狭叶柴胡根发育解剖学研究

狭叶柴胡根发育解剖学研究

窄叶柴胡属于伞状科，属于umbelietal。其根入药,是我国传统的常用中药,为《中华人民共和国药典》(2005版)中药柴胡收录的2种原植物之一,习称南柴胡,具有和解退热、疏肝解郁、升提中气等多种功效。柴胡药理作用广泛,临床应用也较广泛,一般用于治疗咳嗽、病毒性肝炎、高血脂、多形红斑、单疱病毒性角膜炎、梅核气、渗出性中耳炎、颅脑外伤后综合征等,也用于退热、降低转氨酶、抑制链霉素副反应等。目前关于狭叶柴胡的化学成分、药理和临床的研究已有较多报道[3~6]。但是,关于其内部结构的报道很少,而且关于其药用部位根的发育解剖学研究尚未见报道。为此,本研究对狭叶柴胡根进行发育解剖学研究,旨在为进一步研究狭叶柴胡的有效成分的积累和动态变化、提高药材的产量和质量提供理论依据。1常规石蜡切片实验材料采自西北大学生物园栽培的健壮植株。在观察其形态发育基础上,取不同发育阶段的根,分别用FAA固定液固定,经酒精系列脱水、透蜡、包埋等步骤进行常规石蜡制片。切片厚度均为8~10μm,铁矾—苏木精染色或以番红—固绿双重染色。中性树胶封片,Leica-DMLB显微镜观察并照相。2观察结果2.1细毛枯叶纤维表面主根发达,呈圆锥形,多不分枝,根头顶端有细毛状枯叶纤维。表面红棕色或黑棕色,靠近根头处多具细密环纹。质稍软,易折断,断面略平坦,不显纤维性,具败油气。2.2原代地理单元12的细胞学特征从根尖纵切面观察,根尖可分为根冠、分生区(生长点)、伸长区和根毛区4个部分。根冠位于根尖的最前端,由多层薄壁组织细胞构成,体积较大,液泡化程度高,有细胞间隙。分生区位于根冠内方,包括原分生组织和初生分生组织。从根尖纵切面中可明显看出,原分生组织分为3个细胞群,即外面为表皮—根冠原的原始细胞群,中间为皮层原原始细胞群,最内部分为中柱原原始细胞群(图版Ⅰ:1)。从根尖横切面上观察,原分生组织的细胞呈等径的多边形,细胞壁薄,细胞质浓厚,细胞核大,细胞排列整齐而紧密,表现出典型的分生组织的细胞学特点(图版Ⅰ:2)。由原分生组织细胞分裂产生的衍生细胞分化成初生分生组织,由外向内依次为根冠原、表皮原、皮层原和中柱原。从横切面看,初生分生组织细胞已开始分化,细胞排列层次明显,形态上有所不同。最外层是根冠原,其分化要早于其它三部分,液泡化明显;其内1层细胞是表皮原,细胞为切向伸长的长方楔形,楔形的尖端嵌入皮层原细胞之间,其细胞质浓,细胞核大,细胞排列整齐而紧密。表皮原内方有5层由基本分生组织组成的皮层原,细胞体积由内向外逐渐增大,细胞排列较疏松,有明显的细胞间隙,细胞质相对较稀薄,细胞核大。中央的细胞组成的中柱原,这些细胞的细胞质相对最浓厚,核质比大,细胞排列紧密(图版Ⅰ:3)。2.3中柱分化期细胞的发育狭叶柴胡根的初生生长是通过其初生分生组织细胞的分裂及其衍生细胞的体积增大活动完成。以后,这些衍生细胞分化,形成了根的初生结构。其中,根冠原的衍生细胞分化为根冠薄壁细胞。而表皮原、皮层原和中柱原的衍生细胞则分别分化为表皮、皮层和中柱,共同构成根的初生结构。在根的初生结构分化中,皮层细胞最早分化,然后是中柱和表皮。在中柱分化前,皮层原细胞的体积先增大,细胞质开始液泡化,但细胞质仍然较为浓厚,细胞核明显。在中柱分化过程中,皮层原细胞进一步分化,紧邻表皮的1层细胞,成为体积较小、排列紧密的外皮层细胞;其内为6~7层近圆形皮层薄壁细胞,排列疏松,其直径大,液泡化明显,约占整个根面积的2/3;皮层最内层细胞的体积较小,细胞排列紧密,此层细胞是内皮层,细胞壁上未见明显凯氏带。