八種蕨類植物葉表皮形態(tài)特征的比較

梁曉華，王云虎，李學(xué)梅，徐成東*

(1. 楚雄師范學(xué)院化學(xué)與生命科學(xué)學(xué)院，云南 楚雄675000;

2. 滇中高原生物資源開發(fā)與利用研究所，云南 楚雄675000;

3. 云南大學(xué)生命科學(xué)院，云南 昆明650091)

蕨類植物的葉表皮特征是其分類的重要理論依據(jù)之一。通過比較鐵角蕨屬的長生鐵角蕨(Asplenium prolongatum)、石生鐵角蕨(A. saxicola )、細(xì)裂鐵角蕨(A. tenuifolium )、鐵角蕨科的鳥巢蕨(A. nidus)、鳳尾蕨科的溪邊鳳尾蕨(Pteris excelsa )和鳳尾蕨(P. cretica var. nervosa )、蕨科的野稚尾金粉蕨(Onychium japonicum )和栗柄金粉蕨(O. lucidum)8 種蕨類植物的葉表皮微形態(tài)特征，分析總結(jié)其異同點(diǎn)，說明葉表皮微形態(tài)特征在蕨類植物分類中的作用。至今通過觀察蕨類葉表皮微形態(tài)而對(duì)蕨類進(jìn)行分類的研究也有相關(guān)報(bào)道，主要體現(xiàn)在1999 年張耀甲等人對(duì)我國本土的水龍骨科蕨類植物的氣孔器類型及系統(tǒng)學(xué)意義做了一定的研究［1］;隨后，李艷暉等人也對(duì)我國不同地區(qū)不同蕨類植物的葉表皮也做了一定的研究［2～3］;在這些研究中，對(duì)鐵角蕨科及鐵角蕨屬植物葉表皮的微形態(tài)特征研究是比較少的，其中有2010 年王任翔等人對(duì)我國西南地區(qū)鐵角蕨科蕨類植物葉表皮微形態(tài)特征做了相關(guān)的研究，同時(shí)也研究了其系統(tǒng)學(xué)意義等［4］。

植物組織臨時(shí)裝片技術(shù)是植物學(xué)研究的基礎(chǔ)性技能和重要工具，在觀察植物葉表皮細(xì)胞及其周圍組織有重要的意義［5］。蕨類植物葉表皮的形態(tài)特征在不同種、不同屬、不同科之間存在很大的差異，通過觀察比較不同蕨類植物的葉表皮的形態(tài)特征，可以初步判斷蕨類植物之間的親緣關(guān)系，進(jìn)而對(duì)蕨類植物做出分類。以此研究結(jié)果與已有的分類研究結(jié)果比較，發(fā)現(xiàn)其結(jié)果是否有所相符。與此相關(guān)的研究領(lǐng)域有對(duì)鱗毛蕨科8 種蕨類植物以及對(duì)鳳丫蕨屬6 種植物葉表皮特征的研究［6～7］。

葉片是植物基本的營養(yǎng)器官，對(duì)于蕨類植物，有些葉片還作為生殖的主要器官，葉片對(duì)蕨類植物的生存和繁殖有著不可替代的作用。同時(shí)，葉表皮的微形態(tài)，尤其是氣孔器的特征也可作為蕨類植物分類的依據(jù)之一。因此對(duì)蕨類植物的葉表皮進(jìn)行制片，觀察其表皮的細(xì)胞形狀、氣孔器的特征有著重要的作用［8］。

本研究對(duì)鐵角蕨屬3 種蕨類植物和其它科屬的蕨類植物的葉表皮特征進(jìn)行初步研究比較，主要對(duì)其細(xì)胞形狀、氣孔器特征進(jìn)行比較。同時(shí)，對(duì)容易生長孢子的蕨類植物的孢子也進(jìn)行比較，以及比較各種蕨類植物的表皮是否有表皮毛，對(duì)結(jié)果進(jìn)行分析比較與探討［9～12］。

1. 材料與方法

1.1 材料

材料為鐵角蕨屬(Asplenium)三種植物:長生鐵角蕨(A. prolongatum)、石生鐵角蕨(A.saxicola )、細(xì)裂鐵角蕨(A. tenuifolium )、鐵角蕨科的鳥巢蕨(A. nidus)、鳳尾蕨科的溪邊鳳尾蕨(P. excelsa)和鳳尾蕨(P. cretica var. nervosa )、蕨科的野稚尾金粉蕨(O. japonicum )和栗柄金粉蕨(O. lucidum )。

