惡性雜草鴨跖草(Commelina commumis L.)葉片表皮特征及解剖結(jié)構(gòu)的研究

馬 紅，韓玉軍，王謙玉，胡 凡，陶 波*

（1.黑龍江省農(nóng)業(yè)科學(xué)院博士后工作站，哈爾濱 150086；2.東北林業(yè)大學(xué)博士后流動站，哈爾濱 150086；3.東北農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)學(xué)院，哈爾濱 150030；4.黑龍江省農(nóng)業(yè)科學(xué)院佳木斯分院，黑龍江 佳木斯 154007）

植物器官的形態(tài)結(jié)構(gòu)是與其生理功能和生長環(huán)境密切相適應(yīng)的。葉片是植物進化過程中對環(huán)境變化較敏感且可塑性較大的器官，在不同選擇壓力下己經(jīng)形成各種適應(yīng)類型，其結(jié)構(gòu)特征最能體現(xiàn)環(huán)境因子的影響或植物對環(huán)境的適應(yīng)[1]。結(jié)構(gòu)是功能的基礎(chǔ)，植物結(jié)構(gòu)的變化必然影響到生理生態(tài)功能的改變。因而了解植物葉片形態(tài)解剖結(jié)構(gòu)對環(huán)境變化及脅迫的響應(yīng)與適應(yīng)是探索植物對環(huán)境變化及脅迫的適應(yīng)機制和制定相應(yīng)對策的基礎(chǔ)[2]。

鴨跖草（Commelina commumis L.）是近年黑龍江省農(nóng)業(yè)生產(chǎn)上最泛濫的雜草之一，尤其在玉米和大豆田鴨跖草發(fā)生嚴重[2]。農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中為了防除鴨跖草，應(yīng)用了多種除草劑，可是近年來，許多除草劑對鴨跖草的防除效果并不理想。一些學(xué)者研究認為鴨跖草對除草劑的耐藥性較強[3-4]。本研究擬通過對鴨跖草葉片形態(tài)解剖結(jié)構(gòu)的研究，以期探討鴨跖草耐藥性的細胞顯微結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)。

1 材料與方法

1.1 材料

1.1.1 供試鴨跖草

鴨跖草種子采自黑龍江省北安通北農(nóng)場。

1.1.2 供試試劑

乙醇、二甲苯、冰醋酸、甲醛、石蠟、蛋清、甘油、番紅、固綠、加拿大樹膠。

1.1.3 供試儀器設(shè)備

電子顯微鏡（Olympus CK40）、J-FL50i55i型熒光顯微成像系統(tǒng)、Leica RM 2135石蠟切片機、Laser area meter CI-203，CID，INC激光葉面儀、烘箱、顯微鏡、染色缸、小培養(yǎng)皿、鑷子、毛筆、吸水紙、紗布、載玻片、蓋玻片。

1.2 方法

在溫室內(nèi)播種鴨跖草種子，在其3葉齡時進行如下試驗。

1.2.1 葉片表皮特征觀察

采用水封片法，取3葉齡鴨跖草同一葉位新鮮葉片，用鑷子輕輕撕下葉片的上、下表皮（取葉片中部，非邊緣非葉脈部位），置于潔凈的載玻片上，加幾滴蒸餾水使表皮展開，待表皮完全展開后用酒精沖洗表皮3～4次，然后用蓋玻片輕輕蓋上，盡量不產(chǎn)生氣泡為好，將制好的片子在J-FL50i55i型熒光顯微成像系統(tǒng)下攝影并記錄氣孔密度（計數(shù)網(wǎng)格尺內(nèi)的氣孔數(shù)，將其平均值換算成單位面積的氣孔數(shù)，即為葉片的氣孔密度）及非腺毛的數(shù)目。每份材料隨機選取20個觀測點，氣孔密度和非腺毛數(shù)取20次數(shù)據(jù)的平均值。

1.2.2 葉片解剖結(jié)構(gòu)觀察

選取3葉齡鴨跖草同一葉位的葉片，制成石蠟切片，用Leica RM 2135石蠟切片機進行切片，將典型制片在J-FL50i55i型熒光顯微成像系統(tǒng)攝影并記錄。用目測微尺測量葉片厚度、上、下表皮厚度、柵欄組織厚度、海綿組織厚度、10個柵欄組織細胞的長度。每份材料重復(fù)20次，取平均值。

1.3 數(shù)據(jù)處理

試驗原始數(shù)據(jù)的整理采用Excel軟件及SAS完成。

2 結(jié)果與分析

2.1 鴨跖草葉片表皮特征

通過撕取鴨跖草（3葉齡）葉片表皮的方法制成臨時切片，顯微鏡下觀察葉片表皮的形態(tài)特征。由圖版Ⅰ-1，2可以看出，鴨跖草葉片表皮細胞排列緊密，無胞間隙，細胞均略呈方形或長方形。氣孔器的兩個腎形保衛(wèi)細胞，凹面相對形成氣孔，副衛(wèi)細胞平列4胞型，其4個副衛(wèi)細胞上、下、左、右平行。而且在保衛(wèi)細胞中有8～12粒綠色顆粒，即為葉綠體。氣孔器按分布深淺有三種：氣孔與表皮細胞在同一平面上形成平面氣孔器；氣孔保衛(wèi)細胞凸出表面形成的凸出型氣孔器；氣孔保衛(wèi)細胞低于表皮細胞形成的凹陷型氣孔器。

