中國(guó)早熟禾屬植物部分種葉下表皮微形態(tài)的研究

李建霞，丁　昕，丁良霞，許崇梅

(濰坊醫(yī)學(xué)院 藥學(xué)院，山東濰坊261053)

中國(guó)早熟禾屬植物部分種葉下表皮微形態(tài)的研究

李建霞，丁昕，丁良霞，許崇梅*

(濰坊醫(yī)學(xué)院 藥學(xué)院，山東濰坊261053)

摘要:通過(guò)光學(xué)顯微鏡及掃描電子顯微鏡對(duì)中國(guó)早熟禾屬20種、6亞種及2變種植物的葉下表皮微形態(tài)特征進(jìn)行了觀察, 以明確葉表皮微形態(tài)特征在早熟禾屬植物中的分類學(xué)意義。結(jié)果顯示：(1)早熟禾屬植物的葉下表皮長(zhǎng)細(xì)胞多為長(zhǎng)筒狀或紡錘形，少數(shù)短筒狀，細(xì)胞壁波狀彎曲或近平直；脈間具有短細(xì)胞或缺如；氣孔器多數(shù)常見(jiàn)，副衛(wèi)細(xì)胞平行形至低圓屋頂形；脈上具有刺細(xì)胞或缺如，脈間刺細(xì)胞多為缺如；脈上硅細(xì)胞單生或?qū)ι瑱E圓形、腎形、新月形、近方形、長(zhǎng)方形邊緣波狀彎曲或結(jié)節(jié)形；部分早熟禾屬植物葉下表皮存在冠細(xì)胞。(2)早熟禾屬植物葉下表皮微形態(tài)特征在長(zhǎng)細(xì)胞的形狀及其細(xì)胞壁的彎曲與否、短細(xì)胞的有無(wú)及其形狀、氣孔器的分布與副衛(wèi)細(xì)胞的形狀、刺細(xì)胞的分布、脈上硅細(xì)胞的形狀、冠細(xì)胞的有無(wú)這些方面存在著一定的差異，可為該屬植物種間分類提供參考依據(jù)。葉表皮微形態(tài)證據(jù)支持高原早熟禾、細(xì)葉早熟禾作為草地早熟禾亞種的處理意見(jiàn)。

關(guān)鍵詞:早熟禾屬；葉下表皮；微形態(tài)

早熟禾屬(PoaL.)隸屬于禾本科(Poaceae)早熟禾亞科(Subfam.Pooideae)，是禾本科中最大的屬。全世界約有500種，其廣泛分布于全球溫寒帶、亞熱帶、熱帶高海拔山地[1-2]。該屬植物草質(zhì)優(yōu)良，是重要的牧草與草坪植物種質(zhì)資源。早熟禾屬是一個(gè)分類上非常復(fù)雜的屬，其形態(tài)學(xué)分類主要是根據(jù)葉的形狀、小穗含小花數(shù)目、第一穎和第二穎特征以及內(nèi)外稃的特征等[3]。但是，早熟禾屬植物種間形態(tài)特征極為相似，廣泛存在無(wú)融合生殖和基因滲入，在屬下水平?jīng)]有嚴(yán)格統(tǒng)一的分類標(biāo)準(zhǔn)[4-5]?！吨袊?guó)植物志》[6]記載中國(guó)有早熟禾屬植物231種,《FloraofChina》[1]中對(duì)早熟禾屬植物進(jìn)行了重新修訂，共記81種、31亞種與15變種。

