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云南松解剖特征及其对外界刺激的响应

熊晖 陆雪佳 杨文云 黎思国 高成杰 刘方炎 李昆

熊晖, 陆雪佳, 杨文云, 黎思国, 高成杰, 刘方炎, 李昆. 云南松解剖特征及其对外界刺激的响应[J]. 浙江农林大学学报, 2018, 35(3): 483-489. doi: 10.11833/j.issn.2095-0756.2018.03.012
引用本文: 熊晖, 陆雪佳, 杨文云, 黎思国, 高成杰, 刘方炎, 李昆. 云南松解剖特征及其对外界刺激的响应[J]. 浙江农林大学学报, 2018, 35(3): 483-489. doi: 10.11833/j.issn.2095-0756.2018.03.012
XIONG Hui, LU Xuejia, YANG Wenyun, LI Siguo, GAO Chengjie, LIU Fangyan, LI Kun. Anatomical characteristics of resin ducts and its response to extemal stimuli in Pinus yunnanensis[J]. Journal of Zhejiang A&F University, 2018, 35(3): 483-489. doi: 10.11833/j.issn.2095-0756.2018.03.012
Citation: XIONG Hui, LU Xuejia, YANG Wenyun, LI Siguo, GAO Chengjie, LIU Fangyan, LI Kun. Anatomical characteristics of resin ducts and its response to extemal stimuli in Pinus yunnanensis[J]. Journal of Zhejiang A&F University, 2018, 35(3): 483-489. doi: 10.11833/j.issn.2095-0756.2018.03.012

云南松解剖特征及其对外界刺激的响应

doi: 10.11833/j.issn.2095-0756.2018.03.012
基金项目: 

国家林业公益性行业科研专项 201304202

详细信息
    作者简介: 熊晖, 从事森林培育研究。E-mail:xionghui918m@163.com
    通信作者: 杨文云, 副研究员, 博士, 从事林木种质资源保存与评价利用研究。E-mail:yangwenyun1@163.com
  • 中图分类号: S722.3;S791.257

Anatomical characteristics of resin ducts and its response to extemal stimuli in Pinus yunnanensis

图(3) / 表(4)
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出版历程
  • 收稿日期:  2017-05-27
  • 修回日期:  2017-08-05
  • 刊出日期:  2018-06-20

云南松解剖特征及其对外界刺激的响应

doi: 10.11833/j.issn.2095-0756.2018.03.012
    基金项目:

    国家林业公益性行业科研专项 201304202

    作者简介:

    熊晖, 从事森林培育研究。E-mail:xionghui918m@163.com

    通信作者: 杨文云, 副研究员, 博士, 从事林木种质资源保存与评价利用研究。E-mail:yangwenyun1@163.com
  • 中图分类号: S722.3;S791.257

摘要: 松脂是松属Pinus植物分泌的一种次生代谢产物,具有较高的经济价值和生态价值,主要储藏在松属植物针叶、树干木质部和韧皮部的树脂道系统内。开展云南松Pinus yunnanensis产脂量与其解剖学特征之间的关系研究,有利于云南松高产脂优树的选育和高产林定向培育技术体系的建立。对云南松产脂量与针叶、树干解剖特征之间的相关关系进行了研究,并比较分析了高、低产脂量云南松针叶和树干解剖特征的差异。结果表明:高产脂量云南松针叶树脂道个数、针叶分泌细胞个数、树干韧皮部树脂道个数、木质部树脂道个数和木质部分泌细胞个数极显著高于低产脂量云南松。随着针叶树脂道个数、针叶分泌细胞个数、树干韧皮部树脂道个数、木质部树脂道个数和木质部分泌细胞个数的增加,云南松的产脂量也不断增加(P < 0.01)。主成分分析中木质部树脂道个数的载荷值最大,表明云南松树干木质部树脂道与其产脂量关系最为密切。树干木质部树脂道个数可作为选育高产脂云南松的一个重要指标。

