杜鹃花3个品种比较解剖学研究

杜鹃花3个品种比较解剖学研究

摘要运用徒手制片法、扫描电镜法的方法、石蜡切片法和光学显微镜,对杜鹃花3个品种皇冠杜鹃、小叶铁红、绝代佳人的叶片、叶脉、叶柄、花瓣、花萼片的解剖结构进行比较研究。结果表明:①杜鹃花3个品种叶片上、下表皮的角质层厚度并没有随叶片厚度呈规律性变化。②杜鹃花3个品种叶片厚度与花瓣的厚度呈现一定的正相关性。③杜鹃花3个品种在光学显微镜下的形态结构特征如下:上下表皮细胞形状、垂周壁式样、气孔类型以及扫描电子显微镜下的形态结构特征如花瓣顶部与底部上表皮表皮毛的有无、下表皮的气孔密度、细胞纹饰均具有一定的品种分类学意义。④杜鹃花3个品种的叶片气孔基本分布于下表皮。由于气孔的发生可能与原始性有关,因此研究气孔在叶表面的发生很有意义,同时,也为研究杜鹃花的生物进化提供了一定的基础。⑤从所观测到形态结构特征的相似性综合分析得出:杜鹃花3个品种中皇冠杜鹃与小叶铁红亲缘关系较近,而与绝代佳人亲缘关系较远。⑥晶细胞的有无、角质或蜡质的厚度、表皮的类型和密度、气孔指数、叶柄和叶脉的断面形状及维管束的排列、腺体的有无等特征均可以作为判断该品种生态学适应意义的参考指标。⑦研究所观测的杜鹃花3个品种叶片、中脉、叶柄、花萼片及花瓣的结构的形态解剖学特征说明其有着较强的扩展分布的能力,也有较强的适应力。各品种之间的不同是其对周围环境适应的一种表现,每种植物都有各自独特的对环境适应的结构特征,但在表达方式上有所差异。

关键词杜鹃花;品种;形态解剖;生态学意义

稳定的生存环境造就了叶片结构的特殊性,包括叶片厚度、下皮的有无、栅栏组织的层数、栅栏组织与海绵组织之比、分泌组织油细胞的大小以及分布密度等,都可以为植物的系统划分和品种鉴定提供有效的证据[1]。杜鹃花属植物叶表皮显微特征存在着较多的共性,但是不同属种的上下表皮细胞大小、细胞垂周壁式样以及气孔器的密度等特征均存在差异,可为属种的划分提供分类依据。不同植物叶柄的维管束存在较大的差异,这种解剖特征可以作为分类的依据之一。植物叶柄的解剖结构特征在不同种及同种不同变种上存在差异,叶片中脉的解剖结构特征对其在不同分类群中的地位有界定作用。有关杜鹃花科植物叶解剖特征的研究报道主要集中在叶表皮显微结构、表皮毛、基本薄壁组织、中脉等方面[2]。花作为有花植物的生殖器官,在系统发育中是比较保守的,在系统学上有重要的意义。对杜鹃花属植物花部器官显微结构的研究迄今未见报道。该研究着重从叶片、叶脉、叶柄、花瓣、花萼片的解剖结构入手,利用扫描电子显微镜和光学显微镜对杜鹃花3个品种做了系统地观测。

1材料与方法

1.1试验材料

试验所用材料为杜鹃花科3个品种:皇冠杜鹃(R1)、小叶铁红(R2)、绝代佳人(R3)。样品采集地等详见表1,凭证标本存放于福建农林大学标本馆(FAFU)。试验材料种的分类位置采用谭沛祥[3]系统进行阐述。

试验选取叶片、叶柄、主脉、花瓣以及花萼片作为观测材料。叶片取自生长健壮、无病虫害枝条中顶部以下第4或5位成熟功能叶,叶片采集方位尽量保持一致;叶柄和主脉取自相应的叶片;花瓣及花萼片取自树冠外围中上部向阳处的花朵,植株生长健壮,无病虫害。将所采集的样品及时带回实验室,按不同试验要求与方法进行处理。

1.2样品的制备与观察

1.2.1样品的制备。叶片取样部位为叶片中部靠近中脉两侧约0.3 cm处;中脉的取样部位为健康叶片的中部;叶柄的供试材料选取靠近叶片基部的部分;花瓣取样部位为合瓣花喉部带斑点一裂花瓣的顶部和底部;花萼片取6朵花的萼片,每枚萼片与喉部带斑点的花瓣底部相连。

1.2.2叶片的处理方法。叶片形态解剖,样品处理采用徒手制片法和扫描电镜法。①徒手制片法。参照洪亚平等[4]文献中的方法,主要步骤为:将供试材料切成0.5 cm2的正方形,在沸水中煮10~15 min,用次氯酸钠浸泡12~24 h,徒手撕取叶片的上下表皮,清水冲洗,酒精系列脱水,制成永久装片,在Nikon(eclipse 80i)研究用光学显微镜下观察并拍照。对叶表皮的描述该文所用术语主要依据Wilkinson[5],个别术语采用Dilcher[6]的概念。叶表皮的观察在脉间区域进行。数量特征的统计一般选取30个视野进行统计,不足30个视野的按实有数进行计算。②扫描电镜法。参照郭素枝[7-8]中的方法,主要步骤为:将供试材料切成0.5 cm2的正方形,在戊二醛溶液中固定24 h以上,然后用酒精系列脱水,临界点干燥法进行干燥,用双面胶在铜台上粘样,JFC-1200离子溅射镀膜仪喷金镀膜,JSM—5310LV扫描电镜观察和拍照。对叶片表皮扫描电镜特征的描述该文所用术语主要依据Carpenter[9]、陈家宽等[10]文献中的概念。数量特征的统计一般选取30个视野进行统计,不足30个视野的按照实有数进行计算。

