桫欏科2屬6種植物葉表皮微形態(tài)特征及其分類學(xué)意義

劉后鑫 魏學(xué)智 楊瑞林

摘 ?要 ?利用掃描電子顯微鏡對桫欏科2屬6種葉表面角質(zhì)膜紋飾、表皮毛、氣孔器類型、氣孔器大小等葉表皮微形態(tài)特征進(jìn)行觀察和比較，探討其分類學(xué)意義，編制供試2屬6種分類檢索表。結(jié)果表明：2屬6種葉表皮表面角質(zhì)膜紋飾均為脊?fàn)?，氣孔器大小無顯著差異，氣孔器類型均為平列型。表皮毛共有4種（囊狀毛、片狀毛、須狀毛、盾狀鱗），種間表皮毛差異較大，其中白桫欏表皮毛最豐富。黑桫欏副衛(wèi)細(xì)胞有泡狀突起，白桫欏副衛(wèi)細(xì)胞有皺褶，其余4種副衛(wèi)細(xì)胞表面均光滑無紋飾。筆筒樹氣孔器周圍有絨毛層覆蓋。黑桫欏、筆筒樹氣孔器表面有晶體。本研究結(jié)果表明2屬6種葉表皮微形態(tài)特征多樣性較為豐富，這些特征可作為種間鑒別的參考依據(jù)。

關(guān)鍵詞 ?桫欏科;葉表皮;微形態(tài)特征;掃描電鏡

中圖分類號 ?Q914.85 ? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識碼 ?A

The Leaf Epidermis Micromorphological Observation and

Its Taxonomic Significance of Six Species of Two

Genera in Cyatheaceae in China

LIU Houxin1，WEI Xuezhi1*，YANG Ruilin2

1 College of life Sciences of Shanxi Normal of University， Linfen， Shanxi 041000， China

2 Key Laboratory of Shanxi Normal of University， Linfen， Shanxi 041000， China

Abstract ?Scanning electron microscope（SEM）was used to observe the leaf surface ornamentation of China Cyatheaceae， including leaf trichomes， stomatal type， stomatal size， stomatal ornamentation. On the basis of observation of leaf epidermal micro-morphology and comparasion of thieir taxonomic significance， we conducted a retrieval table. Results showed that the leaf surface ornamentation of 6 species in 2 genera in China Cyatheaceae was ridged， the stomata size had no significant differences，and the stomata type belonged to paracytic. Trichomes had four kinds（including cystic hair， flaky hair， whisker hairs， peltate scales）， each species had large differences in trichomes， and Sphaeropteris brunoniana was the most abundant. Subsidiary cells of Alsophila podophylla had bubble-like protrusions， and subsidiary cells of S. brunoniana were wrinkled shape. The surface of subsidiary cells in other four species were smooth and without ornamentation. The stomata of S. lepifera was surrounded by fluff layer. The stomatal surface of A. podophylla and S. had crystals. The observations showed that the diversity of leaf epidermal morphology in the six species is rich， and the features are useful in taxonomic analysis of these species.

Key words ?Cyatheaceae; Leaf epidermis; Micro-morphological characters; SEM

doi ?10.3969/j.issn.1000-2561.2015.10.014

桫欏科（Cyatheaceae）植物是比較稀有的陸生蕨類植物，主要分布于熱帶和亞熱帶地區(qū)。全世界共有9個屬，約500種，中國有2屬（白桫欏屬和桫欏屬），14種2變種[1]。桫欏屬（Alsophila R. Br.）和白桫欏屬（Sphaeropteris Bernh.）的分布中心在馬來西亞[2]。桫欏科植物通常為樹狀、喬木狀或灌木狀，莖粗壯，圓柱形，直立，通常不分枝（少數(shù)種類僅具短而平臥的根狀莖）;葉大型，多數(shù)，簇生于莖干頂端，成對稱的樹冠，通常為2～3回羽狀[2-5]。

桫欏科植物是一種古老的蕨類植物，早在侏羅紀(jì)時期就已存在[5]。桫欏科植物的孑遺性對研究物種的形成和植物地理區(qū)系具有重要價值?；阼鴻蹇浦参镏匾慕?jīng)濟(jì)價值和研究價值，國內(nèi)學(xué)者對桫欏葉片及莖桿中化合物成分分析[6]、天然桫欏種群結(jié)構(gòu)[7]、桫欏葉片發(fā)育[8]進(jìn)行過詳細(xì)的報(bào)道。但對于桫欏科植物葉表皮微形態(tài)的研究至今仍較少。而近年來，有關(guān)植物葉表皮微形態(tài)特征及其在植物不同分類等級分類學(xué)應(yīng)用價值越來越受到植物分類學(xué)家的重視[9]。一方面，植物營養(yǎng)器官微形態(tài)特征主要是物種自身遺傳特征的反映，葉表皮微形態(tài)特征（如表皮細(xì)胞類型、氣孔器類型和角質(zhì)膜等）對探討現(xiàn)存植物的分類系統(tǒng)有參考價值[9];另一方面，根據(jù)營養(yǎng)器官微形態(tài)特征鑒定不同生長期的標(biāo)本，更便于應(yīng)用[10]。本研究以桫欏科白桫欏屬白桫欏（Sphaeropteris brunoniana）、筆筒樹（Sphaeropteris lepifera）及桫欏屬的桫欏（Alsophila spinulosa）、大葉黑桫欏（Alsophila gigantean）、多脈黑桫欏（Alsophila polynervata）、黑桫欏（Alsophila podophylla）作為研究對象，應(yīng)用掃描電子顯微鏡對其葉表皮微形態(tài)特征進(jìn)行觀察，分析種間葉表皮微形態(tài)特征的差異，并依據(jù)其差異編制分類檢索表，為中國桫欏科植物系統(tǒng)分類和形態(tài)學(xué)鑒定提供微形態(tài)學(xué)依據(jù)。

