雨养和灌溉条件下象草（*Cenchrus purpureus*）的解剖学特征

《Grass and Forage Science》：Anatomical Characteristics of Cenchrus purpureus Under Rainfed and Irrigation

　　

显微镜检查可作为辅助工具，阐明植物组织营养价值的差异，因其与化学成分和体外消化率（in vitro digestibility）密切相关。研究人员的目的是评估高型和矮型象草（*Cenchrus purpureus*）基因型在雨养或灌溉条件下于旱季和雨季的生长表现，并估计与营养品质的相关性。试验在巴西伯南布哥州加兰亨斯（Garanhuns, Pernambuco, Brazil）进行。这项为期两年的研究评估了象草基因型；试验设计采用随机区组裂区排列，4次重复，主区由雨养（非灌溉）和灌溉组成，子区包括4个基因型：两个高型（Iri 381和Elefante B）和两个矮型（Taiwan A-146 2.77和Mott）。最大和最小的维管束鞘面积（bundle sheath area）分别出现在Mott（1986.3 μm²）和Iri 381（1423.5 μm²），而Taiwan A-146 2.37（1799.2 μm²）和Elefante B（1701.8 μm²）之间无显著差异。矮型基因型茎中薄壁组织面积（parenchyma area）较大，与高型基因型存在差异。茎中的厚壁组织（sclerenchyma）与木质素（lignin）和不可消化碳水化合物（indigestible carbohydrates）呈强正相关。在象草基因型的叶片中，叶肉组织（mesophyll）是主要组织。雨季和灌溉均促进了与瘤胃降解速率较慢相关的组织发育。这些发现表明，象草可作为优质粗饲料来源，并改善全年牧草生产的规律性。象草的解剖学特征，特别是叶肉和支持组织的比例，为旨在优化牧草生产和营养品质的基因型选择提供了可靠指标，强调了整合基因型、生长阶段和环境条件的管理策略的必要性。

**论文解读：象草解剖学特征与营养品质的关联及管理启示**

**研究背景与问题**
象草（*Cenchrus purpureus*）是全球广泛种植的优质牧草，具有高营养价值和动物接受度，但不同基因型（高型与矮型）在营养品质上存在显著差异，主要受叶片-茎秆比例、化学成分（如粗蛋白、中性洗涤纤维、木质素）及成熟度影响。传统管理实践（如灌溉、刈割频率）虽能提高产量，但可能改变植物形态和化学组成，导致营养品质下降。例如，灌溉可能增加中性洗涤纤维含量并降低粗蛋白和消化率，从而限制动物采食量和养分利用效率。解剖学研究表明，组织比例是牧草品质的强预测因子：叶肉组织与消化率正相关，而厚壁组织（sclerenchyma）和增厚细胞壁与营养品质负相关。然而，在雨养与灌溉条件下，不同基因型（尤其是高型和矮型）的解剖学特征如何响应季节变化，及其与营养品质的定量关系尚不清楚。为此，研究人员在巴西伯南布哥州开展了一项为期两年的试验，旨在评估雨季和旱季中雨养和灌溉管理对象草基因型叶片和茎秆解剖学特征的影响，并估计这些特征与营养品质的相关性。该研究发表于《Grass and Forage Science》。

**主要关键技术方法**
试验在巴西伯南布哥州加兰亨斯（Garanhuns）进行，采用随机区组裂区设计，主区为灌溉处理（雨养 vs. 灌溉），子区为4个基因型：高型（Iri 381、Elefante B）和矮型（Taiwan A-146 2.37、Mott），4次重复。每60天刈割一次，连续2年（2017-2018）。分别在雨季（8月）和旱季（12月）代表性收获时采集叶片（第一片展开叶）和茎秆（中部节间）样本，经固定、染色后制作临时玻片，使用光学显微镜（40×）拍照，通过Image J软件测量各组织面积。同时，对同批样本进行营养品质分析，包括干物质、粗蛋白、中性洗涤纤维、酸性洗涤纤维、木质素、体外干物质消化率等，并采用混合模型和Pearson相关分析进行统计。

**研究结果**
**基因型对叶片解剖特征的影响**：矮型基因型Mott的近轴表皮（adaxial epidermis）和韧皮部（phloem）面积最大（28.1 μm²和3816.8 μm²），而高型Iri 381的远轴表皮（abaxial epidermis）和维管束鞘（bundle sheath）面积最大（29.9 μm²和1423.5 μm²）。Mott的维管束鞘面积最大（1986.3 μm²），Iri 381最小（1423.5 μm²），Taiwan A-146 2.37（1799.2 μm²）和Elefante B（1701.8 μm²）居中。

