四個(gè)栽培棉種葉片色素腺體分布比較

王玉紅，蔡小彥，張振梅，周忠麗，王坤波，劉方

（棉花生物學(xué)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室/中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院棉花研究所，河南安陽455000）

除了花粉、種皮和木質(zhì)部外，棉屬及其近緣物種的絕大多數(shù)器官均有色素腺體分布，呈褐色或黑褐色點(diǎn)狀，但是大小和密度各不相同[1-4]。色素腺體是一種特殊的腔體結(jié)構(gòu)，由1～3層分泌細(xì)胞包圍而成。腔體內(nèi)包含有嘌呤、倍半萜、單萜以及萜醛類等次生代謝物，這些次生代謝物的主要成分是棉酚，其含量占色素腺體總質(zhì)量的35%～50%[5]。棉花根據(jù)有無色素腺體和棉酚含量可分為4種類型:一是最常見的有色素腺體型，幾乎所有的栽培棉和多數(shù)野生棉都是該類型；二是無色素腺體型，主要是一些栽培種的突變體材料，其各個(gè)器官與組織都沒有色素腺體；三是有色素腺體但不含棉酚型，以野生種司篤克氏棉為代表的E染色體組具有這一性狀，即植株的各個(gè)器官和組織都有色素腺體，但是沒有棉酚或者棉酚含量極低；四是種子無色素腺體而植株有色素腺體型，主要是以澳洲棉和比克氏棉為代表的原產(chǎn)澳大利亞的二倍體野生種，又稱為子葉色素腺體延緩形成性狀[2]。

棉酚是棉屬植物體內(nèi)普遍存在的一種植物保護(hù)素，能夠抵抗某些昆蟲和微生物的侵害，對(duì)棉花的正常生長發(fā)育具有重要的作用。棉花的色素腺體形成與棉酚含量密切相關(guān)，研究表明，種子萌發(fā)后子葉的色素腺體數(shù)量與棉酚含量極顯著正相關(guān)[6]。因此，色素腺體對(duì)棉花抵抗病蟲害具有重要作用。目前栽培棉種多為有腺體棉花，但是不同棉花品種色素腺體的大小和密度不盡相同。本研究主要針對(duì)4個(gè)栽培棉種的葉片色素腺體進(jìn)行分析比較，探討不同棉花品種色素腺體分布規(guī)律，初步解析某些生物學(xué)原理，同時(shí)為棉花色素腺體的深入研究提供參考。

1 材料與方法

試驗(yàn)材料為4個(gè)栽培棉種，每個(gè)棉種選擇3個(gè)代表性品種（表1），所有材料均為多年自交純系材料。試驗(yàn)材料種植在中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院棉花研究所海南三亞國家野生棉種質(zhì)圃，于2017年11月上旬播種，在開花期調(diào)查葉片的色素腺體密度。

每份材料按照植株主莖的上、中和下三個(gè)部位取葉片樣品。上部葉為功能葉（從植株頂端開始的第4片平展葉），中、下部的葉片分別稱為中部葉和底部葉。每份材料隨機(jī)取樣5株。

樣品在體視顯微鏡（OLYMPUSZS61，設(shè)置為1倍物鏡，2檔變倍體）下拍照（取景框?yàn)?.2 mm×3.3 mm＝0.14 cm2），統(tǒng)計(jì)每個(gè)視野里的色素腺體數(shù)，再換算成單位面積的色素腺體數(shù)。

每個(gè)葉片選取6個(gè)位置進(jìn)行取景拍照:蜜腺左、蜜腺右、中脈中、左脈中、右脈中和葉尖。其中葉尖為葉片中裂葉的頂部，剛剛滿足1個(gè)鏡檢視野的位置。12個(gè)棉花品種的葉片取鏡位置保持一致（表 2）。

2 結(jié)果與分析

2.1 棉花葉片色素腺體分布情況

本實(shí)驗(yàn)植株不同部位的葉片和同一葉片不同位置的色素腺體密度的統(tǒng)計(jì)結(jié)果分別見表1和表2。綜合12個(gè)棉種的數(shù)據(jù)，不同部位葉片色素腺體密度以上部葉最高，平均358.6個(gè)·cm－2，葉片中部與基部沒有差異，分別為224.7個(gè)·cm－2和225.6個(gè)·cm－2。同一葉片的葉尖色素腺體密度較大（309.4個(gè)·cm－2），極顯著高于葉片其它部位。其余5個(gè)位置的色素腺體密度變幅不大 （253.5～267.9個(gè)·m－2），差異不顯著。

2.2 棉種之間的比較

不同栽培棉種植株上、中、下不同部位葉片的色素腺體分布差別很大。其中陸地棉植株葉片色素腺體密度自上往下呈高、低、高的趨勢(shì)，中部葉最少（270.3個(gè)·cm－2），上部葉的與基部葉的基本持平（370.2個(gè)·cm－2和 364.2個(gè)·cm－2）。 海島棉從上至下呈依次下降的趨勢(shì)，而且差異顯著。亞洲棉有類似于海島棉的下降趨勢(shì)，上部葉色素腺體密度遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于中部葉和底部葉，同時(shí)中部葉也高于底部葉，但差異不顯著。草棉葉片色素腺體密度很特殊，全株都顯著少于其它棉種，不到其它3個(gè)栽培棉種的一半。此外，草棉的色素腺體密度自上部至下部呈增加趨勢(shì)（依次為 108.4 個(gè)·cm－2、121.5 個(gè)·cm－2、136.5 個(gè)·cm－2，但差異不顯著），與其它棉種正好相反。