1.2 器材、試劑

1.2.1 器材

UB100I Series 型光學(xué)顯微鏡、XXT -100X 型解剖鏡、相機(jī)、載玻片、蓋玻片、鑷子、解剖剪、解剖刀、濾紙、擦鏡紙、記錄本、記錄筆、毛筆、膠頭滴管、燒杯、培養(yǎng)皿。

1.2.2 試劑

蒸餾水。

1.3 實(shí)驗(yàn)方法

1.3.1 葉片上、下表皮毛的觀察及葉邊緣的形態(tài)觀察

分別選取長勢良好、新鮮的8 種不同蕨類植物的成熟葉片，不作任何處理的放置在培養(yǎng)皿中，然后置于XXT-100X 型解剖鏡下進(jìn)行觀察，分別觀察其上下表皮是否有表皮毛，待調(diào)整觀察到清晰畫面時(shí)，做好觀察記錄。同時(shí)，在視野中找到葉片的邊緣部分，由于有些蕨類植物的葉片比較大，并且多回生產(chǎn)復(fù)葉，所以只能選擇葉片最小的單位，觀察其邊緣的形態(tài)，并做好記錄。

1.3.2 葉片上、下表皮及附屬物的觀察

分別選取長勢良好、新鮮的8 種不同蕨類植物的成熟葉片。有孢子的葉片，先記錄孢子生長的部位，再用培養(yǎng)皿盛裝置于XXT -100X 型解剖鏡下對(duì)孢子進(jìn)行觀察，分別用不同倍數(shù)的物鏡進(jìn)行觀察，直到觀察到清晰完整的孢子形態(tài)，并拍照。然后用解剖刀輕輕刮去葉表皮的孢子，再用清水把葉片上下表皮的雜物洗凈，自然風(fēng)干，置于培養(yǎng)皿中用XXT -100X 型解剖鏡對(duì)上下表皮進(jìn)行觀察，直至觀察到清晰的葉表皮，拍照記錄。

1.3.3 葉片上、下表皮細(xì)胞的制片觀察

同樣選取長勢良好、新鮮的8 種不同蕨類植物的成熟葉片，對(duì)于有孢子的植物葉片，先用解剖刀輕輕刮去孢子，用清水洗凈，自然風(fēng)干。培養(yǎng)皿中盛裝一定量的蒸餾水，待葉片自然風(fēng)干，先用解剖剪從葉片的一端把葉片橫向剪平，再用鑷子分別輕輕撕取葉片的上、下表皮，每一側(cè)的表皮盡可能多的撕取幾片，撕取的上、下表皮分別置于兩個(gè)盛有蒸餾水的培養(yǎng)皿中［10～12］。

取出載玻片和蓋玻片洗凈擦干，用膠頭滴管在中央滴一滴蒸餾水，用毛筆挑取一片比較薄的表皮，置于載玻片的水滴上，用鑷子夾取蓋玻片蓋上，制成臨時(shí)裝片(每一種臨時(shí)裝片盡可能多做幾個(gè)，選擇其中效果最好的一個(gè)進(jìn)行進(jìn)一步觀察)。如果制作的臨時(shí)裝片水分太多，可以用濾紙從一側(cè)把部分水分吸出。

把臨時(shí)裝片置于UB100I Series 型光學(xué)顯微鏡下觀察。首先用低倍鏡進(jìn)行觀察，找到裝片比較滿意的視野，把該視野移至物鏡視野中央，轉(zhuǎn)換高倍鏡進(jìn)行觀察，待觀察到清晰的細(xì)胞形態(tài)時(shí)，進(jìn)行拍照。觀察的同時(shí)，要注意尋找有無氣孔的存在，若有，對(duì)清晰的氣孔也進(jìn)行拍照。

2. 結(jié)果與分析

2.1 葉片上、下葉表皮外形特征與葉緣特點(diǎn)

在所觀察的8 種蕨類植物材料中，上、下表皮均未觀察到表皮毛。其中，長生鐵角蕨、石生鐵角蕨、細(xì)裂鐵角蕨和鳥巢蕨這4 種鐵角蕨科的葉表皮有類似蠟質(zhì)的物質(zhì)，并且4 種葉片整體上顯得比較肥厚，使得這4 種植物葉表皮的光澤比較好，葉肉也比較多。其它4 種蕨類植物與鐵角蕨科的4 種植物相比，葉表皮光澤就顯得比較暗，葉片也沒有那么肥厚。

