不同生態環境野生大豆葉片結構比較

高偉　陸靜梅　牛陸　吳東梅　李巖　段肖

摘要：以耐鹽型的通榆野生大豆和鹽敏感型的輝南野生大豆植物葉片為試材，應用石蠟切片和植紋鑒定技術，對不同生態環境野生大豆葉片的解剖結構和表觀植紋進行比較研究。結果表明，不同生態環境野生大豆葉片解剖結構存在明顯差異，通榆野生大豆相對于輝南野生大豆葉片表皮細胞排列整齊，外切向壁角質層較厚，孔下室不明顯，機械組織發達，柵欄組織較厚，平脈葉肉細胞多，主脈維管束導管分子較多，且出現異形維管束。植紋鑒定結果表明，盡管不同生態環境生長的野生大豆具有很高的同源相似性，但數理統計后的植紋特征顯示出通榆野生大豆表觀結構植紋更進化。通榆野生大豆具有拮抗鹽逆境的演化結構。野生大豆植紋鑒定結果可為鑒別同屬以及不同品系的同種植物提供科學依據。

關鍵詞：野生大豆（Glycine soja）；石蠟切片；植紋；相關性；回歸方程

中圖分類號： S565.101 文獻標志碼： A 文章編號：1002-1302（2015）10-0131-03

大豆原產于中國，是我國主要的經濟作物之一。近年來，越來越多的科技工作者投身于大豆脅迫生理[1]、分子育種[2]等研究中來，但關于大豆解剖結構的研究相對較少，尤其將解剖結構和表觀結構綜合起來的研究更是鮮有發現。植物解剖結構具有穩定保守的特性[3]，以結構植物學的手段研究植物演化等問題是十分科學且必要的。植物葉片作為主要的營養器官直接影響著植物的生長，比根、莖等器官對不同環境的變化更為敏感，且會發生結構上的演化[4]。研究植物葉片的解剖以及表觀結構能直接反映出該種植物適應不同環境所演化出的特征結構。本研究基于石蠟切片和植紋鑒定技術[5]，試圖通過不同環境野生大豆葉片解剖和表觀結構的差異，找到不同環境野生大豆植物結構的演化規律，旨在為我國大豆屬植物拮抗逆境研究提供科學參考。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

供試的野生大豆，分別為耐鹽型的通榆野生大豆和鹽敏感型的輝南野生大豆，由吉林省農業科學院大豆種質資源室提供。

1.2 試驗方法

1.2.1 石蠟切片方法 將供試材料放入FAA[甲醛 ∶ 冰乙酸 ∶ 乙醇（50%）= 1 ∶ 1 ∶ 18]中固定48 h后→乙醇梯度脫水→二甲苯梯度透明→浸蠟→包埋→切片→展片→二甲苯梯度脫蠟→番紅-亮綠復染法染色→中性樹膠（本試驗采用加拿大樹膠）封片[6]。

1.2.2 植紋鑒定方法 將供試葉片放入FAA中固定48 h后，刮取其下表皮使其成為半透明的膜狀體，經乙醇梯度脫水后用二甲苯沖洗，最后用中性樹膠封片制成永久裝片[5]。

1.2.3 數據測定及分析 各試驗裝片均在Nikon Eclipse 80i顯微鏡下觀察，并在選取合適的視野后進行顯微拍攝。采用Nis-Elements圖像分析系統中的Nis-Elements D 2.20，sp2（Build 243）Imaging Software軟件測量葉片的各特征參數，試驗結果為5次重復試驗平均值，結果用“x±s”表示。運用SPSS 19.0軟件進行數據統計學分析。

