李聰聰，鄭欣欣，潘 彪，石江濤，於朝廣

(1 南京林業(yè)大學 材料科學與工程學院，江蘇 南京 210037；2 江蘇省中國科學院植物研究所，江蘇 南京 210014)

樹皮是樹木的重要組成部分，樹皮由內(nèi)到外包括韌皮部、周皮和落皮層(脫落樹皮)。樹木次生韌皮部承擔著輸導和分配光合作用產(chǎn)物、合成與貯存有機物質(zhì)等生理功能，韌皮部中的篩胞是輸送植物生長發(fā)育所必需的有機養(yǎng)分的主要渠道，對植物的生長發(fā)育有極為重要的意義[1]。周皮是木栓形成層向內(nèi)分生栓內(nèi)層、向外分生木栓層所形成的次生組織，位于韌皮部最外側(cè)。木栓層的主要成分是木栓質(zhì)[2]，木栓質(zhì)是一種高分子雜聚物，通常沉積于木栓層的細胞壁。木栓層作為一種保護性屏障，不僅在控制根系水分及營養(yǎng)元素的徑向運輸中發(fā)揮著重要作用，而且能有效抵御病原菌和有毒氣體的入侵[3]，從而保護木材和韌皮部免受非生物和生物脅迫。周皮內(nèi)還存在生物堿、萜類、酚類等具有較高應用價值的化合物和生物活性化合物[4]。新周皮形成后，隨著新老周皮間韌皮部細胞的死亡而形成厚度更大的脫落樹皮即落皮層[5]。落皮層的結構和次生韌皮部中纖維的排列，將直接影響樹皮的表面形態(tài)、裂溝的深度、方向以及剝落類型等[6]。

中山杉302(TaxodiumhybridZhongshanshan 302，T.distichum♀×T.mucronatum♂)是以落羽杉(T.distichum)為母本、墨西哥落羽杉(T.mucronatumTenore )為父本雜交選育的優(yōu)良無性系，于1987年通過江蘇省科技成果鑒定，2002年通過國家林業(yè)局林木品種審定[7]。目前，中山杉系列品種因兼具速生、耐水、耐鹽、抗風和觀賞價值高等優(yōu)點，成為濕地造林、沿海防護林和城鄉(xiāng)綠化的熱點樹種，已在我國長江流域及周邊省市大面積推廣栽植[8]。落羽杉為杉科落羽杉屬高大喬木，原產(chǎn)于北美及墨西哥，原生境為沼澤等低洼潮濕地帶，在美國被稱為“永不腐朽之木”[9]，20世紀初引種到我國，由于其生長快、材質(zhì)優(yōu)良、適應性強、耐澇漬和土壤瘠薄，已成為我國平原湖區(qū)和丘陵山地重要的造林樹種和園林綠化植物[10]。目前，對中山杉品系的研究主要集中在抗逆性、耐澇性、育苗技術[11]以及木材的物理力學性能[12]、顯微構造特征[13]等方面，關于其樹皮解剖構造的相關研究尚不多見。為此，本研究分析了中山杉與母本樹皮的解剖構造特征及新周皮的形成規(guī)律，以期為揭示其生長發(fā)育過程提供理論依據(jù)，并為樹皮資源的高效利用提供參考。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

于南京市棲霞區(qū)八卦洲(30°10′N、118°49′E)同一片林地內(nèi)，選取25年生中山杉302及落羽杉作為取樣株，中山杉302胸徑為24.5 cm，落羽杉胸徑為26.4 cm。于2018年10月至翌年9月，在活立木上取一個完整生長周期的樣品，其中2019年3-9月每2周取樣1次，其余時間1個月取樣1次。相鄰樣本之間的距離在水平方向上至少為10 cm，以避免傷口對下一次取樣部位組織的影響，取樣結束將試樣立即投入FAA固定液中。

1.2 試驗方法

1.2.1 切片制作 將在FAA固定液中固定24 h的樣品，于蒸餾水中浸泡24 h后修成小塊，石蠟包埋[14]，然后用滑走切片機分別切取10 μm(用于光學顯微鏡觀察)和50 μm(用于掃描電鏡觀察)的切片備用。

1.2.2 顯微觀察及掃描電鏡觀察 將10 μm厚切片置于二甲苯中脫蠟、復水后，一部分放入質(zhì)量分數(shù)1%的番紅溶液中染色2 h，置于光學顯微鏡下觀察韌皮部；另一部分放入質(zhì)量分數(shù)0.1%的蘇丹7B溶液中染色4 h[15]，于光學顯微鏡下觀察木栓層；還有一部分未染色切片置于熒光顯微鏡下觀察細胞熒光現(xiàn)象，并用熒光圖片在Image J軟件中測量細胞組織比量。

