凯氏带(Casparian strips)是高等植物根的初生结构中内皮层上的特化结构,它在双子叶植物中一般为环形条带,在横向壁和径向壁上形成的木质化和木栓化的结构,而在单子叶植物中则通常为五面加厚。凯氏带能够选择性控制氧气、水分、离子和营养物质等通过植物根系进入中柱,因此它在调节植物吸收、获取养分方面起着至关重要的作用。近年来,关于内皮层凯氏带的生理功能的研究已有一些报道。然而,在木本植物中,不同发育时期的凯氏带的结构和化学成分以及其在内皮层中的分布状况仍有待进一步阐明。本论文以双子叶木本植物84K杨(Populus alba×Populus glandulosa)的初生根为材料,开展了对内皮层凯氏带细胞学观察及成分分析的研究,针对不同发育阶段的内皮层凯氏形态结构、主要成分及其发育过程中的含量变化,初步阐明84K杨凯氏带形成过程中的动态变化,主要研究结果如下。(1)紧靠中柱鞘的内皮层细胞的木质素染色剂着色情况显著高于周围细胞,且随着发育成熟,这类细胞的数量呈现上升趋势。(2)采用激光共聚焦扫描显微镜等技术,对不同发育时期的84K杨初生根的横切面进行分析和观察,发现含有凯氏带的内皮层细胞形态明显区别于周围细胞,径向细胞壁表现出明显的带状增厚(3)基于木栓质染色剂FY-088的染色观察,发现随着根的发育成熟,凯氏带的木栓质沉积逐渐增厚。(4)受激拉曼散射光谱(Stimulated Raman scattering microscopy,SRS)对不同发育时期的内皮层细胞进行原位、无标记成像分析,证明凯氏带的主要成分是木质素与木栓质,且随着内皮层细胞的发育成熟,木质素与木栓质的含量有所增加,二者的分布逐渐从点状沉积趋于均匀分布。(5)借助傅立叶红外光谱术(Fourier transform infrared spectroscopy,FTIR)对酶解分离出的不同发育阶段的凯氏带红外光谱分析,结果显示无论是幼嫩部位还是成熟部位,均有明显的木质素和木栓质的特征吸收峰,且两种含量在成熟部位的吸收峰显著高于幼嫩部位,验证了木质素与木栓质在成熟部位的含量偏高这一假设。(6)实时荧光定量表达实验进一步揭示,相较于幼嫩部位,84K杨初生根的凯氏带成熟部位的凯氏带发育、合成相关的基因表达量更高。综上所述,84K杨根的初生结构中含有凯氏带的内皮层细胞形态与周围细胞有明显区别,并随着发育成熟,其细胞数目显著增长。凯氏带的成分主要含有木质素与木栓质,二者几乎同时发生沉积,并随着内皮层发育的成熟,木质素与木栓质的沉积逐渐增厚,两者含量显著增加。这些结果为阐明木本植物的凯氏带的发育特点及其生理功能提供了理论基础。