金毛狗孢子體顯微結(jié)構(gòu)研究

劉光華，左有為，肖鐵江

（懷化學(xué)院1.生物與食品工程學(xué)院；2.民族藥用植物資源研究與利用湖南省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，湖南懷化418008）

金毛狗孢子體顯微結(jié)構(gòu)研究

劉光華1，2，左有為1，肖鐵江1

（懷化學(xué)院1.生物與食品工程學(xué)院；2.民族藥用植物資源研究與利用湖南省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，湖南懷化418008）

金毛狗為國家Ⅱ級(jí)重點(diǎn)保護(hù)野生植物和著名的藥用植物，取其孢子體進(jìn)行顯微結(jié)構(gòu)觀察和分析，結(jié)果如下：（1）金毛狗的不定根其橫切面從外向內(nèi)依次為表皮層、皮層和中柱三層.中柱為星狀中柱類型，木質(zhì)部的發(fā)育方式是外始式.（2）金毛狗葉脈是原始的羽狀分離脈序.小羽軸和中脈包括表皮、厚角組織和維管柱三部分.表皮外有角質(zhì)層，內(nèi)有發(fā)達(dá)的厚角組織.中脈為原生中柱類型，小羽軸為網(wǎng)狀中柱類型.（3）根狀莖由表皮、皮層、中柱及髓構(gòu)成.表皮細(xì)胞結(jié)構(gòu)扁平，細(xì)胞壁較厚，與皮層之間界限參差不齊，外側(cè)密被金黃色的節(jié)狀毛.緊接表皮下的皮層細(xì)胞壁加厚，呈金黃色；皮層有大量淀粉粒分布.中柱為典型的多環(huán)網(wǎng)狀中柱，包括外環(huán)中柱和內(nèi)環(huán)中柱，木質(zhì)部的主要成分是螺紋管胞.髓位于中部，由薄壁細(xì)胞構(gòu)成.（4）金毛狗孢子體的顯微結(jié)構(gòu)既表現(xiàn)出許多進(jìn)化特征，也顯示出一些原始特征，體現(xiàn)其在高等蕨類植物中處于中間類型的地位.

金毛狗；孢子體；顯微結(jié)構(gòu)

金毛狗（Cibotium barometz）屬真蕨亞門、蚌殼蕨科多年生高大蕨類植物，我國僅1屬1種，為國家Ⅱ級(jí)保護(hù)植物[1]和著名的藥用植物[2]，據(jù)《神農(nóng)本草本經(jīng)》中記載：其味苦甘、性溫，有止血、補(bǔ)肝腎、強(qiáng)腰、祛風(fēng)濕的功效；其茸毛外用治療外傷出血.金毛狗整個(gè)植株的大型羽狀葉四季常綠、雅致清新，在園林中是十分奇特的觀賞植物，具有良好的開發(fā)前景.金毛狗的根狀莖密被金色長柔毛，狀似絨毛玩具狗，可作為很好的裝飾品.陳曉端等人對(duì)金毛狗進(jìn)行了孢子微形態(tài)學(xué)的研究[3]；許重遠(yuǎn)等人對(duì)其化學(xué)成分、生藥做了詳細(xì)的研究[4-7]；伍蓮等人對(duì)其多樣性分化及群落特征進(jìn)行了研究[8-10]；鄧洪平等人則集中對(duì)其發(fā)育過程進(jìn)行了相關(guān)研究[11-17]；國外對(duì)金毛狗屬孢子體的內(nèi)源赤霉素有研究[18]，對(duì)金毛狗孢子體顯微結(jié)構(gòu)的研究還未見報(bào)道.

1 材料與方法

1.1 實(shí)驗(yàn)材料

金毛狗采自懷化市通道侗族自治縣木腳鄉(xiāng)龍底村.不定根、葉保存于FAA固定液，根狀莖保存于-4℃冰箱.

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

1.2.1 材料預(yù)處理

選取新鮮的不定根、根狀莖和葉分別切成合適大小，放入FAA固定液中固定至少24 h.將不定根切成5 mm左右的一段，葉片沿葉脈切成寬約3 mm、長約5 mm小片，根狀莖切成長5 mm、寬和高約3 mm的小塊，分別裝入貼好標(biāo)簽的小玻璃瓶中.用自來水沖洗3次，每次2 h，然后用蒸餾水浸沒過夜.