English Abstract

熊晖, 陆雪佳, 杨文云, 黎思国, 高成杰, 刘方炎, 李昆. 云南松解剖特征及其对外界刺激的响应[J]. 浙江农林大学学报, 2018, 35(3): 483-489. doi: 10.11833/j.issn.2095-0756.2018.03.012
引用本文: 熊晖, 陆雪佳, 杨文云, 黎思国, 高成杰, 刘方炎, 李昆. 云南松解剖特征及其对外界刺激的响应[J]. 浙江农林大学学报, 2018, 35(3): 483-489. doi: 10.11833/j.issn.2095-0756.2018.03.012
XIONG Hui, LU Xuejia, YANG Wenyun, LI Siguo, GAO Chengjie, LIU Fangyan, LI Kun. Anatomical characteristics of resin ducts and its response to extemal stimuli in Pinus yunnanensis[J]. Journal of Zhejiang A&F University, 2018, 35(3): 483-489. doi: 10.11833/j.issn.2095-0756.2018.03.012
Citation: XIONG Hui, LU Xuejia, YANG Wenyun, LI Siguo, GAO Chengjie, LIU Fangyan, LI Kun. Anatomical characteristics of resin ducts and its response to extemal stimuli in Pinus yunnanensis[J]. Journal of Zhejiang A&F University, 2018, 35(3): 483-489. doi: 10.11833/j.issn.2095-0756.2018.03.012
  • 松脂是由松属Pinus树种中分泌细胞分泌而成的一种主要由萜烯类化合物构成的无色透明状次生代谢产物, 储藏在松树针叶以及枝和茎的木质部与韧皮部的树脂道系统内[1-6]。松脂可分离出松节油和松香, 具有很高的经济价值和生态价值。松节油具有很强的同分异构能力, 是一种良好的溶剂, 广泛应用于油漆、冶金、纺织等工业领域, 此外可用于生产一些药物, 如驱蛔脑、冰片、樟脑等, 以及聚萜烯树脂等多种树脂。松香广泛用于印刷油墨、绝缘材料、造纸施胶、涂料、油漆、合成橡胶、肥皂、人造甘性油、软化剂和干燥剂等领域。如今, 人们还对松香进行了改性, 生产出聚合松香、歧化松香和氢化松香等一系列产品, 使松香的价值得到了进一步提高[7-8]。云南松Pinus yunnanensis是松属的一种常绿乔木, 以滇中高原为中心, 向四周分布, 整个分布区呈现不规则的多角形状, 其分布区面积占云南省森林面积的70%。成林主要分布在海拔1 000~3 200 m的地区, 是西南地区主要的采脂树种[9]。云南松单株之间泌脂量差异明显, 单株年产脂量最高可达11.00 kg, 而最低的甚至小于1.00 kg, 直接影响了人们对云南松采脂利用的经济效益。研究表明:高产脂马尾松Pinus massoniana针叶树脂道个数明显高于普通产脂量类型, 针叶树脂道数目与矫正产脂量、日产脂量和10 cm侧沟产脂量均存在显著相关。马尾松针叶树脂道个数越多, 其产脂力越高[10]。此外, 分泌细胞个数与思茅松Pinus kesiya var.langbianensis的产脂力有密切关系, 分泌细胞个数越多, 其产脂力越高[11]。关于云南松产脂量与针叶及树干解剖学之间关系的研究较少。鉴于此, 本研究以不同产脂量的云南松为对象, 研究云南松的解剖学特征及外界刺激对它产生的影响, 旨在为选育云南松高产脂优树和建立高产脂林定向培育技术体系提供依据。

    • 研究区位于滇中高原楚雄州双柏县(24°19′~24°22′N, 101°34′~101°37′E), 该区海拔为1 600~1 800 m, 气候垂直变化比较明显, 属于北亚热带季风气候。年平均气温为15.5 ℃, 极端最高气温为42.0 ℃, 极端最低气温为-8.4 ℃。雨热同季, 干湿分明, 年平均降水量约为900 mm, 日照充足, 年平均日照时间为2 355 h。土壤为偏酸性, 属于含钾、磷元素比较丰富的山地红壤。研究区以云南松纯林为主, 其中伴生了少量的麻栎Quercus acutissima, 木荷Schima superba, 滇青冈Cyclobalanopsis glaucoides, 锐齿槲栎Q.aliena var.acuteserrata, 高山栲Castanopsis delavayi和旱冬瓜Alnus nepalensis等。

