缺磷對蝴蝶蘭形態構造的影響

當蝴蝶蘭 Phal. Sogo Yukidian ‘V3’中苗缺乏磷肥 22-23 週後，與對照組(正常施 肥處理)比較其根部由根尖往上量 1、3、5 cm 位置的橫切面。結果顯示，由切片外 觀上無法看出明顯的差異(圖 4.5)，缺磷下的根部皮層細胞、大小相較於對照組無 差異。利用正立顯微鏡放大中柱部分(圖 4.6)，可看到蝴蝶蘭根部 1、3、5 cm 位置 切面中柱的成熟度不同，於 1 cm 位置的內皮層發育尚未成熟，加厚現象不明顯(圖 4.6A、B)，5 cm 位置的內皮層細胞壁已明顯加厚，且由早成木質部往外放射處可 看到通過細胞，木質部及髓部的木質化現象明顯(圖 4.6E、F)。顯示蝴蝶蘭新鮮的 根部靠近根尖 5 cm 內，其細胞的分化、加厚現象、成熟度已有明顯差異。接著比 較缺磷處理對蝴蝶蘭根部解剖形態的影響，於外觀上可觀察到缺磷下根部 1、3、5 cm 位置的中柱皆小於對照組(圖 4.5、4.6)，實際量化面積的結果，結果為根部面積 (根被以內的面積)在 1、3、5 cm 位置皆無差異，中柱面積在 1、3 cm 位置有顯著 差異。在 1 cm 位置處，缺磷下的中柱面積僅有 0.38 mm²，顯著小於對照組的中柱 面積 0.56 mm² (表 4.1)。然而，因為根部樣本在相同栽培條件下，儘管已經限制取 樣條件為總長度小於 15 cm 的根，並限定切片位置，但實際上每條根的粗細仍有 差異，因此每個處理下的樣本間差異大，所以將中柱面積除以根部面積，計算中 柱面積百分比，結果顯示，缺磷下的中柱面積佔根部面積的 2.4%，顯著低於對照 組中柱面積比 3.5%，而在 3 cm 位置處，缺磷下的中柱面積 (0.59 mm²)仍顯著低於 對照組(0.78 mm²)，但中柱面積比例無差異(表 4.1)。5 cm 位置處，無論中柱面積 或面積比例皆無差異。然而，根部的任何位置，缺磷處理下的中柱面積及面積比 的平均值皆低於對照組，表示缺磷會造成蝴蝶蘭根部中柱縮小(表 4.1)。

接著比較中柱內的維管束(vascular bundle)面積差異，在 1 cm 位置處，缺磷下 的維管束面積僅 0.2 mm²，顯著小於對照組的維管束面積 0.3 mm²，而在 3、5 cm 位置處，維管束面積則無差異。當維管束面積除以中柱面積時，比較相同中柱單 位面積下，缺磷對維管束面積比例的影響，結果顯示，不管在 1、3、5 cm 位置處，

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維管束面積比例皆無差異，但缺磷處理下平均值皆小於對照組，顯示缺磷不僅造 成中柱發育受阻、面積減小，也影響中柱內的維管束面積較對照組小(表 4.1)。另 外，將根被與皮層面積(根部減中柱面積)除以中柱面積，比較皮層與中柱比，在 1 cm 位置，對照組之皮層/中柱比為 42.1，缺磷之皮層/中柱比為 28.6，在 5 cm 位置，

對照組之皮層/中柱比為 31.6，缺磷之皮層/中柱比為 26.9，顯示缺磷導致蝴蝶蘭根 部之皮層發育減緩、受阻(表 4.1)。

另外，蝴蝶蘭根部的外皮層與內皮層上具有長細胞和通過細胞，可能與養分 的吸收有關。因此觀察缺磷是否會影響造成長細胞與通過細胞的分化數目，由表 4.2 結果顯示，在顯微鏡有限的視野下，比較外皮層上通過細胞佔外皮層總細胞的 比例，僅在根部 1 cm 位置有顯著差異，對照組外皮層上的通過細胞佔 24.8%，缺 磷僅佔 16.8%，但在根部 3、5 cm 位置上則無差異。比較內皮層上通過細胞、長細 胞個數及通過細胞佔內皮層總細胞的比例，無論是在根部 3、5 cm 位置上，對照 組的通過細胞、長細胞個數皆多於缺磷處理，顯示缺磷導致細胞數減少，但通過 細胞佔內皮層細胞(通過細胞加上長細胞)的比例則無差異(表 4.2)。綜合內皮層與外 皮層結果顯示，缺磷並無造成內皮層、外皮層上兩種細胞分化比例改變。而缺磷 處理對蝴蝶蘭根部最顯著的影響在於維管束數目，對照組在根部 1、3、5 cm 位置，

