遼東地區(qū)堇菜屬植物葉表皮結構研究

莊達彬 司雯 張彥文 趙驥民

摘? ? 要：針對15種堇菜屬植物葉上、下表皮的氣孔密度、氣孔長寬比、表皮毛密度和長度等微形態(tài)進行了研究，探討了表皮微形態(tài)結構在該屬種間分類的意義。結果顯示：堇菜屬植物的葉表皮結構存在明顯差異，氣孔主要為不等型，上表皮氣孔密度小、下表皮氣孔密度大;其中，堇菜上表皮氣孔密度最高達到65.00個/mm2，毛柄堇菜下表皮氣孔密度最高達到325.83個/mm2;氣孔長寬比顯示，堇菜屬植物均為橫列型氣孔，紫花地丁的上表皮氣孔長寬比最大，大葉堇菜下表皮氣孔長寬比最大。而在表皮毛密度和毛長度方面，東北堇菜、毛柄堇菜沒有或稀有表皮毛，紫花地丁上表皮沒有表皮毛，維西堇菜、南山堇菜、東方堇菜下表皮不具表皮毛，其余植物上、下表皮均具有表皮毛且長度存在明顯差異。

關鍵詞：遼東;堇菜屬;植物葉表皮結構;研究

文章編號： 1005-2690（2020）23-0025-03? ? ? ?中圖分類號： R282.71? ? ? ?文獻標志碼： B

堇菜屬是林奈于1753年以香堇菜（Viola odorata L.）為模式種而建立，是一種堇菜科、堇菜屬植物，為一年生或多年生草本植物，具直立或匍匐地上莖。兩性花，呈兩側分布。堇菜屬植物具有種類多、分布廣、形態(tài)類似顯著的特點，目前全世界有超過500余種，《中國植物志》記載我國產有111種，《東北植物檢索表》中記載東北42種、1變種及4變型，《遼寧植物志》中記載遼寧已知約31種、5變型[1-3]，其中遼東是我國東北部地區(qū)堇菜屬植物分布的中心。堇菜屬植物大部分是具有二態(tài)混合交配系統(tǒng)的植物，由開花受精花（chasmogamous，CH）和閉花受精花（cleistogamous，CL）構成，春季先出現(xiàn)開花受精花，夏秋季出現(xiàn)閉花受精花。

堇菜屬是一個形態(tài)相似性較強的屬，許多種之間不易辨別，在1993年國內便有學者針對區(qū)域性堇菜的種及亞種進行研究[4]。隨著對堇菜屬植物利用價值的開發(fā)，近年來針對其做形態(tài)學研究的文獻日益豐富。杜倩倩等研究了9種堇菜屬植物的顯微形態(tài)及其藥用價值[5];王曉丹等分析了南京堇菜屬植物資源狀況和園林應用價值[6];楊姍姍等從生物技術的應用層面，分析了堇菜屬植物具有的藥用及園林價值[7];在形態(tài)學研究方面，翟強等分析了遼寧主要的堇菜屬植物，得出幾種堇菜屬植物氣孔類型不規(guī)則、形態(tài)與表皮細胞存在一定差異的結論[8];王旭紅等針對南京地區(qū)6種堇菜屬植物葉表皮結構進行了顯微分析，得出了紫花堇菜、毛果堇菜、心葉堇菜、蔓莖堇菜等上、下表皮細胞結構及氣孔分布情況[9];柏景珊等分析了14種堇菜屬植物下表皮顯微形態(tài)，表明了不同堇菜的顯微形態(tài)存在明顯差異[10]。雖然目前相關研究較多，但針對特定區(qū)域堇菜屬植物的具體研究仍然不足，本研究能夠進一步彌補堇菜屬植物葉表皮形態(tài)結構研究的不足，為堇菜屬植物的分類提供更多證據(jù)。

1? ?材料與方法

1.1? ?研究材料

堇菜屬植物的試驗材料均采集于遼東山區(qū)，共計15種，分別隸屬于堇菜屬的2個亞屬，其中須毛柱頭堇菜亞屬1種，其他均屬于堇菜亞屬。參照《中國植物志》《遼寧植物志》及《丹東地區(qū)的生物多樣性》[11]等，對種名進行了鑒定，物種名稱及采集地見表1 [12]。

1.2? ?研究方法

采集15種堇菜屬植物的新鮮葉片，分別取3個葉片帶回實驗室，用清水沖洗干凈，采用指甲油涂抹撕取法，撕取其上、下表皮。

1.2.1? ?植物葉氣孔裝片制取

使用不含色彩的透明指甲油，利于鏡檢材料透光。取植物葉片將指甲油均勻涂抹于取材部位上，使其自然晾干3～8 min（受風、光照等影響，晾干所需時間不等），等指甲油涂抹層干燥出現(xiàn)離口時，用鑷子夾住離口處撕下已干的指甲油涂抹層，或用鑷子小心地撕出離口，再從離口處撕取葉表皮，將指甲油涂抹層與葉片接觸的一面，展在滴有均勻KI液的載玻片上，蓋上蓋玻片，用解剖針的鈍端或手指端遮上濾紙輕壓蓋玻片，使有氣孔的指甲油涂抹層平展在KI液層，并將氣泡擠壓出蓋玻片，用濾紙吸干周圍KI液，即完成臨時裝片[13]。在顯微鏡下觀察15種堇菜屬植物葉上、下表皮的氣孔、表皮毛及葉表皮形態(tài)并記錄統(tǒng)計，所有觀察結果均采用BA410E顯微鏡觀察，用moticam 2506照相。

