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不同种源山茶花叶片结构特征研究

题目：

不同种源山茶花叶片结构特征研究

撰写日期：

2015年5月15日

不同种源山茶花叶片结构特征研究

摘要：

应用植物石蜡切片技术，对不同种源山茶花叶片结构特征，包括叶片厚度、栅栏组织厚度海绵组织厚度、栅栏组织与海绵组织厚度比、叶片结构紧密度、叶片结构疏松度、等进行了研究。

结果表明：

植物叶片上表皮和下表皮厚度、角质层厚度、栅栏组织厚度、海绵组织厚度、叶片厚度、叶片结构紧密度比值愈大，植物受冻害程度愈轻，其抗寒性愈强。

从9项解剖性状指标中筛选出最具体现抗寒性能力的3项指标，即上表皮厚度、栅栏组织厚度、叶片厚度。

应用隶属函数法对不同种源山茶花叶片的抗寒性进行综合评估计。

得出结果为：

耐冬山茶的叶片解剖结构最有利于其抗寒,其次1号雪椿和9号雪椿，而5号雪椿叶片结构最不利于其抗寒。

关键词：

山茶抗寒性叶片组织结构

StudyofDifferentProvenancesofCamelliaLeafStructureCharacteristics

CollegeofForestyforestry2011-1LiJingNan

Abstract:

Byusingtheparaffinsectionofplanttechnology ,researchLeaftissuestructurecharacteristicsof4speciesoftheCamellia.Includingtheleafthickness,palisadetissuethicknessandspongetissuethickness,theratioofpalisadetissueandspongetissuethickness,leafstructuretight,looseleafstructure,etc.Theresultsshowedthattheupperepidermisandthelowerepidermisthickness,hornylayerthickness,thicknessofpalisadetissue,spongetissuethickness,leafthickness,leafstructurecompactnessratioisbigger,thefreezeinjurydegreeofplants,themorelight,thestrongercoldresistanceability.Fromeightanatomicaltraitsscreenedthebestperformanceofthethreeindexesofcoldresistance,theyareepidermisthickness,palisadetissuethicknessandleafthickness.Onthecoldresistanceof54speciesofcomprehensiveevaluationbyusingthemembershipfunctionmethod.ItcanbeconcludedthatleafanatomicalstructureoftheNaidongCamelliaismostconducivetoresistingcold,secondlyforNo.1PicketsandNO.9Pickets,andleafanatomicalstructureofNo.5Pickersisnotconducivetothecold.

KeyWords:

Camellia,coldresistance,leaves,organizationstructure

山茶花（Camelliajaponica）又名茶花，山茶属（Camellia）为山茶科里最大的属，共280种，我国有238种[1]。

和山茶科的其它属相比，山茶属植物是相对较原始的种系，花的数目较多，分化水平较低[2]。

常绿灌木或小乔木，是我国传统的观赏花卉，在我国“十大名花”中排名第八，亦是世界名贵花木之一。

山茶属植物集中分布于亚洲东部和东南部，大约在7°S～35°N,80°～140°E[3]。

其中约80%以上的种类分布在我国西南和南部地区，为典型的华夏区系的代表[4]。

山茶属植物具有重要的经济利用价值[1]。

大多数山茶属植物树形美观，花朵鲜艳，具有很高的观赏价值，是优良的园林绿化树种。

山茶属的植物还具有相当高的药用价值[5-6]，《中药大辞典》[7]和《本草纲目》[8]亦有记载。

虽然山茶属植物的多方面利用价值都很高，但其生态习性却喜温暖湿润，大部分山茶属植物分别于华南及长江流域，绝大多数茶花品种难以在长江以北地区裸地栽培。

从低海拔、低纬度向高海拔、高纬度引种，植物对低温的耐受性往往成为引种成活的主要限制因素[9]。

目前在中原及华北地区供应的茶花都是在南方栽培养护后，临近开花前才输送到北方的温室中供人们观赏购买。

这种市场运作方式，不仅使茶花的成本提高，而且严重妨碍了我国茶花产业化开发。

茶花品种的耐寒性强弱是限制茶花产业带向北扩展的重要因素。

因此耐寒山茶品种的筛选和应用在城市绿化中的地位日显突出。

有关山茶花的育种、栽培技术国内外都有不少研究报道，但关于山茶花抗寒生理特性的研究却比较少。

目前有关山茶树的抗寒性研究多集中于相关生理生化指标的测定面，而关于叶片解剖结构与山茶抗寒性关系的研究少之又少。

且业界已证明，植物的抗寒性与叶片的叶结构有密切关系[10-13]。

为此，以本研究以河南农业大学林学试验基地引种多年、且生长良好的不同种或类型的山茶树为试验材料，通过对其叶片解剖结构特征的对比性研究，探讨其抗寒性与叶片解剖结构的关系。

