探秘植物葉片微觀結(jié)構(gòu)及其應(yīng)用

尹天齊

【摘要】：植物分類研究，是一項(xiàng)科學(xué)而重要的工作。本文從微觀視角，觀察與探究相似葉片的微觀結(jié)構(gòu)，并以此區(qū)分植物不同種類。從體式顯微鏡的觀察中，我們發(fā)現(xiàn)不同植物甚至是葉片非常相似的植物的葉片表面的微觀結(jié)構(gòu)也可能是有很大區(qū)別的，植物葉片的微觀結(jié)構(gòu)是植物分類鑒別的重要依據(jù)，并保存不同植物的微結(jié)構(gòu)圖片，豐富植物鑒別數(shù)據(jù)。

【關(guān)鍵詞】：植物，微觀，比對(duì)，顯微鏡，分類

【引言】： 科學(xué)課上，老師教我們可以通過(guò)葉子的外形辨別植物的種類，如葉脈、葉形等。當(dāng)我走進(jìn)植物園發(fā)現(xiàn)有很多外形相似的葉子，尤其秋天地上的落葉來(lái)自不同的植物，僅從葉子外形很難分辨。利用植物葉片形態(tài)進(jìn)行分類鑒別已經(jīng)得到廣泛應(yīng)用，而利用微觀形態(tài)進(jìn)行植物分類鑒別則相對(duì)較少，另外，即使分類專家在鑒別難以區(qū)分的物種時(shí)，微觀也會(huì)成為重要參考依據(jù)，但由于科學(xué)儀器發(fā)展的限制，微觀形態(tài)照片并沒(méi)有大量保存。即使我們?cè)L問(wèn)一些專業(yè)植物鑒別網(wǎng)站，植物葉片的微觀結(jié)構(gòu)圖片也是有著大量缺失的，有待進(jìn)一步的補(bǔ)充。本實(shí)驗(yàn)?zāi)康脑谟隍?yàn)證植物微觀形態(tài)的重要性，并保存其微觀照片以作為后續(xù)其他人研究時(shí)的參考，豐富植物鑒別數(shù)據(jù)，并為進(jìn)一步的計(jì)算機(jī)圖片鑒別提供可靠材料。

1、實(shí)驗(yàn)材料與工具

體式顯微鏡一臺(tái)、計(jì)算機(jī)一臺(tái)、植物樣本袋若干

2、實(shí)驗(yàn)步驟

1） 采集兩片來(lái)自不同樹木、外形相似的葉子，并標(biāo)注物種名稱。

2） 觀察兩片葉子的外形，葉脈形狀，拍照記錄。

3） 用顯微鏡觀察第一片葉子，在計(jì)算機(jī)上保存圖片。

4） 用顯微鏡觀察第二片葉子，在計(jì)算機(jī)上保存圖片。

5） 詳細(xì)觀察兩片葉子的微觀圖片，分別記錄它們微觀特征。

6） 選擇另外兩組葉子，重復(fù)上面的步驟。

3、觀察結(jié)果

通過(guò)對(duì)外形相似葉片的微觀結(jié)構(gòu)觀察，大部分不同物種的微觀結(jié)構(gòu)呈現(xiàn)不同的狀態(tài)，如氣孔形狀、氣孔分布疏密度、絨毛長(zhǎng)短等。

首先，從圖中可以發(fā)現(xiàn)玉蘭枯葉的氣孔形態(tài)保持仍然完好，這說(shuō)明植物葉片不會(huì)因?yàn)榈袈涠淖儦饪仔螒B(tài)；其次，從木蘭科的幾個(gè)物種看來(lái)，二喬木蘭與玉蘭的氣孔形態(tài)較為相近，天目木蘭和望春玉蘭的氣孔形態(tài)較為相近；而玉蘭葉片氣孔密度相對(duì)來(lái)說(shuō)要比二喬木蘭要高，天目木蘭的氣孔密度與望春玉蘭的氣孔密度相差不明顯。

對(duì)比可以發(fā)現(xiàn)，玉蘭葉片的氣孔小，排列緊密；二喬木蘭葉片的氣孔大，排列緊密。另外， 玉蘭葉片與二喬木蘭葉片上的絨毛分布差別也較為明顯。這一組葉片通過(guò)顯微鏡能夠清楚地分辨出來(lái)。

對(duì)比可以發(fā)現(xiàn)，毛白楊與加州白楊葉片背面氣孔及形狀都比較相似，但加州白楊葉片正面有較多氣孔，而毛白楊葉片正面上幾乎沒(méi)有氣孔。這一組葉片通過(guò)顯微鏡也能比較清楚地分辨出來(lái)。

