紅花紫荊葉片顯微結(jié)構(gòu)觀察研究

周育娟

(廣東省肇慶市高要區(qū)小湘鎮(zhèn)農(nóng)業(yè)綜合服務(wù)中心，廣東 肇慶 526122)

1 引言

葉是樹木生長發(fā)育中非常重要的器官，可進行光合作用、合成有機物質(zhì)、進行蒸騰作用、提供根系吸收水分和礦物質(zhì)的重要動力。樹木葉片的形態(tài)特點、表皮特征和基本組織結(jié)構(gòu)與樹木對環(huán)境的適應(yīng)性有密切關(guān)系[1,2]。目前，對熱帶亞熱帶樹木葉片顯微結(jié)構(gòu)及其與抗逆性的關(guān)系已有一些研究，如龍眼(Dimocarpuslongan)葉片顯微結(jié)構(gòu)與光合作用和抗逆性的關(guān)系[3]、荔枝(LitchiChinensis)葉片細胞結(jié)構(gòu)緊密度與荔枝品種耐寒性的關(guān)系[4]、芒果(Mangiferaindica)葉片顯微結(jié)構(gòu)及其在品種鑒定中的意義[5]，但迄今報道的樹種有限。紅花紫荊(Bauhiniablakeana)，又名紅花羊蹄甲，是蘇木科羊蹄甲屬常綠或半落葉喬木，在廣東、廣西、云南、臺灣等地區(qū)栽培較廣，花朵形態(tài)富于動感，一年中可多次開花，花期長、花量大，冬季依然花朵盛開、花繁色艷，是著名園林綠化樹種[6,7]，1989年被廣東省珠海市選為市樹[8]。近期的研究還表明，紅花紫荊花色素是一種水溶性花青素，含量高，無毒性，耐光性和熱穩(wěn)定性較強，在食品工業(yè)上可能具有良好的應(yīng)用前景[9,10]。目前，紅花紫荊葉片顯微結(jié)構(gòu)特點及其與環(huán)境適應(yīng)性的關(guān)系未見報道，羊蹄甲屬其他樹種也均未見有相關(guān)報道。本文對此進行了觀察研究。

2 材料與方法

紅花紫荊葉片采自作者培育的2年生苗中部的成齡葉，每個代表性植株各采1張葉片，共4張(4次重復(fù))。用刀片切取靠近主葉脈基部的部分，切成3～5mm見方的小片放入FAA溶液中固定，用常規(guī)石蠟切片法制作切片，番紅-固綠染色，樹膠封片，切片厚度為10～12 μm。使用切片顯微分析系統(tǒng)MvImage(寧波舜宇儀器有限公司)對切片進行觀察、測量、拍照。測量前用標(biāo)配的1 mm(分度值為0.1 mm)標(biāo)尺在顯微分析系統(tǒng)中進行定距，換算出能測出實際數(shù)值的比例尺。測定項目主要是表皮的各項指標(biāo)(上下表皮細胞厚度、上下表皮細胞的長與寬、角質(zhì)層等)、葉肉的各組織厚度(表皮、柵欄組織、海綿組織等)、葉脈的各項指標(biāo)(維管束面積、木質(zhì)部面積等)以及特殊結(jié)構(gòu)指標(biāo)(氣孔等)。觀察中，及時記錄每個顯微結(jié)構(gòu)的數(shù)據(jù)，多次反復(fù)測量，最后得出的每個重復(fù)(切片)各項指標(biāo)的平均值用于本文分析。相關(guān)的幾個指標(biāo)的計算公式是：組織結(jié)構(gòu)疏松度(SR)=海綿組織厚度/葉片厚度；組織結(jié)構(gòu)緊密度(CTR)=柵欄組織厚度/葉片厚度；柵欄組織厚度/海綿組織厚度(PTT/STT)；葉脈突起度(VPD)=葉脈厚度/葉片厚度。

3 結(jié)果及分析

3.1 葉表皮顯微結(jié)構(gòu)特征

紅花紫荊葉片上、下表皮均覆蓋有明顯的角質(zhì)層，上表皮角質(zhì)層平均厚6.32 μm,最厚處達6.98 μm，下表皮角質(zhì)層平均厚3.76 μm,最薄處為3.25 μm。上、下表皮均由一層細胞構(gòu)成，細胞形態(tài)存在較大差異：上表皮細胞近似長方形或圓形偏扁，大部分細胞形態(tài)排列緊密但不規(guī)則。下表皮細胞比較有規(guī)律，形狀近似六面體偏圓。上表皮較厚、細胞較長、細胞體積較大，細胞長度和寬度的平均值分別為24.53 μm和11.67 μm，細胞長/寬平均值為2.515 μm；下表皮較薄、細胞較短、細胞體積較小，細胞長度與寬度對應(yīng)的平均值分別為21.76 μm和8.39μm，細胞長/寬平均值為2.81 μm。因此，上表皮細胞寬度和長度均較下表皮的稍大(圖1(a)，表1)。

圖1 紅花紫荊葉片橫切面顯微結(jié)構(gòu)(400 ×)

表1 紅花紫荊葉片表皮橫切面顯微結(jié)構(gòu)主要指標(biāo)

