雌株叶柄可观察到2个维管束，未观察到树脂道，皮层所占比例较大，中皮层散生少量蛋白细胞（图版H：29），在维管束中，木质部和韧皮部可观察到明显的射线，形成层不明显，紧邻韧皮部处有一层蛋白细胞分布（图版H：30）。未观察到气孔。3.1银杏内生菌内生菌在生物技术领域，比如酶生产、生物防治、植物生长促进剂、生物修复、生物降解、生物合成以及营养循环等方面具有广阔的应用潜力［14］。植物内生菌的存在可以增强宿主的生长能力，提高抗逆性以及产生重要的生理活性物质［15］。有关银杏内生菌研究的报道较多，例如：申屠旭萍等［13］从银杏根、茎、叶中均分离到内生真菌，并发现内生真菌的数量与银杏树龄有关，树龄越高，其含有的内生真菌越多。本实验也发现，在一年生银杏根、茎、叶中均未发现内生菌，而在三年生银杏根中发现有大量内生菌，该结果与申屠旭萍等［13］的研究结果相同。赵庆云［10］从银杏根中分离到15种真菌、17种细菌和4种放线菌，其中有3株菌种均能产生黄酮类化合物，且在银杏根中黄酮含量较高。此外，Thongsandee等［11］和Qiu等［12］均从银杏茎叶中分离到含黄酮类物质的内生菌，并发现部分内生菌在植物体内具有器官专一性和时间性。本研究观察到多年生银杏老根中含有大量内生菌，该结果可为进一步分离、筛选并开发银杏黄酮内生菌奠定基础。3.2叶片解剖结构本研究发现银杏叶片解剖结构中存在较大的细胞间隙，这与水生植物通气组织类似，并可能与产地（湖北荆州）的土壤黏性大有关，黏性大的土壤易板结、透性差，使银杏植株在乏氧的逆境条件下产生了适应性变化。该现象在吉林白城20年生银杏叶片中也有类似研究报道［16］。逆境会导致银杏叶表面的角质层加厚，气孔下陷，这种结构是植物对干旱和盐碱胁迫的一种适应性变化，与其他一些耐盐碱植物的解剖结构类似。银杏叶适应逆境生长条件的变化，可为银杏耐旱、耐盐种质资源的筛选提供理论依据。3.3银杏后含物本研究观察到银杏体内所含的晶体物质有簇晶和针晶两种类型，叶片中主要以含簇晶形态为主，根中簇晶、针晶均有，但以针晶为主。晶体物质随着树龄的增长在植物木材、叶柄、叶片和根中的积累均有所增加，因而多年生银杏中晶体物质明显多于一年生银杏。植物可以通过晶体物质将体内多余的代谢废物及有毒物质区域化并使其以无毒的状态存在。晶体的形成与植物解毒作用有关，银杏中的晶体物质可能对其抵御不良的土壤环境有帮助。银杏体内结晶体的不同形态是植物药材显微鉴别的重要依据之一，结晶的出现可能与次生代谢产物的形成有关，这还有待进一步研究。3.4银杏蛋白细胞本实验发现在一年生银杏幼根和幼茎中存在大量蛋白细胞，且主要分布于韧皮部外围，而多年生银杏根、茎、叶中的蛋白细胞较少，表明蛋白细胞可能在韧皮部运输中起到有机物运转的作用。图版I：-年生、多年生银杏根的显微结构及一年生幼茎解剖结构观察。1.—年生幼根横切面，蛋白细胞发达，维管束明显，可观察到明显的木质部(Xy)和韧皮部(Ph)(x4);2.一年生幼根表皮以及皮层中的蛋白细胞(Ac)和簇晶(Cc)(x10);3.一年生幼根维管束结构，有形成层(Ca)，木射线(Vr)明显(x10);4.多年生老根树脂道(Re)数量多，蛋白细胞个体大，数量少(x4);5.多年生老根周皮、皮层树脂道(Re)、针晶以及内生菌(Eb)(x10);6.髓部内生菌(Eb)和针晶(Nc)(x10)。7.银杏幼茎的横切面(x4);8.幼茎表皮和外皮层，夕卜皮层存在大量蛋白细胞(x10);9.皮层存在蛋白细胞(Ac)、厚壁细胞(Sc)以及簇晶(Cc)(x10);10.维管束，射线(Vr)明显，韧皮部外围存在大量蛋白细胞(x10);11.韧皮部存在蛋白细胞通道以及分泌腔(X40)；12.髓部存在簇晶以及蛋白细胞(X10)。图版H：多年生银杏叶片解剖结构。13.银杏雌株叶缘横切面(x4);14.雌株叶片栅栏组织、海绵组织以及气孔(St)(x40);15.树脂道(Re)(x40);16.雌株叶片维管束(x40);17.叶肉组织存在簇晶(x40);18.雌株叶片皮层存在簇晶物质(Cc)(x40);19.雄株叶片维管束(x40);20.雄株叶片中的簇晶及蛋白细胞(x40);21.雄株叶片栅栏组织、海绵组织及气孔(x40)。22.雄株叶柄表皮、树脂道(Re)以及蛋白细胞(Ac)(x10);23.皮层有簇晶(Cc)存在(x10);24.雄株叶维管束，木射线以及韧皮射线明显，并存在分泌腔、蛋白细胞和特定功能细胞(x40);25.营养枝叶柄表皮及树脂道(x10);26.营养枝气孔(St)(x10);27.营养枝维管束、蛋白细胞和簇晶(x40);28.表皮、皮层以及蛋白细胞分布(x10);29.结果枝叶柄的维管束和皮层(x10);30.