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对比马尾松高低产脂种质树脂道解剖结构情况
摘要：为确定高产脂马尾松优树的早期选择指标,采用石蜡切片技术,对高、低产脂量马尾松种质不同时期、不同方向上1年生嫩茎木质部及针叶树脂道进行解剖结构观察.结果表明,高、低产脂量马尾松种质间的针叶单个树脂道面积、针叶树脂道总面积、木质部树脂道数目、木质部单个树脂道面积、木质部树脂道总面积等指标,存在统计学意义(p<0.05).植株不同方向针叶树脂道数目、木质部树脂道数目存在差异,东、南及北3个方向均显著高于西方(p<0.05).高产脂种质3月与8月的针叶单个树脂道面积分别为739.00μm2和845.50μm2,是低产脂的1.90倍和1.73倍;木质部树脂道总面积分别是低产脂的2.40倍和2.33倍;木质部树脂道数目分别是低产脂的1.35倍和1.42倍.因此,木质部树脂道数目、木质部树脂道总面积、针叶单个树脂道面积等,均可作为高产脂种质选育的参考指标.
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马尾松属于松科、松属,裸子植物,常绿乔木,广泛分布于湖南、贵州及广西等17个省、自治区、直辖市,是针叶树种中利用程度及经济效益都非常高的优势树种,更是主要的采脂树种[1,2].松属(Pinus)树种分泌的化学防御物质——松脂是由萜类物质组成的混合物,呈透明、无色粘液状,储藏在树脂道中,主要含松节油和松香,广泛应用于香料、医药、机械、造纸、油墨等行业[3,4],是我国重要的工业原料及可再生环保资源[5].树脂道与松脂产量紧密相关,是松科植物普遍具有的一种自身保护结构,是对昆虫和病原菌防御反应的第一道防线[6].研究表明,不同针叶树种、家系或个体间松脂产量具有较大差异[7].
为了提高松脂的产量,近年来研究者探讨了部分松树的产脂规律,包括思茅松、油松、云南松等主要产脂树种.如穆茹等[8]研究了高、低产脂思茅松树脂道数量、分泌细胞数量、树脂道大小、外鞘细胞数量等差异,王海林[9]对高、低产脂量云南松的针叶、树干组成性树脂道特征进行了解剖观察,吴鸿[10]研究了油松树脂道结构、发生、发育的特征,这些研究为高产脂种质的选育提供了参考指标.
在马尾松上,李爱民等[11]报道了树脂道的发生、发育特征,但未见有马尾松高低产脂种质间树脂道结构差异的报道.本文通过解剖学观察,比较高、低产脂量马尾松嫩茎木质部及针叶树脂道解剖结构的差异性,探究马尾松不同方向树脂道产脂量的关系,从解剖结构上阐明马尾松高产脂的形成机制,为优异种质的早期选择和定向培育提供理论参考.
1、材料与方法
1.1试验材料
试验材料采自广西南宁市林科所国家马尾松良种基地,根据基地长期重复多次测定的产脂结果筛选出高产脂无性系与低产脂无性系.分别在3月与8月选取长势一致、生长健壮的12年生高、低产脂量马尾松无性系各10株,高产脂量无性系胸径为12～16cm,低产脂量无性系胸径为9～11cm.并在每株树的树冠中上部相同位置的4个方向(东、南、西、北)分别选取无病虫害的1年生嫩枝,将每条嫩枝截取为20～30个以上的2cm茎段,并采集每枝的针叶束50束以上,蒸馏水洗净后放入配好的FAA固定液(组分包括甲醛、乙酸、70%乙醇,各组分体积比为5∶5∶90)中保存.
1.2研究方法
将采集的1年生茎段及其针叶剪取为0.5cm大小,按照固定、软化、脱水、透明、浸蜡、渗蜡、包埋、切片、粘片、展片、脱蜡、番红染色、复水、固绿染色、封片等常规石蜡切片步骤制作永久切片[12,13].针叶切片方向为横向,嫩茎的切片方向为径向;切片厚度均为8～10μm,用OlympusBX53显微镜观察照相.
在显微镜下观测相同单位面积嫩茎横切面上的树脂道结构,包括木质部树脂道数目、木质部树脂道总面积、木质部单个树脂道面积;针叶在横切面上的树脂道结构包括针叶树脂道数目、针叶单个树脂道面积、针叶树脂道总面积、针叶横截面积、针叶径粗等;每个样品分别选取15个视野测量,并计算其平均值.