中柱內分別有 18.1、18.7、20.7 個維管束(表 4.2)，且隨著由根尖往上成熟處，維管 束數目增加，但缺磷處理下，中柱內僅分別有 16.0、17.3、18.0 個維管束，顯示缺 磷影響蝴蝶蘭根部內維管束減少，由圖 4.6 切片外觀也可觀察出此現象。

另外，比較缺磷與對照組下蝴蝶蘭葉片形態解剖的差異，從外觀上觀察第一 片成熟葉葉片的橫切面，上下表皮厚度、葉肉細胞大小、葉綠體數目與分布等，

並無觀察到明顯的差異(圖 4.7)，而第一片成熟葉葉片厚度、中肋維管束長度及面 積皆無差異(表 4.3)，對照組的中肋面積平均為 0.048 mm²，缺磷下的中肋面積平均 為 0.046 mm²。

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討論

蝴蝶蘭為一種附生性蘭花作物，附生蘭花被指出具有特殊且精巧的器官或組 織(Benzing et al., 1983)。新鮮切片為一個簡單快速且可清楚觀察蝴蝶蘭組織結構的 方法，TBO 可以分別將木質化的管胞、導管、厚壁組織等染成藍綠色，薄壁細胞、

厚角組織或篩管則呈現紫紅色(O'Brien et al., 1964)，因此可分辨不同的組織結構，

另外藉由木質化組織具自發螢光之特性，可更進一步地觀察外皮層與內皮層上的 特化細胞(Brundrett et al., 1988; Peterson and Enstone, 1996)。

蝴 蝶 蘭的 外 層為 表皮細 胞 特化 而 成的 根被組 織 ，蝴 蝶 蘭臺 灣阿嬤 (Phal.

amabilis)具 2-3 層根被(Benzing et al., 1983; Pridgeon, 1987)。本試驗中 Phal. Sogo

Yukidian ‘V3’則具有 2 層根被(圖 4.1D-F)，在根部的根尖往上 1 cm 位置即可觀察 到表皮細胞不規則加厚形成的根被構造(圖 4.5A、B)。根被扮演類似海綿之功能，

使根部具有將水分與礦物營養暫時固定於根被組織中(Benzing et al., 1982; Moreira and Isaias, 2008)。當蝴蝶蘭根被被剝除後，礦物營養中帶電離子則會快速流失(Zotz and Winkler, 2013)，因此，根被組織具快速吸水及保留養分之功能。但養分吸收效 率並非與根被層數目呈正相關，附生蘭本身可能因物種本身特性，較地生蘭具高 的養分吸收效率(Hew et al., 1993)。

蝴蝶蘭的外皮層與內皮層上具有兩種形態的細胞(Benzing et al., 1983; Moreira and Isaias, 2008; Oliveira and Sajo, 1999)，一種為長細胞(long cell)，在內皮層上呈 現 O 型加厚(圖 4.4A、B)，在外皮層上呈現 U 型加厚(圖 4.4C、D)，外側之內切細 胞壁加厚較嚴重，經 TBO 染色或螢光照射，可看到其細胞壁木質化的輪廓，且因 具有木栓化的二次細胞壁，被認為水分進出根部的阻礙，具有調控水分吸收的功 能(Benzing et al., 1983; Moreira and Isaias, 2008; Pridgeon, 1986)，以及避免細胞內礦 物離子回流離開根部(Enstone et al., 2002; Peterson and Enstone, 1996)。另外一種為 短細胞(short cell)，又稱通過細胞(passage cell)，細胞壁無木質化現象，在外皮層上，

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相較於其他木質化的根被及長細胞，通過細胞具有活性的細胞膜，並貼近土壤介 質，可能具有幫助養分吸收之功用。在內皮層上，其分布位置明顯靠近於早成木 質部(圖 4.1C)，位於木質部的向外放射處，可能具有降低水分運輸阻力、幫助礦物 離子快速進入木質部之功用(Peterson and Enstone, 1996)。李和李(1981)在研究報告 中指出，蝴蝶蘭 Phalaenopsis amabilis 的通過細胞與維管束的韌皮部相對，此結論 與本試驗不符，查看其研究報告的圖片結果，我推測原作者可能對蝴蝶蘭根部的 木質部、韌皮部的標示有誤，通過細胞同樣位於早成木質部的向外放射處。

蝴蝶蘭的氣生根在長期演化下，可能面臨原生環境水分與營養供給不穩定的 逆境，因此根部演化出上述的特化組織，具有快速吸水、防止水分蒸散、且高效 率運輸之特性，使蝴蝶蘭對於養分的吸收與利用具有非常高的效率，並能在養分 貧瘠之環境下生存。