    • 在双柏县太和江林场, 根据当地脂农提供的该区域云南松多年的产脂情况以及现场实地勘察结果, 选择了松脂产量相对稳定且较高的云南松林地, 运用“S”型布点, 在同一等高线附近, 选择胸径大于20.0 cm并且已采2 a以上的生长状况基本一致的云南松60株, 用铁皮标牌依次给60株云南松编号。同时, 从2015年3月初至10月底对所选60株云南松进行采脂。采脂标准为:采脂面选择云南松树干无结疤且向阳面, 采割位置距离地面2.2 m, 先割中沟且垂直于地面, 再割侧沟且夹角为70°左右, 采割深度到木质部, 但不超过0.5 cm, 采割面的负荷率不能超过50%并且长度为20.0 cm[12-14], 隔2 d采割1次, 每个月统计60株云南松的产脂量, 共统计8次, 以每株云南松8个月的总产脂量作为单株年产脂量。

    • 根据60株云南松产脂分组情况(组数为12组, 组距为1.00 kg), 各组取1/2该组的株数, 若所得是小数, 则去除小数点后面取整数株, 若该组为1, 则取1株, 若为0, 则不取。共取30株, 用人工攀树和高枝剪相结合的方法在云南松的树冠中部向阳方向采取1年生针叶, 共采取针叶10束·株-1, 洗净, 并用吸水纸吸干, 用剪刀取5.0 cm针叶中部放入固定液中(20.0 g·kg-1多聚甲醛和12.5 g·kg-1戊二醛, 50 mmol·L-11, 4哌嗪二乙烷磺酸, pH 7.2)并编号, 共30个样, 带回实验室制作切片(试验中所用固定液均与此相同)。在每株树距离地面3.5 m高的位置, 去掉树皮(软木层), 记号笔画出2.0 cm × 2.0 cm的矩形, 用1.0 cm的凿子, 凿取2.0 cm × 2.0 cm的样品(包括韧皮部、形成层和木质部), 分别放入固定液中, 共30个样, 带回实验室制作切片, 用硅胶塞封住取样所造成的伤口。

    • 根据年产量大于8.41 kg为高产, 小于3.35 kg为低产的标准, 在30株云南松中选出高产和低产各5株, 根据胸径位置的周长, 将各株云南松树干均分成3个区域, 依次编号A, B, C。第1次取样:A区域为第1次取样区域, 在A区域距离地面3.5 m高的位置, 去掉树皮, 凿取2.0 cm × 2.0 cm的样品, 1块·株-1, 共10块, 分别放入固定液中(2.2.1中已经取过样品)。在与A区域取样同一高度, 去掉树皮(软木层), 将配好的100 mmol·L-1茉莉酮酸甲酯溶液(茉莉酮酸甲酯+1.0 g·kg-1吐温20)喷在B区域, 用棉签涂抹该区域, 防止液体流出, 重复上述操作, 使该区域保湿5 min。在与A区域和B区域同样的处理高度, 用1.0 g·kg-1吐温20处理C区域[15-16]。第2次取样:处理后8 d, 在第1次取样及试剂处理的区域上方5.0~20.0 cm处分别取样, 取样方法及样品处理同第1次取样。第3次取样:处理后35 d, 在第1次取样及试剂处理的区域下方5.0~20.0 cm处分别取样, 取样方法及样品处理同第1次取样。

    • 将带回实验室的样品进行修整, 针叶切成2.0 cm, 木质部和韧皮部切成1.0 cm × 1.0 cm, 用蒸馏水清洗修正后的样品, 去除样品上多余的固定液, 并用石蜡切片法将样品制成12.0 μm的切片, 经番红固绿染色后, 中性树胶封片, 然后用显微镜观察样品树脂道大小及分泌细胞个数

