辽东地区堇菜属植物叶表皮结构研究

文章编号：1005-2690（2020）23-0025-03中图分类号：R282.71文献标志码：B
辽东地区堇菜属植物叶表皮结构研究
庄达彬1，司雯1，张彦文1，2，赵骥民1
（1.长春师范大学生命科学学院，吉林长春130032；2.辽东学院农学院，辽宁丹东118003）
摘要：针对15种堇菜属植物叶上、下表皮的气孔密度、气孔长宽比、表皮毛密度和长度等微形态进行了研究，探讨了表皮微形态结构在该属种间分类的意义。

结果显示：堇菜属植物的叶表皮结构存在明显差异，气孔主要为不等型，上表皮气孔密度小、下表皮气孔密度大；其中，堇菜上表皮气孔密度最高达到65.00个/mm 2，毛柄堇菜下表皮气孔密度最高达到325.83个/mm 2；气孔长宽比显示，堇菜属植物均为横列型气孔，紫花地丁的上表皮气孔长宽比最大，大叶堇菜下表皮气孔长宽比最大。

而在表皮毛密度和毛长度方面，东北堇菜、毛柄堇菜没有或稀有表皮毛，紫花地丁上表皮没有表皮毛，维西堇菜、南山堇菜、东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长度存在明显差异。

关键词：辽东；堇菜属；植物叶表皮结构；研究
堇菜属是林奈于1753年以香堇菜（Violaodorata L.）为模式种而建立，是一种堇菜科、堇菜属植物，为一年
生或多年生草本植物，具直立或匍匐地上茎。

两性花，呈两侧分布。

堇菜属植物具有种类多、分布广、形态类似显著的特点，目前全世界有超过500余种，《中国植物志》记载我国产有111种，《东北植物检索表》中记载东北42种、1变种及4变型，《辽宁植物志》中记载辽宁已知约31种、5变型[1-3]，其中辽东是我国东北部地区堇菜属植物分布的中心。

堇菜属植物大部分是具有二态混合交配系统的植物，由开花受精花（chasmoga-mous ，CH）和闭花受精花（cleistogamous ，CL）构成，春季先出现开花受精花，夏秋季出现闭花受精花。

堇菜属是一个形态相似性较强的属，许多种之间不易辨别，在1993年国内便有学者针对区域性堇菜的种及亚种进行研究[4]。

随着对堇菜属植物利用价值的开发，近年来针对其做形态学研究的文献日益丰富。

杜倩倩等研究了9种堇菜属植物的显微形态及其药用价值[5]；王晓丹等分析了南京堇菜属植物资源状况和园林应用价值[6]；杨姗姗等从生物技术的应用层面，分析了堇菜属植物具有的药用及园林价值[7]；在形态学研究方面，翟强等分析了辽宁主要的堇菜属植物，得出几种堇菜属植物气孔类型不规则、形态与表皮细胞存在一定差异的结论[8]；王旭红等针对南京地区6种堇菜属植物叶表皮结构进行了显微分析，得出了紫花堇菜、
毛果堇菜、心叶堇菜、蔓茎堇菜等上、下表皮细胞结构及气孔分布情况[9]；柏景珊等分析了14种堇菜属植物下表皮显微形态，表明了不同堇菜的显微形态存在明显差异[10]。

虽然目前相关研究较多，但针对特定区域堇菜属植物的具体研究仍然不足，本研究能够进一步弥补堇菜属植物叶表皮形态结构研究的不足，为堇菜属植物的分类提供更多证据。

1材料与方法
1.1研究材料
堇菜属植物的试验材料均采集于辽东山区，共计15种，分别隶属于堇菜属的2个亚属，其中须毛柱头堇菜亚属1种，其他均属于堇菜亚属。

参照《中国植物志》《辽宁植物志》及《丹东地区的生物多样性》[11]等，对种名进行了鉴定，物种名称及采集地见表1[12]。

1.2研究方法
采集15种堇菜属植物的新鲜叶片，分别取3个叶片带回实验室，用清水冲洗干净，采用指甲油涂抹撕取法，撕取其上、下表皮。

1.2.1植物叶气孔装片制取
使用不含色彩的透明指甲油，利于镜检材料透光。

取植物叶片将指甲油均匀涂抹于取材部位上，使其自表1试验用堇菜属物种及采集地基金项目：国家自然科学基金“重金属的花部积累及其对植物与传粉者适合度的影响”（31670430）。

