湖南地區(qū)5種黃精屬植物葉表皮的顯微特征比較研究

龔力民 何瑾 周準(zhǔn) 楊梅 林桐婕 彭彩云 曾曉艷 王智 王煒

〔摘要〕 目的 比較研究湖南地區(qū)黃精屬5種植物的葉表面顯微特征。方法 采用剝撕法分別撕取葉上下表皮，用水合氯醛透化法制片，利用光學(xué)顯微鏡對植株成熟葉片中氣孔的幾項(xiàng)指標(biāo)：氣孔密度、氣孔大小、氣孔指數(shù)、氣孔形態(tài)、氣孔分布特點(diǎn)等進(jìn)行觀察;同時(shí)觀察不同種植株的上下表皮細(xì)胞的異同。結(jié)果 5種黃精屬植物的葉表皮細(xì)胞存在一定的相似性，但在表皮細(xì)胞的大小、垂周壁的樣式、氣孔特征等方面存在著一定的差異。結(jié)論 這5種植物的葉表面顯微特征可作為湖南地區(qū)黃精屬植物種間分類的參考依據(jù)。

〔關(guān)鍵詞〕 黃精屬;葉表面;氣孔;表皮細(xì)胞

〔中圖分類號(hào)〕R282.5 ? ? ? 〔文獻(xiàn)標(biāo)志碼〕A ? ? ? 〔文章編號(hào)〕doi：10.3969/j.issn.1674-070X.2019.05.008

〔Abstract〕 Objective To comparatively study on leaf surface microscopic characteristics of 5 species of Polygonatum in Hunan province. Methods The upper and lower epidermis of leaves were separately torn by peeling method， making these tablets with Chloral Hydrate， and the stomatal indexes of mature leaves were observed by optical microscope， including stomatal density， stomatal size， stomatal index， stomatal morphology and stomatal distribution characteristics; the similarities and differences of the upper and lower epidermis cells of different plants were also observed at the same time. Results There were some similarities in leaf epidermal cells of 5 species of Polygonatum， but there were some differences in the size of epidermal cells， the pattern of vertical wall and stomatal characteristics. Conclusion The leaf surface microscopic characteristics of these 5 species can be used as a reference number for interspecific taxonomy of Polygonatum in Hunan province.

〔Keywords〕 Polygonatum; leaf surface; stomatal; epidermal cells

黃精屬（Polygonatum）屬于被子植物門百合科，全世界約40個(gè)種，主要分布于北溫帶[1]。我國現(xiàn)有黃精屬植物有31種，《中國植物志》中均有記錄[2]。

目前，關(guān)于黃精屬植物的研究報(bào)道已有很多，如細(xì)胞分類學(xué)[3]、花粉形態(tài)研究[4]、葉片解剖比較分析[5]等研究，這些研究為黃精屬植物種間準(zhǔn)確分類作了大量工作。本文擬對湖南地區(qū)5種黃精屬植物的葉表面顯微特征進(jìn)行研究，包括氣孔的形態(tài)及大小、氣孔密度和氣孔指數(shù)以及表皮細(xì)胞等，旨在為百合科黃精屬植物物種劃分提供更多的實(shí)驗(yàn)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 ?試驗(yàn)材料

本試驗(yàn)所用材料均取自于湖南中醫(yī)藥大學(xué)藥植園，分別為長梗黃精（Polygonatum filipes Merr.）、玉竹（Polygonatum odoratum （Miller） Druce）、多花黃精（Polygonatum cyrtonema Hua）、黃精（Polygonatum sibiricum Redoute）、湖北黃精（Polygonatum zanlanscianense Pampanini）等5種黃精屬植物。這些材料的原產(chǎn)地為湖南省懷化市洪江市雪峰山的野外及黃精人工種植基地、瀏陽市大圍山林下蔭蔽地，2017年5-10月之間陸續(xù)移植到湖南中醫(yī)藥大學(xué)藥植園內(nèi)，所有試驗(yàn)材料經(jīng)湖南中醫(yī)藥大學(xué)藥學(xué)院中藥鑒定教研室劉塔斯教授鑒定。

1.2 ?試驗(yàn)方法

本試驗(yàn)采用剝撕法撕取葉上下表皮，采用水合氯醛透化制片法制片。取各種植株基部的完整新鮮葉片。洗凈后，撕取葉表皮。將撕下的葉表皮置于干凈的載玻片上，滴加2～3滴水合氯醛試液，用解剖針和鑷子將材料小心攤平;于酒精燈的火焰上微熱透化，防止試液燒干或有水合氯醛晶體析出。待切片透化完全后，加1～2滴稀甘油至適量混勻后蓋上蓋玻片（不要出現(xiàn)氣泡），用濾紙吸去多余的試液。