    • 用SPSS 17.0统计软件, 运用Pearson相关系数评价30株云南松产脂量与其针叶和树干解剖特征之间的相关关系, 同时, 对所选高、低产脂各5株云南松针叶和树干解剖特征运用单因素方差分析(one-way ANOVA)比较差异显著性, 并用Excel 2007制图。

    • 从60株云南松年产脂量的直方分布图(图 1)可以看出:云南松最低年产脂量、最高年产脂量和平均年产脂量分别为0.80, 11.70和5.88 kg。经单样本K-S检验, 云南松年产脂量呈正态分布(5.88, 2.53), 年产脂量小于8.41 kg并且大于3.35 kg的概率为68.30%, 而年产脂小于2.35 kg或者大于8.41 kg的概率均为15.85%。以此来衡量高、低产脂量的标准, 即高产脂量云南松为年产脂量大于8.41 kg, 低产脂产脂量云南松为年产脂量小于3.35 kg。

      图  1  云南松产脂量直方分布图

      Figure 1.  Oleoresin yield of Pinus yunnanensis histogram distribution

    • 相关分析(图 2)表明:云南松产脂量与针叶树脂道个数、分泌细胞个数达极显著正相关(P<0.01), 说明针叶树脂道个数和分泌细胞越多, 云南松产脂量越大。同时云南松产脂量与针叶树脂道面积没有相关关系(P>0.05)。

      图  2  产脂量与针叶解剖特征之间的关系

      Figure 2.  Correlation between oleoresin yield and anatomical characteristics in leaves

    • 相关分析(图 3)表明:云南松产脂量与树干韧皮部树脂道个数、木质部树脂道个数和分泌细胞个数均达到了极显著正相关(P<0.01), 说明随着树干韧皮部树脂道个数、木质部树脂道个数和分泌细胞个数的增加, 云南松的产脂量也随之增加。云南松产脂量与树干韧皮部树脂道直径和木质树脂道面积没有相关关系(P>0.05)。

      图  3  产脂量与树干解剖特征之间的关系

      Figure 3.  Correlation between oleoresin yield and anatomical characteristics in branches

    • 高产脂云南松针叶树脂道个数是低产脂云南松个数的3.9倍, 高产脂云南松针叶分泌细胞个数是低产脂云南松的5.4倍(表 1), 并且高、低产脂量云南松针叶树脂道个数和分泌细胞个数均差异极显著(P<0.01), 而高、低产脂量云南松针叶树脂道平均面积差异不显著(P>0.05)。说明高产脂云南松针叶树脂道个数和分泌细胞个数极显著高于低产脂云南松。

      表 1  云南松针叶解剖特征

      Table 1.  Anatomical characteristics of Pinus yunnanensis in leaves

      产脂类型 树脂道数/个 树脂道平均面积/μm2 分泌细胞数/个
      高产月旨 9.75 ± 0.50 aA 83.54 ± 28.74 aA 78.75 ± 1.26 aA
      低产脂 2.50 ± 0.58 bB 65.51 ± 18.29 aA 14.50 ± 3.51 bB
      说明:数值为平均值±标准差,同一指标不同小写字母表示差异显著(P < 0.05),不同大写字母表示差异极显著(P < 0.01)
    • 高、低产脂量云南松韧皮部树脂道个数分别为100.63和56.25个, 木质部树脂道个数分别为88.13和13.13个, 分泌细胞个数为别为317.25和31.50个。高产脂云南松韧皮部树脂道个数、木质部树脂道个数和分泌细胞个数分别是低产脂云南松的1.8倍、6.7倍和10.1倍(表 2), 并且高、低产脂量云南松树干韧皮部树脂道个数、木质部树脂道个数和分泌细胞个数均差异显著(P<0.01), 而高、低产脂量云南松树干韧皮部树脂道直径和木质部树脂道面积差异不显著(P>0.05)。说明高产脂云南松树干韧皮部树脂道个数、木质部树脂道个数和分泌细胞个数极显著高于低产脂云南松。

