陽生與陰生環(huán)境梓樹葉片的比較解剖學研究

李永林，金日權(quán)，王迪涵，李春姣，吳東梅，魏 健

（1.東北師范大學生命科學學院，吉林 長春 130024；

2.金亨稷師范大學生物系，平壤 99903；

3.朝鮮金日成綜合大學生物系，平壤 99903）

陽生與陰生環(huán)境梓樹葉片的比較解剖學研究

李永林1，2，金日權(quán)3，王迪涵1，李春姣1，吳東梅1，魏 健1

（1.東北師范大學生命科學學院，吉林 長春 130024；

2.金亨稷師范大學生物系，平壤 99903；

3.朝鮮金日成綜合大學生物系，平壤 99903）

采用光學顯微技術(shù)，對不同生長環(huán)境的梓樹CatalpaovataG.Don葉片進行了比較解剖研究.結(jié)果表明：梓樹的陽生葉比陰生葉大得多，為1.94～2.64倍；陽生葉的柵欄組織厚度是陰生葉的1.96倍左右.陽生葉的氣孔微下陷，有利于減少水分蒸騰；陰生葉的氣孔大部分微上拱.陽生葉的上表皮比陰生葉厚，為1.91倍左右；陽生葉的上表皮外角質(zhì)層比陰生葉的厚，為1.8倍左右.梓樹陽生葉上表皮的外切向面具較厚的角質(zhì)層，且表面較糙，有利于減少強光灼傷，增強抗旱能力；陰生葉的角質(zhì)層表面光滑，體現(xiàn)了陰生葉的特點.梓樹陽生葉的葉脈機械組織較發(fā)達，有利于水分的輸導；陰生環(huán)境下梓樹機械組織不發(fā)達，代表了陰生環(huán)境下植物的特點.不同環(huán)境條件下生長的梓樹，演化出明顯不同的解剖結(jié)構(gòu)，驗證了“環(huán)境決定植物結(jié)構(gòu)的建成”理論.

梓樹；光學顯微技術(shù)；陽生；陰生；演化結(jié)構(gòu)

梓（CatalpaovataG.Don），隸屬于紫葳科Bignoniaceae梓屬Catalpa，別名為花楸，原產(chǎn)于中國，分布于長江流域及其以北地區(qū)，如東北三省、河北、山西、陜西、河南、山東、江蘇、安徽、浙江、江西、湖南、湖北、四川、云南、貴州、廣東及臺灣等省和地區(qū)，在朝鮮、日本也有分布，多栽培于村莊附近及公路兩旁，野生的已不多見［1－4］.

梓樹冠寬闊，枝條開展，樹皮灰褐色、淺縱裂；喜光，稍耐陰，耐寒，適生于溫帶地區(qū)，在暖熱氣候下生長不良，深根性.葉對生，有時輪生，具長柄，寬卵形或近圓形，先端基部圓形或心形，常有3～5淺裂；葉脈基部有1～6個紫色腺點.圓錐花序，頂生，花冠淡黃色，內(nèi)有黃色線紋及紫色斑點.蒴果細長如豇豆，常經(jīng)冬不落［5］.種子扁平，兩端生有絲狀毛叢.

梓樹為速生樹種，喜深厚、肥沃、濕潤的土壤，不耐干旱和瘠薄地，能耐輕鹽堿土，抗污染性較強.梓樹樹體端正，冠幅開展，葉大蔭濃，春夏黃花滿樹，秋冬莢果懸掛，是具有一定觀賞價值的樹種［6－7］，常作為行道樹、綠化樹種［8］.嫩葉可食；根皮或樹皮、果實、木材、樹葉均可入藥，能清熱、解毒.木材材質(zhì)輕軟細密，紋理直行，柔而耐腐，花紋美觀，適于作家具、建筑、室內(nèi)裝飾、樂器和工藝美術(shù)等用材［9］，也可作為保溫隔熱材料.

