六種沉香屬植物葉片解剖結構研究

劉培衛(wèi) 張玉秀 楊云 陳波

摘要： 為比較沉香屬不同種植物間的葉片形態(tài)解剖特征，將不同來源的六種沉香屬植物在海南省興隆南藥園種植，運用石蠟切片法和撕片法對其成熟葉片的解剖特征進行觀察，并對葉片的上下表皮，葉脈和葉橫切面等12項數量性狀進行統(tǒng)計分析。結果表明：六種沉香屬植物葉片解剖結構基本一致，均為典型的異面葉，由表皮、葉肉和葉脈組成，表現(xiàn)出典型的旱生形態(tài)特點。表皮細胞單層，氣孔微下陷，僅分布在下表皮，上下表皮上零星分布著表皮毛。葉肉組織發(fā)達，柵欄組織由1～2層排列緊密地圓柱狀細胞組成，其間分布著大量的長方晶體，海綿組織內有一層排列較整齊，染色較深的異細胞組成的下皮層。主脈維管束雙韌型，呈圓環(huán)狀，內含大量異細胞。方差分析表明，除柵海比外，葉片厚度、葉脈條數、主脈厚度等其余11項數量指標在六種植物間差異均達到顯著水平。聚類分析將這六種植物聚成3類，Aquilaria sinensis（白木香），A. crassna和A. banaensis聚為一類，A. baillonii和A. malaccensis聚為一類；A. yunnanensis（云南沉香）單獨為一類 。該研究結果為沉香屬植物的物種鑒定提供了解剖學依據，同時對沉香屬植物合理開發(fā)利用具有重要意義。

關鍵詞： 沉香屬， 比較解剖學， 葉片， 沉香

中圖分類號： Q944.56

文獻標識碼： A

文章編號： 10003142（2017）05056507

Abstract： Agarwood is a resin wood， which formed in the stem of Aquilaria and may represent the most prized nontimber forest product， which can be used in fragrances， incense， medicines， aromatherapy， and religious ceremonies. Aquilaria is an endangered genus due to the excessive exploitation of its precious agarwood， while not all Aquilaria species can produce agarwood effectively or different Aquilaria species produce agarwood with distinctive fragrances and price. Therefore， it is an important task to improve the identification methods of Aquilaria species. In order to identify the Aquilaria species， the leaf anatomical structures of selected Aquilaria species were compared in this study. The mature leaves of the six Aquilaria species （Thymelaeaceae） were studied with light microscopy and paraffin sectioning， and twelve quantitative traits of the leaves were measured and analyzed. The result showed that the leaf structures of six Aquilaria species were similar. All leaves showed the xerophytic feature. All leaves were typical bifacial type and were composed of epidermis， mesophyll and vein. The epidermis consisted of single layer epidermal cells. The upper epidermis were much thicker than the lower epidermis. The sunken stomata existed only in lower epidermis which was sporadically covered by hairs. The stomata were of anomocytic type. The mesophyll was well developed which were composed of palisade parenchyma， spongy parenchyma and lithocyst. The palisade parenchyma was composed of 1-2 layers of cylindrical cells， in which many rectangular lithocyst arranged perpendicularly to the epidermis. The hypodermis was located in spongy parenchyma， which was composed of idioblasts. The micrib belonging to bicollateral bundle was well developed. The bundle sheath and pith both contain a number of idioblasts. ANOVA analysis showed that the eleven quantitative traits were significantly different among six species， except for ratio of palisade to spongy tissue. Clustering analysis showed that six species were clustered into three main groups. Group 1 consisted of A. sinensis， A. crassna and A. banaensis； Group 2 consisted of A. baillonii and A. malaccensis； Group 3 only consisted of A. yunnanensis. The results provides some new information for the species identification， but also is of great significance for the conservation and utilization of Aquilaria spp.