1.2.2? ?鏡檢觀察

（1）使用40倍物鏡的顯微鏡進行觀察，每個葉片的上、下表皮隨機選取10個不同的視野，上、下表皮各30個視野，統(tǒng)計氣孔數(shù)。

計算植物上、下表皮氣孔密度的公式是：氣孔密度=視野氣孔平均數(shù)/視野面積。用以測量視野中的氣孔長度（L）和寬度（W），計算植物上、下表皮氣孔長寬比。

（2）使用10倍物鏡的顯微鏡進行觀察，每個葉片的上、下表皮隨機選取10個不同的視野，上、下表皮各30個視野，統(tǒng)計表皮毛數(shù)。

計算植物上、下表皮的表皮毛密度的公式是：表皮毛密度=視野表皮毛平均數(shù)/視野面積。用以測量視野中的表皮毛長度，計算后得出一個種類的表皮毛長度。

2? ?結果與分析

2.1? ?堇菜屬植物氣孔密度

由表2、圖1可知，15種堇菜屬植物的下表皮氣孔密度都大于上表皮氣孔密度，其中堇菜上表皮氣孔密度最大，達到65.00個/mm2;東方堇菜、鳳凰堇菜、雞腿堇菜、南山堇菜、毛柄堇菜的上表皮可能不具有氣孔分布;毛柄堇菜下表皮的氣孔密度最大，為325.83個/mm2;鳳凰堇菜的下表皮氣孔密度最小，為80.00個/mm2，整體氣孔分布稀疏。

堇菜屬植物的上表皮氣孔密度小或無氣孔、下表皮的氣孔密度大，不同種間也存在差異，說明不同種堇菜在葉表皮顯微結構方面具有明顯差異。從圖1可以清晰看到，堇菜屬植物上、下表皮氣孔分布的差異，該結果對堇菜屬植物的分類和區(qū)分也有很大的參考價值。

2.2? 氣孔長寬比數(shù)據(jù)及表皮毛密度

由表2堇菜屬植物上、下表皮氣孔密度、長寬比和表皮毛密度、長度數(shù)據(jù)可知：①氣孔長寬比數(shù)據(jù)顯示，其上、下表皮氣孔均為橫列型橢圓形氣孔，紫花地丁上表皮氣孔長寬比最大，達到4.03;大葉堇菜下表皮長寬比最大，為2.63;上表皮最小的為堇菜，僅2.29;下表皮氣孔長寬比最小的為毛柄堇菜，僅2.08;下表皮的氣孔長寬比較為接近。②表皮毛密度方面，除東北堇菜和毛柄堇菜上、下表皮均無表皮毛;紫花地丁上表皮沒有發(fā)現(xiàn)表皮毛，維西堇菜、東方堇菜、南山堇菜下表皮無表皮毛外，其余種上、下表皮均具有表皮毛;斑葉堇菜的上、下表皮毛密度均最大，分別是0.22根/mm2、6.12根/mm2。③表皮毛長度不一，鳳凰堇菜的上、下表皮毛長度均最長，分別為579.12μm、465.95μm。同一種間的表皮毛長度差異不是很明顯，不同種間的差異較大。

3? ?討論與結論

葉片作為植物體最重要的營養(yǎng)器官，是植物進化過程中對環(huán)境變化比較敏感且可塑性較大的器官，與植物抗旱性密切相關，易受到水熱等微環(huán)境的影響而發(fā)生變化[14]。葉既是植物光合作用和蒸騰作用的場所，也是呼吸器官;葉的表皮具較多氣孔，是與外界進行氣體交換的門戶，也是水汽蒸騰的通道。不同植物的氣孔數(shù)、形態(tài)結構和分布有差異。本試驗中觀察的15種堇菜葉表皮結構呈現(xiàn)多樣化，氣孔密度差異明顯且形態(tài)各異，有的不具備表皮毛，有的只有上表皮毛、無下表皮毛。

堇菜亞屬種類多、結構變化大，植物葉表皮微形態(tài)可以為屬種間的分類提供依據(jù)[15]。本研究中涉及堇菜屬2個亞屬7個組。為進一步識別和認知堇菜屬植物提供了一定的參照資料，對其葉片上、下表皮氣孔和表皮毛進行研究，對于開發(fā)和利用豐富的堇菜屬植物資源具有重要的意義。在研究上、下表皮微形態(tài)特征的基礎上，可以根據(jù)氣孔和表皮毛特征，篩選出適合園林領域應用的抗旱性植物。

參考文獻：

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