不同生境下狗牙根葉表皮細(xì)胞的比較研究

陳蕊 程麗霞 費(fèi)永俊

摘 要： 以生長(zhǎng)在陽地旱生、陽地中生、陰地旱生3種不同生境下的野生狗牙根的葉表皮細(xì)胞為材料，分別測(cè)量了氣孔數(shù)、氣孔密度、長(zhǎng)細(xì)胞、短細(xì)胞、氣孔的長(zhǎng)和寬。結(jié)果表明：狗牙根葉片長(zhǎng)細(xì)胞的大小順序：陽地旱生>陽地中生>陰地旱生，3種生境下長(zhǎng)細(xì)胞的大小有顯著差異（p<0.05）;短細(xì)胞的大小在陽地旱生與陽地中生、陰地旱生差異顯著（p<0.05），但陽地中生、陰地旱生差異不顯著;氣孔的長(zhǎng)寬比在3種生境下有顯著差異（p<0.05），氣孔的長(zhǎng)寬比順序?yàn)殛柕睾瞪?陽地中生<陰地旱生;3種生境下的狗牙根葉片的氣孔密度差異顯著（p<0.05），陽地中生>陽地旱生>陰地旱生，分別為319.30，240.01，278.22個(gè)·mm-2。

關(guān)鍵詞： 生境;狗牙根;葉表皮細(xì)胞;適應(yīng)性

中圖分類號(hào)：Q945 78;S688 4 ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A ? 文章編號(hào)：1004-3020（2020）06-0001-04

Abstract： The leaf epidermis cells of wildness Cynodon dactylon which grew in 3 different environments were investigated. The appearance indexes of their leaves， such as the number of stoma， stoma density， the length and width of long cell， short cell and stoma were measured. The result showed that the size order of long cell of the leaf epidermis in Cynodon dactylon were sunny dryland， sunny ground and shady dryland. The size of leaf epidemis long cell demonstrated remarkable difference （p<0.05）. The size of the short cell in sunny ground and sunny non-irrigated farmland or shady non-irrigated field was significant （p<0.05）. But the difference in sunny filed and shady non-irrigated ground was not remarkable. The ratio of length to width of the stoma showed remarkable difference （p<0.05）.The order of ratio was sunny non-irrigated field， shady non-irrigated ground， shady non-irrigated. The stoma density of Cynodon dactylon leaf epidermis in three different habitats demonstrated significant difference （p<0.05）.The sunny field， the sunny non-irrigated field， the shady non-irrigated field， which were 319.3， 278.22， 240.01個(gè)·mm-2separately.

Key words： habitats;Cynodon dactylon;leaf epidermis cell;adaptability

狗牙根Cynodon dactylon又名絆根草[1]，是暖季型草坪草中研究較深入的草種。因具有植株低矮、繁殖能力強(qiáng)、抗旱、耐踐踏、質(zhì)地纖細(xì)、色澤好等優(yōu)點(diǎn)，被國(guó)內(nèi)外廣泛應(yīng)用于建植草坪和保土護(hù)坡。狗牙根屬Cynodon植物廣泛分布于熱帶、亞熱帶地區(qū)，其中狗牙根是世界廣布種[1]。從水平分布上看，在45°N～45°S范圍內(nèi)，狗牙根幾乎遍布所有大陸、島嶼。從垂直分布上看，在尼泊爾、克什米爾及喜馬拉雅山海拔4 000 m高度也有分布。也可以分布于海平面以下，如約旦、加里福尼亞及中國(guó)新疆南部[2]。中國(guó)從80年代引入三倍體狗牙根以來，北起洛陽，南至海南，均有大面積應(yīng)用，因而狗牙根可以稱為暖季型草坪草中最重要的草種之一[3]。