Key words： Aquilaria， anatomical structure， leaf， agarwood

瑞香科（Thymelaeaceae）沉香屬（Aquilaria）植物為熱帶及亞熱帶常綠喬木，是生產珍稀沉香的最主要植物資源。全世界約有15種，分布于緬甸、泰國、越南、老撾、柬埔寨、印度東北部及不丹、馬來半島、蘇門答臘、加里曼丹等地（中國植物志編輯委員會，2004）。我國有沉香屬植物2種：白木香（A. sinensis）和云南沉香（A. yunnanensis）（中國植物志編輯委員會，2004），其中白木香是國產沉香的正品植物資源（國家藥典委員會，2015）。由于過度伐樹結香和自然環(huán)境的破壞，導致包括白木香在內沉香屬野生資源瀕臨滅絕，目前沉香屬植物均被列入了《瀕危野生動植物種國際貿易公約》附錄II（CITES，2004），其國際貿易必須在管制下進行。

不同沉香樹種產生的沉香具有不同的香味和藥用屬性（Chen et al， 2012），因此不同沉香樹種間的經濟價值差異較大。過去主要依據花和果實的特征對沉香屬植物進行分類和鑒定（Lee et al， 2016），但這只能在開花結果期進行。申彥晶等（2008）利用ISSR和ITS建立的系統(tǒng)樹得到的聚類結果相近卻不完全相同。Lee et al（2016）選擇trnLtrnF和ITS2組合對沉香屬進行研究，獲得較好結果。為保證結果的可靠性，DNA條形碼鑒定必須和傳統(tǒng)的形態(tài)分類緊密結合起來。葉片是植物進行光合作用、呼吸作用和蒸騰作用等生理代謝活動的重要器官，葉片的解剖結構特征與植物的遺傳特性及生態(tài)環(huán)境密切相關，常作為鑒定種質的重要手段（常雪剛等，2011） 。趙翾和趙樹進（2007）采用UPGMA法對國內不同居群的白木香葉片形態(tài)特征進行聚類分析，按照地理位置聚成4組。目前依據葉片微形態(tài)對沉香屬植物進行分類和鑒定的研究未見報道。因此，本研究對引種到海南興隆熱帶藥用植物園的六種沉香屬植物葉片的解剖學特征做了比較和分析，旨在為沉香屬植物的物種鑒定提供解剖學依據，同時對沉香屬植物的合理開發(fā)利用具有重要的意義。

1材料與方法

1.1 材料

供試沉香屬六種植物見表1。供試材料均采自海南興隆熱帶藥用植物園沉香種植基地，2015年8月選取健康植株上完整成熟的葉片，在葉片1/2處取主脈及相鄰的側部，切成5 mm × 5 mm的小塊作為切片材料，每種取10個葉片。

1.2 方法

1.2.1 制片方法將切片材料固定于FAA溶液中，經抽氣，酒精脫水，二甲苯透明，石蠟包埋等過程制成蠟塊，Lecia RM2215石蠟切片機上切片，厚度

8 μm，番紅-固綠染色，加拿大樹膠封片。撕取上下表皮制成臨時裝片。

1.2.2 圖片采集和數據統(tǒng)計分析在Nikon 80i型生物顯微鏡下觀察、拍照，測量其解剖結構的數量性狀。測量指標包括：葉片厚度、葉上下表皮細胞厚度、柵欄組織厚度、海綿組織厚度、主脈厚度、氣孔密度。每個性狀測量20個數值。利用Microsoft Excel 2007和SPSS19.0軟件進行統(tǒng)計分析。

2 結果與分析

2.1 表皮細胞的結構特征

沉香屬六種植物葉片的上下表皮均由單層細胞構成，細胞形狀不規(guī)則，大小不等，彼此間緊密嵌合（圖版Ⅰ、Ⅱ），上下表皮上具有較厚的角質膜。上表皮細胞厚度明顯大于下表皮細胞厚度（表2）；上表皮細胞厚度總平均值為25.6 μm，其中A. crassna上表皮厚度最大（28.8 μm），顯著大于A. baillonii （23.8 μm）和A. yunnanensis（23.8 μm）。下表皮厚度總平均值為14.8 μm，變異系數為13.5%，其中A. crassna下表皮厚度最大（16.9 μm），顯著大于A. baillonii柬埔寨（11.9 μm）和白木香A. sinensis（13.5 μm）（表2）。氣孔僅分布在下表皮上，微下陷；保衛(wèi)細胞腎形，外圍由幾個普通表皮細胞不規(guī)則圍繞，無副衛(wèi)細胞（圖版Ⅱ）。氣孔密度約148個·mm2，變異系數為10.1%。氣孔密度除白木香和云南沉香間存在顯著差異外，其他植物間差異均不顯著（表2）。下表皮上還零星分布著由單個細胞形成的表皮毛（圖版Ⅱ：C，F(xiàn)）。