關(guān)于早熟禾屬植物的分子系統(tǒng)學(xué)研究報(bào)道較多。Holt等[7]通過(guò)對(duì)早熟禾屬23種植物的trnL-trnF序列研究，發(fā)現(xiàn)早熟禾屬的trnL-trnF序列具有種間差異性，可為該屬植物屬下水平上的分類提供參考依據(jù)。Gillespie等[8]基于對(duì)早熟禾屬68種植物的trnT-trnF序列的研究，對(duì)早熟禾屬植物進(jìn)行了修訂，把早熟禾屬分成了5個(gè)亞屬，分別是類早熟禾亞屬(P.subg. Arctopoa)、黃褐早熟禾亞屬(P.subg. Ochlopoa)、假早熟禾亞屬(P.subg. Pseudopoa)、早熟禾亞屬(P.subg. Poa)、林地亞屬(P.subg. Stenopoa)。此后，Gillespie等[9]又對(duì)早熟禾屬40種植物的ITS序列和trnT-trnL-trnF序列同時(shí)進(jìn)行了系統(tǒng)發(fā)育分析。

葉表皮微形態(tài)特征已被廣泛用于禾本科植物的分類研究[10-11]。陳守良等[12]通過(guò)觀察研究狗尾草屬植物葉表皮細(xì)胞的顯微結(jié)構(gòu)，發(fā)現(xiàn)葉表皮細(xì)胞形態(tài)特征可用于狗尾草屬下水平的分類，并且依據(jù)葉表皮微形態(tài)劃分的6種類型與依據(jù)外部形態(tài)劃分的組基本一致。Ortúez等[10-11]通過(guò)對(duì)羊茅屬表皮微形態(tài)特征的研究，發(fā)現(xiàn)葉表皮微形態(tài)特征在羊茅屬下水平分類中具有一定價(jià)值。王燕紅等[13]研究發(fā)現(xiàn)溝稃草屬及其近緣屬的葉下表皮微形態(tài)特征存在一定差異，可作為分屬的參考依據(jù)。近些年來(lái)，國(guó)內(nèi)對(duì)禾本科剪股穎屬[14]、廣義拂子茅屬[15]等多個(gè)屬的葉表皮形態(tài)的研究已見(jiàn)報(bào)道，但是，早熟禾屬葉表皮形態(tài)的研究國(guó)內(nèi)外鮮有詳細(xì)報(bào)道。本實(shí)驗(yàn)應(yīng)用光學(xué)顯微鏡及掃描電子顯微鏡對(duì)中國(guó)早熟禾屬20種、6亞種及2變種植物的葉下表皮微形態(tài)特征進(jìn)行了研究，旨在探討葉表皮微形態(tài)特征在早熟禾屬植物中的分類學(xué)意義。文中供試材料的名稱參照《FloraofChina》[1]。

1材料和方法

1.1材料

供試20種、6亞種及2變種早熟禾植物的成熟葉片，均取自臘葉標(biāo)本，來(lái)源見(jiàn)表1。

1.2方法

1.2.1光鏡下觀察材料處理分別選取供試28份材料的成熟葉片中部，水煮軟化數(shù)分鐘，常溫下蒸餾水浸泡30min，視材料不同再用5%的NaClO溶液浸泡離析，待葉片變白時(shí)，用蒸餾水洗凈離析后的葉片，再用單面刀片刮去上表皮與葉肉組織，然后將下表皮置于載玻片上，依次經(jīng)1%番紅染色，濃度梯度(70%、80%、95%、100%)酒精脫水，二甲苯透明，中性樹(shù)膠封片，室溫晾干制成永久裝片。最后，將裝片置于OLMPUSIX71光學(xué)顯微鏡下進(jìn)行觀察并拍照。

1.2.2掃描電鏡下觀察材料處理

分別選取供試28份材料的成熟葉片中部，置于二甲苯溶液中浸泡4～5d除去蠟質(zhì)層(視材料不同，個(gè)別材料可做超聲處理)，然后擦除葉片殘留有機(jī)溶劑與臟污，再用剪刀把葉片處理成合適大小。最后把處理好的葉片粘貼在樣品臺(tái)上，經(jīng)噴金處理后，在SUPRA55型熱場(chǎng)發(fā)射掃描電子顯微鏡下進(jìn)行觀察并拍照。