内皮层之内是中柱,中柱最外一层细胞是中柱鞘,这层细胞体积较小,排列紧密,没有细胞间隙;中柱鞘之内是原生木质部和原生韧皮部。在中柱分化中,其外围的中柱鞘细胞最早分化成1圈小型薄壁细胞,接着在其内侧相对的两处分别分化出1个多角形细胞,其细胞腔透亮,即为最早分化成熟的原生韧皮部筛管,以后形成2个原生韧皮部束(图版Ⅰ:4)。在2个原生韧皮部束间,紧邻中柱鞘处分化出原生木质部的导管,木质部束与韧皮部束相间排列(图版Ⅰ:5),其后,在原生韧皮部的内侧分化出筛管、伴胞和韧皮薄壁细胞,组成后生韧皮部;在原生木质部导管分化成熟后,其内侧分化出多个大口径的导管和木薄壁细胞组成的后生木质部。为此,柴胡根初生结构中,木质部为二原型(图版Ⅰ:6),有些根中木质部为三原型(图版Ⅰ:7),其发生过程为外始式。在上述分化过程中,其表皮原分化为1层排列紧密,并具根毛的表皮细胞。至此,由表皮、皮层和中柱构成的根的初生结构已分化形成。2.4初生长中的木栓形成层环当后生木质部导管将分化成熟时,位于初生木质部和初生韧皮部之间的未分化的原形成层细胞开始进行平周分裂,产生的新细胞呈扁平状,最初为间断的条状,后在根横切面上排列呈弧形,成为最早的维管形成层(图版Ⅰ:8);随后在形成层弧两端的薄壁组织细胞也恢复细胞分裂能力,转变为形成层细胞,新产生的形成层细胞与形成层弧连接起来,使形成层向两侧扩展。以后2条形成层弧之间的中柱鞘细胞也转变为形成层细胞,使2个形成层弧连接在一起,形成1个完整的形成层环。形成层环在横切面上最初呈梭形,以后因为形成层环凹入的部分产生的次生木质部细胞数量多,从而将凹入部分的形成层向外推移,结果使形成层环在横切面上逐渐成为近圆形(图版Ⅰ:9)。新形成的次生木质部附加在初生木质部的外侧,新形成的次生韧皮部叠加在初生韧皮部的内方。在次生木质部中,有大量的木薄壁组织细胞,导管口径大,分散于其中。而位于导管周围的为细胞壁加厚、木质化的木纤维,它们在木质部中有分布。其次生韧皮部则由大量韧皮薄壁细胞和少量的筛管、伴胞组成。在次生生长开始以后,中柱鞘先进行平周分裂,形成由多层细胞组成的中柱鞘细胞环,以后外侧的中柱鞘细胞继续分裂,形成木栓形成层。木栓形成层进行切向分裂,向外产生木栓层细胞,向内产生栓内层细胞,共同组成周皮(图版Ⅱ:1)。随着次生维管组织的体积增大,其周皮外方的表皮和皮层薄壁细胞逐渐死亡脱落,最终周皮完全取代表皮成为根的次生保护组织。周皮为数层排列整齐呈长方形的细胞,其中最外面为木栓层细胞,细胞壁栓质化;其内为木栓形成层和栓内层,栓内层由1层生活的薄壁组织细胞组成(图版Ⅱ:2)。周皮内为中柱鞘环,中柱鞘在恢复分裂能力产生木栓形成层前,先进行平周分裂,形成由多层排列较疏松的薄壁细胞,细胞近圆形,具细胞间隙,细胞内含有丰富的内含物,具明显的细胞核。以后由于根的直径不断增粗,压力逐渐增大,此部分也受到挤压而产生破裂。同时,在中柱鞘薄壁组织中有分泌道原始细胞,以后它们以裂生的方式形成分泌道,分泌道一般由3~4个上皮细胞围绕其腔道构成,其上皮细胞多呈不规则的三角形或多边形,细胞质浓,细胞核明显,内含物丰富(图版Ⅱ:3)。随着次生生长的进行,维管组织的组成也发生变化。次生韧皮部约占根横切面积的2/5,由筛管、伴胞及韧皮薄壁细胞组成,细胞排列整齐;维管形成层呈环状,由3~5层长方体细胞构成,排列整齐,细胞间隙小,细胞质浓厚。次生木质部约占主根横切面的1/2,由大量木薄壁细胞和口径较大导管组成,导管聚集成群,从内向外周围呈辐射状排列。因此,1年生狭叶柴胡的根从外到内由周皮、中柱鞘薄壁细胞环和次生维管组织组成(图版Ⅱ:4),根中无髓部。