1.2.2 切片制作

前期處理的材料用Ehrich蘇木精染色，浸洗，2%的氨水堿處理；然后用酒精梯度脫水，二甲苯透明，石蠟飽和透蠟，包埋、固著及修整后，在Leica RM2245輪轉(zhuǎn)式切片機(jī)上切片；將切好的蠟帶移到載玻片，置于40℃烘片機(jī)上進(jìn)行展片干燥，經(jīng)二甲苯的梯度脫蠟后，用加拿大樹膠進(jìn)行封片.

1.2.3 顯微觀察與記錄

選取金毛狗孢子體各組成部分的切片，在Nikon Eclipse80i和Nikon ACT-2U系統(tǒng)下顯微觀察與拍攝[19]，分析其結(jié)構(gòu)特征.

圖版Ⅰ金毛狗根的顯微結(jié)構(gòu)

圖版Ⅱ金毛狗葉的形態(tài)和顯微結(jié)構(gòu)

2 結(jié)果

2.1 不定根的顯微結(jié)構(gòu)

金毛狗的根為不定根，一般有一級(jí)和二級(jí)不定根之分，其橫切面從外向內(nèi)依次為表皮、皮層、中柱三部分.

表皮：根最外面一層排列緊密的細(xì)胞（圖版I：1，2），向外一側(cè)細(xì)胞壁略加厚，保護(hù)著內(nèi)部的皮層薄壁細(xì)胞.許多表皮細(xì)胞向外突起形成根毛（圖版I：3），承擔(dān)吸收水和無機(jī)鹽的功能.

皮層：皮層組織位于表皮和中柱之間，在二級(jí)根中，一般有2-3層細(xì)胞；在一級(jí)根中則達(dá)到7-10層的細(xì)胞（圖版I：3，5）.皮層占根橫切面很大比例，有內(nèi)外皮層之分，外皮層為靠近表皮的幾層細(xì)胞，細(xì)胞大而細(xì)胞壁較薄（圖版I：3），越向內(nèi)，細(xì)胞漸小而胞壁加厚，變成了厚壁細(xì)胞，并出現(xiàn)大量的色素（圖版I：4）.最內(nèi)的一層細(xì)胞為內(nèi)皮層，其細(xì)胞成一薄層，把皮層與中柱隔開（圖版I：5），橫切面上其細(xì)胞呈明顯的長方形.

圖版Ⅲ金毛狗根狀莖的顯微結(jié)構(gòu)

中柱：金毛狗中柱類型為原生中柱中的星狀中柱（圖版I：6）.根的中央全為木質(zhì)部，呈輻射狀.輻射角的尖端為原生木質(zhì)部，是較早分化成熟的，管徑小而管壁厚，后生木質(zhì)部靠近軸心，是較晚分化的，管徑較大，為外始式發(fā)育方式.中柱外圍與內(nèi)皮層相毗鄰的地方有一層或者幾層薄壁細(xì)胞組成的中柱鞘（圖版I：6）.

2.2 葉的顯微結(jié)構(gòu)

金毛狗的葉片常為三回羽狀復(fù)葉，羽片橫切從外到里依次為表皮、葉肉和中柱.

葉脈：金毛狗的葉脈側(cè)脈單一，其葉脈類型是原始的羽狀分離脈序；葉脈從羽片下側(cè)分出來，所以是下行脈序（圖版II：1）.

表皮：表皮細(xì)胞一層（圖版II：2，3），細(xì)胞壁較厚，細(xì)胞腔小，大小較為一致，為長方形.表皮細(xì)胞外壁上覆有角質(zhì)層，表皮下分布有少量厚角組織（圖版II：4）.

葉肉：葉肉是位于表皮與中柱之間的細(xì)胞群，這些細(xì)胞體積一般較大，細(xì)胞壁較薄，結(jié)構(gòu)也較為疏松，它們?cè)谌~脈橫切中占有較大比例.