狗牙根喜溫暖濕潤(rùn)氣候，喜光、耐熱（可耐受43 ℃高溫）、較耐蔭，有一定的抗旱、耐鹽堿能力，侵占性和抗雜草侵入能力很強(qiáng)，但喜熱不耐寒，氣溫寒冷時(shí)生長(zhǎng)很差，易遭受雪霜凍害。狗牙根的適應(yīng)性、生長(zhǎng)勢(shì)和擴(kuò)展性強(qiáng)，在年降水量600～1 600 mm的華東、華南、西南及長(zhǎng)江中下游等地區(qū)生長(zhǎng)最佳。狗牙根葉色濃綠，持綠期長(zhǎng)，在華南地區(qū)約270 d，華東、華中約245 d，在北方適種區(qū)170～185 d。狗牙根在南方持綠期較長(zhǎng)，適種區(qū)可達(dá)270 d以上[4]。國(guó)內(nèi)外對(duì)狗牙根的研究主要集中在抗性研究上，主要包括抗寒性、耐鹽堿性、抗旱性和耐踐踏性4個(gè)方面。研究表明，國(guó)外對(duì)野生狗牙根資源非常重視，中國(guó)擁有豐富的野生狗牙根資源，分布遍及黃河流域以南及新疆的一些地方[5-7]。這些野生草種經(jīng)歷了漫長(zhǎng)的自然分布選擇活下來，其適應(yīng)性是不容置疑的，在路邊、河灘、山頂、坡腳、林緣、田間都有分布，因生境復(fù)雜，在種內(nèi)形成了豐富的變異[8-9]。本文對(duì)3種不同生境下的野生狗牙根的葉下表皮細(xì)胞進(jìn)行了顯微攝像觀察分析，為進(jìn)一步研究狗牙根的水分生理、蒸騰蒸發(fā)和生態(tài)適應(yīng)性積累資料。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

湖北省荊州市年平均氣溫16.4 ℃，日照時(shí)數(shù)1 800～2 100 h，年降水量達(dá)900～1 000 mm，全年無霜250～280 d，土壤多為灰潮土，pH值7.5～85，野生狗牙根在該地區(qū)廣布且生長(zhǎng)良好。本試驗(yàn)所用材料均采自荊州市西郊外的野生普通狗牙根。生長(zhǎng)在陽地中生（光照充足，沒有遮蔭的菜地旁邊，土壤肥沃，水分供應(yīng)充分）的狗牙根植株高大，葉片寬而長(zhǎng)，節(jié)間較長(zhǎng)，大多數(shù)是直立生長(zhǎng);生長(zhǎng)在陽地旱生（郊野小路邊，土壤干旱貧瘠，并且過往行人較多，踐踏頻繁）的狗牙根葉片短小，節(jié)間短，絕大部分是匍匐生長(zhǎng)，莖粗壯;生長(zhǎng)在陰地旱生（林下地帶，遮蔭良好，光照微弱）的葉片細(xì)長(zhǎng)，直立生長(zhǎng)，莖葉細(xì)小。

取不同生境下生長(zhǎng)健壯的狗牙根葉片中部，分成1～2 cm的組織塊，立即放入FAA固定液中固定24 h，將已固定好的葉片轉(zhuǎn)移至清水中清洗數(shù)次并浸泡以除去固定液，再將材料放于小紙片上，用新刀片輕勻地刮去上表皮、葉肉，將留存的表皮轉(zhuǎn)移至1%混合酶液（果膠酶和纖維素酶各半）中，保持在室溫（25～30 ℃）條件下處理（解離）0.5 h，待葉肉完全解離后，再將表皮移至培養(yǎng)皿中用蒸餾水進(jìn)行洗刷，清除殘留的葉肉，換一次蒸餾水轉(zhuǎn)入表面皿鏡檢（合適的材料才制片）。用4%鐵礬染5～10 min后用自來水漂洗10 min，蒸餾水清洗，再用0.5%蘇木精染3～5 min，自來水洗約0.5 min，再用2%鐵礬適度分色3～4 min，自來水漂洗10 min后取出展平在載玻片上，甘油封片，光鏡觀察，Olympus顯微攝影[10]。

1.2 試驗(yàn)方法

1.2.1 葉片長(zhǎng)、短細(xì)胞大小的測(cè)定

取狗牙根葉下表皮封片，置光學(xué)顯微鏡下，隨機(jī)測(cè)30個(gè)長(zhǎng)細(xì)胞的長(zhǎng)寬和30個(gè)短細(xì)胞的長(zhǎng)寬。

1.2.2 氣孔大小的測(cè)定

每份材料上分別選擇6個(gè)視野，每個(gè)視野5個(gè)氣孔，進(jìn)行氣孔長(zhǎng)度和寬度的測(cè)定。同時(shí)取典型視野照相。（本試驗(yàn)中葉片離體失水后氣孔處于關(guān)閉狀態(tài)，故所測(cè)各值均為氣孔關(guān)閉狀態(tài)下的值，氣孔長(zhǎng)度是啞鈴形保衛(wèi)細(xì)胞長(zhǎng)度;氣孔寬度是垂直于啞鈴形保衛(wèi)細(xì)胞的最寬值。）