從成熟葉的最小單位的葉緣形態(tài)來看，長生鐵角蕨的葉緣基本為平滑的直線;石生鐵角蕨的葉緣呈不規(guī)則的鈍齒狀;細(xì)裂鐵角蕨的葉緣也是直線的，在最小單位葉的尖端呈2 ～5 個(gè)不等的鋸齒狀;鳥巢蕨的葉緣呈微微的波浪狀，幅度非常之小，又近似直線一樣的形態(tài)。溪邊鳳尾蕨的葉緣則是小葉基部部分為直線狀，靠近葉尖部分，葉緣呈鋸齒比較淺的鋸齒狀，并且越靠近葉尖，鋸齒直徑越小，鋸齒也越深;鳳尾蕨在葉緣形態(tài)上亦是葉基部呈直線狀，靠近葉尖則呈不規(guī)則的淺鋸齒狀;野稚尾金粉蕨的葉緣呈不規(guī)則的數(shù)目不等的鈍齒狀;栗柄金粉蕨在葉緣形態(tài)上呈比較規(guī)則的深鋸齒狀。

從孢子的形態(tài)來看，可能由于葉片在發(fā)育和分化上的原因，在所觀察的8 種蕨類植物中，只在長生鐵角蕨、石生鐵角蕨、細(xì)裂鐵角蕨和栗柄金粉蕨4 種植物中觀察到了孢子的存在，且4 種蕨類植物的孢子都只存在于葉片下表皮，其他4 種尚未能觀察到孢子的存在及形態(tài)。具體形態(tài)是:長生鐵角蕨孢子為較細(xì)、較長的形態(tài);石生鐵角蕨的孢子呈細(xì)而長的形態(tài);細(xì)裂鐵角蕨的孢子呈較粗、較長的形態(tài);栗柄金粉蕨的孢子則呈較粗、較短似橢圓的形態(tài)。

2.2 葉片上、下表皮細(xì)胞形態(tài)與氣孔器特征

在實(shí)驗(yàn)所觀察的8 種蕨類植物中，其細(xì)胞形狀各不相同，氣孔器特征也不盡相同。但所有蕨類植物的氣孔器均分布在下表皮，上表皮均未發(fā)現(xiàn)氣孔器的存在。

圖Ⅰ UB100I Series 型光學(xué)顯微鏡下8 種蕨類植物葉表皮微形態(tài)(40 ×10)Fig. ⅠUB100I Series optical microscope 8 fern leaf epidermal micro morphology of (40 * 10)1，2. 長生鐵角蕨;3，4. 石生鐵角蕨;5，6. 細(xì)裂鐵角蕨;7，8. 鳥巢蕨;9，10. 溪邊鳳尾蕨;11，12. 鳳尾蕨;13，14. 野稚尾金粉蕨;15，16. 栗柄金粉蕨;1，3，5，7，9，11，13，15. 上表皮;2，4，6，8，10，12，14，16.下表皮1，2A. prolongatum;3，4 A. saxicola;5，6 A. tenuifolium;7，8A. nidus;9，10 P. excelsa.;11，12 P. cretica var. nervosa ;13，14 O. japonicum;15，16 O. lucidum;1，3，5，7，9，11，13，15.The upper epidermis;2，4，6，8，10，12，14，16.The lower epidermis;

由表2 -1 和圖Ⅰ中可以看出，從細(xì)胞形狀來看，長生鐵角蕨的表皮細(xì)胞壁是凹凸的曲線狀，整個(gè)細(xì)胞則表現(xiàn)為比較長的不規(guī)則的長條形，氣孔周圍分布有似月牙的特殊細(xì)胞(圖Ⅰ-1);石生鐵角蕨的表皮細(xì)胞壁亦是凹凸不規(guī)則的曲線，多數(shù)整體細(xì)胞表現(xiàn)為較長的不規(guī)則的長條形，少數(shù)整體細(xì)胞則表現(xiàn)為不規(guī)則的菱形(圖Ⅰ-3);細(xì)裂鐵角蕨的細(xì)胞壁也是凹凸不規(guī)則的曲線，多數(shù)整體細(xì)胞呈較細(xì)長的長條形，少數(shù)細(xì)胞則較不規(guī)則，一些位于氣孔周圍的細(xì)胞則呈兩端比較鈍的月牙形(圖Ⅰ-5);鳥巢蕨的細(xì)胞壁亦呈凹凸不規(guī)則的曲線，從整體細(xì)胞來看，多數(shù)細(xì)胞比較粗短，細(xì)胞壁凹凸程度比較大，位于氣孔周圍的細(xì)胞亦有部分呈似月牙形(圖Ⅰ-7)。

