王玉红，蔡小彦，张振梅，周忠丽，王坤波，刘方

（棉花生物学国家重点实验室/中国农业科学院棉花研究所，河南安阳455000）

除了花粉、种皮和木质部外，棉属及其近缘物种的绝大多数器官均有色素腺体分布，呈褐色或黑褐色点状，但是大小和密度各不相同[1-4]。色素腺体是一种特殊的腔体结构，由1～3层分泌细胞包围而成。腔体内包含有嘌呤、倍半萜、单萜以及萜醛类等次生代谢物，这些次生代谢物的主要成分是棉酚，其含量占色素腺体总质量的35%～50%[5]。棉花根据有无色素腺体和棉酚含量可分为4种类型:一是最常见的有色素腺体型，几乎所有的栽培棉和多数野生棉都是该类型；二是无色素腺体型，主要是一些栽培种的突变体材料，其各个器官与组织都没有色素腺体；三是有色素腺体但不含棉酚型，以野生种司笃克氏棉为代表的E染色体组具有这一性状，即植株的各个器官和组织都有色素腺体，但是没有棉酚或者棉酚含量极低；四是种子无色素腺体而植株有色素腺体型，主要是以澳洲棉和比克氏棉为代表的原产澳大利亚的二倍体野生种，又称为子叶色素腺体延缓形成性状[2]。

棉酚是棉属植物体内普遍存在的一种植物保护素，能够抵抗某些昆虫和微生物的侵害，对棉花的正常生长发育具有重要的作用。棉花的色素腺体形成与棉酚含量密切相关，研究表明，种子萌发后子叶的色素腺体数量与棉酚含量极显著正相关[6]。因此，色素腺体对棉花抵抗病虫害具有重要作用。目前栽培棉种多为有腺体棉花，但是不同棉花品种色素腺体的大小和密度不尽相同。本研究主要针对4个栽培棉种的叶片色素腺体进行分析比较，探讨不同棉花品种色素腺体分布规律，初步解析某些生物学原理，同时为棉花色素腺体的深入研究提供参考。

1 材料与方法

试验材料为4个栽培棉种，每个棉种选择3个代表性品种（表1），所有材料均为多年自交纯系材料。试验材料种植在中国农业科学院棉花研究所海南三亚国家野生棉种质圃，于2017年11月上旬播种，在开花期调查叶片的色素腺体密度。

每份材料按照植株主茎的上、中和下三个部位取叶片样品。上部叶为功能叶（从植株顶端开始的第4片平展叶），中、下部的叶片分别称为中部叶和底部叶。每份材料随机取样5株。

样品在体视显微镜（OLYMPUSZS61，设置为1倍物镜，2档变倍体）下拍照（取景框为4.2 mm×3.3 mm＝0.14 cm2），统计每个视野里的色素腺体数，再换算成单位面积的色素腺体数。

每个叶片选取6个位置进行取景拍照:蜜腺左、蜜腺右、中脉中、左脉中、右脉中和叶尖。其中叶尖为叶片中裂叶的顶部，刚刚满足1个镜检视野的位置。12个棉花品种的叶片取镜位置保持一致（表 2）。

2 结果与分析

2.1 棉花叶片色素腺体分布情况

本实验植株不同部位的叶片和同一叶片不同位置的色素腺体密度的统计结果分别见表1和表2。综合12个棉种的数据，不同部位叶片色素腺体密度以上部叶最高，平均358.6个·cm－2，叶片中部与基部没有差异，分别为224.7个·cm－2和225.6个·cm－2。同一叶片的叶尖色素腺体密度较大（309.4个·cm－2），极显著高于叶片其它部位。其余5个位置的色素腺体密度变幅不大 （253.5～267.9个·m－2），差异不显著。

2.2 棉种之间的比较

不同栽培棉种植株上、中、下不同部位叶片的色素腺体分布差别很大。其中陆地棉植株叶片色素腺体密度自上往下呈高、低、高的趋势，中部叶最少（270.3个·cm－2），上部叶的与基部叶的基本持平（370.2个·cm－2和 364.2个·cm－2）。 海岛棉从上至下呈依次下降的趋势，而且差异显著。亚洲棉有类似于海岛棉的下降趋势，上部叶色素腺体密度远远高于中部叶和底部叶，同时中部叶也高于底部叶，但差异不显著。草棉叶片色素腺体密度很特殊，全株都显著少于其它棉种，不到其它3个栽培棉种的一半。此外，草棉的色素腺体密度自上部至下部呈增加趋势（依次为 108.4 个·cm－2、121.5 个·cm－2、136.5 个·cm－2，但差异不显著），与其它棉种正好相反。