目前在梓的繁殖、播種、組織培養(yǎng)等研究方面已有報道［10－12］，本文通過對梓的陽生、陰生葉解剖結(jié)構(gòu)的比較研究，探討了其結(jié)構(gòu)與環(huán)境的關(guān)系，為全面認識植物對環(huán)境的生態(tài)適應性提供了基礎(chǔ)資料.

梓樹花粉母細胞呈半圓形排列，小孢子四分體屬四面體型，絨氈層屬分泌型，花粉粒為復合花粉.小孢子各發(fā)育時期與花蕾大小之間存在較密切的相關(guān)性［13］.

梓樹的外絨氈層是由次生周緣層發(fā)育而來，內(nèi)絨氈層是由緊靠造胞組織的一層藥隔細胞發(fā)育而來，而且內(nèi)絨氈層細胞在輻射向上伸長并伸入藥室的過程中形成“擬胎座”.在梓樹的花藥中，緊靠表皮的一層細胞，隨著其他中層細胞的破壞消失最終也破壞消失，因此，我們認為該層細胞仍屬中層，在梓樹中不形成藥室內(nèi)壁.

子葉節(jié)區(qū)下部具有中始式四原型管狀中柱，在子葉節(jié)區(qū)中部的原生木質(zhì)部處一分為二，逐漸形成具有8枚外韌維管束的中柱結(jié)構(gòu)；在子葉節(jié)區(qū)上部，組成短軸的2枚維管束各自一分為三，逐漸形成真中柱的雛形，與上胚軸頂端分生性組織分化形成的內(nèi)始式真中柱相連，至此，子葉節(jié)區(qū)發(fā)育完成.子葉為單隙三跡［14－15］.

1 材料與方法

1.1 材料

選擇陽生環(huán)境和陰生環(huán)境下生長的梓樹作為實驗材料，材料采自長春市東北師范大學校園內(nèi).2種材料取其當年新生的莖、葉，并盡量取其中間部位.長春市屬溫帶大陸性季風氣候，年平均氣溫4.8℃，年平均降水量522～615mm.

1.2 實驗方法

（1）取材與固定.選擇上述2種不同生態(tài)環(huán)境下生長的梓樹作為標本和供試材料，用FAA固定液進行固定，固定時間不少于48h.

（2）脫水.酒精梯度逐級脫水，每個濃度梯度脫水1.5h；最后，100%乙醇處理2.5h，然后更換無水乙醇再處理1h，對材料徹底脫水.

（3）透明.利用不同比例的無水乙醇和二甲苯的混合液，并不斷增加二甲苯的比例，逐級透明.每級透明時間為1h.

（4）浸蠟.先用低熔點的切片石蠟（熔點52℃～54℃）在30℃下浸蠟24h，然后用由蜂蠟（熔點58℃～60℃）和低熔點切片石蠟按1∶9的質(zhì)量比融合在一起的混合石蠟在溫箱中60℃保溫浸蠟，每2h換一次混合石蠟，重復進行兩次，共6h.

（5）包埋.材料浸蠟結(jié)束后馬上用鑷子轉(zhuǎn)移到裝有液態(tài)上述混合石蠟的小紙盒中，并迅速冷卻.材料的軸性系統(tǒng)要垂直于盒底部，以便修整蠟塊作橫切材料.

（6）切片.根據(jù)材料在蠟塊中的位置和方向，將蠟塊修成梯形，利用切片機進行切片.

（7）展片及粘片.在潔凈的載玻片上均勻涂上少許蛋白甘油，將蠟帶小心地放在50℃的水面上，待蠟帶展平后，用涂有蛋白甘油的載玻片將之撈起，使蠟帶光面緊貼載玻片，然后在35℃的溫箱中烘干，使蠟帶粘附在載玻片上.

（8）脫蠟和染色.二甲苯脫蠟后采用番紅亮綠對染法染色.先用純二甲苯染色，然后進行梯度染色，每個濃度梯度停留2～3min.