      表 2  云南松树干解剖特征

      Table 2.  Anatomical characteristics of Pinus yunnanensis in branches

      产脂类型 韧皮部树脂道数/(个·cm-2) 韧皮部树脂道直径/mm 木质部树脂道数/(个·cm-2) 木质部树脂道面积/μm2/ 分泌细胞数/个
      高产脂 100.63 ± 3.75 aA 1.91 ± 0.56 aA 88.13 ± 10.28 aA 140.66 ± 3.97 aA 317.25 ± 7.02 aA
      低产脂 56.25 ± 6.29 bA 1.87 ± 0.47 aA 13.13 ± 2.39 bA 148.00 ± 8.30 aA 31.50 ± 5.75 bA
      说明:数值为平均值±标准差,同一指标不同小写字母表示差异显著(P < 0.05),不同大写字母表示差异极显著(P < 0.01)
    • 在云南松受到外界刺激8 d后, 机械损伤和茉莉酮酸甲酯处理的高、低产脂量云南松树干韧皮部树脂道、木质部树脂道个数和分泌细胞个数显著高于1.0 g·kg-1吐温20处理的高、低产脂量云南松(P<0.05), 而韧皮部树脂道直径和木质部树脂道面积, 3个处理之间差异不显著(P>0.05)(表 3)。处理35 d后, 机械损伤的高产脂云南松树干韧皮部树脂道个数、木质部树脂道个数和分泌细胞个数分别增加16.50个·cm-2, 7.23个·cm-2和5.04个, 低产脂云南松树干韧皮部树脂道个数、木质部树脂道个数和分泌细胞个数分别增加19.65个·cm-2, 8.60个·cm-2和5.51个。此外, 茉莉酮酸甲酯处理的高产脂云南松树干韧皮部树脂道个数、木质部树脂道个数和分泌细胞个数分别增加14.25个·cm-2, 6.10个·cm-2和2.8个, 低产脂云南松树干韧皮部树脂道个数、木质部树脂道个数和分泌细胞个数分别增加16.58个·cm-2, 7.03个·cm-2和3.09个。两者均显著高于1.0 g·kg-1吐温20处理的高、低产脂量云南松(P<0.05)。机械损伤和茉莉酮酸甲酯处理8 d后, 高、低产脂量云南松树干各指标均比后期变化大, 而1.0 g·kg-1吐温20处理的基本没变化。

      表 3  外界刺激高、低产脂量云南松树干解剖学特征的变化

      Table 3.  Anatomical characteristics of Pinus yunnanensis in branches between high and low oleoresin yield after the outside stimuli

      取样次序 韧皮部树脂道数/(个·cm-2) 韧皮部树脂道直径/mm 木质部树脂道数/(个·cm-2) 木质部树脂道面积/μm2 分泌细胞数/个
      高产脂 低产脂 高产脂 低产脂 高产脂 低产脂 高产脂 低产脂 高产脂 低产脂
      1 P 100.63±3.75
      A 110.88±1.88 a
      56.25±6.29
      66.63±1.63 a
      1.91±0.56
      2.15±0.18 a
      1.87±0.46
      2.19±0.34 a
      88.13±10.28
      92.98±5.90 a
      13.13±2.39
      18.15±2.53 a
      140.66±3.97
      l45.68±3.64 a
      148.00±8.30
      l53.05±8.56 a
      317.25±7.02
      320.26±2.65 a
      31.50±5.75
      34.95±1.05 a
      2 B 109.05±1.08 a
      C 100.65±2.88b
      A 117.13±1.20 a
      68.35±2.08 a
      56.20±4.95b
      75.90±3.38 a
      2.09±0.21 a
      1.92±0.52 a
      2.26±0.24 a
      2.10±0.25 a
      1.86±0.18b
      2.32±0.23 a
      91.70±3.95 a
      88.13±2.65b
      95.35±5.30 a
      17.58±1.98 a
      13.13±2.13b
      21.73±1.00 a
      140.59±4.12 a
      140.66±3.59 a
      146.67±3.12 a
      148.04±7.98 a
      148.00±9.12 a
      146.67±3.12 a
      319.65±2.84 a
      317.24±3.56b
      322.29±4.56 a
      33.89±0.27 a
      31.49±0.48b
      37.01±1.25 a
      3 B 114.88±0.65 a
      C 100.60±3.13 b
      72.83±2.45 a
      56.23±5.33 b
      2.19±0.14 a
      1..91±0.63 a
      2.25±0.19 a
      1.87±0.42 a
      94.23±4.95 a
      88.10±2.23 b
      20.15±0.63 a
      13.13±4.13 b
      140.66±4.15 a
      140.65±3.76 a
      148.02±7.69 a
      148.03±8.17 a
      320.05±3.15 a
      317.25±4.12 b
      34.59±0.95 a
      31.50±2.01 b
      说明:数值为平均值±标准差,P表示未做任何处理,A,B和C分别表示机械损伤、茉莉酮酸甲酯处理和l.0g·kg-1吐温20处理。每次取样不同处理间字母不同表示差异显著(P < 0.05)
    • 主成分分析表明(表 4):5个主成分的提取量都达80%以上。第1个主成分的特征根为4.832, 累积贡献率达85%以上, 所以不需要增加主成分。根据特征根大于或者等于1的原则提取了1个主成分, 该成分包含针叶树脂道个数(x1), 针叶分泌细胞个数(x2), 韧皮部树脂道个数(x3), 木质部树脂道个数(x4)和树干分泌细胞个数(x5), 与云南松产脂量(y)的关系为:y=0.978x1+0.994x2+0.986x3+0.995x4+0.962x5, 其中木质部树脂道个数所占的载荷值最大为0.993, 因此木质部树脂道个数可作为选取高产脂云南松的重要指标。

