兩種生境下狗牙根葉表皮亞顯微結構的比較

周存宇，費永俊，劉志雄，柯林，楊敏

（長江大學園藝園林學院，湖北 荊州434025）

近年來，在對一些禾草葉的解剖中發現營養葉是禾本科植物中發育最完善、表現最充分、潛載信息量最大的一類葉性器官，而且營養葉的表皮形態穩定、結構精細、類型多樣［1－3］。葉表皮微形態中包括氣孔、表皮細胞、表皮毛及其他表皮附屬物等。葉片表皮微形態結構在分類學上具有重要的意義，目前已被作為一類有價值的新方法廣泛運用于植物的系統分類和演化發育研究中［4，5］。

狗牙根（Cynodondactylon）是一個重要的并且在全球范圍最廣泛種植的暖季型草坪草［6］。目前對狗牙根的研究主要有遺傳育種、種質資源、草坪病害、施肥、碾壓、鎮壓坪床和灌溉等管理和養護方面［7］，而對狗牙根葉片亞顯微結構與其生境關系方面的研究尚未見報道。探討不同品種及不同生境下狗牙根葉表皮超微結構的差異，對了解各狗牙根的遺傳背景和環境適應性，豐富狗牙根生物學理論，正確評價表皮微形態結構在草坪草育種和建植研究中的地位與作用，均具有十分重要的意義。

植被砼邊坡綠化技術是采用特定的混凝土配方和種子配方，對巖石邊坡進行防護和綠化的新技術；是根據邊坡地理位置、邊坡角度、巖石性質、綠化要求等來確定水泥、土、腐殖質、保水劑、混凝土綠化添加劑及混合植綠種子的組成比例［8］。植被砼與田園土的區別是植被砼中含有高標號水泥，水泥中的堿主要由生產水泥的原料粘土和燃料煤引入，所以植物生長在這樣的環境中受到干旱和鹽堿脅迫。

本試驗對建植在植被砼和田園土的狗牙根葉表皮微形態結構進行了研究，通過對其氣孔大小、密度、表皮毛等附屬物等比較分析，研究同一狗牙根在不同生境下的表型可塑性差異，不同狗牙根在同一生境下的微形態和生理適應性差異。在完善利用葉表皮微形態結構評價草坪草應用價值的技術指標體系基礎上，為篩選出適宜植被砼建植的工程草種提供理論依據和技術支持。

1 材料與方法

1.1 供試材料

試驗材料包括5個狗牙根品種，其中Nanjing（南京狗牙根）來自江蘇省中國科學院植物研究所，Kashi（喀什狗牙根）來自新疆農業大學草業工程學系；Sahara（撒哈拉狗牙根）由北京林業局綠冠草業提供，Hawk（雄鷹狗牙根）和Heaven（天堂狗牙根）由北京克勞沃草業公司提供；野生狗牙根采自湖北省荊州長江堤岸。

1.2 試驗方法

1.2.1 人工播種 2004年3月，將供試材料分別播種于長江大學園藝園林學院植物園內的植被砼和田園土壤中（各2個小區）。采用完全隨機區組試驗設計，每個種群6次重復。植被砼基質材料的配方為：黃泥土∶水泥∶混凝土添加劑＝77∶10∶13，pH 為8.8，容重1.46g／cm3，總孔隙度3.15%，土壤硬度為15.56kg／cm2。田園土壤的pH 為7.9，容重1.35g／cm3，總孔隙度6.55%，土壤硬度為8.90kg／cm2，土壤質地為粘壤土，用黃泥土代替水泥，其他材料不變。將田園土中生長的狗牙根作對照。

1.2.2 掃描電鏡制片與觀察 2006年9月，在各材料相同部位（中部）成熟葉上剪取0.5cm小段，植被砼和田園土的每個供試材料各剪取6段：1）將剪下的小葉段立即投入盛有冷的4%戊二醛固定液的小瓶中（小瓶保持0～4℃），蓋緊瓶蓋后用注射器抽氣直到樣品沉落瓶底，在0～4℃下固定24h以上；2）取出固定好的材料，用0.1 mol／L PBS（磷酸緩沖液）清洗3次，每次20min；3）用1%OSO4（鋨酸）固定3h，0.1mol／L PBS清洗3次，每次20min；4）不同濃度的酒精逐級脫水：30%酒精→50%酒精→70%酒精→80%酒精→90%酒精（每級15min）→100%酒精→100%酒精（無水酒精每級30min）；5）無水酒精與醋酸異戊脂置換：1／2無水酒精＋1／2醋酸異戊脂→1／3無水酒精＋2／3醋酸異戊脂→純醋酸異戊脂→純醋酸異戊脂（每級30min）；6）用Hitachi Hcp－2臨界點干燥儀干燥；7）用Eiko IB－3ion Coater噴金鍍膜；8）置于 Hitachi S－450掃描電子顯微鏡下觀察拍照。