紫薇與郁香忍冬的葉片外觀形態(tài)極為相似，一般人員直接鑒別困難，借助體式顯微鏡我們可以看到郁香忍冬葉片背面的葉脈部位有絨毛，而紫薇葉片葉脈部位則比較光滑，另外從葉片正面來(lái)看其形態(tài)也有較大區(qū)別；郁香忍冬的氣孔密度要小

還有部分外形相似的葉片，其微觀結(jié)構(gòu)也很類似，如不清楚其物種類別，很難鑒別分類。

對(duì)比可以發(fā)現(xiàn)，歐洲白榆葉片上的氣孔較小 ，分布稠密；垂枝榆葉片上的氣孔也較小，分布稠密。這一組葉片的微觀照片也很相似，通過(guò)顯微鏡很難分辨出來(lái)。

植物葉片氣孔器的分布、密度、形態(tài)等特征穩(wěn)定，氣孔器縱徑、橫徑、縱徑與橫徑比值、孔徑等各項(xiàng)數(shù)值離散程度低，數(shù)據(jù)穩(wěn)定，且不同種類植物葉片的氣孔器具有不同的特征；因此基于氣孔器特征的植物葉片樣品的微觀形態(tài)分析可適用于法庭科學(xué)領(lǐng)域相關(guān)物證的檢驗(yàn)鑒定[1]。

4、討論

通過(guò)對(duì)外觀形態(tài)相似的不同植物葉片的微觀形態(tài)觀察，我們發(fā)現(xiàn)植物的微觀結(jié)構(gòu)能明顯的將不同植物區(qū)別開來(lái)，這與國(guó)內(nèi)其他研究結(jié)果一致[2][4][5]。

盡管利用植物微觀形態(tài)進(jìn)行植物鑒別已經(jīng)得到廣泛應(yīng)用，植物的微觀形態(tài)結(jié)構(gòu)圖片保存還存有較大缺口，進(jìn)行植物分類鑒別將極度依賴專業(yè)分類人員，若能利用專業(yè)人員觀察的微觀形態(tài)圖片，則非專業(yè)人員根據(jù)已經(jīng)確定的微觀形態(tài)的照片也可以進(jìn)行分類鑒別；另外，由于能將微觀形態(tài)以圖片形式進(jìn)行存儲(chǔ)，非專業(yè)人員依靠現(xiàn)在高速發(fā)展的網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行專家求助或借助自動(dòng)分析軟件，也能達(dá)到精確鑒別的目的，打破時(shí)空限制。

基于葉片圖像進(jìn)行計(jì)算識(shí)別的研究在國(guó)內(nèi)外已經(jīng)得到快速發(fā)展[3]，但植物葉片的微觀結(jié)構(gòu)的圖片還有待補(bǔ)充和完善，我們所進(jìn)行的植物葉片微觀形態(tài)的觀察，不僅可補(bǔ)充植物葉片微觀形態(tài)鑒別內(nèi)容，還能為將來(lái)進(jìn)一步利用植物微觀形態(tài)圖片進(jìn)行計(jì)算機(jī)深度學(xué)習(xí)鑒別植物物種提供基礎(chǔ)材料。

根據(jù)我們的實(shí)驗(yàn)觀察，植物葉片的微觀形態(tài)不是植物鑒別的唯一依據(jù)，不同的植物的某些微觀形態(tài)可能會(huì)有相似結(jié)構(gòu)，尤其是同科及同屬植物，因此，在進(jìn)行植物物種鑒別時(shí)，應(yīng)將其微觀形態(tài)與植物其他形態(tài)特征進(jìn)行結(jié)合。

參考文獻(xiàn)

[1] 基于氣孔器特征的植物葉片微觀形態(tài)的鑒別，夏攀等，理化檢驗(yàn)：物理分冊(cè)2013年第6期 371-374頁(yè)，391頁(yè)；

[2] 大青屬6種藥用植物葉片的顯微鑒別研究，喬娟娟等，現(xiàn)代中藥研究與實(shí)踐，2016年03期，10-15；

[3] 基于葉片圖像的植物鑒別技術(shù)研究進(jìn)展，邵新慶等，甘肅農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，2010年02期，156-160；

[4] 北細(xì)辛及其近緣植物葉片顯微結(jié)構(gòu)比較研究， 歐陽(yáng)艷飛等，特產(chǎn)研究，2016年03期，36-41

[5] 基于藥材性狀及顯微組織特征的芫花條與其混淆品的鑒別， 金艷等，中國(guó)中藥雜志，http：//kns.cnki.net/kcms/detail/11.2272.R.20171030.1834.024.html . DOI：10.19540/j.cnki.cjcmm.20171030.012.