叶片数量解剖,采用石蜡切片法。参照李正理[11]的方法,主要步骤为:将供试材料切成2 mm宽、5 mm长的长方形小块(叶柄、主脉直接切成0.5 cm长的小段),FAA固定液固定,酒精梯度脱水,二甲苯透明、渗透,石蜡包埋,手摇式切片机切片,切片厚度8~12 μm,番红-固绿染色,PAS染色作对照,中性树胶封片。树胶干燥后即可用Nikon(eclipse 80i)研究用光学显微镜进行观测、拍照。选取能代表叶片解剖特征的结构进行观测、拍照。对叶片石蜡切片的描述该文所用术语主要参考陈家宽等[10]、石登红等[12]的概念;并对部分数量特征进行统计分析,一般选取30个视野进行统计,不足30个视野的按实有数进行计算。

1.2.3叶柄和中脉的处理方法。对叶柄和中脉的研究主要采用石蜡切片法,应用光学显微镜进行观测,具体操作参考叶片处理方法中的石蜡切片制样方法。由于叶柄和中脉的质地与叶片的有一定差异,在试验过程中对叶柄和中脉各步骤的处理时间比叶片延长1~2 h。对叶柄和中脉石蜡切片的描述,该文所用术语主要参

考石登红等[12]、K·伊稍[13]研究结果。

1.2.4花瓣和花萼的处理方法。花瓣的形态解剖、样品处理采用徒手制片法和扫描电镜法;花萼片的解剖采用扫描电镜法。①徒手制片法。因为花萼较小,无法制得徒手切片,所以主要是花瓣用此方法。用双面刀片将新鲜的喉部带斑点的花瓣表皮撕下,放入清水中,然后对撕下的表皮用酒精进行梯度脱水,染色,盖盖玻片。制成临时装片后即可用Nikon(eclipse 80i)研究用光学显微镜进行观测、拍照。

②扫描电镜法。参考叶片的处理方法中扫描电镜制样方法。对花瓣和花萼扫描电镜的描述该文所用术语主要参考Christensen等[14]、郭素枝等[8]文献中的标准;并对部分数量特征进行统计分析,一般选取30个视野进行统计,不足30个视野的按实有数进行计算。

花瓣的数量解剖采用石蜡切片法。参考叶片处理方法中石蜡切片的制样方法;由于花瓣与叶片的质地不同,在对花瓣各步骤的处理时间上一般会减少1~2 h。对花瓣石蜡切片的描述该文所用的术语主要参考郭素枝等[8]、K·伊稍[13]文献的概念,并对花瓣部分数量特征进行统计分析,一般选取30个视野进行统计,不足30个视野的按实有数进行计算。

石蜡制片结果表明,杜鹃花3个品种花瓣上下表皮细胞的厚度差异相差不大,但基本薄壁组织厚度存在一定的差异;花瓣表皮一般有角质层的分布,不同种间角质层的厚度略有不同。由此可知,杜鹃花属植物的花瓣尽管比较特化,但其对不良生境有一定的适应性;杜鹃花3个品种花瓣顶部上下表皮细胞的厚度差异大,上表皮厚度明显大于下表皮;底部花瓣厚度均比顶部的厚;基本薄壁组织厚度也存在一定的差异;花瓣下表皮有特殊的双层细胞结构;花瓣的基本薄壁组织细胞形状较规则、排列紧密,一般认为基本组织细胞排列紧密有利于植物对干旱等不良环境的抵抗,而胞间隙发达则有利于气体的交换和水分的蒸发;花萼片的上下表皮均有角质或蜡质的分布,且下表皮更明显;角质层或蜡质层以及表皮毛的存在有利于植物保护幼嫩的花朵,抵抗不良的外界环境,是植物对其生境适应的一种表现。由于花萼片在脱落前大多为绿色,内含叶绿素,有一定的光合作用能力。

4参考文献

[1] 容丽,陈训,汪小春.百里杜鹃杜鹃属13种植物叶片解剖结构的生态适应性[J].安徽农业科学,2009,37(3):1084-1088.

[2] 余兴卫.杜鹃花属(Rhododendron L.)一些植物的形态解剖与园林应用研究[D].福州:福建农林大学,2008.

[3] 谭沛祥.华南杜鹃花志[M].广州:广东科技出版社,1998,29-148.

[4] 洪亚平,潘开玉,陈之瑞,等.防已科植物的叶表皮特征及系统学意义[J].植物学报,2001,43(6):615-623.

[5] WILKINSON H P. Leaf anatomy of Tinomiscium and