本文葉表皮形態(tài)描述術(shù)語(yǔ)參照Ortúez等[11]和陳守良等[16]文獻(xiàn)。

2觀察結(jié)果

2.1葉表皮微形態(tài)特征

應(yīng)用光學(xué)顯微鏡及掃描電子顯微鏡對(duì)中國(guó)早熟禾屬20種、6亞種及2變種植物的葉下表皮主要形態(tài)特征進(jìn)行觀察，結(jié)果見(jiàn)表2及圖版Ⅰ、Ⅱ。由表2可知，早熟禾屬植物的葉下表皮長(zhǎng)細(xì)胞的形狀多為長(zhǎng)筒狀或紡錘形，少數(shù)短筒狀，細(xì)胞壁呈波狀彎曲或近平直；脈間具有短細(xì)胞或缺如，短細(xì)胞單生或?qū)ι?，新月形或近方形；氣孔器多?shù)常見(jiàn)，副衛(wèi)細(xì)胞平行形至低圓屋頂形；脈上具有刺細(xì)胞或缺如，脈間刺細(xì)胞多為缺如；脈上硅細(xì)胞單生或?qū)ι?，呈橢圓形、腎形、新月形、近方形、長(zhǎng)方形且邊緣波狀彎曲或結(jié)節(jié)形。西伯利亞早熟禾(原亞種)(圖版Ⅱ，6)、準(zhǔn)噶爾早熟禾(圖版Ⅱ,12)、喜巴早熟禾(圖版Ⅱ,24)的葉下表皮存在冠細(xì)胞(crowncell)。

此外，對(duì)早熟禾屬下各亞屬的葉下表皮微形態(tài)特征概括如下。(1)類早熟禾亞屬：長(zhǎng)細(xì)胞長(zhǎng)筒狀或短筒狀，邊緣波狀彎曲；短細(xì)胞單生或?qū)ι?，新月形或近方形；氣?至多列，副衛(wèi)細(xì)胞平行形至低圓屋頂形；脈上與脈間刺細(xì)胞缺如；脈上硅細(xì)胞單生或?qū)ι?，橢圓形、新月形或近方形。(2)黃褐早熟禾亞屬：長(zhǎng)細(xì)胞短筒狀或紡錘形，邊緣波狀彎曲或近平直；短細(xì)胞單生，新月形或近方形；氣孔多2列，副衛(wèi)細(xì)胞平行形至低圓屋頂形；脈上與脈間具有刺細(xì)胞或缺如；脈上硅細(xì)胞單生，腎形、結(jié)節(jié)形或長(zhǎng)方形且邊緣波狀彎曲。(3)早熟禾亞屬：長(zhǎng)細(xì)胞長(zhǎng)筒狀或長(zhǎng)紡錘形，邊緣波狀彎曲或近平直；短細(xì)胞單生或?qū)ι?，新月形或近方形，或缺如；氣孔多為常?jiàn)，副衛(wèi)細(xì)胞平行形至低圓屋頂形；脈上具有刺細(xì)胞或缺如，脈間刺細(xì)胞多為缺如；脈上硅細(xì)胞單生或?qū)ι?，橢圓形、腎形、近方形、長(zhǎng)方形且邊緣波狀彎曲或結(jié)節(jié)形；西伯利亞早熟禾(原亞種)、準(zhǔn)噶爾早熟禾的葉下表皮存在冠細(xì)胞。(4)林地亞屬：長(zhǎng)細(xì)胞長(zhǎng)筒狀或紡錘形，邊緣多為近平直；短細(xì)胞單生或?qū)ι?，新月形或近方形，或缺如；氣孔多為常?jiàn)，副衛(wèi)細(xì)胞多為平行形；脈上刺細(xì)胞多為常見(jiàn)，脈間刺細(xì)胞少見(jiàn)；脈上硅細(xì)胞單生或?qū)ι瑱E圓形、腎形、長(zhǎng)方形且邊緣波狀彎曲或結(jié)節(jié)形；喜巴早熟禾的葉下表皮存在冠細(xì)胞。

表1　實(shí)驗(yàn)材料及來(lái)源

注：*,NAS. 江蘇省中國(guó)科學(xué)院植物研究所標(biāo)本館。

Note:*,NAS.HerbariumofJiangsuInstituteofBotany.