1 ?材料與方法

1.1 ?材料

供試材料中白桫欏、筆筒樹、桫欏、黑桫欏采自廣東省深圳市仙湖植物園，大葉黑桫欏、多脈黑桫欏采自海南省樂東縣尖峰嶺森林公園。

1.2 ?方法

取成熟植株樹冠中部葉片中部小羽片并測量其株高，F(xiàn)AA（70%乙醇，30%甲醛）固定。標(biāo)本保存于山西師范大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院標(biāo)本室。選取完整小羽片，經(jīng)自然干燥后，在葉片中部剪取1 cm長的葉片作為樣品，以正面和反面朝上2種方式放置，材料均用碳導(dǎo)電膠帶分別粘在樣品臺上，CO2臨界點(diǎn)法干燥2 d，噴金20 mA/120 s，用JEM一7500F型掃描電鏡觀察，拍照。

2 ?結(jié)果與分析

2.1 ?表皮毛形態(tài)特征及葉表皮紋飾

桫欏的上表皮有少量囊狀毛，分布在主葉脈兩側(cè)（圖1-1）;下表皮有片狀毛和囊狀毛，片狀毛分布在主葉脈兩側(cè)，沿主脈方向分布，囊狀毛分布于主葉脈和側(cè)脈兩側(cè)，沿葉脈方向排列，在非葉脈處也有少量分布（圖1-2）。黑桫欏無表皮毛，下表皮（圖1-3）和上表皮（圖1-4）均有晶體，而下表皮晶體分布于氣孔器上。大葉黑桫欏的上表皮有盾狀鱗 （圖1-5）。下表皮有少量囊狀毛，分布于葉脈處（圖1-6）。多脈黑桫欏下表皮有少量囊狀毛，分布于葉脈處（圖1-7）;上表皮無表皮毛。白桫欏上表皮有須狀毛和囊狀毛，其中須狀毛只分布在主葉脈上（圖1-8）;下表皮有須狀毛、片狀毛、囊狀毛，分布情況與上述各個種相似（圖1-9）。筆筒樹的上表皮無表皮毛，下表皮有須狀毛和囊狀毛（圖1-10）。6種植物葉表面角質(zhì)膜紋飾均屬于脊?fàn)?，但脊寬度各有差異。白桫欏和桫欏葉表面的脊排列較密集，其他種較稀疏（圖2-8～13）。表皮毛分為有分泌作用的腺毛和無分泌作用的覆蓋毛[11]，6種桫欏科植物表皮毛為覆蓋毛（表1）。

2.2 ?氣孔器形態(tài)特征

被測桫欏科植物的氣孔器僅分布于下表皮，單個隨機(jī)散布。氣孔器形狀呈長橢圓形，保衛(wèi)細(xì)胞多為腎形、橢圓形。氣孔器類型均為平列型，由2個保衛(wèi)細(xì)胞和2個副衛(wèi)細(xì)胞組成。氣孔器絕大部分位于葉表面，無下陷。黑桫欏副衛(wèi)細(xì)胞表面有泡狀突起（圖1-3），白桫欏副衛(wèi)細(xì)胞表面有皺褶（圖2-2），其余的種副衛(wèi)細(xì)胞表面均光滑無紋飾（圖2-1、3、4、5）。黑桫欏（圖1-3）和筆筒樹（圖2-1）氣孔器表面有晶體。筆筒樹氣孔器周圍有絨毛層包圍（圖2-1）。大葉黑桫欏（圖2-6）和黑桫欏（圖2-7）極少數(shù)氣孔器位于突起位置。6種植物氣孔器密度有顯著差異，筆筒樹氣孔器密度最大，而大葉黑桫欏最小。各個種植物氣孔器密度大小順序與其本種株高大小順序相吻合，推測桫欏科植物氣孔器密度與其自身株高相關(guān)。各個種氣孔器的大小有較小差異，其中白桫欏氣孔器最大，多脈黑桫欏最?。ū?）。

