滴水珠珠芽发育过程研究

朱燕燕 罗睿 陈海丽 刘丹

摘 要： 珠芽是滴水珠（Pinellia cordata）的營养繁殖结构，为揭示滴水珠珠芽发育过程中的特征，该研究以野外采集材料进行盆栽观察试验，通过形态观察法和石蜡切片方法，探索滴水珠叶片和叶柄处珠芽发育过程中的形态学和解剖学结构特征。结果表明：滴水珠珠芽发育过程在形态上分为叶柄无现象时期、早期珠芽结构分化和珠芽膨大成熟时期三个时期；相应的解剖学发育时期为珠芽原基启动期和形成期、原基分化期和膨大成熟期四个阶段。叶片和叶柄珠芽起始细胞均由叶柄腹面表皮下层薄壁细胞组织脱分化形成，起始细胞不断分裂形成细胞团最后发育成珠芽原基；在原基分化期的特征是生长点形成，最终分化形成芽原基和鳞片叶；膨大成熟期的特征是珠芽结构不断生长，生长点侧生分化鳞片叶增多。叶片和叶柄处珠芽成熟脱落时期为灰色椭圆形结构，测得平均直径分别为（2.79 ± 0.40）mm和（2.69 ± 0.36）mm，外部有鳞片包裹，内部含大量营养物质。在环境适宜条件下，珠芽遇土萌发，萌发率达75%。这表明滴水珠珠芽与同属植物半夏珠芽发育过程差别不大，都是无性克隆营养繁殖体结构。

关键词： 珠芽， 发育过程， 形态特征， 解剖结构， 滴水珠

中图分类号： Q945.4

文献标识码： A

文章编号： 1000-3142（2018）02-0225-08

Bulbil development of Pinellia cordata

ZHU Yanyan， LUO Rui*， CHEN Haili， LIU Dan

（ College of Life Sciences， Guizhou University， Guiyang 550025， China ）

Abstract： Tuber of Pinellia cordata has been the extensively used as medicines in the practice of traditional Chinese medicine. Bulbil formation is the main propagation strategy of P. cordata in wild. There are two developmental stages of bulbils for each one individual： on the basis of leaf blade （upper bulbil） and on the lower part of petiole （lower bulbil）. To reveal the developmental characteristics of bulbil formation in P. cordata， morphological and anatomical observation were systematically used. Morphological observation showed that the whole development process of upper or lower bulbil could be divided three stages： no visible bulbil structure， primary bulbil formation under epidermis， growth and maturation of bulbil. Correspondingly， anatomical observation showed that the whole development process of upper or lower bulbil could be divided four stages： initial cell formation， bulbil promodia formation， differentiation of bulbil， and bulbil growth continuously to maturation. The initial cell of bulbil was derived or dedifferentiated from the parenchyma cell which was located in the adaxial side of young petiole. Initial cell formation was not visible. Continuously division of the initial parenchyma cell resulted in the formation of bulbil primodium， which was a group of undifferentiated cell. The primordium continuously growth and then differentiated to form the shoot apical meristem （SAM）， which was the infant bulbil on the adaxial side. Bulbil promodium formation and early primodium differentiation could be visible with white dot structure on petiole. Subsequently， differentiated bulbil growth and lateral scale leaf differentiation continuously characterized the bulbil growth stage. Bulbil growth terminated with the leaf senescence. The average diameter of maturated upper bulbil on blade and lower bulbil on petiole were （2.79 ± 0.40） mm and （2.69 ± 0.36） mm， respectively. The maturated bulbils generally were gray and ellipsoidal， and shaped with various number of external scale leaf. The inner cells of maturated bulbil contained lots of nutrients （storage）. The germination rate of bulbils was up to 75% in soil culture. Morphological and anatomical observation results indicate that the development of bulbils in P. cordata is the same in P. ternata， and the development of bulbil in P. cordata is an effective reproduction strategy just like in P. ternata.

Key words： bulbil， development process， morphological characteristis， anatomical structure， Pinellia cordata

滴水珠（Pinellia cordata）是中国特有的一种天南星科（Araceae）半夏属植物，主要分布于浙江、广西等地（俞德浚，1979），在林下溪旁、潮湿草地及岩石边等自然环境中生长。其块茎主治毒蛇咬伤（田莎莎等，2013），在临床上常用于肿瘤病人的消肿止痛（宋立人，2001），合成的凝集素显示出明显的抗虫性（Lin et al，2008）。据报道其块茎含多种氨基酸（徐照辉等，2004），生物碱以及具有明显降低血清胆固醇功效的β-谷甾醇等物质（楼之岑和秦波，2003），块茎生品和炮制品中可分离得到6种不同的化合物（王琦等，2009），包含具有抑制霍乱弧菌、抗肿瘤等作用的吲哚类生物碱Neoechinulin A。