將50 μm厚切片用酒精梯度脫水、正丁醇透明、自然風干后，放入帶導電膠的樣品臺上，噴金100 s，在Quanta 200環(huán)境掃描電鏡下觀察。隨機測量 30 個細胞的長度、寬度，結果取平均值。

1.2.3 細胞離析 將中山杉302和落羽杉試樣切成火柴棍大小，放入試管中加熱排出試材中的氣泡，再加入解離液(體積分數(shù)95%冰醋酸和體積分數(shù)30%雙氧水按體積比1∶1混合)，65 ℃加熱6 h至單個細胞完全解離，用蒸餾水將樣品沖洗至中性，加番紅試劑染色，振蕩試管，將試材條振蕩成懸浮液，取少量樣品于載玻片上，蓋上蓋玻片，觀察細胞。

2 結果與分析

2.1 中山杉302和落羽杉韌皮部的解剖構造

中山杉302和落羽杉韌皮部均由軸向系統(tǒng)與徑向系統(tǒng)組成。軸向系統(tǒng)包括韌皮纖維、篩胞、韌皮薄壁細胞，徑向系統(tǒng)由韌皮射線組成。韌皮部中具輸導功能的韌皮部和不具輸導功能的韌皮部之間界限不明顯，具輸導功能的韌皮部，各細胞排列規(guī)則；不具輸導功能的韌皮部，薄壁細胞膨大，部分篩胞被薄壁細胞擠壓變形，韌皮纖維形態(tài)完整，韌皮射線略有膨大。

中山杉302次生韌皮部徑向?qū)挾葹?2.80±0.364) mm，韌皮部各細胞呈切向帶交錯排列，若以“PF”表示韌皮纖維、“Se”表示篩胞，“PP”表示薄壁細胞，則細胞排列多數(shù)為“PF-Se-PP-Se-PF”和“PF-Se-PP-Se-PP-Se-PF”，少數(shù)為“PF-Se-PP-Se-PP-Se-PP-Se-PF”，偶見“PF-Se-PP-Se-PP-Se-PP-Se-PP-Se-PF”(圖1-A)。

韌皮纖維的組織比量為16.12%，其橫切面為扁平狀厚壁細胞，在熒光顯微鏡下有自發(fā)熒光，細胞形態(tài)在徑向有增大趨勢，其在韌皮部中部的徑向?qū)挾葹?8.70±0.58) μm，在靠近周皮處徑向?qū)挾葹?10.83±0.73) μm，在落皮層內(nèi)韌皮纖維仍保持完整形態(tài)，徑向?qū)挾葹?11.54±0.86) μm。篩胞呈內(nèi)部中空狀，側(cè)壁有圓形篩域(圖1-B)，篩域直徑為(13.36±0.93) μm，圓形篩域上存在許多篩孔。篩胞在徑向的變化較大，在靠近形成層處呈矩形；在不具輸導功能的韌皮部，部分篩胞被擠壓變形，有些篩胞被膨大的韌皮部薄壁細胞擠到完全看不到腔；在落皮層內(nèi)，篩胞徑向?qū)挾然謴蜑?10.46±1.45) μm。韌皮薄壁細胞內(nèi)部常充滿棕色樹脂，薄壁細胞在徑向的變化也較大，在靠近形成層處呈扁平狀，徑向?qū)挾葹?13.88±0.80) μm；在韌皮部中部呈圓形或橢圓形，徑向?qū)挾葹?30.86±2.09) μm；在靠近周皮處薄壁細胞膨大，徑向?qū)挾扰虼鬄?34.60±1.76) μm；在落皮層內(nèi)，韌皮部薄壁細胞徑向?qū)挾冉禐?3.00±0.32) μm。

落羽杉次生韌皮部徑向?qū)挾葹?2.34±0.30) mm，細胞組成類型與中山杉302相同，細胞排列方式多數(shù)為“PF-Se-PP-Se-PF”，少數(shù)為“PF-Se-PP-Se-PP-Se-PF”(圖1-C)。韌皮部各細胞形態(tài)在徑向的變化與中山杉302相同。韌皮纖維的組織比量為18.17%，其厚度在徑向也有增大趨勢，在靠近形成層處徑向?qū)挾葹?9.65±0.83) μm，在韌皮部中部徑向?qū)挾葹?10.69±0.80) μm，在落皮層內(nèi)韌皮纖維仍保持完整形態(tài)，徑向?qū)挾葹?10.73±1.13) μm。篩胞呈內(nèi)部中空狀，側(cè)壁也有圓形篩域(圖1-D)，篩域直徑為(13.79±0.77) μm。篩胞在靠近形成層處呈矩形；在不具輸導功能的韌皮部，有些篩胞被膨大的韌皮部薄壁細胞擠到完全看不到腔；在落皮層內(nèi)，篩胞徑向?qū)挾然謴蜑?12.45±1.50) μm。韌皮薄壁細胞在靠近形成層處呈扁平狀，徑向?qū)挾葹?12.37±1.51) μm；在不具輸導功能的韌皮部，徑向?qū)挾葹?30.59±4.92) μm；在落皮層內(nèi)，韌皮部薄壁細胞被壓潰，幾乎看不到細胞腔，細胞徑向?qū)挾葴p少為(2.23±0.07) μm。