维管束及蛋白细胞(x40).Plate「AnatomicalstructureofG.bilobarootsandannualstemintransversesections.1.Annualrootshowingalargenumberofalbuminouscellsandvascularbundlewithobviousxylem(Xy)andphloem(Ph)(x4);2.Annualrootshowingepidermis,cortex,albuminouscells(Ac),andcrystalcluster(Cc)incortex(x10);3.Annualrootshowingvascularbundles,cambium(Ca)andwoodray(Vr)(x10);4.Maturerootshowingalargenumberofresincanals(Re)andlargealbuminouscells(x4);5.Maturerootshowingperiderm,resincanal(Re)incortex,needlecrystalandendogenousbacteria(Eb)(x10);6.Maturerootshowingendophytes(Eb)andneedlecrystal(Nc)inpith(x10);7.Youngstem(x4);8.Epidermisoutercortexandalargenumberofalbuminouscellsinoutercortex(x10);9.Albuminouscells(Ac),sclerenchymacells(Sc)andcrystalclusters(Cc)incortex(x10);10.Vascularbundle,ray(Vr)andalbuminouscellsaroundouterphloemcells(x10);11.Channelproteincellsandsecretorycavityinphloemcells(x40);12.Clustercrystalsandalbuminouscellsinpith(x10).PlateII:AnatomicalstructureofleafofG.bilobaincross-sections.13-18.LeavesfromfemaleG.biloba;1921.LeavesfrommaleG.biloba.13.Leafoutline(x4);14.Palisadetissue,spongytissueandpores(St)inleaf(x40);15.Resincanal(Re)(x40);16.Vascularbundlesinleaf(x40);17.Crystalclustersinmesophyll(x40);18.Crystalclusters(Cc)incortexofleaf(x40);19.Vascularbundlesinleaf(x40);20.Crystalclustersandalbuminouscellsinleaf(x40);21.Palisadetissue,spongytissueandporosityinleafofmaleplant(x40);22.Epidermis,resincanalandalbuminouscellsinpetioleofmaleleaf(x10);23.Clustercrystalincortexinpetioleofmaleleaf(x10);24.Vascularbundlesinpetioleofmaleleaf,xylemrayandphloemray,andsecretorycavity,albuminouscellsandspecificfunctioncellsinvascularray(x40);25.Epidermisandresincanalinpetioleofleafinvegetativeshoots(x10);26.Poresinleafinvegetativeshoots(x10);27.Vascularbundle,albuminouscellsandcrystalclustersinleafinvegetativeshoots(x40);28.Epidermisandcortex,andproteincelldistributioninpetioleofgenerativeshoots(x10);29.Vascularbundlesandcortexinpetioleofgenerativeshoots(x10);30.Vascularbundlesandproteincellsinpetioleofgenerativeshoots(x40).武彦芳等:图版I武彦芳等:图版I胡云虹,彭斌,齐小晴，刘学群,余光辉.银杏叶愈伤组织和叶中超氧化物歧化酶、总黄酮类抗氧化活性剂活性的比较分析[J].