2.2葉表皮微形態(tài)歸類

依據(jù)葉表皮微形態(tài)的特征，可以把早熟禾屬部分植物分為4種類型。類型Ⅰ：脈間區(qū)短細(xì)胞密布，刺細(xì)胞分布少，無(wú)冠細(xì)胞，屬于此類型的有類早熟禾亞屬的散穗早熟禾和西藏早熟禾，早熟禾亞屬的雙節(jié)早熟禾、多鞘早熟禾、草地早熟禾、高原早熟禾、細(xì)葉早熟禾。類型 Ⅱ：脈間區(qū)短細(xì)胞少見(jiàn)，刺細(xì)胞較常見(jiàn)，無(wú)冠細(xì)胞，如黃褐早熟禾亞屬的早熟禾、胎生鱗莖早熟禾，早熟禾亞屬的糙葉早熟禾、白頂早熟禾、喀斯早熟禾、垂枝早熟禾以及林地亞屬的普通早熟禾、林地早熟禾、硬質(zhì)早熟禾、法氏早熟禾、堇色早熟禾、漸尖早熟禾、達(dá)呼里早熟禾、阿拉套早熟禾。類型 Ⅲ：脈間區(qū)短細(xì)胞少見(jiàn)，刺細(xì)胞少見(jiàn)，無(wú)冠細(xì)胞，有早熟禾亞屬的唐氏早熟禾和久內(nèi)早熟禾，林地亞屬的巨早熟禾和加拿大早熟禾。類型 Ⅳ：脈間區(qū)短細(xì)胞密布，刺細(xì)胞常見(jiàn)，有冠細(xì)胞，包括早熟禾亞屬的西伯利亞早熟禾、準(zhǔn)噶爾早熟禾和林地亞屬的喜巴早熟禾。

3討論

早熟禾屬葉下表皮微形態(tài)特征與蔡聯(lián)炳[17]研究報(bào)道基本一致，葉下表皮類型為典型的早熟禾型：長(zhǎng)細(xì)胞多為長(zhǎng)筒形，細(xì)胞壁波狀彎曲或近平直；短細(xì)胞單生、對(duì)生或缺如；氣孔器常見(jiàn)，副衛(wèi)細(xì)胞平行形至低圓屋頂形；刺毛脈上通常常見(jiàn)；大毛、微毛、乳突通常不著生。但蔡聯(lián)炳僅研究了屬內(nèi)5種植物，缺乏代表性，本實(shí)驗(yàn)對(duì)該屬植物做了更詳細(xì)的葉表皮研究。通過(guò)掃描電鏡的觀察，首次發(fā)現(xiàn)早熟禾屬葉下表皮存在冠細(xì)胞(crowncell)。冠細(xì)胞是具有圓形基底和小突出結(jié)構(gòu)的外皮層短細(xì)胞，突出頂端通常呈圓球狀或鉤狀?！肮诩?xì)胞”最初是由Prat[18]描述該結(jié)構(gòu)使用的術(shù)語(yǔ)，Watson等[19]、Acedo等[20]、Ortúez等[10-11]描述禾本科植物微形態(tài)時(shí)均采用冠細(xì)胞。但是，Ellis[21]使用“刺狀體(prickles)”或“鉤狀體(hooks)”，MejíaSaules等[22]使用“鉤狀乳突(hookedpapilla)”來(lái)描述此結(jié)構(gòu)，本文使用了該結(jié)構(gòu)的最初術(shù)語(yǔ)“冠細(xì)胞”。