綜上可知，中山杉302與落羽杉韌皮部細胞組成及細胞形態(tài)在徑向的變化相同，主要細胞排列方式均為“PF-Se-PP-Se-PF”，差別主要是中山杉302還存在“PF-Se-PP-Se-PP-Se-PP-Se-PF”和“PF-Se-PP-Se-PP-Se-PP-Se-PP-Se-PF” 2種細胞排列方式。

2.2 中山杉302和落羽杉周皮的解剖構造

中山杉302和落羽杉的周皮均是由木栓層、木栓形成層、栓內(nèi)層組成的一種復合的次生保護組織，位于韌皮部最外側(cè)，與韌皮部共同組成樹皮。中山杉302周皮平均厚度為(46.52±4.84) μm(圖2-A)，落羽杉周皮平均厚度為(41.17±3.78) μm(圖2-B)。

A.中山杉302周皮解剖構造特征顯微圖片；B.落羽杉周皮解剖構造特征顯微圖片；C.中山杉302周皮解剖構造特征電鏡圖片；D.落羽杉周皮解剖構造特征電鏡圖片；E.中山杉302周皮木栓層細胞解離圖片；F.落羽杉周皮木栓層細胞解離圖片

木栓形成層在橫切面上為單層扁平狀細胞，細胞大小均勻一致，無胞間隙。中山杉302木栓形成層細胞弦向?qū)挾葹?19.38±0.77) μm，徑向?qū)挾葹?5.84±0.68) μm；落羽杉木栓形成層弦向?qū)挾葹?17.05±1.34) μm，徑向?qū)挾葹?7.43±0.67) μm。

木栓層在橫切面上呈扁平狀，與木栓形成層平行排列，且排列緊密無胞間隙，木栓層細胞的細胞壁栓質(zhì)化，成熟木栓層細胞可見其栓質(zhì)化細胞壁的自發(fā)熒光，蘇丹7B也可將木栓層細胞的細胞壁木栓脂染成紅色。中山杉302木栓層細胞為2層(圖2-C)，平均厚度(17.05±1.31) μm，細胞弦向?qū)挾葹?21.18±2.36) μm，徑向?qū)挾?8.83±0.45) μm；落羽杉木栓層為2層(圖2-D)，平均厚度(13.64±0.96) μm，細胞弦向?qū)挾?18.54±0.91) μm，徑向?qū)挾?5.89±0.36) μm。將木栓層細胞解離后,觀察到木栓層細胞短小，有強熒光現(xiàn)象(圖2-E,F)。

栓內(nèi)層細胞是活細胞，細胞壁不會栓質(zhì)化，與木栓形成層細胞平行排列，細胞形態(tài)與木栓形成層相似。中山杉302栓內(nèi)層為1～2層，栓內(nèi)層細胞弦向?qū)挾葹?23.78±1.69) μm，徑向?qū)挾葹?8.75±0.68) μm；落羽杉栓內(nèi)層細胞1～2層，栓內(nèi)層細胞弦向?qū)挾葹?20.23±0.96) μm，徑向?qū)挾葹?8.83±0.46) μm。

2.3 中山杉302和落羽杉新周皮的產(chǎn)生

樹種不同則周皮產(chǎn)生的頻率不同，有的樹種年年產(chǎn)生周皮，有的樹種則多年產(chǎn)生一次新的周皮；產(chǎn)生時間在各個樹種中也不相同[16]。對25年生中山杉302和落羽杉韌皮部的周皮形成情況進行連續(xù)觀察，結果如圖3所示。

A.中山杉302在8月中旬韌皮部薄壁細胞出現(xiàn)脫分化；B.中山杉302 8月底新生周皮的顯微圖片；C.中山杉302新生周皮成熟木栓層熒光顯微圖片；D.中山杉302新生周皮電鏡圖片；E.落羽杉在7月中旬韌皮部薄壁細胞出現(xiàn)脫分化；F.落羽杉7月底形成新生周皮解剖顯微圖片；G.落羽杉新生周皮成熟木栓層熒光顯微圖片；H.落羽杉新生周皮電鏡圖片；紅色圈示薄壁細胞脫分化，紅色箭頭示新生周皮，白色箭頭示上一年形成的周皮