中柱：位于中央部分，呈柱狀，但小羽軸的中柱中部靠近下表皮的一面向內(nèi)凹陷（圖版II：2），這種結(jié)構(gòu)與葉柄的向地一面向內(nèi)凹的外形結(jié)構(gòu)極為類似.中柱的外面是內(nèi)皮層（圖版II：5），這一層細(xì)胞將維管柱和薄壁細(xì)胞鮮明地隔開，它們結(jié)構(gòu)扁平，排列緊密，在橫切面上將木質(zhì)部和韌皮部圍在中間.中柱中間全為初生木質(zhì)部，外周為韌皮部，為原生中柱（圖版II：6）.在小羽軸橫切中，中柱有被分成一束束的趨勢，其中柱類型為網(wǎng)狀中柱（圖版II：5）.

2.3 根狀莖的顯微結(jié)構(gòu)

金毛狗根狀莖由于連接根和葉，結(jié)構(gòu)相對(duì)復(fù)雜.基本結(jié)構(gòu)中有表皮、皮層、中柱及髓（圖版III：1，2）.

表皮：金毛狗根狀莖最外層的表皮細(xì)胞密被金黃色的表皮毛，這些表皮毛是多細(xì)胞節(jié)狀結(jié)構(gòu)（圖版III：3）.表皮細(xì)胞結(jié)構(gòu)扁平，細(xì)胞壁較厚，表皮與皮層之間界限參差不齊，有些老莖表皮破裂.

皮層與髓：介于表皮和中柱之間的組織稱皮層組織（圖版III：4）.表皮下的幾層細(xì)胞壁加厚，呈金黃色，有的有淀粉粒（圖版III：4，6），有的沒有（圖版III：5）.髓部位于中部，由薄壁細(xì)胞構(gòu)成（圖版III：2）.皮層最內(nèi)側(cè)為內(nèi)皮層，是由一層薄壁細(xì)胞構(gòu)成，細(xì)胞相對(duì)較小，包圍在中柱外側(cè)（圖版III：6）.

中柱：金毛狗的中柱位于根狀莖內(nèi)部，由外環(huán)中柱和內(nèi)環(huán)中柱構(gòu)成（圖版III：7，8，9），其中外環(huán)中柱由多束中柱組成，為典型的多環(huán)網(wǎng)狀中柱（圖版III：7）.中柱內(nèi)部為初生木質(zhì)部，周圍是初生韌皮部，而初生韌皮部外再圍著內(nèi)皮層（圖版III：10）.在內(nèi)環(huán)中柱上常有通向葉或不定根的維管束（圖版III：11），外環(huán)中柱在橫剖面上看被割成一束束，這就成了網(wǎng)狀中柱.在這些中柱中，初生木質(zhì)部的主要成分是螺紋管胞（圖版III：12）.

3 討論

金毛狗在系統(tǒng)進(jìn)化地位上，處于真蕨亞門薄囊蕨綱蚌殼蕨科，其有許多進(jìn)化特征，但也有部分原始特征.金毛狗孢子體的顯微結(jié)構(gòu)也與這一規(guī)律相吻合.

3.1 根

金毛狗的根有一個(gè)很明顯的特點(diǎn)是不具備形成層，所以在完成初生生長后，并不進(jìn)行次生生長，在此后的生長過程中根的直徑也不再無限增大，根中只有初生結(jié)構(gòu)，不具備次生結(jié)構(gòu).金毛狗不定根外具根毛，內(nèi)有發(fā)達(dá)的厚壁組織，是較進(jìn)化的具吸收能力的真根，但其中柱類型仍為原始的原生中柱.

根的中央為木質(zhì)部所占，呈輻射狀，輻射角的尖端為原生木質(zhì)部，是較早分化成熟的，管徑小而管壁厚，后生木質(zhì)部靠近軸心，是較晚分化的，管徑較大.木質(zhì)部呈外始式的分化成熟方式，它縮短了營養(yǎng)物質(zhì)由根毛經(jīng)過皮層到達(dá)管胞的途徑，對(duì)保證物質(zhì)的快速運(yùn)輸有其積極的意義[20].