溪邊鳳尾蕨的細(xì)胞壁呈大幅度的凹凸曲線，整體細(xì)胞之間以類似齒輪的方式相接，個(gè)體細(xì)胞的四周分布比較不均勻(圖Ⅰ-9);鳳尾蕨的細(xì)胞壁仍然是凹凸幅度很大的曲線，細(xì)胞之間也是以類似齒輪的方式相接，但個(gè)體細(xì)胞分布極其不均勻(圖Ⅰ-11);野稚尾金粉蕨的細(xì)胞壁呈凹凸曲線，上表皮細(xì)胞多數(shù)呈比較細(xì)長的長條形，而下表皮細(xì)胞多數(shù)為不規(guī)則的鈍齒狀，少數(shù)細(xì)胞表現(xiàn)為細(xì)長的長條形(圖Ⅰ-13);栗柄金粉蕨的細(xì)胞壁依然是凹凸的曲線，上表皮亦多數(shù)呈細(xì)長的長條形，下表皮多數(shù)亦是不規(guī)則的鈍齒狀，少數(shù)為細(xì)長的長條形(圖Ⅰ-15)。

由圖Ⅰ中可以看出，從氣孔器來看，長生鐵角蕨的氣孔器一般由兩個(gè)副衛(wèi)細(xì)胞圍繞著保衛(wèi)細(xì)胞，副衛(wèi)細(xì)胞與其他細(xì)胞有很大差異，近似月牙狀(圖Ⅰ-2);石生鐵角蕨的氣孔器亦是由形狀似月牙形的副衛(wèi)細(xì)胞圍繞著保衛(wèi)細(xì)胞，副衛(wèi)細(xì)胞區(qū)別于其他細(xì)胞(圖Ⅰ-4);細(xì)裂鐵角蕨的氣孔器由數(shù)個(gè)副衛(wèi)細(xì)胞圍繞著保衛(wèi)細(xì)胞，有一個(gè)或兩個(gè)副衛(wèi)細(xì)胞形似月牙，區(qū)別于其他細(xì)胞(圖Ⅰ-6);鳥巢蕨的氣孔器由數(shù)個(gè)形狀不一致的副衛(wèi)細(xì)胞圍繞著保衛(wèi)細(xì)胞，每一個(gè)氣孔器至少有一個(gè)形似月牙的副衛(wèi)細(xì)胞(圖Ⅰ-8)。

溪邊鳳尾蕨的氣孔器是由一個(gè)類似馬蹄形的副衛(wèi)細(xì)胞和其他正常的細(xì)胞圍繞保衛(wèi)細(xì)胞組成，類似馬蹄形的細(xì)胞幾乎包圍了兩個(gè)保衛(wèi)細(xì)胞，且細(xì)胞的兩側(cè)都比較平滑(圖Ⅰ-10);鳳尾蕨的氣孔器由一個(gè)內(nèi)側(cè)比較平滑，而外側(cè)與其他細(xì)胞基本一致的副衛(wèi)細(xì)胞和其他正常細(xì)胞圍繞著保衛(wèi)細(xì)胞而成，馬蹄形的副衛(wèi)細(xì)胞也幾乎包圍了兩個(gè)保衛(wèi)細(xì)胞(圖Ⅰ-12);野稚尾金粉蕨的氣孔器由一個(gè)內(nèi)側(cè)平滑似月牙，而外側(cè)與其它細(xì)胞一致的副衛(wèi)細(xì)胞和其它細(xì)胞組成，多數(shù)氣孔器有3 個(gè)副衛(wèi)細(xì)胞，少數(shù)有2 個(gè)或4 個(gè)副衛(wèi)細(xì)胞(圖Ⅰ-14);栗柄金粉蕨的氣孔器由2 ～5 個(gè)不規(guī)則的副衛(wèi)細(xì)胞組成，其中至少有一個(gè)副衛(wèi)細(xì)胞的內(nèi)側(cè)平滑似月牙，外側(cè)與其它細(xì)胞基本一致(圖Ⅰ-16)。

3. 結(jié)論與討論

綜合以上實(shí)驗(yàn)觀察以及對(duì)葉表皮細(xì)胞形狀和氣孔器特征的分析可以看出，不同科蕨類植物之間葉片的外部形態(tài)有很大的差異;不同蕨類植物之間在細(xì)胞形狀和氣孔器特征的形態(tài)上也有很大的差異;而同一種屬或是同一科屬之間都能夠找到相似的形態(tài)結(jié)構(gòu)。這些實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分類學(xué)所研究的結(jié)果是一致的，由此說明以上特征可作為蕨類植物分類的重要理論依據(jù)。