將制成的裝片置于光學(xué)顯微鏡（MOTIC BA200正置生物顯微鏡）下觀察，用圖像采集儀（Moticam Pro 282B）及其配套的軟件采集圖像，用Motic Image Advanced 3.2（數(shù)碼顯微圖像分析軟件系統(tǒng)）軟件測量統(tǒng)計(jì)以下的數(shù)據(jù)：

氣孔密度：在10×10的視野中隨機(jī)觀測并記錄葉片下表皮中部10個(gè)視野中的氣孔數(shù)目，求這10個(gè)視野中氣孔數(shù)平均值。

氣孔大?。涸?0×40的視野中隨機(jī)測量50個(gè)氣孔的大小，求其平均值。

氣孔指數(shù)：在10×40的視野中，隨機(jī)觀測葉片下表皮中部20個(gè)視野中的氣孔數(shù)目（S）和表皮細(xì)胞數(shù)目（P）。根據(jù)公式I=[S/（S+P）]×100計(jì)算出每個(gè)視野中的氣孔指數(shù)I，求I的平均數(shù)。

氣孔的類型和分布特征：觀察氣孔器的在下表皮分布情況、氣孔周圍是否有護(hù)衛(wèi)細(xì)胞等。

表皮細(xì)胞的大?。涸?0×40的視野中隨機(jī)測量上表皮細(xì)胞和下表皮細(xì)胞各50個(gè)的大小，求其平均值。

表皮細(xì)胞的形狀：對葉片上表皮細(xì)胞和下表皮細(xì)胞分別進(jìn)行觀察并進(jìn)行對比。主要觀察其垂周壁、細(xì)胞長軸和細(xì)胞形態(tài)等。

文章中描述的術(shù)語見文獻(xiàn)[6-7]。實(shí)驗(yàn)所使用的觀測方法見文獻(xiàn)[8]。

2 結(jié)果

本試驗(yàn)觀察了湖南地區(qū)的5種黃精屬植物葉表面特征，初步研究和比較了這5種黃精屬植物成熟葉表皮的特征，以下為觀測結(jié)果：

結(jié)果表明，湖南地區(qū)這5種黃精屬植物即玉竹、長梗黃精、黃精、湖北黃精、多花黃精的成熟葉片的表皮細(xì)胞有較多的相似之處：上表皮細(xì)胞多為扁平的四邊形（有時(shí)可見細(xì)胞呈菱形緊密排列），少數(shù)的細(xì)胞形態(tài)不規(guī)則，細(xì)胞之間排列緊密，在上表皮中沒有觀測到氣孔的存在;下表皮細(xì)胞形狀不規(guī)則，除葉脈外均有氣孔隨機(jī)分布。這5種黃精屬植物的氣孔的類型均屬于無護(hù)衛(wèi)細(xì)胞型。保衛(wèi)細(xì)胞的長軸平行于葉脈方向，且保衛(wèi)細(xì)胞呈啞鈴型。下表皮細(xì)胞的長軸也平行于葉脈的軸向。垂周壁平直或呈波狀。葉脈處的細(xì)胞緊密排列且狹長。

這5種黃精屬植物的葉表皮細(xì)胞也存在一定的差異。有關(guān)這5種黃精屬植物葉表面特征詳見表1和圖1。

3 討論

3.1 ?氣孔特征

5種黃精屬植物的氣孔大小和氣孔密度存在一定的差異。

從表1的統(tǒng)計(jì)可知：湖北黃精的氣孔密度和氣孔指數(shù)最小，分別是（102.10±15.66）個(gè)/mm2，（20.93±4.15）%;多花黃精和玉竹的氣孔密度和氣孔指數(shù)比較接近，都是較大的。多花黃精的氣孔密度和氣孔指數(shù)分別是（132.10±9.86）個(gè)/mm2，（33.49±4.95）%;而玉竹的氣孔密度和氣孔指數(shù)分別為（133.90±24.93）個(gè)/mm2，（30.84±4.15）%。湖北黃精的氣孔大小開口最寬，長寬比值為3.06。黃精的氣孔最長，長度為（20.23±2.11）μm。

由此可見各物種之間氣孔特征是存在著一定的差距的。

3.2 ?表皮細(xì)胞的特點(diǎn)

據(jù)觀察可知，湖南省內(nèi)5種黃精屬植物的上表皮細(xì)胞的排列都是是緊密且有規(guī)則的。上表皮細(xì)胞的形狀多呈四邊形，偶見不規(guī)則形狀的細(xì)胞?？床坏綒饪椎姆植?，葉脈的細(xì)胞狹長且排列緊密。上表皮細(xì)胞的長軸平行于葉脈的走向。