2.5均质细胞间的发育多年生主根外表面呈红棕色,其内部结构与一年生根类似,自外向内也是由周皮、中柱鞘薄壁组织和次生维管组织组成(图版Ⅱ:5),但其各类组织细胞的数量增加。在多年生根中,周皮的细胞层数已增加至16~18层,表层断裂成帽状结构。中柱鞘薄壁组织由于所承受的压力继续增加,细胞出现裂隙。同时,其分泌道发育成熟(图版Ⅱ:6)。次生维管组织中次生木质部面积仍大于次生韧皮部,其面积比约为3∶2。此时,韧皮射线由内向外扩大呈漏斗状,由6~8列细胞构成,从而将次生维管组织分隔成狭锥形。次生韧皮部外围的韧皮薄壁细胞由于被挤压而形状不规则,细胞间出现许多小裂隙,筛管和伴胞被挤毁,而其内部的韧皮薄壁细胞则排列整齐,细胞呈圆形或近圆形,筛管、伴胞分散在韧皮薄壁细胞间,并可见较多的分泌道(图版Ⅱ:7)。韧皮薄壁细胞中含有丰富的内含物(图版Ⅱ:8)。维管形成层呈环状,由4~5层细胞组成,细胞呈砖形,排列紧密,细胞质浓厚(图版Ⅱ:9)。次生木质部导管的直径大小不一,数量多,成群分散于木薄壁细胞间,呈辐射状分布,并在其周围有木纤维,其数量较1年生根明显增加(图版Ⅱ:10)。3总结与讨论3.1复杂根的结构狭叶柴胡根初生结构的分化与次生结构的发生过程,类似一般多年生草本双子叶植物根的发育规律。其发育过程包括4个阶段:即原分生组织阶段、初生分生组织阶段、初生结构和次生生长阶段。狭叶柴胡根的初生构造由表皮、皮层和初生维管柱组成。其中,维管柱仅占根直径的1/6左右,初生木质部为二原型,少数为三原型。因此,狭叶柴胡根的初生结构中皮层薄壁组织占主要部分。次生结构由周皮、中柱鞘薄壁细胞环和次生维管组织组成。其中,次生韧皮部约占根直径的2/5,次生木质部约占1/2,在中柱鞘薄壁组织中具有分泌道,次生韧皮部由筛管、伴胞和大量的薄壁组织细胞组成,并分布有分泌道,次生木质部由导管、木薄壁细胞和木纤维组成,导管呈辐射状分布。通过对狭叶柴胡一年生与多年生根的比较研究,发现它们的结构基本一致,从外到内都由周皮、中柱鞘薄壁组织和次生维管组织组成。两者之间的主要区别是:各部分的细胞数量、组成存在差异;一年生主根中分泌道仅分布在中柱鞘薄壁组织中,而在多年生根中,中柱鞘及次生韧皮部中均有分泌道分布,且次生韧皮部中的数量明显多于中柱鞘;多年生根中次生木质部的数量大于次生韧皮部;两者之比达到1.25∶1,多年生根中维管射线较1年生根数量增加,并在次生韧皮部中呈漏斗状扩展。3.2北规范根的结构和发育《中华人民共和国药典》(2005版)收录北柴胡(BupleurumchinenseDC.)、狭叶柴胡(B.scorzonerifoliumWilld.)为中药柴胡的两种原植物,北柴胡通常又被称为硬柴胡,而狭叶柴胡通常被称为软柴胡。谭玲玲等对北柴胡根的发育进行了研究,认为北柴胡的发育包括原分生组织、初生分生组织、初生结构和次生生长4个发育阶段;2年生北柴胡主根的基本结构与1年生的相同,但与1年生的相比,其周皮、次生韧皮部和木质部面积均增加。通过我们的观察研究发现,狭叶柴胡根的发育及其解剖学特征与北柴胡根的基本相似。二者的主要区别在于:(1)在多年生根中,木质部与韧皮部的比值不同,北柴胡中木质部与韧皮部的面积比为2∶1,而狭叶柴胡中木质部与韧皮部的面积比约为1.25∶1;(2)北柴胡根中,木质部导管周围分布着较多的木纤维,在根的横切面上,常呈连续或不连续的环状分布,有时在根的横切面上呈多环;而在狭叶柴胡根的木质部中,木纤维群较少。因此,北柴胡质硬而韧,不易折断,而狭叶柴胡质稍软而脆,易折断。分泌道是植物体呈管状引长的细胞间隙,间隙内贮藏着分泌物质。在许多伞型科植物的营养器官中都分布有分泌道,这些分泌道均可产生挥发油。关于北柴胡根