1.2.3 氣孔密度的測(cè)定

對(duì)3種不同材料隨機(jī)觀測(cè)視野中的氣孔數(shù)，每段觀測(cè)30次，根據(jù)標(biāo)尺計(jì)算單位面積的氣孔數(shù)。

1.3 數(shù)據(jù)處理

據(jù)文獻(xiàn)[11]中的方法對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，采用SPSS10.0軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，SigmaPlot 2001 Demo進(jìn)行圖表制作。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同生境狗牙根葉下表皮長(zhǎng)細(xì)胞大小的比較

狗牙根的葉表皮含有不同的細(xì)胞群，順長(zhǎng)軸與葉脈平行排列，長(zhǎng)方形細(xì)胞占大部分，插入長(zhǎng)細(xì)胞行列之間的為短細(xì)胞行列，細(xì)胞壁為鋸齒狀。氣孔和長(zhǎng)細(xì)胞有規(guī)律地交互排列著，每個(gè)氣孔器含有4個(gè)細(xì)胞，兩個(gè)狹窄啞鈴狀的保衛(wèi)細(xì)胞。狗牙根的葉片氣孔為卵圓形，略顯長(zhǎng)，外密覆蠟質(zhì)，使得氣孔的保衛(wèi)細(xì)胞與副衛(wèi)細(xì)胞不易辯清。狗牙根葉片上下表皮細(xì)胞上密布硅質(zhì)和柱質(zhì)乳突，其氣孔與表皮細(xì)胞處于同一平面上或略突出，以較短間距整齊均勻排列于葉脈兩側(cè)。3種生境下長(zhǎng)細(xì)胞的長(zhǎng)的平均值的排序依次為陽地旱生（64.94±1.65 μm）>陽地中生（42.36±1.23 μm）>陰地旱生（34.67±1.05 μm），寬的平均值排序依次為陽地中生旱生（26.79±0.52 μm）>陽地中生（13.94±0.39 μm）>陰地旱生（11.30±0.26 μm）;生長(zhǎng)在陽地中生旱生的狗牙根的長(zhǎng)細(xì)胞的長(zhǎng)和寬明顯高于生長(zhǎng)在陽地中生和陰地旱生的。陽地中生旱生狗牙根長(zhǎng)細(xì)胞的長(zhǎng)和寬分別比陰地旱生的大30.27 μm和15.49 μm，這是狗牙根對(duì)陽地中生旱生環(huán)境的強(qiáng)適應(yīng)性，3種生境下長(zhǎng)細(xì)胞的長(zhǎng)和寬的比較均有顯著差異（p<0.05）。

2.2 不同生境狗牙根葉下表皮短細(xì)胞大小的變化

3種生境下的短細(xì)胞的長(zhǎng)的平均值排序依次為陽地旱生（26.49±0.62 μm）>陽地中生（11.97±0.26 μm）>陰地旱生（11.51±0.21 μm），寬的平均值排序依次為為陽地旱生（17.62±0.48 μm）>陰地旱生（10.06±0.21 μm）>陽地中生（9.41±0.22 μm），陽地旱生狗牙根葉片的短細(xì)胞的長(zhǎng)和寬明顯高于陰地旱生的和陽地中生的，最大差異值分別為14.98 μm，8.21 μm，在這3種生境的狗牙根短細(xì)胞的長(zhǎng)和寬的比較中，陽地中生和陽地旱生的差異顯著（p<0.05），陽地旱生和陰地旱生的差異顯著（p<0.05），陽地中生和陰地旱生的差異不顯著。

2.3 不同生境狗牙根葉下表皮氣孔的變化

氣孔是植物體進(jìn)行內(nèi)外氣體交換的重要門戶。水蒸氣、二氧化碳、氧氣都要共用氣孔這個(gè)通道，氣孔的開閉會(huì)影響植物的蒸騰、光合、呼吸等生理過程。氣孔的面積小，蒸騰速率高。氣孔的大小、數(shù)目和分布因植物種類和生長(zhǎng)環(huán)境不同而異。氣孔的頻度大，有利于蒸騰的進(jìn)行[12]。在所研究的3種生境中的狗牙根的氣孔密度排序依次為陽地中生（319.30±6.61個(gè)·mm-2）>陽地旱生（278.22±8.28個(gè)·mm-2）>陰地旱生（240.02±5.42個(gè)·mm-2），最大差異值為79.28個(gè)·mm-2;3種生境下狗牙根的氣孔長(zhǎng)、寬的比較差異不顯著，但是長(zhǎng)與寬之比值的比較有顯著的差異（p<0.05），長(zhǎng)與寬的比值的平均值分別是1.354，1.225，1.750，陽地旱生狗牙根的氣孔的長(zhǎng)寬比之值是最小的，這與狗牙根對(duì)干旱環(huán)境的適應(yīng)有關(guān)。