1.3 數據分析

采用SPSS 11.5軟件對數據進行處理，用ANOVA法對不同狗牙根品種的同一形態學指標進行方差分析，以P＜0.05或P＜0.01作為顯著性和極顯著性差異的標準。

2 結果與分析

2.1 狗牙根葉上表皮微形態特征

在掃描電鏡下觀察2種生境下狗牙根葉上表皮結構，發現這些狗牙根葉上表皮有5類性質不同的細胞及其附屬物，即長細胞、短細胞、氣孔器、乳突、刺毛（僅少數狗牙根有）等。從外觀形態上看，植被砼與田園土上生長的同一狗牙根品種葉上表皮的同類性質細胞并沒有明顯的差異，如長細胞呈長方形，縱向相接成行并平行排列，細胞壁波狀彎曲；短細胞僅于部分行著生，硅細胞呈馬鞍形；氣孔器包括保衛細胞和副衛細胞，呈帶狀分布于葉脈間（圖1和2）。有些狗牙根葉脈凹陷很深，使相鄰的兩脈之間形成一個深溝，氣孔器帶狀分布于凹陷兩溝壁上，如Sahara（圖1－3；圖2－3）；從氣孔器與周邊細胞的位置關系看，有些狗牙根的上表皮氣孔器著生位置明顯低于周邊細胞，如喀什狗牙根、南京、Sahara、Hawk、野生狗牙根（圖3－1，2，3，5，6；圖4－1，2，3，5，6）。乳突多生于長細胞上，主要分布在上表皮脈間區域，且各類狗牙根氣孔器周圍的乳突數量大小相對固定，并排成一定的形狀。各類狗牙根中，上表皮具乳突相對較多的狗牙根品種有Sahara、Hawk、野生狗牙根（圖1－3，5，6；圖2－3，5，6），且在植被砼上表皮的乳突相對較田園土的多。刺毛分刺和鉤兩類，刺生于葉脈上，鉤生于葉脈間，在供試的狗牙根中，上表皮有鉤的狗牙根有南京、Sahara、Heaven、Hawk（圖5－2，3，4，5；圖6－2，3，4，5）；上表皮有刺的狗牙根為喀什狗牙根、南京（圖5－1，2；圖6－1，2）。

2.2 狗牙根葉下表皮微形態特征

在掃描電鏡下觀察2種生境下狗牙根葉下表皮結構，發現這些狗牙根葉下表皮細胞的類型與上表皮的一致。從外觀形態上看，這2種生境下同一狗牙根葉下表皮同一類型的細胞并沒有明顯的差異；且長細胞、短細胞在形態和排列方式上基本和上表皮的相同（圖7和8）。氣孔器帶狀分布于葉脈間兩側，總體來看，供試狗牙根葉下表皮葉脈凹陷程度沒有上表皮明顯，而且脈間溝相對上表皮淺，但有些狗牙根脈間兩側氣孔帶仍有一側或兩側明顯分布于凹陷的溝壁；從氣孔器與周邊細胞的位置關系看，野生狗牙根的下表皮氣孔器著生位置明顯低于周邊細胞（圖9和10）。乳突多生于長細胞上，主要分布在下表皮葉脈間區域，就同一狗牙根而言，下表皮乳突明顯多于上表皮，從生長環境來看，植被砼下表皮的乳突相對較田園土的多。下表皮的鉤主要見于葉脈上，如南京、Sahara、Hawk、野生狗牙根（圖11－2，3，6；圖12－3，5）；刺也著生于葉脈上，如南京。

2.3 2種生境下狗牙根葉表皮氣孔器數量特征比較

圖1 田園土上6個狗牙根葉上表皮掃描電鏡圖片（500×）Fig.1 Leaf upper epidermis of 6bermudagrass cultivars on rural area soil（SEM）（500×）

圖2 植被砼上6個狗牙根葉上表皮掃描電鏡圖片（500×）Fig.2 Leaf upper epidermis of 6bermudagrass cultivars on vegetation concrete（SEM）（500×）

圖3 田園土上6個狗牙根葉上表皮氣孔掃描電鏡圖片（2000×）Fig.3 Leaf upper epidermis of 6bermudagrass cultivars on rural area soil（SEM）（2000×）

圖4 植被砼上6個狗牙根葉上表皮氣孔掃描電鏡圖片（2000×）Fig.4 Leaf upper epidermis of 6bermudagrass cultivars on vegetation concrete（SEM）（2000×）

圖5 田園土上6個狗牙根葉上表皮掃描電鏡圖片（100×）Fig.5 Leaf upper epidermis of 6bermudagrass cultivars on rural area soil（SEM）（100×）

圖6 植被砼上6個狗牙根葉上表皮掃描電鏡圖片（100×）Fig.6 Leaf upper epidermis of 6bermudagrass cultivars on vegetation concrete（SEM）（100×）