**基因型对茎解剖特征的影响**：矮型基因型（Mott、Taiwan A-146 2.37）的表皮面积显著小于高型，而薄壁组织（parenchyma）面积显著更大（Mott: 5802969.7 μm² vs. Elefante B: 3625011.6 μm²），表明矮型茎秆更易降解。

**灌溉×基因型对厚壁组织的影响**：叶片和茎秆的厚壁组织面积均受灌溉×基因型交互作用显著影响（叶片p=0.0210，茎秆p=0.0113）。Mott在灌溉和雨养下厚壁组织面积均最小（叶片：15026.0 μm² vs. 其他基因型平均18381.8 μm²），灌溉显著增加了所有基因型厚壁组织面积。

**季节×基因型对叶片厚壁组织的影响**：Mott在雨季叶片厚壁组织面积（15523.0 μm²）显著低于其他基因型（平均18612.1 μm²），雨季整体厚壁组织比旱季高22%。

**灌溉×季节对茎秆厚壁组织的影响**：旱季雨养条件下，茎秆厚壁组织面积（459632.8 μm²）显著低于灌溉（542139.6 μm²），雨季无差异。

**三因素交互作用对叶肉和木质部的影响**：叶肉组织面积受基因型×灌溉×季节交互作用显著影响（p=0.0002）。旱季雨养条件下叶肉面积最大（257.3 μm²），雨季灌溉下最小（195.4 μm²）。木质部及伴随纤维（xylem and associated fibres）在叶片和茎秆中均受三因素交互作用影响（p=0.0075和0.0106），旱季灌溉下该组织面积最大（叶片10518.1 μm²），Mott最低（叶片7101.6 μm²）。

**相关性分析**：叶片中，厚壁组织与酸性洗涤纤维（ADF）和不可消化碳水化合物（C1）呈强正相关（r=0.647和0.605），与粗蛋白（r=-0.534）和体外干物质消化率（IVDMD，r=-0.387）负相关；叶肉与IVDMD正相关（r=0.571），与不可消化氮（C2）负相关（r=-0.781）。茎秆中，厚壁组织与木质素（r=0.644）和不可消化碳水化合物（C，r=0.718）正相关，与粗蛋白（r=-0.590）和IVDMD（r=-0.487）负相关；薄壁组织与慢速降解碳水化合物（B2，r=-0.564）和木质素（r=-0.567）负相关；韧皮部与IVDMD正相关（r=0.499）。

**讨论与结论**
讨论部分指出，矮型基因型（尤其是Mott）因薄壁组织比例高、厚壁组织比例低，具有更高的潜在消化率和营养品质，适合产奶系统。灌溉和雨季促进支持组织（厚壁组织、木质部）发育，降低叶肉和薄壁组织比例，从而加剧营养品质下降，因此在灌溉条件下需缩短刈割间隔。维管束鞘在Mott中面积最大，解释其较高蛋白含量，但其与IVDMD的低正相关表明化学组成比组织比例更重要。叶肉是影响消化率的关键组织，其比例受水分和季节调控。茎秆厚壁组织与木质素和不可消化碳水化合物的强正相关是限制品质的主要因素。解剖学特征可作为营养品质的间接指标，指导基因型选择（高产 vs. 高营养）。

研究结论翻译如下：
Taiwan A-146 2.37基因型尽管支持组织比例较高，但其叶肉比例与Mott相当。高型基因型茎秆薄壁组织比例最低，而所有基因型叶片中叶肉组织占主导地位，与株高无关。茎秆中厚壁组织、木质部及伴随纤维比例较高，解释了其较低的营养品质。灌溉虽提高产量，但可能加速结构变化，对营养品质产生负面影响，因此强调在灌溉条件下适当延长刈割间隔的重要性。结合叶肉、木质部、伴随纤维和厚壁组织比例与化学组成的估算，可可靠预测营养品质，并支持针对特定生产目标的基因型选择。然而，这些效应随植物年龄、水分供应和施肥水平而变化，因为组织木质化随成熟和养分可利用性增加而加剧。因此，象草的营养价值和生产力取决于基因型、管理和环境条件之间的相互作用。