1.3数据分析
所得数据均采用Excel2016软件进行统计处理,运用SPSS22.0对高、低产脂量无性系针叶与木质部树脂道参数进行方差分析.
2、结果与分析
2.1高、低产脂量无性系针叶树脂道解剖结构的差异
马尾松针叶束以2针1束为主,极少数为3针1束,不同产脂量马尾松个体间并无明显规律.由3月与8月高产脂针叶解剖结构(图1a和b)与低产脂针叶解剖结构(图1c和d)可知,2针1束的针叶横切面呈180°半圆形,树脂道均对称分布于横切面圆弧和半径边缘,且维管束内均未见树脂道分布.表1表明,高、低产脂量马尾松针叶间的单个树脂道面积、树脂道总面积差异有统计学意义,3月与8月的高产脂针叶单个树脂道面积分别为739.00μm2和845.50μm2,为低产脂的1.90倍和1.73倍;针叶树脂道总面积分别为低产脂的2.30倍和2.04倍.高、低产脂量针叶间树脂道数目差异也有统计学意义,3月与8月的高产脂针叶树脂道数目分别是低产脂的1.20倍和1.17倍,但高、低产脂量针叶径粗及针叶横截面积差异无统计学意义.
图1高、低产脂量马尾松针叶解剖结构特征
表1高、低产脂马尾松针叶树脂道结构特征
2.2高、低产脂量无性系木质部树脂道解剖结构的差异
马尾松无性系木质部树脂道存在于射线薄壁细胞中(图2a),高产脂无性系存在两个相邻的树脂道于射线薄壁细胞中(图2b),而低产脂无性系树脂道一般为单个存在于射线薄壁细胞中(图2c和d).表2表明,高、低产脂量马尾松无性系木质部间的树脂道数目、单个树脂道面积、树脂道总面积差异有统计学意义.3月时高、低产脂量无性系木质部单个树脂道面积分别为825.32μm2和466.93μm2;8月的分别为880.69μm2和538.37μm2.3月与8月的高产脂木质部树脂道总面积分别为9422.44μm2和11473.50μm2,是低产脂的2.40倍和2.33倍.木质部树脂道数目是决定产脂力高低的重要因素之一,3月与8月的高产脂无性系木质部树脂道数目分别为11.61和13.22个,是低产脂的1.35倍和1.42倍.
表2高、低产脂量马尾松木质部树脂道结构特征比较
图2高、低产脂量马尾松种质木质部树脂道解剖结构观察
2.3不同方向木质部与针叶树脂道解剖结构的差异
由高、低产脂量马尾松不同方向木质部树脂道解剖结构分析可知(表3),其嫩茎树脂道间的木质部单个树脂道面积、树脂道总面积差异无统计学意义;但木质部树脂道数目在东、南、北方均显著高于西方.通过观察高、低产脂量不同方向针叶树脂道解剖结构可知(表4),马尾松不同方向针叶树脂道间的单个树脂道面积、树脂道总面积、针叶径粗、针叶横截面积差异均无统计学意义.但不同方向针叶树脂道数目在东、南、北方都显著高于西方,与木质部树脂道数目的结构特征相同.
表3高、低产脂量马尾松不同方向木质部树脂道解剖结构特征
表4高、低产脂量马尾松不同方向针叶树脂道解剖结构特征
2.4不同时期木质部与针叶树脂道解剖结构的差异
由高、低产脂量马尾松不同时期木质部与针叶树脂道解剖结构分析可知(表5),其树脂道间的木质部单个树脂道面积、木质部树脂道数目、针叶单个树脂道面积、针叶树脂道数目、针叶径粗差异均有统计学意义.8月时马尾松树脂道结构间的木质部单个树脂道面积、木质部树脂道数目分别为739.56μm2和11.60个,是3月的1.10倍和1.13倍;针叶单个树脂道面积、针叶树脂道数目分别为681.71μm2和8.94个,是3月的1.18倍和1.12倍.