武汉植物学研究,2010,28(4):521-526.HuYH,PengB,QiXQ,LiuXQ,YuGH.ComparativeassayofsuperoxidedismutaseandtotalflavoneantioxidantactivitiesinleafcallusandleavesofGinkgobilobaL.[J].JournalofWuhanBotanicalResearch,2010,28(4):521-526.郑鹏,史红文,邓红兵,廖建雄.武汉市65个园林树种的生态功能研究[J].植物科学学报,2012,30(5):468-475.ZhengP,ShiHW,DengHB,LiaoJX.Studyontheecologicalfunctionsofsixty-fivegardenspeciesinWuhancity,China[J].PlantScienceJournal,2012,30(5):468-475.[3]LiaoYL,XuF,HuangXH,ZhangWW,ChengH,WangXH,ChengSY,ShenYB.CharacterizationandtranscriptionalprofilingofGinkgobilobamevalonatediphosphatedecarboxylasegene(GbMVD)promotertowardslightandexogenoushormonetreatments[J].PlantMolBiolRep,2015,DOI:10.1007/s11105-015-0947-x.XuY,WangGB,CaoFL,ZhuCC,WangGY,YousryAE.LightintensityaffectsthegrowthandflavonolbiosynthesisofGinkgo(GinkgobilobaL.)[J].NewForests,2014,45(6):765-776.邢世岩，孙霞，李可贵,有祥亮.银杏叶生长发育规律的研究[J].林业科学,1997,33(3):267-273.XingSY,SunX,LiKG,YouXL.GrowthanddevelopmentofGinkgobilobaLeaves[J].ScientiaSilvaeSinicae,1997,33(3):267-273.陈立群,李承森.银杏(Ginkgobiloba)叶表皮特征及其气孔的发育[J].植物研究，2004,24(4):417-422.ChenLQ,LiCS.TheepidermalcharactersandstomataldevelopmentofGinkgobiloba[J].BulletinofBotanicalResearch,2004,24(4):417-422.韩彪,陈国祥，高志萍,魏晓东,解凯彬,杨贤松,唐加红，刘丹.两个银杏品种叶片衰老过程中叶绿体功能特性的比较[J].南京师大学报：自然科学版,2009,32(3):99-103.HanB,ChenGX,GaoZP,WeiXD,XieKB,YangXS,TangJH,LiuD.ThecomparisonofchloroplastsfunctioncharacteristicsduringleafsenescenceintwoGinkgovarie-ties[J].JournalofNanjingNormalUniversity:NaturalScienceEdition,2009,32(3):99-103.王扬,房荣春,林明明，陆彦，王莉,金飚.银杏叶发育过程的解剖结构观察[J].西北植物学报,2011,31(5):861-867.WangY,FangRC,LinMM,LuY,WangL,JinB.AnatomicalstructuredynamicsofGinkgobilobaL.leavesduringannualgrowthanddevelopment[J].ActaBotBoreal,2011,31(5):861-867.张海龙,李善春,卢维浩，雷燕萍,曹福亮，曹慧.银杏内生真菌多样性与产黄酮类物质真菌的分离和鉴定[J].土壤,2015,47(1):135-141.ZhangHL,LiSC,LuWH,LeiYP,CaoFL,CaoH.Distributionandidentificationofflavonoid-producingendophyticfungiinGinkgobilobaL.[J].Soils,2015,47(1):135-141.赵庆云.产黄酮银杏内生菌的分离、纯化与液态培养[D].杨凌：西北农林科技大学,2007.ZhaoQY.Isolationandoptimizationofflavone-producingendophytesfromGinkgobiloba.L.[D].Yangling:NorthwestA&FUniversit