种名细距堇菜Viola tenuicornis 东北堇菜Viola mandshurica 堇菜V iola verecunda 紫花地丁Viola philippica 鸡腿堇菜Viola acuminata Ledeb .南山堇菜Viola chaerophylloides 大叶堇菜Viola diamantiaca 毛柄堇菜Viola hirtipes 凤凰堇菜Viola funghuangensis 早开堇菜Viola prionantha 白花堇菜Viola patrinii 维西堇菜Viola monbeigii 东方堇菜Viola orientalis 球果堇菜Viola collina Besser 斑叶堇菜Viola variegata 采集地
辽宁，丹东锦江山
辽宁，丹东锦江山
辽宁，丹东锦江山辽宁，丹东锦江山辽宁，丹东元宝山辽宁，丹东元宝山
辽宁，丹东元宝山辽宁，丹东黑沟
辽宁，丹东黑沟辽宁，丹东黑沟辽宁，丹东凤凰山辽宁，丹东凤凰山辽宁，丹东金山辽宁，丹东金山
辽宁，丹东五龙山
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然晾干3～8min（受风、光照等影响，晾干所需时间不等），等指甲油涂抹层干燥出现离口时，用镊子夹住离口处撕下已干的指甲油涂抹层，或用镊子小心地撕出离口，再从离口处撕取叶表皮，将指甲油涂抹层与叶片接触的一面，展在滴有均匀KI液的载玻片上，盖上盖玻片，用解剖针的钝端或手指端遮上滤纸轻压盖玻片，使有气孔的指甲油涂抹层平展在KI液层，并将气泡挤压出盖玻片，用滤纸吸干周围KI液，即完成临时装片[13]。

在显微镜下观察15种堇菜属植物叶上、下表皮的气孔、表皮毛及叶表皮形态并记录统计，所有观察结果均采用BA410E显微镜观察，用moticam2506照相。

1.2.2镜检观察
（1）使用40倍物镜的显微镜进行观察，每个叶片的上、下表皮随机选取10个不同的视野，上、下表皮各30个视野，统计气孔数。

计算植物上、下表皮气孔密度的公式是：气孔密度=视野气孔平均数/视野面积。

用以测量视野中的气孔长度（L）和宽度（W），计算植物上、下表皮气孔长宽比。

（2）使用10倍物镜的显微镜进行观察，每个叶片的上、下表皮随机选取10个不同的视野，上、下表皮各30个视野，统计表皮毛数。

计算植物上、下表皮的表皮毛密度的公式是：表皮毛密度=视野表皮毛平均数/视野面积。

用以测量视野中的表皮毛长度，计算后得出一个种类的表皮毛长度。

2结果与分析
2.1堇菜属植物气孔密度
由表2、图1可知，15种堇菜属植物的下表皮气孔密度都大于上表皮气孔密度，其中堇菜上表皮气孔密度最大，达到65.00个/mm2；东方堇菜、凤凰堇菜、鸡腿堇菜、南山堇菜、毛柄堇菜的上表皮可能不具有气孔分布；毛柄堇菜下表皮的气孔密度最大，为325.83个/mm2；凤凰堇菜的下表皮气孔密度最小，为80.00个/mm2，整体气孔分布稀疏。

堇菜属植物的上表皮气孔密度小或无气孔、下表皮的气孔密度大，不同种间也存在差异，说明不同种堇菜在叶表皮显微结构方面具有明显差异。

从图1可以清晰看到，堇菜属植物上、下表皮气孔分布的差异，该结果对堇菜属植物的分类和区分也有很大的参考价值。

2.2气孔长宽比数据及表皮毛密度
由表2堇菜属植物上、下表皮气孔密度、长宽比和表皮毛密度、长度数据可知：①气孔长宽比数据显示，其上、下表皮气孔均为横列型椭圆形气孔，紫花地丁上表皮气孔长宽比最大，达到4.03；大叶堇菜下表皮长宽比最大，为2.63；上表皮最小的为堇菜，仅2.29；下表皮气孔长宽比最小的为毛柄堇菜，仅2.08；下表皮的气孔长宽比较为接近。