1材料和方法

1.1材料

实验材料为定植于河南农业大学林学试验基地的耐冬山茶（Camelliajaponica）、日本雪椿1号（Camelliajaponicavar.decumbens1,采种于日本山重大学）、日本雪椿5号（Camelliajaponicavar.decumbens5,采种于日本东京植物园）、日本雪椿9号（Camelliajaponicavar.9,采种于日本盛冈城迹公园）4种山茶花实生苗的成熟叶片。

1.2试验地概况

河南农业大学位于河南省郑州市，其林学实验基地位于东经113°38＇，北纬34°47＇。

郑州地区属暖温带大陆性气候，四季分明，年平均气温14.4°C。

年平均降雨量640.9毫米，无霜期220天。

试验期内平均气温变化如图1所示：

图1试验期内平均气温变化

由图1可知，测定期内气温变化趋势为先降低后升高，该时期内2015年1月份的平均温度为测定期内最低。

1.3供试山茶树的生长状况

表1供试山茶树的生长状况

树种

树高/cm

冠幅/cm

基茎

/cm

9号雪椿

22.3

8.6

0.57

耐冬山茶

40.5

10.7

0.55

1号雪椿

23.3

9.5

0.60

5号雪椿

20.7

7.1

0.53

1.4 仪器 和药品

石蜡切片机、烘箱、显微镜、染色缸、小培养皿、镊子、毛笔、吸水纸、纱布、载玻片、盖玻片等。

1.5. 试剂

FAA固定液（70%酒精90ml、冰醋酸5ml、福尔马林5ml）、10%番红水溶液、0.5%固绿（用95%的酒精配制）、酒精（100%、95%、90%、80%、70%、）、二甲苯、蒸馏水、中性树胶等。

1.6方法

1.6.1载玻片、盖玻片的处理载玻片和盖玻片在一当量的盐酸中浸泡一周，再在70％乙醇中浸泡24h，用干净稠布擦拭干净，擦片时手指不可接触玻片的两个平面。

1.6.2叶片的取材与固定山茶叶片洗净，在载玻片上切成0.5cm左右的小块，立即投入盛有固定液的小玻璃瓶中，用针筒抽真空，再在固定液中固定5d，

1.6.3叶片的染色采用番红整体染色法将抽真空的材料染色于1％番红染液中染色24h。

（称取5g番红，将其完全溶于500ml的蒸馏水中，摇匀，过滤后即可使用）早十点开始。

1.6.4脱水经70％→80%→85％→90%→95％酒精脱水，每一级停留约2h。

在95％酒精中过夜。

1.6.5将材料透明，在100%酒精→100%酒精→1/2纯酒精＋1/2二甲苯→纯二甲苯→纯二甲苯。

中依次停留2h。

[14-15]

1.6.6浸蜡浸蜡：

2/3二甲苯＋1/3碎蜡→2/3二甲苯＋1/3碎蜡→纯石。

蜡（液体）→纯石蜡（液体）→包埋。

冷却.各个步骤2h。

全程在70度烘箱中成。

1.6.7包埋采用纸盒包埋法.折好适宜大小的盛蜡的纸盒，然后将已熔化的56～60℃石蜡（含有3～5％蜂蜡）倒入纸盒中，用温热的镊子迅速将材料移至石蜡中，又不能沉于底部.同时按所需切面排列整齐.把纸盒平放入冷水中，使石蜡迅速凝固。