3.2 葉肉顯微結(jié)構(gòu)特征

紅花紫荊葉片橫切面總厚度平均值為88.39 μm，但差異較大，最厚處達110.93 μm，最薄處為68.26 μm。葉肉結(jié)構(gòu)總體上比較疏松，組織間隙數(shù)量多及體積大，柵欄組織和海綿組織分化顯著：柵欄組織大部分由一層細胞構(gòu)成，僅極少部分散布在組織間隙中，厚度平均為32.71 μm，最厚為37.28 μm、最薄為25.62 μm；海綿組織厚度平均為53.77 μm，細胞排列比較緊密，細胞形狀主要為橢圓形，且大部分細胞呈現(xiàn)多層無規(guī)則狀重疊，同樣僅有少部分細胞散亂地分布在組織間隙中，而集中出現(xiàn)的海綿組織薄壁細胞往往高度重疊并連接起上表皮和下表皮；葉片柵欄組織/海綿組織、組織結(jié)構(gòu)緊密度、組織結(jié)構(gòu)疏松度的值平均分別為1.35、0.42、0.77(圖1(b)，表2)。

表2 紅花紫荊葉肉組織顯微結(jié)構(gòu)主要指標(biāo)

3.3 葉脈顯微結(jié)構(gòu)特征

紅花紫荊葉脈維管束呈近圓形，周圍有大量薄壁細胞，多層厚角組織分布在外圍，平均面積為297042.23 μm2。葉脈處的表皮細胞多為圓形且排列緊密，平均厚度和突起度分別為747.08和8.96 μm，但和葉肉組織不同，細胞體積較小、間隙也小。木質(zhì)部由導(dǎo)管、管胞、木纖維和木薄壁組織組成，是運輸水分和無機離子的運輸組織，此外，還有支持植物體的作用。測試和計算結(jié)果表明面積達到2523916.12 μm2，占據(jù)維管束大部分，木質(zhì)部/維管束平均值為0.63(圖1(c)，表3)。

表3 紅花紫荊葉脈顯微結(jié)構(gòu)主要指標(biāo)

4 討論

植物葉片形態(tài)顯微結(jié)構(gòu)對環(huán)境因子的變化響應(yīng)敏感，能夠通過多種方式表現(xiàn)，葉片形態(tài)、表皮特征和基本組織結(jié)構(gòu)等都會隨環(huán)境因子的變化而呈現(xiàn)出適應(yīng)性的變化[11]。紅花紫荊葉片表皮角質(zhì)層比較厚，表皮細胞排列較緊密，葉肉細胞的間隙比較大，維管束鞘發(fā)達，可限制水分的非氣孔性散失，這些特點有利于水分運輸和保持，表明其耐熱抗旱性較強。葉片角質(zhì)層厚，柵欄細胞發(fā)達，海綿組織/柵欄組織的比值較小，且表皮、木質(zhì)部及維管束的相對面積較小，而韌皮部相對面積較大，這些特征則表明紅花紫荊具有強陽性植物的特點，栽培中應(yīng)注意其光生態(tài)環(huán)境。

葉肉是葉片發(fā)揮光合作用和進行蒸騰作用最為關(guān)鍵的部和重要場所[12]。紅花紫荊的葉肉細胞排列比較緊密，柵欄組織和海綿組織分化顯著，組織間隙體積較大且數(shù)量較多，有利上表皮細胞吸收水分和氣體進入組織間隙，有利于氣體在葉肉組織間的傳導(dǎo)，從而提高紅花紫荊對水分和HF等氣體的吸收利用，暗示其凈化空氣、抗大氣污染能力較強。紅花紫荊的氣孔密度大、孔徑小且體積小，可以較好地吸收和保持水分，使紅花紫荊能夠適應(yīng)高溫濕熱的環(huán)境。同時，紅花紫荊葉片柵欄組織、海綿組織厚度與葉片總厚度的比值較小，有利于吸收、凈化CO2、HF等有害氣體，表明它很適合作為行道樹，既可以吸收煙塵，又可以美化環(huán)境。

植物的抗寒性與其細胞內(nèi)生物膜體系、內(nèi)部形態(tài)結(jié)構(gòu)以及所處環(huán)境密切相關(guān)[13,14]。葉片組織結(jié)構(gòu)緊密度(CTR)、細胞結(jié)構(gòu)疏松度(SR)以及葉脈凸起度已越來越多地作為植物抗寒性強弱的重要參考指標(biāo)。葉片CTR值和葉脈凸起度與抗寒性正相關(guān)，SR與抗寒性負相關(guān)。葉片解剖結(jié)構(gòu)的CTR、SR值已在龍眼、荔枝和芒果上用作評價品種的抗寒性指標(biāo)[15]。解剖結(jié)構(gòu)觀察分析表明，紅花紫荊葉片CTR值和葉脈凸起度較大而SR值明顯小于CTR值，同時，木質(zhì)部與維管束面積比較大，表明這一園林樹種同時還具有一定耐寒能性，適應(yīng)性強于龍眼、荔枝和芒果。

致謝：承蒙肇慶學(xué)院徐呈祥教授提供實驗便利和指導(dǎo)