（9）封片及觀察.用加拿大樹膠封片后，將切片放入35℃溫箱中烘干.數(shù)日后可進行觀察和光學顯微攝影.

2 實驗結(jié)果

梓葉比較大，廣卵形或圓形，葉長寬幾乎相等，葉上端常有3淺裂，陽生葉比陰生葉要大.

2.1 梓陽生葉的形態(tài)解剖結(jié)構(gòu)

梓葉片由表皮、葉肉和葉脈3部分組成，陽生葉的厚度為209.26μm（見圖1A）.

2.1.1 表皮的形態(tài)結(jié)構(gòu)

表皮由一層細胞組成，分為上、下表皮.上表皮細胞外切向面具較厚的角質(zhì)層且粗糙；下表皮角質(zhì)層不明顯，氣孔微下限，有利于減少水分的蒸騰（見圖1E）.

2.1.2 葉肉的形態(tài)結(jié)構(gòu)

梓陽生葉的葉肉分為柵欄組織和海綿組織.柵欄組織細胞呈長柱狀，內(nèi)含豐富的葉綠體；海綿組織由不規(guī)則細胞組成，且排列較疏松.柵欄組織中含有明顯較大的異形胞，異形胞中含有較多水分，是植物抗旱的一種特殊結(jié)構(gòu)（見圖1C）.

圖1 梓陽生葉與陰生葉形態(tài)解剖結(jié)構(gòu)

2.1.3 葉脈的形態(tài)結(jié)構(gòu)

葉脈由維管束和伴隨的機械組織組合而成（見圖1G）.機械組織發(fā)達，有利于支持作用，能將葉片伸展于空間.葉脈上的木質(zhì)部導管較發(fā)達，有很強的輸導能力，在基本組織中存在著大量的晶體細胞.

2.2 梓陰生葉的形態(tài)解剖結(jié)構(gòu)

梓陰生葉片亦由表皮、葉肉和葉脈3部分組成，厚度為128.35μm（見圖1B）.

2.2.1 表皮的形態(tài)結(jié)構(gòu)

梓陰生葉表皮亦由一層細胞組成，分為上、下表皮.上表皮細胞排列形狀較規(guī)則，外切向壁具較厚角質(zhì)層，且光滑.氣孔微上拱，具有明顯的孔下室，通氣組織發(fā)達，為典型的陰生結(jié)構(gòu)（見圖1F）.

2.2.2 葉肉的形態(tài)結(jié)構(gòu)

梓陰生葉的葉肉組織不能明顯地區(qū)別為柵欄組織和海綿組織（見圖1F）.柵欄組織細胞呈短柱狀，葉綠體格外顯著；海綿組織細胞排列疏松.葉肉中不存在較大的異形胞，顯示了陰生結(jié)構(gòu)的特征（見圖1D）.

2.2.3 葉脈的形態(tài)結(jié)構(gòu)

梓陰生葉的葉脈由維管束和機械組織組成（見圖1H）.機械組織不發(fā)達，支撐能力較弱，主脈中具有一個維管束.木質(zhì)部導管退化，輸導能力較弱.陰生葉也含有較多的晶體細胞.

3 討論

葉是進行植物光合作用和蒸騰作用的主要器官，具有較大的表面積，與周圍環(huán)境的接觸十分緊密，植物對環(huán)境的反應較多地體現(xiàn)在葉的形態(tài)結(jié)構(gòu)上，因此，葉的結(jié)構(gòu)對生態(tài)環(huán)境條件變化的反應最為敏感［10］.本實驗的結(jié)果表明，梓陽生葉與陰生葉在外部形態(tài)、葉片內(nèi)部結(jié)構(gòu)和葉表皮上存在較大差異.具體來說，在葉的大小、葉厚度、葉肉柵欄組織的發(fā)達程度、氣孔類型、表皮厚度、表皮角質(zhì)層的厚度和形狀、主脈橫切面形狀、導管列數(shù)等方面的演化結(jié)構(gòu)特征存在差異.