②表皮毛密度方面，除东北堇菜和毛柄堇菜上、下表皮均无表皮毛；紫花地丁上表皮没有发现表皮毛，维西堇菜、东方堇菜、南山堇菜下表
图1堇菜属植物气孔、表皮毛的形态
表2堇菜属植物上、下表皮气孔密度、长宽比和表皮毛密度、长度
气孔密度
种名
球果堇菜
鸡腿堇菜
凤凰堇菜
东北堇菜
白花堇菜
斑叶堇菜
紫花地丁
维西堇菜
毛柄堇菜
早开堇菜
细距堇菜
南山堇菜
堇菜
大叶堇菜
东方堇菜
上表皮（个/mm2）
15.00
0.00
0.00
36.67
16.67
22.50
41.67
9.17
0.00
35.83
21.67
0.00
65.00
12.50
0.00
下表皮（个/mm2）
124.17
170.00
80.00
185.00
161.67
165.00
190.83
197.50
325.83
171.67
150.00
117.50
265.00
83.33
86.67
气孔长宽比
上表皮
2.81
0.00
0.00
2.85
2.61
2.64
4.07
2.69
0.00
3.31
2.91
0.00
2.29
3.18
0.00
下表皮
2.18
2.20
2.18
2.55
2.35
2.39
2.65
2.54
2.08
2.59
2.48
2.63
2.29
2.83
2.42
表皮毛密度
上表皮（根/mm2）
1.04
1.97
0.77
0.00
0.87
0.22
0.00
0.05
0.00
0.71
1.31
0.44
0.11
1.75
0.33
下表皮（根/mm2）
4.86
1.15
1.37
0.00
0.66
6.12
1.31
0.00
0.00
0.25
2.79
0.00
0.44
3.11
0.00
表皮毛长度
上表皮（μm）
297.33
144.11
579.12
0.00
202.36
83.51
0.00
73.50
0.00
244.21
267.30
103.97
28.94
316.42
108.69
下表皮（μm）
331.38
144.72
465.95
0.00
165.56
81.86
113.10
0.00
0.00
212.99
250.55
0.00
214.81
302.92
0.00
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（上接24页）
料发芽率高，但长势不一定好，而本次试验则证实了高浓度NaCl胁迫会延迟浦薏6号种子的萌发。

另外，本次试验在前期出现了种子腐烂和种子发臭现象，可能原因有：没有及时更换发芽床；或者由于操作不规范而导致种子受伤；所选培养皿太小，导致种子没有适合的空间生长。

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皮无表皮毛外，其余种上、下表皮均具有表皮毛；斑叶堇菜的上、下表皮毛密度均最大，分别是0.22根/mm2、6.12根/mm2。

③表皮毛长度不一，凤凰堇菜的上、下表皮毛长度均最长，分别为579.12μm、465.95μm。

同一种间的表皮毛长度差异不是很明显，不同种间的差异较大。

3讨论与结论
叶片作为植物体最重要的营养器官，是植物进化过程中对环境变化比较敏感且可塑性较大的器官，与植物抗旱性密切相关，易受到水热等微环境的影响而发生变化[14]。

叶既是植物光合作用和蒸腾作用的场所，也是呼吸器官；叶的表皮具较多气孔，是与外界进行气体交换的门户，也是水汽蒸腾的通道。

不同植物的气孔数、形态结构和分布有差异。

本试验中观察的15种堇菜叶表皮结构呈现多样化，气孔密度差异明显且形态各异，有的不具备表皮毛，有的只有上表皮毛、无下表皮毛。

堇菜亚属种类多、结构变化大，植物叶表皮微形态可以为属种间的分类提供依据[15]。

本研究中涉及堇菜属2个亚属7个组。

为进一步识别和认知堇菜属植物提供了一定的参照资料，对其叶片上、下表皮气孔和表皮毛进行研究，对于开发和利用丰富的堇菜属植物资源具有重要的意义。

在研究上、下表皮微形态特征的基础上，可以根据气孔和表皮毛特征，筛选出适合园林领域应用的抗旱性植物。

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