從實(shí)驗(yàn)及觀察結(jié)果來看，4 種鐵角蕨科的植物葉片都比較肥厚，并且表面有一層似蠟質(zhì)的物質(zhì)，使得這4 種鐵角蕨科的植物葉片光澤比較好，葉肉也比較多;而其它4 種蕨類的葉片與之相比更薄一些，葉肉也較少，葉片的光澤亦是比較差。

3 種鐵角蕨屬植物的細(xì)胞形狀都是不規(guī)則的長條形，鳥巢蕨的細(xì)胞呈較粗短的形態(tài)，鳳尾蕨科的兩種植物的細(xì)胞均類似的不規(guī)則，且細(xì)胞間像齒輪一樣相接在一起，而蕨科的兩種植物的上表皮細(xì)胞呈長條形，下表皮細(xì)胞則多數(shù)呈不規(guī)則的鈍齒狀;觀察到的3 種鐵角蕨屬植物的孢子形態(tài)均呈長條形，或較粗短，或較細(xì)長，相似度比較高;而另外觀察到的栗柄金粉蕨的孢子則呈比較粗而短的似橢圓形的形態(tài)。因此，把這8 種蕨類植物分為不同的科屬是合理的。

從氣孔器來看，鐵角蕨屬氣孔器的多數(shù)副衛(wèi)細(xì)胞都有至少有一個(gè)是月牙形的，且這種月牙形的細(xì)胞區(qū)別于其它細(xì)胞;鳥巢蕨的氣孔器也通常存在一個(gè)月牙形的區(qū)別于其它細(xì)胞的副衛(wèi)細(xì)胞，且副衛(wèi)細(xì)胞較3 種鐵角蕨屬植物的多;蕨科的兩種植物氣孔器的多數(shù)副衛(wèi)細(xì)胞靠近內(nèi)側(cè)呈馬蹄形包圍著保衛(wèi)細(xì)胞，且?guī)缀跬耆鼑吮Ｐl(wèi)細(xì)胞;而蕨科的兩種植物則多數(shù)為不等細(xì)胞型氣孔器。整體來看，8 種蕨類植物在氣孔器特征上亦存在很大的差異，而在同一科的植物卻能找到相似的氣孔器特征，因此，根據(jù)氣孔器的特征把他們分為不同的科屬也是合理的。

［1］張耀甲，于海峰，盧云霞，等. 國產(chǎn)水龍骨科植物的氣孔器類型及系統(tǒng)學(xué)意義［J］. 蘭州大學(xué)學(xué)報(bào)，1999，35 (2):130—139.

［2］李艷暉，劉斌，劉曉玲，等. 山西產(chǎn)13 種蕨類植物葉表皮特征的觀察［J］. 山西大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版)，2004，27 (4):397—401.

［3］徐成東，陳艷萍，馮建孟，等. 云南20 種蕨類植物葉表皮微形態(tài)特征研究［J］. 植物研究，2012，32 (1):10—11.

［4］王任翔，陸樹剛. 中國西南地區(qū)鐵角蕨科植物葉表皮微形態(tài)及其系統(tǒng)學(xué)意義［J］. 廣西植物，2010，30 (6):749—750.

［5］ 曹建國，戴錫玲，王金喜. 植物學(xué)實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)［M］. 北京:科學(xué)出版社，2010:8.49—53.122.

［6］梁曉華，賀彪. 鱗毛蕨科8 種蕨類植物葉表皮特征的比較形態(tài)學(xué)研究［J］. 甘肅農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，2013，48 (3):167—168.

［7］戴錫玲，王金喜，李新國，等. 鳳丫蕨屬6 種植物葉表皮特征的研究［J］. 植物研究，2009，29 (1):33—38.

［8］張亞冰，王秀云，洪亞平，等. 植物葉表皮制片方法的改進(jìn)［J］. 安徽農(nóng)業(yè)科學(xué)，2008，36 (29):12683—12689.

［9］盧元. 國產(chǎn)羽節(jié)蕨屬(蹄蓋蕨科)的系統(tǒng)學(xué)研究［D］. 西北大學(xué)，2010:9—10.

［10］陳擁軍，張憲春，季夢成，等. 九連山自然保護(hù)區(qū)蕨類植物區(qū)系研究［J］. 江西農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，2002，24 (1):78—81.

［11］Lee PH，Lin TT，Chou WL. Phenology of 16 species of ferns in a subtropical forest of northeastern Taiwan ［J］J Plant Res，2009，122:62—63.

［12］Nee ZL，Gu ZJ，Sun H. Cytological study of Tibetia (Fabaceae)in the Hengduan Mountains region，China ［J］. J Plant Res，2002，115:17—18.