不同棉種同一葉片不同位置的色素腺體密度差異較大。陸地棉葉片蜜腺左右色素腺體密度最低（309.1 個(gè)·cm－2、307.1 個(gè)·cm－2），差異不顯著；中脈中部次之（320.4個(gè)·cm－2），左脈和右脈中部分別為337.7個(gè)·cm－2、331.7 個(gè)·cm－2， 葉尖最高， 達(dá)到391.2個(gè)·cm－2。海島棉整個(gè)葉片的色素腺體密度分布也呈從基部向外、向上呈增加的趨勢(shì)，而且差異更明顯。亞洲棉葉片色素腺體密度分布與陸地棉、海島棉不同，蜜腺左右的色素腺體密度最高（312.5個(gè)·cm－2、317.8 個(gè)·cm－2），中脈中部、左脈和右脈中部、葉尖等差異不大。草棉有類似于陸地棉的外向增加趨勢(shì)，但差異不顯著。

2.3 種內(nèi)材料之間的比較

各個(gè)栽培種種內(nèi)3份材料之間差別很大。陸地棉3個(gè)品種全株葉片平均色素腺體密度從高到低依此是中12、TM-1、中16。從植株不同部位葉片色素腺體密度分布來看，基本上都是中部葉少，上部葉和底部葉多的趨勢(shì)，這一趨勢(shì)在葉片色素腺體密度最高的中12表現(xiàn)最突出。在葉片不同位置的色素腺體密度來看，不同材料間的趨勢(shì)相同，都是從基部向上、向外逐步增加，葉尖位置腺體密度最高且差異顯著。

表1 植株上不同部位葉片色素腺體密度 （個(gè)·cm－2）

表2 同一葉片不同位置的色素腺體密度 （個(gè)·cm－2）

海島棉3個(gè)品種之間的差異更大，全株葉片平均色素腺體密度新海21遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于海7124和Pima 90-53。植株不同部位葉片色素腺體密度分布，海島棉3個(gè)品種都是從上至下呈下降趨勢(shì)，而新海21的差異最顯著。3個(gè)品種葉片不同位置的色素腺體密度都是呈向上、向外增加趨勢(shì)，葉尖最高，但新海21的各項(xiàng)數(shù)值顯著高于海7124和Pima90-53。

亞洲棉全株葉片平均色素腺體密度從高到低為中亞1號(hào)、India N.V 50-70、江西修水中棉。3個(gè)亞洲棉品種中葉片色素腺體密度最低的是江西修水中棉，并且上中下葉片色素腺體密度差異顯著。3個(gè)品種葉片不同位置的色素腺體密度差異均不顯著，但江西修水中棉葉尖色素腺體密度小于其它位置，與中亞1號(hào)和India N.V 50-70明顯不同。

草棉葉片色素腺體密度總體最小，不足其它3個(gè)栽培種的一半，但草棉3個(gè)品種間差別也很大，中草1號(hào)的葉片色素腺體密度是其它兩個(gè)品種兩倍。不同于其它2個(gè)品種，金塔草棉上部葉色素腺體密度很低，而中草1號(hào)和臨澤草棉都是上部葉片色素腺體密度最高。

3 討論與結(jié)論

在調(diào)查4個(gè)栽培棉種的葉片色素腺體時(shí)發(fā)現(xiàn)，同一棉花葉片的葉裂大小與色素腺體密度密切相關(guān)，葉裂大的葉片色素腺體密度小，葉裂小色素腺體密度大，這可能與葉片的生長速度有關(guān)。另外，底部老葉片的色素腺體小且模糊，不容易判斷，特別是蜜腺附近的色素腺體數(shù)量少且淺。如果葉片太老，會(huì)附著很多灰塵，影響觀察統(tǒng)計(jì)結(jié)果。在檢測棉花葉片色素腺體時(shí)，選取葉片時(shí)盡量選擇正常發(fā)育的葉片，避開太老的葉片。同時(shí)，調(diào)查分析發(fā)現(xiàn)棉株不同部位的葉片和葉片不同位置的色素腺體密度也不同。因此，調(diào)查棉花葉片色素腺體密度時(shí)，功能葉的中主脈中部或蜜腺兩側(cè)是最佳選擇。

通過比較4個(gè)栽培棉種的色素腺體分布，發(fā)現(xiàn)草棉葉片色素腺體密度顯著低于其它3個(gè)栽培種，然而其它3個(gè)栽培棉種之間的差別并不明顯。同時(shí)，草棉顯著區(qū)別于其它棉種的又一特點(diǎn)是植株從上部葉至底部葉的色素腺體密度是呈增加趨勢(shì)，而其它棉種基本都是上部葉的色素腺體密度最高。從棉花植株自然形態(tài)上分析，草棉低矮，接近草本，主莖不太明顯。另外3個(gè)棉種的株型都較高，為小灌木。至于葉片色素腺體總體數(shù)量的減少且自上至下逐步增加這一規(guī)律，是否與棉株草本化有關(guān)，值得進(jìn)一步探討。另外，同一葉片的6個(gè)不同位置的色素腺體密度在棉種間亦有差異，陸地棉、海島棉和草棉的葉片的葉尖色素腺體密度顯著高于其它5個(gè)位置，但是亞洲棉葉尖反而是趨少或差異不明顯，這一特殊現(xiàn)象需要進(jìn)一步研究。

葉片色素腺體密度在材料之間差異較大，不僅體現(xiàn)在不同棉種之間，也體現(xiàn)在同一個(gè)棉種不同材料之間，表明棉花葉片色素腺體遺傳多樣性比較豐富，有助于遺傳改良上的利用。陸地棉和海島棉都有無色素腺體的棉花材料如，中12顯無、蘭布萊特GL-5和海1。從本次試驗(yàn)結(jié)果來看，草棉的葉片色素腺體顯著減少應(yīng)該是草棉種的自然屬性，這為探討草棉演化等問題奠定了一定的生物學(xué)基礎(chǔ)。