鴨跖草葉片上表皮（5.6個·mm-2），下表皮（2.1個·mm-2）都有錐形或棒形表皮非腺毛（有2個細胞組成）（見圖版Ⅰ-1、3）。鴨跖草葉片上下表皮都有氣孔，而且葉片上表皮氣孔密度（36.2個·mm-2）顯著地少于下表皮氣孔密度（191.2個·mm-2）（見圖版Ⅰ-4、5）。另外，鴨跖草葉片上、下表皮不同類型氣孔器分布則存在差異，鴨跖草葉片上表皮凹陷型氣孔器分布密度（18.5個·mm-2）較大，而下表皮氣孔器都多為凸出型氣孔器（169.4個·mm-2）和平面氣孔器（21.8個·mm-2）。

2.2 鴨跖草葉片解剖結(jié)構(gòu)

通過采摘鴨跖草葉片（3葉齡）制成石蠟切片，顯微鏡下觀察并測量。由圖版Ⅰ-6可以看出，鴨跖草葉片由上表皮、柵欄組織、海綿組織及下表皮四部分組成。葉片上下表皮均由1層薄壁細胞組成，柵欄組織是由一層長柱形薄壁細胞組成，海綿組織是由多層薄壁細胞組成的。鴨跖草葉片的厚度280.6 μm；葉片上表皮厚度為60.4 μm；柵欄組織厚度為70.1 μm；10個柵欄組織細胞長度為189.5 μm；海綿組織厚度為89.6 μm；葉片下表皮厚度為60.5 μm。

圖版I 鴨跖草葉片表皮特征和解剖結(jié)構(gòu)Plate I Leaf epidermis and dissection constructure of dayflower

3 討論與結(jié)論

生長在某一特定環(huán)境中的植物，在世代生活過程中，形成了一些適應(yīng)環(huán)境的相對穩(wěn)定的遺傳特征，其中包括形態(tài)結(jié)構(gòu)的適應(yīng)特征[5-6]。葉是植物的同化器官，同時又是蒸騰作用的主要器官，植物在生長過程中，其表面與外界環(huán)境接觸，葉片直接暴露于空氣中，外界環(huán)境的各種不利因素首先作用于葉片表面，因而，植物對環(huán)境的反應(yīng)也較多地反映在葉的形態(tài)和結(jié)構(gòu)上[7-8]。趙長山等報道，除草劑2,4-D丁酯對問荊解剖結(jié)構(gòu)有影響[9]。因此，結(jié)合除草劑研究鴨跖草葉片的表皮特性及解剖結(jié)構(gòu)，在鴨跖草的防治方面具有重要的實踐意義。

植物葉片的形態(tài)、解剖結(jié)構(gòu)和生理生化代謝等各種特性影響著除草劑的吸收、傳導(dǎo)及除草作用的發(fā)揮。從而表現(xiàn)為對除草劑耐藥程度的差異[10]。研究表明，隨著葉齡的增大，鴨跖草對咪唑乙煙酸的耐藥性增強，其中一個主要原因是不同葉齡鴨跖草葉片表皮特征及解剖結(jié)構(gòu)存在差異。不同葉齡鴨跖草葉片上下表皮氣孔密度及凹陷氣孔分布密度存在差異。葉片上表皮的氣孔密度顯著小于下表皮氣孔密度。從2葉齡起，隨著葉齡的增大，葉片上下表皮氣孔密度下降，上表皮凹陷氣孔密度顯著加大，下表皮凸出型氣孔密度顯著降低。1、2葉齡鴨跖草上下表皮無非腺毛，從3葉齡起，鴨跖草上表皮非腺毛的數(shù)目隨葉齡的增大而增加。另外，鴨跖草葉片中葉綠素含量及葉面積/株也隨著葉齡的增大而顯著增加，特別是超過3葉齡以后，增加的幅度更大。不同葉齡鴨跖草葉片的解剖結(jié)構(gòu)中各部分的厚度和細胞排列疏密及規(guī)則程度有差異。不同葉齡鴨跖草葉片上下表皮的厚度基本相同，而且都隨著葉齡的增大而加厚，4葉齡時達到最大，5、6葉齡時減小。葉片厚度、柵欄組織及海綿組織厚度的變化趨勢與上下表皮厚度的變化趨勢相同，都隨葉齡的增大而顯著加厚，4或5葉齡時達到最大，6葉齡時減小。10個柵欄組織細胞長度隨著葉齡的增大而顯著減?。粬艡诮M織疏密排列程度隨葉齡的增大而變化，1、2葉齡的鴨跖草葉片的柵欄組織排列不規(guī)則，比較稀疏；3～6葉齡的鴨跖草葉片的柵欄組織排列規(guī)則，而且比較緊密[11-12]。除草劑必須進入植物體內(nèi)并傳導(dǎo)至作用部位才能發(fā)生除草作用。葉片是吸收莖葉處理除草劑的主要部位，葉片的上下表皮，氣孔保衛(wèi)細胞，葉脈上變化的表皮細胞和角質(zhì)層下細胞膨脹造成的角質(zhì)層裂縫等均能吸收除草藥液[13]。

總之，鴨跖草葉片上表皮氣孔數(shù)目顯著小于下表皮氣孔數(shù)，上表皮被有非腺毛，柵欄組織排列緊密而規(guī)則，海綿組織厚度較大等，所有這些葉片表皮形態(tài)及解剖結(jié)構(gòu)特征都能減少除草劑進入葉片內(nèi)的數(shù)量，增大葉片的貯水保水能力，減少了植物體內(nèi)水分的過度蒸騰。另外，發(fā)達的海綿組織也使鴨跖草在除草劑脅迫的情況下，體內(nèi)儲存足夠水分，保證其正常的代謝，從而，提高除草劑及逆境脅迫時代謝解毒的能力。鴨跖草葉片這些特征可能是鴨跖草對除草劑耐藥性較強的一個細胞學(xué)基礎(chǔ)。

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