1.6.8修蜡和切片把包埋有材料的蜡条，用双面刀片切成梯形蜡块，要求材料的四周都有包围，但不要太多。

蜡块的上、下面平行。

上面为切面，下面用烧热的蜡铲，蘸取少量的石蜡碎屑，将其烫平，并迅速把蜡块固定在木块上。

将固定好的材料放到切片机上进行切片，厚度为0.5－0.8µm之间。

1.6.9展片将切下完整的石蜡切片小心地用镊子夹取放在40摄氏度的恒温版上的载玻片上，在放置前，先将载玻片上滴上水，将蜡片放置水上，使其充分展平，并晾干。

水干后,再展片30min。

1.6.10脱蜡、染色纯二甲苯（15min）→无水乙醇→95%乙醇→固绿（20~30s）→95%乙醇→无水乙醇→擦拭→滴一滴无水乙醇→纯二甲苯（没过材料）。

如有白色，则反复纯二甲苯，至液体透明为止。

1.6.11封片滴一滴树脂胶于载玻片上，盖盖玻片，盖之前用火轻烤，以使树脂均匀，防止气泡产生，再将封好的片用火烧一下，放入40℃温箱中烘烤1d既制成永久切片。

1.6.12显微镜观察，照相。

1.7结果统计

叶片组织结构紧密度、疏松度及叶脉突起度、栅海比值的计算。

细胞结构紧密度：

CTR=栅栏组织厚度／叶片厚度×100=TP／TL×100％

细胞结构疏松度：

SR=海绵组织厚度／叶片厚度×100％=TS／TL×100％

栅海比=P／S=栅栏组织厚度／海绵组织厚度=TP／TS

试验数据用Excel及SPSS统计软件进行相关分析和方差分析。

2.结果与分析

2.1田间冻害观察

表2田间冻害观察

树种

冻害等级

冻害特征

耐冬山茶

1

没有明显冻害，极少数风口嫩叶变色

1号雪椿

1

没有明显冻害，极少数叶片有冻斑

9号雪椿

1

部分叶片有冻斑，极少数叶片被冻死

5号雪椿

2

略有冻害，约10%叶片发黑

经过2015年12月至2015年3月的冬季低温后，气温开始回升并趋于稳定，观察供试材料田间冻害情况。

由表2可知:

耐冬山茶和1号雪椿的抗寒性较强，9号雪椿抗寒性次之，5号雪椿的抗寒性最弱。

2.2叶片解剖结构特征

表3叶片解剖结构特征

树种

上表皮厚度μm

下表皮厚度μm

角质层厚度μm

栅栏组织厚度μm

海绵组织厚度μm

叶片厚度μm

栅栏组织厚度与海绵组织厚度比值

细胞紧密度

细胞疏松度

9号雪椿

18.43

16.72

2.22

100.21

200.47

336.24

0.55

0.33

0.59

耐冬山茶

20.93

18.16

3.01

110.52

213.24

340.32

0.51

0.31

0.60

1号雪椿

21.67

14.84

3.04

120.38

183.64

354.28

0.66

0.35

0.54

5号雪椿

15.15

13.90

2.01

96.44

200.37

328.54

0.48

0.29

0.61

4个不同种源山茶花的叶片横切面共同特征为叶由表皮、叶肉、叶脉等3部分组成。

上表皮,下表皮均是由单层细胞构成。

叶肉由栅栏组织和海绵组织构成。

叶片厚度为328.54~354.28μm，其中耐冬山茶叶片最厚，5号雪椿叶片最薄。

4种山茶的上表皮细胞大都为长方形。

栅栏组织的细胞多为长圆形或哑铃形排列紧密或疏松，厚度为96.44~120.38μm。

海绵组织疏松，厚度为183.64~213.24μm。

栅栏组织与海绵组织厚度比为0.48~0.66。

。

（表3、图2）

A.耐冬山茶B.1号雪椿

C.9号雪椿D.5号雪椿

图24个不同种源山茶花叶片解剖图

2.3叶片解剖结构特征与其抗寒性的隶属函数关系

应用隶属函数值法4个不同种源山茶花叶片的抗寒性进行综合评价。

隶属函数值计算公式如下:

U（xi）=（xi-xmin）/（xmax-xmin）

式中:

U（xi）为隶属函数值，xi为指标测定值，xmax、xmin分别为所有参试树种叶片某一指标的最大值和最小值。

第一类指标中上表皮细胞层厚度和第二类指标中栅栏组织厚度以及第三类指标中叶片厚度均与树种抗寒性正相关，使用隶属函数值法进行计算（表6）。

[16-17]

对3项指标的隶属函数求平均值，按大小排序，得到不同种源山茶花叶片的抗寒性综合评价结果，其抗寒能力依次为:

耐冬山茶>1号雪椿>9号雪椿>5号雪椿。

表4不同种源山茶花叶片结构4项指标的隶属函数及抗寒性综合评价结果

树种

上表皮厚度

栅栏组织厚

叶片厚度

平均值

抗寒性排序

9号雪椿

0.50

0.16

0.30

0.32

3

耐冬山茶

0.88

0.59

0.46

0.64

2

1号雪椿

1.00

1.00

1.00

1.00

1

5号雪椿

0.00

0.00

0.00

0.00

4

2.4比值法抗寒性分析

表5不同种源山茶花叶结构解剖性状比值

树种

上表皮厚度

下表皮厚度

角质层厚度

栅栏组织厚度

海绵组织厚度

叶片厚度

栅栏组织与海绵组织的厚度比

细胞结构紧密度

细胞结构疏松度

9号雪椿

1.23

1.28

1.11

1.13

1.09

1.02

1.15

1.18

1.11

耐冬山茶

1.39

1.39

1.51

1.15

1.16

1.04

1.06

1.11

1.13

1号雪椿

1.44

1.14

1.52

1.25

1.00

1.08

1.38

1.25

1.02

5号雪椿

1.01

1.07

1.01

1.00

1.09

1.00

1.00

1.04

1.15

由表5可知，依据叶片上表皮厚度比值，4个不同种源山茶花叶片的抗寒性依次为:

1号雪椿>耐冬山茶>9号雪椿>5号雪椿;依据栅栏组织厚度比值，4种山茶植物抗寒性依次为：

1号雪椿>耐冬山茶>9号雪椿>5号雪椿:

依据叶片厚度比值，4种山茶植物抗寒性依次为:

1号雪椿>耐冬山茶>9号雪椿>5号雪椿。

3.结论与讨论

依据可比性、可测性原则，分别应用隶属函数等方法进行筛选，确定4个不同种源山茶花叶片结构最具代表性的3项指标，即上表皮厚度、栅栏组织厚度、叶片厚度。

采用隶属函数值法，对4个不同种源山茶花叶片的抗寒性进行综合评价，抗寒性由强到弱依次为:

1号雪椿>耐冬山茶>9号雪椿>5号雪椿，与田间抗寒性观察结果一致。

山茶属植物叶肉组织发达、分化程度相对高、栅栏组织厚、细胞层次多、排列紧密，有利于增强植物抗寒性。

叶片是植物营养器官中对环境变化最为敏感的器官［18］。

而1号雪椿和耐冬山茶叶片具发达的角质层，叶片、上表皮细胞、栅栏组织较厚，栅栏细胞排列紧密，有利于增强植物抗寒性，从而形成了更好叶片保护层，故抗寒性最强；5号雪椿叶片角质层最薄，叶片最薄，栅栏组织最薄，且栅栏细胞排列松散，故抗寒性最弱。

本研究表明，不同山茶叶片的解剖结构特征差异能反映不同山茶对寒冷生境的适应性，至于山茶植物叶解剖结构指标与植物抗寒性关系及其抗寒性机理尚待进一步研究。

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致谢

本论文是在指导老师刘震教授的悉心指导下完成的，从论文的选题、试验过程中遇到的问题以及论文的修改都倾注了指导老师的大量心血。

值此论文完成之际，谨向指导和帮助过我的老师、同学、朋友和亲人们表示最衷心的感谢!

刘老师渊博的专业知识，严谨的治学态度，精益求精的工作作风，诲人不倦的高尚师德，朴实无华、平易近人的人格魅力对我影响深远。

实验过程及论文撰写历时虽短，从中学到的却使我终生受益。

在此，向指导老师刘震教授致以最崇高的敬意和衷心的感谢！

衷心地感谢王艳梅老师，无论学习还是生活，都如长姐一般的爱护、鼓励和帮助。

感谢师姐吴雅文在我试验和论文撰写期间所给予我的帮助，使我的试验和毕业论文能顺利完成，同时也非常感谢705实验室中其他的师兄师姐给予我的帮助。

最后，感谢我的家人，是他们多年来的支持，鼓励和关心，成为我不断进步的动力，在此致以最诚挚的祝福和谢意！

在今后的人生道路上，我将更加努力学习，积极工作，在平凡的岗位上做出不平凡的业绩，回报父母，回报母校，回报社会！

2015年5月15日

指导教师评语（主要评价论文的工作量、试验数据的可靠性、论文的主要内容与

特点、写作水平等）：

指导教师签名：

年月日

答辩委员会评语及论文成绩（主要评价论文的性质、难度、质量、综合训练、答辩情况、不足等。

评定论文成绩）：

答辩成绩：

综合成绩：

主任委员签名：

年月日