2 結果與分析

2.1 不同生態環境野生大豆葉片解剖結構比較

從表1、圖1、圖2看出，通榆野生大豆葉片厚度大于輝南野生大豆；通榆野生大豆葉片表皮細胞排列整齊，多呈長方形、圓形，外切向壁角質層較厚，孔下室相對輝南野生大豆不明顯，且表皮細胞厚度大于輝南野生大豆；通榆野生大豆葉片機械組織相對輝南野生大豆更為發達；柵欄組織長度也表現為通榆野生大豆更長；平脈葉肉細胞數量通榆野生大豆葉片中更多；通榆野生大豆葉片主脈維管束有8列導管分子，維管束鞘細胞相對較大，且出現了異形維管束，輝南野生大豆葉片主脈維管束有5列導管分子，沒有出現異形維管束；在木質部和韌皮部之間通榆野生大豆出現6團小薄壁細胞群，輝南野生大豆只有2團小薄壁細胞群。

2.2 不同生態環境野生大豆葉片植紋鑒定結果

2.2.1 植紋特征

2.2.1.1 植紋類型 光學顯微鏡下觀察分析后發現，供試的

2個野生大豆葉片表觀紋理表現為：與保衛細胞的排列方向一致的2個副衛細胞，分別在保衛細胞兩側并與其邊緣相連，且2個副衛細胞大小不等。從而推斷這種植紋類型為平列不等型[5]（圖3、圖4）。

2.2.1.2 表皮細胞垂周壁（徑向壁）式樣 Dilcher于1974年對植物表觀形態進行了系統研究，并將表皮細胞垂周壁（徑向壁）試樣分為A～I型[7]。根據陸靜梅[5]的相關研究，有理由將供試的野生大豆葉片表皮細胞垂周壁式樣歸納為以A型為主（圖3、圖4）。

2.2.1.3 表皮及附屬物 對野生大豆表皮附屬物觀察發現，供試的野生大豆葉片表皮毛均為單細胞毛。

2.2.2 植紋特征的統計學分析 在同倍數下（物鏡40×，目鏡10×）隨機選取10個完整視野，記錄每個視野的表皮細胞

數量和氣孔器數量，然后用10個視野的平均細胞數量（E）和氣孔數量（S）計算氣孔指數（I），公式為：I=[S/（E+S）]×100。氣孔密度換算為每mm2內的氣孔個數。

從表2可以看出，保衛細胞長、寬和保衛細胞、副衛細胞及表皮細胞周長、面積等數據均顯示出輝南野生大豆較通榆野生大豆大。根據Conover關于保衛細胞長度等級的參考標準[8]：小型（S） < 12 μm；中小型（MS） = 12～19 μm；中型（M）= 20～34 μm；大中型（ML） = 35～42 μm；大型（L） = 43～65 μm；非常大型（VL） > 65 μm?？梢缘贸霾煌h境野生大豆植物保衛細胞長度等級介于MS和M之間，且表現為輝南野生大豆保衛細胞長度等級相對較高。

通榆野生大豆各植紋特征的相關分析結果見表3，其中保衛細胞周長與保衛細胞面積、附衛細胞周長、附衛細胞面積、表皮細胞周長、表皮細胞面積；保衛細胞面積與附衛細胞周長、附衛細胞面積、表皮細胞周長、表皮細胞面積；附衛細胞周長與附衛細胞面積、表皮細胞周長、表皮細胞面積；附衛細胞面積與表皮細胞周長、表皮細胞面積；表皮細胞周長與表皮細胞面積15對數據相關系數均大于0，且均滿足P<0.01，差異極顯著，說明組內二者存在極顯著的線性正相關關系。輝南野生大豆各植紋特征的相關分析結果見表4，各組數據間均無顯著相關關系。

對通榆野生大豆植紋特征參數，應用逐步回歸法（stepwise），進行保衛細胞面積y對保衛細胞周長x1、保衛細胞長x2、保衛細胞寬x3的多元線性回歸分析。結果表明，剔除2個不顯著的偏回歸系數對應的自變量保衛細胞長度（P=0.57>0.05）、保衛細胞寬度（P=0.62>0.05）后，最優方程為保衛細胞面積y對保衛細胞周長x1：y=-10.25+2.24x1，回歸模型的復相關系數r=0.73。應用一元線性回歸建立副衛細胞面積y對副衛細胞周長x的回歸方程：y=-449.79+8.24x，回歸模型的相關系數r=0.97。應用一元線性回歸建立表皮細胞面積y對表皮細胞周長x的回歸方程：y=24.97+6.13x，回歸模型的相關系數r=0.89。