植物的珠芽，又叫零余子、小块茎、鳞茎等（谢得镕等，1994；龙雯虹和郭华春，2006），因贮藏丰富的营养物质，形态肥大，可食用，含有多种营养及药用成分，许多药用植物珠芽都因此可入药，包括《中华药典》中记载的半夏珠芽。目前已有学者对几种不同植物珠芽发育的形态结构进行了研究，包括薯蓣属（山药）（Murty & Purnima，1983；谢德镕等，1993；张仪等，1994）、淡黄花百合（李腾等，2012）、Titanotrichum （Gesneriaceae）（Wang & Cronk，2003）、四种Allium （Amaryllidacease）的珠芽比较（Choi et al，2011）、半夏珠芽（罗睿等，2014）等。在自然条件下，半夏属植物多为一叶零珠芽或一叶一珠芽，而滴水珠比较独特，一叶两珠芽。目前对滴水珠珠芽的研究很少，有关珠芽的发育过程尚不明确。因此，该文通过观察滴水珠珠芽发育的形态解剖结构特征，深入了解滴水珠珠芽结构，分析讨论与其他植物珠芽发育过程的异同，可为进一步研究滴水珠珠芽发育的分子机制提供参考，并为滴水珠的生产和临床用药以及资源开发利用提供理论依据。

1 材料与方法

滴水珠植株采集于浙江省温州市永嘉县，盆栽种植于贵州大学植物生理实验室备用。从种下块茎开始，每天定时观察块茎萌发出土及植株生长状况，并取不同发育时期珠芽的叶柄段（约1 cm）和叶片基部材料，蒸馏水冲洗后，放入装有FAA固定液的青霉素瓶中，真空泵抽气30～60 min后，加盖固定24 h以上。采用番红-固绿染色法进行染色，并用中性树胶封片，在光学显微鏡OLMPUS BX 53下观察结构并用显微镜自带的拍照系统采集图片。

2 结果与分析

2.1 滴水珠珠芽的形态发育特征

滴水珠块茎在3月中旬（依据每年具体气温变化） 气温回升到15 ℃以上时开始恢复活动， 块茎上部的顶芽中幼叶生长突破表皮，顶芽基部产生不定根（图1：a）。蜷曲的叶在3月底4月初出土，其叶柄靠近土壤表面处可观察到透光率较低的部位（图1：b），此时拨开蜷曲的叶片，未发现珠芽的形成（图2：a）。叶柄透光率较低的部位在3～7 d后慢慢成深于叶柄颜色的点状结构（图1：c），而此时的叶片已展开，未观察到叶片基部有珠芽形成。经过一周的生长，叶柄处点状结构变成浅绿色凸起状结构（图1：d），此时叶片基部出现白色点状结构（图2：b）。叶柄处凸起结构在经过7 d左右生长可转变为早期珠芽结构（图1：e），而叶片基部珠芽由白色变化为绿色点状结构（图2：c），且发育成早期珠芽结构（图2：d）。叶柄处早期凸起珠芽结构在8 d左右开始突破单侧表皮结构并形成顶端生长点（图1：f， g），此时叶片基部珠芽逐渐膨大（图2：e），且有顶部生长点形成，颜色有浅绿色变成深绿色斑点状（图2：f）。叶柄珠芽经历14 d左右时间完全突破叶柄表皮，成为深绿色斑状结构珠芽（图1：h），测得其珠芽平均直径为（1.85±0.22）mm；而叶片珠芽迅速膨大，颜色变成深绿色，形状为上尖下圆状，有鳞片状包被结构形成（图2：g， h），测得其珠芽平均直径为（1.80±0.23）mm；叶柄珠芽经过14 d左右，逐渐成熟，珠芽外表皮变成灰色鳞片状结构形成（图1：i， j），测得其珠芽平均直径为（2.79 ± 0.40）mm；叶片处珠芽外表皮也由深绿色变成灰色，测得其珠芽平均直径为（2.69 ± 0.36）mm，逐渐成熟（图2：i-k）。叶柄和叶片珠芽在经历一到两个月时间的生长，继续发育直至成熟（图1：k；图2：l），珠芽脱落后，遇土可直接萌发形成新的植株（图1：l）。