不同棉种同一叶片不同位置的色素腺体密度差异较大。陆地棉叶片蜜腺左右色素腺体密度最低（309.1 个·cm－2、307.1 个·cm－2），差异不显著；中脉中部次之（320.4个·cm－2），左脉和右脉中部分别为337.7个·cm－2、331.7 个·cm－2， 叶尖最高， 达到391.2个·cm－2。海岛棉整个叶片的色素腺体密度分布也呈从基部向外、向上呈增加的趋势，而且差异更明显。亚洲棉叶片色素腺体密度分布与陆地棉、海岛棉不同，蜜腺左右的色素腺体密度最高（312.5个·cm－2、317.8 个·cm－2），中脉中部、左脉和右脉中部、叶尖等差异不大。草棉有类似于陆地棉的外向增加趋势，但差异不显著。

2.3 种内材料之间的比较

各个栽培种种内3份材料之间差别很大。陆地棉3个品种全株叶片平均色素腺体密度从高到低依此是中12、TM-1、中16。从植株不同部位叶片色素腺体密度分布来看，基本上都是中部叶少，上部叶和底部叶多的趋势，这一趋势在叶片色素腺体密度最高的中12表现最突出。在叶片不同位置的色素腺体密度来看，不同材料间的趋势相同，都是从基部向上、向外逐步增加，叶尖位置腺体密度最高且差异显著。

表1 植株上不同部位叶片色素腺体密度 （个·cm－2）

表2 同一叶片不同位置的色素腺体密度 （个·cm－2）

海岛棉3个品种之间的差异更大，全株叶片平均色素腺体密度新海21远远高于海7124和Pima 90-53。植株不同部位叶片色素腺体密度分布，海岛棉3个品种都是从上至下呈下降趋势，而新海21的差异最显著。3个品种叶片不同位置的色素腺体密度都是呈向上、向外增加趋势，叶尖最高，但新海21的各项数值显著高于海7124和Pima90-53。

亚洲棉全株叶片平均色素腺体密度从高到低为中亚1号、India N.V 50-70、江西修水中棉。3个亚洲棉品种中叶片色素腺体密度最低的是江西修水中棉，并且上中下叶片色素腺体密度差异显著。3个品种叶片不同位置的色素腺体密度差异均不显著，但江西修水中棉叶尖色素腺体密度小于其它位置，与中亚1号和India N.V 50-70明显不同。

草棉叶片色素腺体密度总体最小，不足其它3个栽培种的一半，但草棉3个品种间差别也很大，中草1号的叶片色素腺体密度是其它两个品种两倍。不同于其它2个品种，金塔草棉上部叶色素腺体密度很低，而中草1号和临泽草棉都是上部叶片色素腺体密度最高。

3 讨论与结论

在调查4个栽培棉种的叶片色素腺体时发现，同一棉花叶片的叶裂大小与色素腺体密度密切相关，叶裂大的叶片色素腺体密度小，叶裂小色素腺体密度大，这可能与叶片的生长速度有关。另外，底部老叶片的色素腺体小且模糊，不容易判断，特别是蜜腺附近的色素腺体数量少且浅。如果叶片太老，会附着很多灰尘，影响观察统计结果。在检测棉花叶片色素腺体时，选取叶片时尽量选择正常发育的叶片，避开太老的叶片。同时，调查分析发现棉株不同部位的叶片和叶片不同位置的色素腺体密度也不同。因此，调查棉花叶片色素腺体密度时，功能叶的中主脉中部或蜜腺两侧是最佳选择。

通过比较4个栽培棉种的色素腺体分布，发现草棉叶片色素腺体密度显著低于其它3个栽培种，然而其它3个栽培棉种之间的差别并不明显。同时，草棉显著区别于其它棉种的又一特点是植株从上部叶至底部叶的色素腺体密度是呈增加趋势，而其它棉种基本都是上部叶的色素腺体密度最高。从棉花植株自然形态上分析，草棉低矮，接近草本，主茎不太明显。另外3个棉种的株型都较高，为小灌木。至于叶片色素腺体总体数量的减少且自上至下逐步增加这一规律，是否与棉株草本化有关，值得进一步探讨。另外，同一叶片的6个不同位置的色素腺体密度在棉种间亦有差异，陆地棉、海岛棉和草棉的叶片的叶尖色素腺体密度显著高于其它5个位置，但是亚洲棉叶尖反而是趋少或差异不明显，这一特殊现象需要进一步研究。

叶片色素腺体密度在材料之间差异较大，不仅体现在不同棉种之间，也体现在同一个棉种不同材料之间，表明棉花叶片色素腺体遗传多样性比较丰富，有助于遗传改良上的利用。陆地棉和海岛棉都有无色素腺体的棉花材料如，中12显无、兰布莱特GL-5和海1。从本次试验结果来看，草棉的叶片色素腺体显著减少应该是草棉种的自然属性，这为探讨草棉演化等问题奠定了一定的生物学基础。