紫锥菊(Echinacea purpurea L.)是迄今为止发现的极少数具有增强免疫力及抗炎双重功效的药用植物之一,具有非常高的药用价值和极大的发展前景。通过生物技术方法获得的紫锥菊多倍体不仅具有稳定生物学特性,而且与其二倍体母本相比具有更高的生物量和药用活性成分含量,这些优良性状对培育高产、优质的紫锥菊新品种具有重要意义。由于光合作用是植物吸收CO2和H20,积累有机物的重要生理代谢过程,为了深入比较研究不同倍性紫锥菊光合效率的差异,并通过比较不同倍性紫锥菊叶片形态和结构的差异来研究倍性变化对紫锥菊光合效率的影响,本文以四倍体和二倍体紫锥菊为材料,采用光饱和曲线的测定、叶绿素含量的测定、叶片表型分析、半薄切片、超薄切片、细胞离析及激光共聚焦显微镜观察等方法对二者光合效率,叶片的形态特征、显微和超微结构,叶肉细胞形态特征、叶绿体分裂频率等进行了比较研究,探讨了倍性增加对紫锥菊光合效率和叶片形态结构的影响,从形态学和细胞学的角度分析倍性变化对其光合效率的影响,主要结果和结论如下:1.四倍体紫锥菊比二倍体紫锥菊具有更强的光合效率。对不同发育时期的紫锥菊的光饱和效应曲线的测定结果表明,四倍体紫锥菊的最大净光合速率在营养生长期、花蕾期、盛花期分别比二倍体高出51.84%、36.94%、8.50%。相应地四倍体紫锥菊的叶片中叶绿素含量在不同发育时期均高于二倍体。经测定四倍体紫锥菊的总叶绿素含量在营养生长期、花蕾期、盛花期分别比二倍体高29.63%、11.51%、24.78%。2.对不同发育时期二倍体和四倍体紫锥菊成熟叶片的表型测量研究表明四倍体紫锥菊的叶长与叶宽均大于二倍体。在营养生长期、花蕾期、盛花期,四倍体相对于二倍体的叶长分别增加了:3.6%、8.8%、2.9%;四倍体相对于二倍体的叶宽分别增加了:25.5%、37.4%、10.8%。以上实验数据表明四倍体叶片光合作用面积增大,有利于利用光能。3.通过半薄切片比较二倍体和四倍体成熟叶片的显微结构,发现四倍体叶片的厚度、栅栏组织厚度、海绵组织厚度分别较二倍体增加了30.37%、19.98%、38.8%。四倍体叶片栅栏组织发达,细胞层数增加,四倍体栅栏组织细胞和海绵组织细胞厚度相对二倍体分别增加了23.07%、26.37%。四倍体栅栏组织细胞和海绵组织细胞的单位细胞叶绿体数目相对二倍体分别增加了59.70%、54.72%,对二倍体和四倍体成熟叶片的超薄切片比较研究表明,四倍体紫锥菊叶绿体体积大,淀粉粒数目较少,基粒数量多,基粒片层垛叠紧密,更为发达。四倍体紫锥菊的叶绿体长、叶绿体宽、单位叶绿体基粒数目、基粒厚度相对于二倍体分别增加了15.63%、24.32%、27.27%、55.56%。四倍体叶片的这些形态结构的改变,以及叶绿体结构的变化有利于四倍体紫锥菊光合能力的提高。4.通过紫锥菊不同发育阶段的叶片进行离析统计分析,发现叶绿体数目增加的时期是与叶肉细胞体积膨大时期相协调。叶肉细胞体积通常在叶生长至1cm(四倍体)和2cm(二倍体)时开始膨大,相应的叶绿体数目几乎都在叶长3cm时快速增加。因此,我们的结果支持四倍体紫锥菊叶肉细胞内叶绿体数目的持续增加可能是是通过持续增加的叶肉细胞体积为叶肉细胞中叶绿体数目的增加提供了充足的空间。5.不同发育阶段紫锥菊的超薄切片研究发现,在二倍体和四倍体紫锥菊中分裂的叶绿体可划分为两个类型:前质体和幼龄叶绿体。研究表明四倍体的叶绿体分裂频率不仅高于二倍体,同时,四倍体还表现出持续分裂的现象,在叶长为6cm的叶片中仍存在正在分裂的叶绿体,而二倍体中当叶长达4cm,叶绿体就不再分裂。说明,四倍体叶肉细胞中叶绿体数目的增加是由叶绿体分裂频率和持续分裂时间延长共同作用的结果。综合分析以上研究结果可知,在不同发育时期,四倍体紫锥菊的光合作用效率均高于二倍体,为四倍体紫锥菊生物量的增加提供了生物学基础。另外,倍性变化通过影响叶肉细胞膨大的速率、叶绿体的分裂频率和叶绿体的超微结构,直接影响叶片的形态建成,进而影响叶片的光合效率。