中山杉302韌皮部中新生周皮年年產(chǎn)生，且形成時間為8月中下旬，形成位置在上一年周皮外(325.93±24.88) μm(5～10層韌皮纖維帶)處。8月中旬，在不具輸導功能的韌皮部可觀察到薄壁細胞體積較大，平均直徑為(16.14±1.31) μm，局部出現(xiàn)由大薄壁細胞脫分化成的較小細胞(圖3-A)；8月底，木栓形成層向外分生了2層木栓層細胞，向內(nèi)分生1～2層栓內(nèi)層細胞，蘇丹7B將木栓細胞壁的木栓脂染成紅色(圖3-B)，木栓脂大分子是木栓細胞細胞壁的主要成分，可使木栓層細胞具有屏障作用[17]，說明8月底木栓脂已沉積在細胞壁上。同時期木栓細胞在熒光下有特殊自發(fā)熒光(圖3-C)。在掃描電鏡下可更清晰地觀察到木栓層的細胞形態(tài)(圖3-D)。木栓細胞分生完成后，由于細胞壁不透水，隔斷了外側(cè)薄壁細胞的水分和營養(yǎng)供應，將韌皮部同新生周皮外韌皮部及上一年形成的周皮割裂開來[18]，加之維管形成層的周期性分裂，使樹干的直徑不斷增大，最初產(chǎn)生的周皮連同原來的木栓形成層一起死亡而形成落皮層并最終脫落[19]。

通過對25年生落羽杉韌皮部的連續(xù)觀察，可知落羽杉韌皮部中新生周皮也是每年產(chǎn)生，且周皮形成時間為7月中下旬。新生周皮形成于距樹皮外表面深度(631.79±10.11) μm(10～15層韌皮纖維帶)處。7月中旬，在不具輸導功能的韌皮部，同一弦向帶位置觀察到薄壁細胞體積較大，細胞直徑為(20.29±1.24) μm(圖3-E)；韌皮薄壁細胞在徑向脫分化為2～3層細胞，木栓形成層形成后向外分生木栓層，向內(nèi)分生栓內(nèi)層，周皮層數(shù)不斷增多。7月底觀察到有2層木栓層細胞及1～2層栓內(nèi)層形成，蘇丹7B將木栓細胞壁的木栓脂染成紅色(圖3-F)，在熒光下，可見栓質(zhì)化細胞壁的自發(fā)熒光(圖3-G)，掃描電鏡下可以觀察到新形成的周皮外側(cè)仍存在細胞形態(tài)完整的韌皮薄壁細胞和篩胞(圖3-H)。說明周皮形成后，周皮外隔絕的細胞不會立刻死亡，但由于木栓層細胞的次生壁高度栓質(zhì)化，相對來說水分不會滲透出去，因此栓外的組織最終會死亡。樹皮脫落后，剩余的木栓層與栓內(nèi)層將會成為韌皮部外側(cè)新的保護組織[20]。

粗大樹干外部組織不斷死亡剝落，樹皮不但未變薄而且在緩慢增厚，正是因為維管形成層向外形成韌皮部，以及木栓形成層不斷活動形成新的周皮所致[21]。通過試驗觀察得知，中山杉302與落羽杉周皮形成存在差異，首先是形成時間不同，中山杉302在8月中下旬形成完整的周皮結構，而落羽杉在7月中下旬形成；其次是周皮形成位置不同，中山杉302新形成周皮距上一年周皮5～10層韌皮纖維帶，落羽杉新形成周皮距上一年周皮10～15層韌皮纖維帶。中山杉302新周皮產(chǎn)生時間晚于落羽杉，新形成的周皮距上一年周皮間的寬度小于落羽杉，這可能與中山杉302形成層活動周期晚且一個活動周期內(nèi)分生韌皮部細胞層數(shù)較少有關。

3 結 論

1)中山杉302與落羽杉樹皮從內(nèi)到外依次由次生韌皮部、周皮、落皮層(脫落樹皮)組成；次生韌皮部均由韌皮纖維、篩胞、薄壁細胞呈切向帶交錯排列，但二者韌皮部細胞排列方式存在一定差異；周皮厚度均較薄，由1～2層栓內(nèi)層、1層木栓形成層和2層木栓層組成，二者細胞排列無明顯差異。

2)中山杉302與落羽杉周皮的形成規(guī)律既存在遺傳上的相似性又存在一定的差異。中山杉302和落羽杉每年均產(chǎn)生新的周皮，但產(chǎn)生的時間和位置均不相同。中山杉302周皮形成于每年8月中下旬，新形成的周皮距上一年周皮5～10層韌皮纖維帶，二者相距(325.93±24.88) μm；落羽杉周皮形成于每年7月中下旬，新形成周皮距上一年周皮10～15層韌皮纖維帶，距樹皮外表面深度為(631.79±10.11) μm。根據(jù)本研究結果，能夠預測中山杉302與落羽杉下一年周皮的發(fā)生時間與發(fā)生位置，可為樹皮綜合利用提供參考。