2.3 ?基于葉表皮微形態(tài)特征的供試桫欏科2屬6種分類檢索表

基于葉表皮微形態(tài)特征的中國桫欏科2屬6種分類檢索表如下：

1. 有須狀毛

2. 副衛(wèi)細(xì)胞有皺褶，氣孔器周圍有絨毛層…………………………………白桫欏S. brunoniana

2. 副衛(wèi)細(xì)胞無皺褶，氣孔器周圍無絨毛層……………………………………筆筒樹S. lepifera

1. 無須狀毛

3. 氣孔有泡狀突起，葉表面有晶體 …………………………………黑桫欏A. podophylla

3. 氣孔表面光滑無紋飾，葉表面無晶體

4. 有盾狀鱗………大葉黑桫欏A. gigantean

4. 無盾狀鱗

5. 下表皮有片狀毛……桫欏A. spinulosa

5. 下表皮無片狀毛………………………………………………………多脈黑桫欏A. polynervata

3 ?討論與結(jié)論

3.1 ?桫欏科2屬6種葉表皮微形態(tài)特征

本研究通過對2屬6種桫欏科植物的葉表皮微形態(tài)特征進(jìn)行觀察，結(jié)果發(fā)現(xiàn)共有4種表皮毛（囊狀毛、片狀毛、須狀毛、盾狀鱗）。各個種植物的表皮毛組成成分各不相同。大多數(shù)表皮毛分布于葉脈兩側(cè)，沿葉脈方向排列，僅有少數(shù)囊狀毛分布于非葉脈處。囊狀毛在2屬6種植物葉片中均有分布，表明囊狀毛在2屬中的分布普遍。須狀毛僅分布于白桫欏屬中，表明須狀毛是白桫欏屬特有表皮毛。盾狀鱗只分布于大葉黑桫欏，表明盾狀鱗是大葉黑桫欏特有表皮毛。從總體上分析，表皮毛在上表皮分布的數(shù)目和種類較少，而在下表皮分布的數(shù)目和種類較多，其中白桫欏表皮毛分布最為豐富。伊稍[12]認(rèn)為當(dāng)表皮毛死亡后，可在葉片表面形成厚的保護(hù)層，在氣孔周圍形成濕潤的小環(huán)境。葉片上下表面表皮毛的存在，對葉表皮細(xì)胞起到一定的保護(hù)作用，增加了對太陽光的反射，在氣孔開放時起遮掩作用，減少水分蒸騰[13]，推測6種植物表皮毛對葉有保護(hù)、降溫作用。晶體的存在與植物抗蟲性有關(guān)[14]，黑桫欏、筆筒樹葉表面有晶體，推測桫欏科植物葉表面晶體有抗蟲作用。氣孔器是植物與外界進(jìn)行氣體和水分交換的重要通道，氣孔器密度和大小受環(huán)境影響較大，而氣孔器類型則具有較大遺傳穩(wěn)定性[15]。6種植物氣孔器類型均為平列型，形狀均為長橢圓形。6種植物氣孔器長、寬及長寬比無顯著差異。本研究發(fā)現(xiàn)6種植物有部分性狀在種間存在相同，如上下葉表皮紋飾、氣孔器類型及形狀，由此可見6種植物間有密切親緣關(guān)系。筆筒樹氣孔器周圍有絨毛層覆蓋。

3.2 ?葉表皮微形態(tài)學(xué)特征在桫欏科植物分類中的意義

由于葉片存在于植物的整個生活時期，是最廣泛應(yīng)用的營養(yǎng)器官特征，因而成為普遍應(yīng)用的分類學(xué)依據(jù)[16]。張麗兵[17]認(rèn)為葉表皮特征對耳蕨屬（Polystichum Roth）分組有重要意義，對葉表皮特征的研究可為揭示類群的進(jìn)化及系統(tǒng)親緣關(guān)系提供重要的證據(jù)，也可為分類鑒定提供依據(jù)。Wilkinson[18]曾提出，雖然在科及科以上水平上，植物的氣孔與系統(tǒng)發(fā)育沒有直接相關(guān)性，但在一個限定的分類群（如一個科或一個屬）中，如果結(jié)合其他演化性狀，不同的氣孔器類型及結(jié)構(gòu)之間可能存在著有意義的聯(lián)系。梁曉華[19]認(rèn)為鱗毛蕨科（Dryopteridaceae）植物葉表皮性狀對探討屬間親緣關(guān)系有重要意義。筆者對2屬6種植物葉表皮微形態(tài)的研究結(jié)果表明，表皮毛種類和密度、是否有晶體、副衛(wèi)細(xì)胞表面紋飾及氣孔器密度等在不同物種中存在一定程度的差異。葉片表皮毛和氣孔器特征在種類間的差異十分顯著，表明葉表皮微形態(tài)學(xué)特征對于桫欏科植物具有種級水平分類學(xué)價值。

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