      表 4  主成分分析

      Table 4.  Principal component analysis

      成分 提取量 特征根 贡献率/G 累积贡献率/G 载荷
      针叶树脂道个数 0.957 4.832 96.641 96.641 0.978
      针叶分泌细胞个数 0.987 0.125 2.498 99.139 0.994
      韧皮部树脂道个数 0.972 0.030 0.598 99.737 0.986
      木质部树脂道个数 0.990 0.008 0.166 99.903 0.995
      树干分泌细胞个数 0.926 0.097 0.097 100.000 0.962
    • 树脂道是广泛存在于松树针叶和树干中的一种解剖器官, 主要包括本构性树脂道和诱导性树脂道。本构性树脂道是松树固有的一种结构, 而诱导性树脂道则是植物受到外界昆虫入侵或机械损伤时所形成的一种防御结构。本研究表明:高、低产脂量云南松针叶树脂道个数、韧皮部和木质部树脂道个数均表现出差异极显著(P<0.01), 而且, 随着这些树脂道的增加, 云南松产脂量也不断增加(P<0.01), 这与朱秋云等[10]、王海林等[17]的研究结果相似。可能是因为松树自身的防御机制与树脂道有关, 而松脂是松树分泌的一种次生代谢产物, 存储在树脂道中, 当松树受到机械损伤或者昆虫入侵, 存储在本构性树脂道中本构性树脂迅速溢出, 杀死昆虫及病菌并封闭伤口, 同时诱导形成大量诱导性树脂道及诱导性松脂[18-19]

      分泌细胞也是植物解剖结构的一个关键, 它参与了植物体内多种生理生化反应。本研究表明:高产脂云南松针叶及树干分泌细胞极显著高于低产脂云南松(P<0.01), 而且, 随着这些分泌细胞个数的增加, 云南松产脂量也不断增加(P<0.01)。这与穆茹等[11]所得结论相同。松脂是由分泌细胞分泌的[18], 松树在受到外界刺激时, 存储在本构性树脂道中的松脂就会大量流出, 同时形成大量新的分泌细胞, 分泌更多的松脂[19-20]

      主成分分析发现:木质部树脂道个数可作为选取高产脂量云南松的指标。本研究还发现:机械损伤和茉莉酮酸甲酯处理能增加云南松树脂道个数和分泌细胞个数, 并且, 低产脂云南松韧皮部树脂道个数、木质部树脂道个数和分泌细胞个数增加的量比高产脂云南松多, 但是否能提高云南松产脂量有待进一步研究。

参考文献 (20)

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