2.2 葉肉的結構特征

六種沉香屬植物的葉肉組織主要由含有葉綠體的薄壁細胞組成，根據細胞形態(tài)和胞間隙的不同，分為柵欄組織和海綿組織（圖版Ⅲ）。柵欄組織緊貼上表皮，由1～2層排列比較緊密的長圓柱狀細胞構成，染色較深（圖版Ⅲ：A-F）。海綿組織位于柵欄組織的下方，細胞形態(tài)不規(guī)則，含有葉綠體較少，排列疏松，胞間隙大（圖版Ⅲ：A-F）。在六種沉香屬葉片中，柵欄組織總平均厚度為30.2 μm，變異系數為4.8%，其中A. banaensis柵欄組織最厚，為38.3 μm，顯著大于A. crassna（24.8 μm），A. malaccensis（28.3 μm）和A. yunnanensis（25.8 μm）柵欄組織的厚度（表2）；海綿組織厚度的平均值為104.6 μm，變異系數為8.6%，其中A. banaensis的海綿組織最厚（133.4 μm），顯著厚于其他5種沉香屬植物（表2）。植物柵欄組織與海綿組織的比值反映了柵欄組織的發(fā)育程度，比值越大，其柵欄組織越發(fā)達，越有利于植物的生長。通過多重比較發(fā)現(xiàn)，六種沉香屬植物柵海比總平均值為0.29，各種間差異不顯著（表2）。

除柵欄組織和海綿組織細胞外，在六種沉香屬植物葉肉細胞中我們均觀察到了下皮層和長方晶體（圖版Ⅲ：A-F）。下皮層緊貼下表皮，由一層排列較整齊，染色較深的異細胞組成（圖版Ⅲ：B，C，E，F(xiàn)）。長方晶體從上表皮開始，穿過柵欄組織，深入到海綿組織中部（圖版Ⅲ：A-F）。

2.3 葉脈的結構特征

沉香屬植物的葉片為網狀脈，具有一條明顯的主脈，沿主脈分出多條纖細平行的側脈。六種沉香屬植物葉片主脈解剖特征類似，均為雙韌維管束（圖版Ⅳ：A-F）。在主脈橫切面上，被番紅染成紅色的圓環(huán)狀木質部，由1～3列徑向排列的導管分子與1列木射線薄壁細胞相間排列構成（圖版Ⅳ： A-F）。環(huán)狀木質部外側為外生韌皮部，外生韌皮部中分布著染色較深的異細胞，在異細胞外側則是十分發(fā)達的成環(huán)狀排列的木質部外纖維（圖版Ⅳ：A-F）。環(huán)狀木質部內側為較發(fā)達的內生韌皮部。主脈的中心為大型的薄壁細胞和染色較深的異細胞組成的髓部（圖版Ⅳ）。統(tǒng)計分析后發(fā)現(xiàn)A. yunnanensis（云南）主脈最厚，約732.2 μm，與A. banaensis（535.0 μm）、A. crassna（610 μm）和A. sinensis（591 μm）存在顯著性差異（表2）。葉主脈維管束的高度平均為364.1 μm，寬度平均為502.7 μm，A. yunnanensis主脈維管束的高度和寬度顯著大于其他沉香屬植物（表2）。主脈維管束內異細胞個數平均為8.9個，其中A. yunnanensis中顯著多于A. baillonii，A. crassna和A. banaensis。側脈總平均值為50條，A. yunnanensis的側脈條數最少為38條，顯著少于其他5種沉香植物（表2）。

2.4 聚類分析

利用SPSS軟件對葉片厚度，葉脈條數，主脈厚度，主脈維管束高度，主脈維管束寬度，表皮厚度，氣孔密度和柵欄與海綿組織的厚度及其比值等12個解剖學性狀數據（表3）進行聚類分析， 可將六種沉香屬植物聚為3個組（圖版Ⅴ）。A. sinensis（白木香）、A. crassna和A. banaensis聚為一類；A. baillonii和A. malaccensis聚為一類；A. yunnanensis（云南沉香）單獨為一類 ，與以上兩組的距離較遠。其中A. sinensis（白木香）和A. crassna關系最近。