對輝南野生大豆植紋特征參數，應用逐步回歸法進行保衛細胞面積y對保衛細胞周長x1、保衛細胞長x2、保衛細胞寬x3的多元線性回歸分析。結果表明，剔除2個不顯著的偏回歸系數對應的自變量保衛細胞長度（P=0.65>0.05）和保衛細胞寬度（P=0.65>0.05）后，最優方程為保衛細胞面積y對保衛細胞周長x1：y=-43.55+2.86x1，回歸模型的復相關系數r=0.71。應用一元線性回歸建立副衛細胞面積y對副衛細胞周長x的回歸方程：y=-533.01+8.93x，回歸模型的相關系數r=0.94。應用一元線性回歸建立表皮細胞面積y對表皮細胞周長x的回歸方程：y=-26.65+7.05x，回歸模型的相關系數r=0.87。

3 討論

試驗結果表明，通榆野生大豆表皮細胞排列整齊，外切向壁具有較厚的角質層，有利于植物葉片對光的折射，防止灼傷。通榆野生大豆葉片孔下室不明顯，植紋數據表明，輝南野生大豆單個氣孔平均面積較大，統計數據得出不同生態環境野生大豆氣孔密度存在顯著差異，經計算單位面積內氣孔總面積表現為通榆>輝南，通過增加氣孔數量增加葉片氣孔總面積，在不影響植物正常進行生命活動的情況下，避免過度蒸騰導致植物失水。發達的機械組織增大了通榆野生大豆的機械支撐能力。其葉片的柵欄組織較多，且富含大量葉綠體，具有更強的光合能力。主脈維管束中導管分子的數量表現為通榆野生大豆較多，出現異形維管束，且平脈葉肉細胞數量也較輝南野生大豆更多，這些特征反映出通榆野生大豆相對于輝南野生大豆具有更強的疏導能力。木質部和韌皮部間小薄壁細胞群的出現擴大了營養吸收面積，小薄壁細胞團的數量，同樣表現為通榆野生大豆更具優勢。不同生態環境野生大豆葉片表觀植紋特征無較大差異，驗證了同屬植物的同源相似性。統計后的數據顯示出較大不同，相關性分析結果，通榆野生大豆各個植紋特征間存在極顯著相關性，而輝南野生大豆各個植紋特征間無顯著相關性。雖然不同生態環境野生大豆植紋特征參數間均可建立線性回歸方程，但結果顯示各線性回歸方程均表現為通榆野生大豆擬合度更高。從而得出通榆野生大豆表觀紋理的規律性更強，從簡單到復雜，從無序到有序是進化的特征。研究結果證實通榆野生大豆演化出了拮抗鹽逆境結構，將更適應鹽脅迫環境。

同屬植物的鑒別一直是植物分類的焦點，尤其是同種植物不同品系的區分更加容易混淆。野生大豆植紋鑒定結果顯示出同屬植物的同源相似性，統計后的植紋特征數據體現出同屬植物的表觀結構植紋差異，即使是同種植物的不同品系，其統計后的植紋特征數據也必然存在差異。應用植紋鑒定技術，可分別對植紋3個不同層次進行鑒別區分，即：（1）植紋特征；（2）量化后各植紋特征均值；（3）各植紋特征間獨特的顯著相關性和最優的回歸方程[10]。研究結果表明，植紋鑒定手段對鑒別同屬植物、不同品系的同種植物具有極高的科學性和準確性。有關大豆屬植物分類、演化等問題還有待進一步深入研究。

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