梓樹陽生葉比陰生葉大得多，為1.94～2.64倍，陽生葉的柵欄組織厚度是陰生葉的1.96倍左右.陽生葉的氣孔微下陷，有利于減少蒸騰作用；而陰生葉的氣孔大部分微上拱.陽生葉的上表皮是陰生葉的1.91倍左右.這些特征均是典型的陽生、陰生環(huán)境的植物葉特征.

梓陽生葉的上表皮具有較為發(fā)達的角質(zhì)層，陽生葉的上表皮外角質(zhì)層比陰生葉厚得多，為1.8倍左右，而且陽生葉的上表皮外角質(zhì)層表面較糙，有利于減少強光灼傷，增強抗旱能力；陰生葉的角質(zhì)層表面光滑，體現(xiàn)了陰生葉的演化結(jié)構(gòu)特點.

在葉的橫切面上，陽生葉主脈的形狀為圓形或近圓形，而陰生葉主脈的形狀為長橢圓形.葉脈的主要功能有兩種：一個是運輸功能，另一個是機械功能.

綜上所述，陽生葉比陰生葉大得多、重的多.陽生葉葉脈的機械組織較發(fā)達，有利于支持作用和水分的輸導；而陰生葉機械組織一般不發(fā)達，代表了陰生環(huán)境下植物的特點，生態(tài)環(huán)境導致了陰生葉脈的演化結(jié)構(gòu)發(fā)生了變化.本文驗證了“環(huán)境決定植物結(jié)構(gòu)的建成”理論的正確性［16］.

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Comparison of anatomical research onCatalpaovataG.Don’s leaves in sun and shade environments

LEE Yong-rim1，2，KIM I1-kwon3，WANG Di-han1，LI Chun-jiao1，WU Dong-mei1，WEI Jian1
（1.School of Life Sciences，Northeast Normal University，Changchun 130024，China；
2.Department of Biology，Kim Hyong Jik University of Education，Pyongyang 99903，Korea；
3.Department of Biology，Kim I1-sung University，Pyongyang 99903，Korea）

CatalpaovataG.Don's leaves in different environments are conducted the comparison of anatomical research through applying optical microscopy.Results show that sun leaves ofCatalpa ovataG.Don are much larger than shade leaves（about 1.94～2.64times）.Palisade tissue's thickness of sun leaves is about 1.96larger than shade leaves.Stoma of sun leaves slightly subsides，which is beneficial to reduce transpiration.Most stoma of shade leaves slightly arch.Upper epidermis of sun leaves is about 1.91thicker than shade leaves.Outer cuticle of sun leaves'upper epidermis is about 1.8 thicker than shade leaves.Outer tangential surface of upper epidermis ofCatalpaovataG.Don's sun leaves has relatively thick cuticle and the surface is rough，which is beneficial to reduce the burning of glare and enforce the ability of resisting drought.Surface of sun leaves'cuticle is smooth，which illustrates the characteristic of shade leaves.Leaf vein's machine organization ofCatalpaovataG.Don is more developed，which is helpful to the transportation of water.Machine organization ofCatalpa ovataG.Don in shade environment is not developed，which represents characteristic in shade environment.CatalpaovataG.Don in different environments evolved the obvious different anatomical structures，which proves the theory that environment decides the construction of plant structures.

CatalpaovataG.Don；optical microscopy；sun environment；shade environment；evolved structures

Q 944.1

180·5125

A

1000-1832（2012）01-0123-05

2011-04-12

吉林省科技發(fā)展計劃項目（20080241）.

李永林（1972—），男，講師，主要從事植物學研究；通訊作者：魏?。?980—），男，博士，講師，主要從事結(jié)構(gòu)植物學研究.

方 林）