2.2 珠芽不同发育时期的解剖结构

滴水珠刚出土未见任何珠芽迹象时，对叶柄进行横切，发现其构成成分包括规则的外表皮细胞、薄壁细胞组织、环状维管束等。表皮细胞会逐渐分化形成角质细胞，最外圈维管束外围部分薄壁细胞的细胞壁进行不均匀的增厚成为叶柄的主要组织，即厚角组织，导致叶柄表面形成凸起（图3：A， B）。肉眼可见叶柄内透光率较低的部位（图1：b）转变为肉眼可见时期（图1：c），解剖学观察发现，表皮下的维管束外围薄壁细胞（图3：C）为珠芽原基启动细胞，随后进行垂周分裂和平周分裂增加细胞数形成细胞团；表皮下细胞同其下的薄壁细胞间存在明显的间隙，随后发育成为表皮衍生结构，而间隙内部的薄壁细胞会发育形成珠芽原基的表皮细胞（图3：C-F）。形态学上的珠芽凸起阶段（图1：d， e），解剖学观察表明：珠芽原基处细胞浓密，生长过程中细胞层数不断增加，最终突破表皮衍生结构的包围（图3：G， H），并且原基突出部分有生长点生成，间隙外围较大的细胞最后会发育成珠芽的鳞片结构（图3：H）。形态学上的珠芽逐渐突破叶柄表皮时期（图1：f-h），解剖学观察表明：珠芽原基内部生长点形成顶端分生组织，顶端分生组织逐渐分化形成1～2片鳞片叶以及叶原基（图3：I）；随着珠芽原基膨大，体积不断增大（图3：J）。叶片衰老（倒苗）时期的珠芽（图1：k），其切片结果显示：珠芽顶端有一团原生质很浓的细胞，为芽生长锥（图3：K），珠芽具备芽的特征，基内具有3～4幼叶及托叶梢结构（图3：L），含有大量的贮藏物。

滴水珠块茎萌发出土后，肉眼观察卷叶期叶片基部无白点形成（图2：a），取材进行切片观察发现：与叶片相连的叶柄内部7～9层细胞处为珠芽原基启动细胞，相较于周边细胞较小且分布密集（图4：A），表皮下的细胞层数增加，逐渐分裂形成细胞团（图4：B），细胞团中细胞分布密集，细胞质浓密，形成珠芽原基（图4：C）。当在叶片基部肉眼观察到白点向绿点发展时（图2：b），解剖观察发现，珠芽原基逐渐发育，体积增大，凸出叶基部（图4：D），内部逐步形成维管组织，顶端部分细胞小且浓密，分布密集（图4：E， F）。珠芽慢慢膨大形成椭球型结构时（图2：d），切片观察知，珠芽在膨大发育过程中，外围1～3层较大的细胞后期会发育形成鳞片结构，其顶端细胞分布密集且体积小（图4：G），随后发育形成顶端分生组织（图4：H），并分化形成鳞片叶和叶原基（图4：I）。随叶片衰老珠芽衰落（图2：i），切片发现珠芽具备芽的特征，基内具有3～4幼叶及托叶梢结构（图4：J），外围的薄壁细胞相对较大，细胞空隙较大（图4：K），珠芽内部薄壁细胞组织含有大量的营养物质（图4：L）。

3 讨论与结论

滴水珠珠芽发育位置在叶片基部和叶柄下部，与半夏仅在叶柄下部发育不同，但其发育过程在形态上可分为叶柄无现象、早期珠芽结构分化和珠芽膨大成熟三个时期，在相应的解剖学上可分为珠芽原基启动期和形成期、原基分化期和膨大成熟期四个阶段，其发育过程与半夏珠芽发育类似（罗睿等，2014）。滴水珠珠芽也是一种营养芽性质的克隆繁殖结构，不具有胚结构，成熟珠芽内部含有大量晶体、淀粉等内含物（晏升禄等，2012；罗睿等，2014）。

滴水珠在叶柄下部和叶片基部均有珠芽形成，叶柄处的成熟珠芽与叶片处珠芽大小相近，而与半夏相比，会发现其成熟珠芽平均直径是半夏珠芽（0.72 ± 0.14）cm（孙莹莹，2016）的三分之一。这显示半夏珠芽繁殖趋向于k选择，而滴水珠珠芽繁殖更趋向于r选择。观察滴水珠发现，当年生珠芽在环境适宜条件下，遇土即萌发，且萌发率高达75%，可见滴水珠在一定程度上也可以称之为杂草型中草药。这点不同于山药零余子（龙雯虹等，2011），有明显的休眠期，萌发需打破休眠期，滴水珠珠芽从成熟到萌发无明显的休眠特征，在散生条件下可有效扩大自然种群，大大增加无性繁殖的成功率。

滴水珠叶片和叶柄珠芽原基均起源于叶柄维管束外围的薄壁细胞，珠芽发育过程分为四个时期，与半夏叶柄珠芽发育过程类似，但滴水珠叶柄珠芽在形态上为凸起结构时，观察内部结构发现已分化出頂芽，与山药珠芽发育相类似（谢德镕等，1993；张仪等，1994）；珠芽成熟期观察结构，发现其上部有托叶及托叶鞘结构，内部含生长锥，下部薄壁细胞含有大量的营养物质，与较强贮藏功能有关，与珠芽蓼珠芽解剖结构类似（李有忠和沈颂东，1996）。滴水珠叶柄处珠芽结构发育过程对应各时期的形态特征为形态结构无变化、透明到淡绿色点状、凸起珠芽、膨大突破表皮、珠芽成熟脱落到珠芽萌发，叶片珠芽发育过程形态特征为形态结构无变化、白色到绿色点状、早期凸起珠芽结构、珠芽膨大、珠芽成熟脱落到珠芽萌发，与半夏的珠芽形态特征相类似。珠芽与淡黄花百合珠芽（李腾等，2012）一样，有明显的成熟期，会在外力作用下脱落。

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