早熟禾屬葉下表皮微形態(tài)在長(zhǎng)細(xì)胞的形狀及其細(xì)胞壁的彎曲與否、短細(xì)胞的有無(wú)及其形狀、氣孔器的分布與副衛(wèi)細(xì)胞的形狀、刺細(xì)胞的分布、脈上硅細(xì)胞的形狀、冠細(xì)胞的有無(wú)這些方面存在著一定的差異，可為早熟禾屬種間分類提供參考依據(jù)。草地早熟禾(圖版Ⅰ，9；Ⅱ，9)、高原早熟禾(圖版Ⅰ,10;Ⅱ,10)、細(xì)葉早熟禾(圖版Ⅰ,11;Ⅱ,11)三者的葉下表皮微形態(tài)特征具有較高的一致性，僅在氣孔器的分布列數(shù)與類型存在細(xì)微差異，高原早熟禾、細(xì)葉早熟禾、草地早熟禾在《中國(guó)植物志》中為3個(gè)獨(dú)立的種[6]，Zhu等依據(jù)外部形態(tài)特征如葉片、第一穎與外稃等的性狀，把高原早熟禾、細(xì)葉早熟禾作為草地早熟禾的亞種處理[1]。葉表皮微形態(tài)的研究支持《FloraofChina》把高原早熟禾、細(xì)葉早熟禾作為草地早熟禾亞種的處理意見(jiàn)。

此外，根據(jù)葉表皮微形態(tài)劃分的類型可以看到，類型Ⅰ包含類早熟禾亞屬和早熟禾亞屬的部分植物；類型Ⅱ包括黃褐早熟禾亞屬以及早熟禾亞屬和林地亞屬的部分植物；類型Ⅲ包括早熟禾亞屬與林地亞屬的部分植物；類型 Ⅳ僅3種，為早熟禾亞屬的西伯利亞早熟禾、準(zhǔn)噶爾早熟禾和林地亞屬的喜巴早熟禾。根據(jù)葉表皮微形態(tài)劃分的類型與早熟禾屬的亞屬劃分并不相一致，但是由于選擇材料有限，葉表皮微形態(tài)對(duì)于早熟禾屬植物的系統(tǒng)分類學(xué)意義需要更深入的研究。

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圖版說(shuō)明：

圖版Ⅰ、Ⅱ光學(xué)顯微鏡(Ⅰ)和電子顯微鏡(Ⅱ)下葉下表皮微形態(tài)

1.散穗早熟禾；2.西藏早熟禾(原變種)；3.胎生鱗莖早熟禾(亞種)；4.早熟禾；5.雙節(jié)早熟禾；6.西伯利亞早熟禾(原亞種)；7.多鞘早熟禾；8.唐氏早熟禾；9.草地早熟禾(原亞種)；10.高原早熟禾(亞種)；11.細(xì)葉早熟禾(亞種)； 12.準(zhǔn)噶爾早熟禾(亞種)；13.糙葉早熟禾；14.久內(nèi)早熟禾；15.白頂早熟禾(原變種)；16.喀斯早熟禾；17.垂枝早熟禾(變種)；18.巨早熟禾(亞種)；19.普通早熟禾(原亞種)；20.加拿大早熟禾；21.林地早熟禾(原變種)；22.硬質(zhì)早熟禾(原變種)；23.法氏早熟禾(原變種)；24.喜巴早熟禾；25.堇色早熟禾(亞種)；26.漸尖早熟禾(原變種)；27.達(dá)呼里早熟禾(變種)；28.阿拉套早熟禾(原亞種)。

Explanationofplates:

PlateⅠ、ⅡLM(Ⅰ)andSEM(Ⅱ)microphotographsofleafabaxialepidemis

Fig.1.P. subfastigiataTrinius;Fig.2.P. tibeticavar. tibeticaMunroexStapf;Fig.3.P. bulbosasubsp. vivipara (Koeler)Arcangeli;Fig.4.P. annuaL.;Fig.5.P. binodisKengexL.Liu;Fig.6.P. sibiricasubsp. sibiricaRoshevitz;Fig.7.P. polycoleaStapf;Fig.8.P. tangiiHitchcock;Fig.9.P. pratensissubsp. pratensisL.;Fig.10.P.pratensissubsp. alpigena (Lindman)Hiitonen;Fig.11.P. pratensissubsp. angustifolia (L.)Lejeun;Fig.12.P. lipskyisubsp. dschungarica (Roshevitz)Tzvelev;Fig.13.P. asperifoliaBor;Fig.14.P. hisauchiiHonda;Fig.15.P. acroleucavar. acroleucaSteudel;Fig.16.P. khasianaStapf;Fig.17.P. szechuensisvar. debilior (Hitchcock)Soreng&G.Zhu;Fig.18.P. secundaJ.Preslsubsp. juncifolia (Scribner)Soreng;Fig.19.P. trivialissubsp. trivialisL.;Fig.20.P. compressaL.;Fig.21.P. nemoralisvar. nemoralisL.;Fig.22.P. sphondylodesvar. sphondylodesTrinius;Fig.23.P. faberivar. faberiRendle;Fig.24.P. hylobatesBor;Fig.25.P. araraticasubsp. ianthina (KengexShanChen)Olonova&G.Zhu;Fig.26.P. attenuatavar. attenuataTrinius;Fig.27.P.attenuatavar. dahurica (Trinius)Grisebach;Fig.28.P. albertiisubsp. albertiiRegel.

圖版ⅠPlateⅠ

圖版ⅡPlateⅡ

(編輯:潘新社)

MicromorphologyofLeafAbaxialEpidermisofSomePoaSpeciesinChina

LIJianxia,DINGXin,DINGLiangxia,XUChongmei*

(CollegeofPharmacy,WeifangMedicalUniversity,Weifang,Shandong261053,China)

Abstract:Micromorphological characters of leaf abaxial epidermis of 20 species, 6 subspecies and 2 varieties of Poa was examined by light microscope and scanning electron microscope, to infer its significance for classification of the genus Poa.The results indicated that: (1) the leaf abaxial epidermis of Poa were characterized by long-tubular, fusiform or short-tubular long-cells with straight or sinuous wall; presence or absence of short-cells in intercostal zone; frequent stomata and parallel-sided or dome-shaped subsidiary cells distributed in intercostal zone; presence or absence of prickle-cells in costal zone, absence of prickle-cells in intercostal zone; elliptic, reniform, crescentic, subsquare, horizontally-elongated sinuous or nodular silica-cells distributed solitary or in pairs in costal zone; presence of crown cells in some species. (2) Variations of leaf epidermal features existed at the species level, such as shape and wall thickness of long-cells, presence or absence of short-cells and its shape, distribution of stomata and shape of subsidiary cells, distribution of prickle-cells, and shape of silica-cells distributed in costal zone. The micromorphological study revealed that the characters of leaf abaxial epidermis could provide evidences for classification of the genus Poa. Moreover, the evidences of leaf abaxial epidermis confirmed the view that P. pratensis subsp. angustifolia and P. pratensis subsp. alpigena were the subspecies of P. pratensis subsp. pratensis.

Key words:Poa; leaf abaxial epidermis; micromorphology

文章編號(hào):1000-4025(2016)05-0945-09

doi:10.7606/j.issn.1000-4025.2016.05.0945

收稿日期:2016-01-25;修改稿收到日期:2016-03-30

基金項(xiàng)目:國(guó)家自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目(81274049)；山東省自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目(2012CQ039)

作者簡(jiǎn)介:李建霞(1989-)，女，在讀研究生，從事植物系統(tǒng)及資源分類學(xué)研究。E-mail:917592021@qq.com *通信作者:許崇梅，博士，副教授，從事植物系統(tǒng)及資源分類學(xué)研究。E-mail:xuchongmei2012@163.com

中圖分類號(hào):Q994.56;Q248

文獻(xiàn)標(biāo)志碼:A