當植物面對缺磷的環境時，會透過改變根部形態及結構，提高自身對磷的吸 收效率，例如在缺磷環境下阿拉伯芥 Arabidopsis thalinan 會抑制其主根伸長、促進 側根及根毛生長(Bates and Lynch, 1996; Péret et al., 2011; Williamson et al., 2001)；白 羽扇豆(Lupinus albus L.)自周鞘(pericycle)分化形成了大量且密集的簇生根(proteoid root) (Johnson et al., 1996; Lamont, 2003; Peek et al., 2003)，在石灰性缺磷的土壤中，

簇生根會主動向外分泌大量的檸檬酸導致根際酸化(Dinkelaker et al., 1989)；或是，

植物發展出與囊叢枝內生菌根菌(vesicular-arbuscular mycorrhizal, VAM)共生，藉由 菌根增加與土壤接觸的面積、溶解土壤中的磷以及使磷在菌絲裡移動更快速，以 獲取不易移動的磷肥(Bolan, 1991; McArthur and Knowles, 1993)。另外，當玉米(Zea

mays L.)的不定根遭遇缺磷逆境時，會造成玉米對於乙烯的敏感度提高，繼而促進

皮層細胞裂解使通氣組織(aerenchyma)面積增大(He et al., 1992)。

除了上述中植物於缺磷逆境下所發展出的根部形態特性外，目前對於缺乏磷 元素對植物解剖構造的影響之相關前人研究很少。本試驗中，蝴蝶蘭 Phal. Sogo

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Yukidian ‘V3’在缺磷 22-23 週後，從外觀上觀察根部與葉片的新鮮切片，缺磷與對 照組相比下並無明顯的差異。進一步量化數據後，缺磷會造成蝴蝶蘭根部中柱與 維管束面積平均值減小，並在由根尖往上 1 cm 處，此現象有顯著差異(表 4.1)，但 隨著切片組織越成熟(5 cm 處)，雖然平均值較低，但統計上無差異。另外，根部維 管束數目無論在由根尖往上 1、3、5 cm 位置處，皆顯著地較對照組減少(表 4.2；

圖 4.6)，此現象為本試驗中蝴蝶蘭在缺磷下解剖構造上差異最大的部分，推測缺磷 可能會造成根部中柱組織發育受阻，並使根部組織生長速度減緩。玉米(Zea mays L.) 從種子開始種植後，缺磷 28 天，玉米的根部直徑減小、皮層面積減少，木質部導 管(xylem vessel)數目減少、早成木質部(protoxylem)的空腔縮小(Sarker et al., 2010)。

而本試驗中蝴蝶蘭其 早成木質部的空腔大小則無差異 。另外，長豇豆(Vigna

unquiculata W. ssp. sesquipedalis L.)幼苗於缺磷下，根直徑與髓部直徑變小(Liu et al.,

2004)。從以上結果顯示，缺磷會造成蝴蝶蘭與其他植物如玉米、長豇豆維管束分 化受阻、數目減少。Sarker 等(2010)的試驗中指出，缺磷造成玉米根部表皮細胞變 厚、內皮層細胞縮小且加厚。但本試驗中無觀察到此現象，蝴蝶蘭根被層數不變(圖 4.5)，內皮層加厚現象不受缺磷影響，主要隨組織越成熟而越厚(圖 4.6)。

在葉片形態解剖方面，缺磷會造成玉米的葉肉組織厚度減少、細胞變小，同 時，使得葉片中維管束面積縮小(Sarker et al., 2010)；而黃豆(Glycine max [L.] Merr.

cv. Ransom)從種子播種後開始缺磷 32 天，2 週後新葉發育(leaf initiation)受抑制，

雖然表皮細胞大小無受到影響，但缺磷下的葉片厚度減小，因為柵狀葉肉細胞 (palisade mesophyll)、海綿葉肉細胞(spongy mesophyll)所占面積厚度減小，且在嚴 重缺磷 28 天後，莖部頂端生長點(shoot apical meristem)細胞雖然完整無損，但缺 磷可能已經造成細胞分化受到阻礙(Chiera et al., 2002)。菜豆(Phaseolus vulgaris)缺 磷時，其葉片柵狀組織、海綿組織單位面積下細胞數增多，排列緊密，並發生有 收縮、變形現象，致使葉綠素密度相對提高(Wang et al., 1999)。本試驗中，蝴蝶蘭

Phal. Sogo Yukidian ‘V3’在缺磷 22-23 週後，葉片於解剖外觀上無明顯差異，缺磷

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沒有造成葉肉細胞厚度減小或細胞間隙變緊密，細胞皆充實飽滿、輪廓清晰，木 質部與韌皮部形態無顯著差異(圖 4.7)，而無論是維管束面積、葉片厚度經數據量

沒有造成葉肉細胞厚度減小或細胞間隙變緊密，細胞皆充實飽滿、輪廓清晰，木 質部與韌皮部形態無顯著差異(圖 4.7)，而無論是維管束面積、葉片厚度經數據量