下表皮細(xì)胞的形狀相較于上表皮細(xì)胞而言呈不規(guī)則型，有時(shí)甚至可見近圓形的細(xì)胞。除多花黃精的表皮細(xì)胞垂周壁呈波形外，其他物種細(xì)胞的垂周壁為平直。狹長的細(xì)胞在下表皮形成平行脈。氣孔分布于下表皮除了葉脈的細(xì)胞之間。保衛(wèi)細(xì)胞呈啞鈴型，也平行于葉脈的走勢。

對比同一物種的葉片的上下表皮細(xì)胞，可以觀察出，一般上表皮細(xì)胞會(huì)比下表皮細(xì)胞更長，長寬比值也更大。如長梗黃精上表皮細(xì)胞年均長149.28 μm，長寬比約為5.28;而長梗黃精下表皮細(xì)胞年均82.28 μm，長寬比值約為3.06。這也就可以看出上表皮細(xì)胞的形狀呈現(xiàn)出四邊形，而下表皮細(xì)胞的形狀更加的不規(guī)格的原因。上表皮細(xì)胞的長寬比較大，所以細(xì)胞就顯得狹長，形狀也是偏平規(guī)則的。而下表皮細(xì)胞的長寬比較小，所以細(xì)胞顯得短而寬，呈不規(guī)則的橢圓形，沒有上表皮細(xì)胞的形狀規(guī)則。

對比5種黃精屬植物的表皮細(xì)胞大小，可知：長梗黃精的上表皮細(xì)胞最大（149.28 ？滋m×28.26 ？滋m）;玉竹的下表皮細(xì)胞最大（99.14 ？滋m×35.64 ？滋m）。相同單位面積上，若表皮細(xì)胞的面積越大，則表皮細(xì)胞的數(shù)目就會(huì)越少，相應(yīng)的氣孔出現(xiàn)的頻率會(huì)更小，氣孔數(shù)目可能會(huì)更少。反之亦然。但玉竹的氣孔指數(shù)大于長梗黃精的氣孔指數(shù)。這也說明不同植物之間的氣孔指數(shù)的差異是穩(wěn)定的[9]。

綜上所述，在黃精屬的各物種之間氣孔類型與分布、氣孔開口的大小、氣孔指數(shù)、氣孔密度都會(huì)有一定的差異。但據(jù)研究表明，不同環(huán)境條件如光照、溫度、水分等的影響會(huì)導(dǎo)致氣孔的一些指標(biāo)產(chǎn)生一定的差異[10-11]。所以，氣孔相關(guān)的指標(biāo)不能用作黃精屬植物種間分類的主要依據(jù)，但可以作為種間分類的參考依據(jù)。而不同物種的表皮細(xì)胞的大小以及垂周壁的式樣都存在著一定的差異，這些差異也可以作為參考依據(jù)。

參考文獻(xiàn)

[1] 呂海亮，吳世安，楊 ?繼，等.葉表皮及種皮特征在黃精族系統(tǒng)學(xué)研究中的應(yīng)用[J].植物分類學(xué)報(bào)，2000，38（1）：30-42.

[2] 中國科學(xué)院植物研究所.中國植物志[M].15卷.北京：科學(xué)出版社，1978：52-80.

[3] 邵建章，張定成，楊積高，等.黃精屬5種植物的核型研究[J].中國科學(xué)院研究生院學(xué)報(bào)，1993，31（4）：353-361.

[4] 周守標(biāo)，張小平，張定成，等.安徽黃精屬（Polygonatum）植物的分支分析[J].廣西植物，2000，20（4）：329-331.

[5] 李金花，周守標(biāo)，王 ?影，等.多花黃精五個(gè)居群葉片的比較解剖學(xué)研究[J].廣西植物，2007（6）：826-831.

[6] WILKINSON H P. The plant surface （mainly leaf）[M]//A-natomy of Dicotyledons. 2nd ed. Oxford： Clarendon Press， 1979：97-117.

[7] DILCHER D L. Approaches to the identification of An-giosperm leaf remains[J]. The Botanical Review，1974，40（1）：1-157.

[8] 陳存武，李耀亭，周守標(biāo).大別山5種黃精屬植物葉表皮的初步比較研究[J].安徽農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，2006，33（1）：108-112.

[9] 吳國芳，馮志堅(jiān)，馬煒梁，等.植物學(xué)（下冊）[M].2版.北京：高等教育出版社，1994：97-400.

[10] Fahn A.植物解剖學(xué)[M].吳樹明等譯.天津：南開大學(xué)出版社，1990：145-175.

[11] 徐如松.安徽皇莆山五種黃精屬植物葉表面氣孔研究[J].安徽農(nóng)業(yè)技術(shù)師范學(xué)院學(xué)報(bào)，2001，15（2）：31-32.