3.2 葉

金毛狗葉的上表皮有角質(zhì)層的存在，可以減少水分的散失；表皮下有發(fā)達(dá)的厚角組織和厚壁組織，可支撐起長達(dá)2-3 m的大型羽狀復(fù)葉.厚角組織有一定堅(jiān)韌性，并具有可塑性和延伸性，既可以支持器官的直立，又適應(yīng)于器官的迅速生長[20].金毛狗葉脈類型是較原始的羽狀分離脈序，中柱是既有原始的原生中柱也有較進(jìn)化的網(wǎng)狀中柱類型，運(yùn)輸系統(tǒng)并不甚發(fā)達(dá).

3.3 莖

金毛狗根狀莖最外層的表皮細(xì)胞密被金黃色的表皮毛，它們起源于表皮細(xì)胞，為節(jié)狀結(jié)構(gòu).長長的表皮毛能很好地保護(hù)內(nèi)部組織，減緩水分散失.另外，金毛狗根狀莖中含有大量的厚壁組織，薄壁組織中富含淀粉，其中柱類型為較進(jìn)化的多環(huán)網(wǎng)狀中柱.這些特征都表明金毛狗具有一定的抵御不良環(huán)境的能力.

在金毛狗孢子體顯微結(jié)構(gòu)中，原始和進(jìn)化的特征并存，它有原生中柱向散生中柱方向發(fā)展的趨勢[21].不同的中柱類型和演化息息相關(guān)，金毛狗中柱形成的過程及有何進(jìn)化意義值得進(jìn)一步研究.另外，在金毛狗孢子體顯微結(jié)構(gòu)中我們發(fā)現(xiàn)了大量的含色素的厚壁組織，它們時(shí)常出現(xiàn)在不定根和葉的形成部位.這些結(jié)構(gòu)除具備保護(hù)和支持作用外，還有何其他作用，其產(chǎn)生的機(jī)制又是什么，也值得去探究.

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Study on Microstructure of the Sporophyte of Cibotium barometz

LIU Guang-hua1，2，ZUO You-wei1，XIAO Tie-jiang1
（1.The College of Biology and Food Engineering；2.Key Laboratory of Research and Utilization of Ethnomedicinal Plant Resources of Hunan Province，Huaihua University，Huaihua，Hunan，418008）

Cibotium barometz，the famous medicinal plants，belonged to the secondary protected wild plants in the country that take its sporophyte microscopic observation of analysis，the results are as follows：（1）From the outside to the inside Cibotium barometz's transverse section can be divided into three parts，covering the epidermis layer，the cortex and the stele.the stele is actinostele and the differentiation of the xylem is exarch.（2）Cibotium barometz's veins are the original pinnate separation veins.Rachis of pinnule and midrib included the epidermis，the parenchyma tissue and the vascular cvlinder.The cuticle has the epidermis outside，with well-developed collenchyma inside.The midrib is protostele，while the small plume is the type of dictyostele.（3）Rhizomes consist of epidermis，cortex，stele and pith. Epidermal cell has a flat structure，thicker cell walls，and its boundaries between the cortices and epidermis cells is uneven，outside densely covered with golden ganglioneous hair.The thicken cell walls of cortex that immediately below the epidermis are golden，and there is a lot of amyloid in cortex cell.Stele is typically polycyclic dictyostele，including the stele of outer ring and the stele of inner ring.The main components of the xylem is spiral tracheid.Pith is located in the central.Its pith is located in the central，consists of parenchyma cells.（4）The microstructure of sporophyte of Cibotium barometz shows not only many evolution features，but also some original ones.That shows Its middle status in the field of higher fens.

Cibotium barometz；sporophyte；microstructure

Q942

A

1671－9743（2017）05－0009－05

2017-04-27

湖南省“十二五”植物學(xué)重點(diǎn)建設(shè)學(xué)科資助項(xiàng)目（201142）；湖南省高校科技創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)支持計(jì)劃資助項(xiàng)目（2010212）；湖南省教育廳一般項(xiàng)目（15C1088）；湖南省懷化市科技局科技計(jì)劃指導(dǎo)性項(xiàng)目（201404）.

劉光華，1972年生，男，重慶石柱人，講師，研究方向：藥用植物學(xué).