3討論與結論

在適應自然環(huán)境的過程中，植物逐漸演化出各種各樣的比較穩(wěn)定的外部形態(tài)和內部結構（陳樹思和唐為萍，2005； 吳濤等，2013）。葉片是植物進行光合作用、氣體交換及蒸騰作用的主要器官（胡正海，2010； 招禮軍等，2014），其所處環(huán)境的水分供應情況和光照情況是影響葉片形態(tài)和內部結構的重要因素。因此，葉片結構可以從一定程度上反應植物對環(huán)境的適應性和進化機制（招禮軍等，2014） 。

沉香屬植物分布在多高溫、少低溫，多臺風、干濕季分明，紫外線強的國家和地區(qū)，其葉片逐漸演化出適應此種環(huán)境的結構特征。六種沉香屬植物葉片的整體解剖結構基本一致，為典型的異面葉，上下表皮各一層，表皮毛較少，柵欄組織1～2層，海綿組織中有較大的胞間隙，柵海比約為0.29，表現(xiàn)出中生植物的特點。六種沉香屬植物葉片都具有微下陷的氣孔、發(fā)達的輸導組織和內生韌皮部，并含有大量的晶體和異細胞等，均表現(xiàn)出典型的旱生特征。

葉片表皮細胞排列緊密，具有較厚的角質膜，可以防止熱帶亞熱帶地區(qū)高溫下水分的過度散失（陳樹思和唐為萍，2005），同時，還有助于沉香屬植物順利地度過降水稀少的干季。另外氣孔僅分布在下表皮上，且氣孔微下陷，都是抗旱性強的標志（陳樹思和唐為萍，2005）。祁如虎等（1998）在研究高山植物時發(fā)現(xiàn)葉片內的異細胞在抵御干旱和短期低溫等方面具有重要的意義，同時在抵抗太陽輻射及強紫外輻射等方面也發(fā)揮著重要的作用，因此我們認為沉香屬葉片內大量存在的異細胞在抵御熱帶亞熱帶環(huán)境中強紫外輻射、干旱和短期低溫等方面發(fā)揮著一定的作用。植物體內的晶體可以改變細胞的滲透勢，提高吸水和保水能力；同時晶體還與植物防御，解毒、光的聚集和反射等相適宜（朱廣龍等，2014）。因此葉表皮下長方晶體的存在，可能是沉香屬植物應對強光，干旱和有害物質等逆境的積極適應方式。葉脈的主要功能是輸導和支持作用。在熱帶和亞熱帶地區(qū)， 植物葉脈中的內生韌皮部對植

物抗拒水分過度散失具有一定的生態(tài)學意義（陳樹思和唐為萍，2005）。葉脈中大量存在的木質部外纖維，可能是沉香屬植物積極應對臺風一種方式。

本研究中發(fā)現(xiàn)除柵海比外，葉片厚度，葉脈數，主脈厚度，主脈維管束的高度、寬度，上下表皮厚度，氣孔密度，柵欄組織和海綿組織的厚度等11項數量指標在六種植物間差異均達到顯著水平。通過進一步的聚類分析發(fā)現(xiàn)，A. sinensis（白木香）、A. crassna和A. banaensis親緣關系較近，聚為一類，A. baillonii和A. malaccensis聚為一類，A. yunnanensis與它們的關系較遠，單獨為一類。申彥晶等（2008）利用ITS序列聚類分析發(fā)現(xiàn)，A. sinensis與A. crassna聚為一類，A. yunnanensis與A. sinensis親緣關系比較遠，而與A. rugosa親緣關系較近，這與本研究的結果比較相近。但是Lee et al（2016）綜合matK+tmLtmF+ITS2序列聚類分析表明A. sinensis和A. yunnanensis親緣關系較近，而與A. malaccensis的親緣關系較遠。以上研究結果存在一定的差異，可能與取樣有關，也有可能與研究方法不同有關。下一步我們將收集更多的沉香屬植物，利用形態(tài)學，DNA條形碼和生物化學等多種技術深入研究沉香屬植物的親緣關系，對沉香屬植物進行精確的分類和鑒定，為沉香屬植物資源的合理開發(fā)與保護等提供理論依據。

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