表5高、低产脂量马尾松不同时期木质部与针叶树脂道解剖结构比较
3、讨论
3.1马尾松高产脂种质树脂道的结构特征
马尾松的次生代谢产物松脂经一系列生化反应产生后存储于树脂道中,松树自身的防御机制及松脂的运输都与树脂道有关.树脂道几乎分布于马尾松所有器官,通过对针叶与木质部树脂道解剖结构特征的观察,可以直接反映松脂的产量变化.并为选育高产脂优良种质及松脂的合理采收提供理论指导.
对不同产脂量马尾松针叶树脂道进行分析,高、低产脂量针叶间的单个树脂道面积、树脂道总面积差异均存在统计学意义(p<0.05),高产脂针叶树脂道数目、针叶树脂道总面积分别是低产脂的1.20倍和2.30倍;但高、低产脂量针叶径粗与针叶横截面积差异无统计学意义.这与云南松针叶的树脂道研究结果一致[14].可能原因是针叶树脂道数目越多,树脂道面积越大,则针叶产生的防御物质松脂越多,代谢物质运输能力越强,如当松树受到机械损伤或者昆虫入侵,存储在树脂道中的树脂迅速溢出至创伤部位杀死昆虫及病菌并封闭伤口[15,16],也意味着具有较多树脂道结构的针叶,具有较强生产松脂及防御的能力.说明针叶树脂道数目,针叶树脂道总面积均可作为评价产脂力的重要参考指标,有利于高产脂马尾松的早期选择.
木质部形成的树脂道系统是合成、贮藏松脂的主要部位.对不同产脂量马尾松木质部树脂道进行分析,高、低产脂量木质部间的树脂道总面积、单个树脂道面积、树脂道数目差异有统计学意义(p<0.05);高产脂木质部树脂道总面积、木质部树脂道数目是低产脂的2.40倍和1.35倍,推测木质部具有较多的树脂道结构,并且随着木质部树脂道总面积、木质部单个树脂道面积、木质部树脂道数目增加,产脂量随之增加.这与魏永成等[17]的研究结果一致.对不同时期马尾松木质部及针叶树脂道进行差异分析,不同时期树脂道的木质部单个树脂道面积、木质部树脂道数目、针叶单个树脂道面积、针叶树脂道数目、针叶径粗差异均存在统计学意义(p<0.05).8月时马尾松树脂道结构间的针叶单个树脂道面积、木质部树脂道数目分别是3月的1.18倍和1.13倍;可能原因是马尾松产脂量受到遗传因素及气温、地形、光照等外部因素的双重影响,而且产脂量随气温的变化而变化的趋势十分明显,8月时气温高、降雨充沛,产脂量较高,3月时气温较低,产脂量较低,这与刘云[18],陈广财等[19]的研究结果一致.为确定马尾松在各部位、各方向的产脂量,对马尾松不同方向嫩枝进行解剖结构研究,得出不同方向针叶与木质部树脂道数目的结构特征相同,树脂道数目在东、南、北方都显著高于西方.已有研究表明某些植物的枝条在生长时其中一个方向上枝条的生长与其他方向无关,但基本形状都相同.因此对马尾松不同方向枝条的解剖结构研究不仅在理论上有重要意义,而且对于了解树木各部位的生物产量,制定合理的丰产措施等都有指导作用[20].但目前国内外几乎未见松科植物不同方向产脂量差异的相关研究报道,马尾松不同方向针叶与木质部树脂道是否存在更多差异尚需进一步结合分子水平加以研究.
3.2马尾松高产脂种质的选择指标
树脂道几乎分布于马尾松的所有器官,一般通过木质部的产脂量来确定植株的高产与低产,但目前尚未有相关研究验证产脂部位主要集中于木质部.对高、低产脂针叶与木质部树脂道解剖结构进行差异比较,发现木质部树脂道数目、木质部树脂道总面积、在高、低产脂种质间的差异性均大于其他相应指标,可推测高产脂种质中木质部具有较多的树脂道结构,可作为选育高产脂种质的最优参考指标,这与熊晖等[21]对云南松的研究结果一致.此外,马尾松产脂力最高的时期一般为7-9月.而本研究试验了3月和8月,树脂道相关性分析也仅在针叶与木质部中进行,导致研究获得的结果具有一定的局限性,需要在更多时间梯度及树脂道分布的器官内开展相关研究.
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基金：国家重点研发项目(2017YFD060030304);贵州省研究生科研基金项目(黔教合YJSCXJH[2018]048).
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2020-06-18
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