3 討論

3種生境下的狗牙根葉片長(zhǎng)細(xì)胞的長(zhǎng)和寬的比較有顯著差異（p<0.05），陽地旱生狗牙根長(zhǎng)細(xì)胞的長(zhǎng)和寬的值最大，陽地中生的次之，陰地旱生的最小;在短細(xì)胞的長(zhǎng)和寬的比較中，陽地中生和陽地旱生的差異顯著的，陽地旱生和陰地旱生的差異顯著的，陽地中生和陰地旱生的差異不顯著;3種生境下的氣孔長(zhǎng)寬比的比較有顯著差異，氣孔的長(zhǎng)寬比：陽地旱生﹤陽地中生﹤陰地旱生，分別為1.225 4，1.354 0，1.750 5;3種生境下的狗牙根葉下表皮的氣孔密度的比較有顯著差異，陽地中生﹥陽地旱生﹥陰地旱生，分別為319.30個(gè)·mm-2，278.22個(gè)·mm-2，240.01個(gè)·mm-2，狗牙根葉表皮細(xì)胞對(duì)不同生態(tài)環(huán)境具有適應(yīng)性。

表皮氣孔是植物葉片和外界環(huán)境進(jìn)行氣體交換和蒸騰作用的重要通道，氣孔的形態(tài)、大小、分布和數(shù)量是影響植物的光合和蒸騰等生理活動(dòng)。在作物、蔬菜花卉上，人們對(duì)氣孔形狀、發(fā)育及生理活動(dòng)等方面都做了比較深入的研究[13-14]。申惠翡等[15]研究了15個(gè)杜鵑花品種葉片解剖結(jié)構(gòu)與植株耐熱性的關(guān)系發(fā)現(xiàn)，不論是在常溫還是高溫下，抗熱性品種能維持較長(zhǎng)時(shí)間的低氣孔阻抗。同時(shí)抗熱品種氣孔的密度也要大，本實(shí)驗(yàn)觀測(cè)結(jié)果也證實(shí)了這一點(diǎn)，光照充足的陽地中生和陽地中生旱生狗牙根的葉下表皮氣孔密度均大于光照微弱的陰地旱生狗牙根的葉下表皮的氣孔密度，差異值分別為79.28個(gè)·mm-2和38.20個(gè)·mm-2。李亞男等[16]對(duì)生長(zhǎng)在干旱環(huán)境條件中的狗牙根的葉片解剖結(jié)構(gòu)進(jìn)行了詳細(xì)的觀察研究發(fā)現(xiàn)，狗牙根葉表皮層角質(zhì)化、栓化明顯，并且乳狀突起，本實(shí)驗(yàn)也發(fā)現(xiàn)了這一點(diǎn)。于卓等[17]研究了12種牧草葉表面微細(xì)結(jié)構(gòu)，在供試的10種多年生禾本科牧草中，有9種禾草的氣孔主要分布于葉子正面的葉脈間區(qū)域，多呈2行排列，而葉子背面很少有氣孔存在，只有野大麥其葉正面和背面的葉脈間區(qū)域各有2行氣孔排列。本實(shí)驗(yàn)經(jīng)研究發(fā)現(xiàn)狗牙根葉子背面的氣孔在葉脈間區(qū)域呈2行排列。鄭群英等[18]進(jìn)行了6種草坪草的葉片氣孔形態(tài)和數(shù)量特征比較研究，其中就對(duì)狗牙根的葉片氣孔形態(tài)和數(shù)量特征進(jìn)行了詳細(xì)觀察，發(fā)現(xiàn)狗牙根葉片的氣孔為卵圓形，氣孔的密度較其它幾種草坪草的大，本文對(duì)狗牙根表皮細(xì)胞的研究也證實(shí)了狗牙根的氣孔密度較大，最大值為319.30個(gè)·mm-2。氣孔大小、多少、分布對(duì)光和蒸騰的影響，氣孔形狀與抗性的關(guān)系，不同栽培、管理?xiàng)l件下氣孔的變化，氣孔運(yùn)動(dòng)、氣孔振蕩現(xiàn)象的深入研究可為草坪生產(chǎn)、管理和育種者選育更加抗旱或耐旱的草坪草提供有價(jià)值的依據(jù)。

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（責(zé)任編輯：唐 嵐）