圖7 田園土上6個狗牙根葉下表皮掃描電鏡圖片（500×）Fig.7 Leaf lower epidermis of 6bermudagrass cultivars on rural area soil（SEM）（500×）

圖8 植被砼上6個狗牙根葉下表皮掃描電鏡圖片（500×）Fig.8 Leaf lower epidermis of 6bermudagrass cultivars on vegetation concrete（SEM）（500×）

圖9 田園土上6個狗牙根葉下表皮氣孔掃描電鏡圖片（2000×）Fig.9 Leaf lower epidermis of 6bermudagrass cultivars on rural area soil（SEM）（2000×）

圖10 植被砼上6個狗牙根葉下表皮氣孔掃描電鏡圖片（2000×）Fig.10 Leaf lower epidermis of 6bermudagrass cultivars on vegetation concrete（SEM）（2000×）

圖11 田園土上6個狗牙根葉下表皮掃描電鏡圖片（100×）Fig.11 Leaf lower epidermis of 6bermudagrass cultivars on rural area soil（SEM）（100×）

圖12 植被砼上6個狗牙根葉下表皮掃描電鏡圖片（100×）Fig.12 Leaf lower epidermis of 6bermudagrass cultivars on vegetation concrete（SEM）（100×）

在供試的材料中，植被砼上狗牙根葉上表皮氣孔長顯著長于田園土上的品種有南京狗牙根、Hawk（表1）；葉上表皮氣孔長顯著短于田園土的有Heaven、野生狗牙根。植被砼上狗牙根葉上表皮氣孔寬顯著寬于田園土的有南京狗牙根。植被砼上氣孔長寬比顯著大于田園土的是Hawk；顯著小于田園土的為喀什狗牙根。植被砼上氣孔密度顯著高于田園土的有喀什狗牙根、Sahara、Heaven、Hawk，其中喀什狗牙根、Sahara、Heaven達到極顯著水平；顯著低于田園土的為野生狗牙根。

植被砼上狗牙根葉下表皮氣孔長顯著短于田園土的為野生狗牙根（表2）。植被砼上狗牙根葉下表皮氣孔寬顯著短于田園土的是南京狗牙根。2種生境下供試的這些狗牙根葉下表皮氣孔長寬比無顯著性差異。植被砼上狗牙根葉下表皮氣孔密度極顯著高于田園土的有喀什狗牙根、Sahara、Heaven、Hawk、野生狗牙根；低于田園土的為南京狗牙根，且達到極顯著差異水平。

表1 2種生境下狗牙根葉上表皮氣孔器特征比較Table 1 Comparision of the stomatal characteristics on leaf upper epidermis between bermudagrass varieties under two habitats

表2 2種生境下狗牙根葉下表皮氣孔器特征比較Table 2 Comparision of the stomatal characteristics on leaf lower epidermis between bermudagrass varieties under two habitats

3 結論與討論

葉片是植物進化過程中對環境變化比較敏感且可塑性較大的器官，因此環境變化常導致葉的長、寬及厚度，葉表面氣孔、表皮細胞及附屬物等形態解剖結構的響應與適應［9，10］。氣孔是植物與外界氣體和水分交換的孔道，研究表明，在干旱、水分、鹽堿脅迫條件下，植物葉片單位視野內氣孔數目、大小、形狀等都會產生一定的變化，以適應生長環境［11，12］。研究還表明，植物葉片表皮細胞角質層的厚度也與其抗逆性有關，有些植物在鹽堿條件下葉片表皮細胞形狀也會發生變化，解剖結構上表現出對其生境的適應特征［13］。

植物對環境的反應通常較多的反映在葉的形態結構上［14－16］，因而植物利用葉器官結構適應所生存環境的“對策”也是多種多樣的。眾多研究結果表明，小而數目眾多的氣孔、較小的細胞體積、較密集的表皮毛被認為是植物抵御不良環境的措施［17－20］。從植被砼的配方看，植被砼是一種典型的干旱與堿性雙重脅迫環境，從試驗結果來看，供試的狗牙根在植被砼環境作出了積極的響應與適應，上下表皮乳突明顯較田園土增多，并且有些狗牙根葉表皮的氣孔器周圍乳突有規律的排列，使氣孔器凹陷在其周邊的細胞里面。氣孔是植物葉片與外界進行氣體和水分交換的主要通道，氣孔的大小、數目、分布、與周邊細胞結構的位置狀況和植物的水分利用效率有很大的關系。本研究中，Sahara、Hawk、野生狗牙根等葉片表皮氣孔周邊乳突較多，這樣氣體擴散阻力增大，增大的氣孔阻力有利于降低蒸騰，增加植物對水分的利用效率，使植物更好的適應植被砼環境。與田園土上植物材料相比，植被砼上狗牙根上、下表皮氣孔密度顯著增高的材料有喀什狗牙根、Sahara、Heaven、Hawk。就植被砼上不同狗牙根氣孔特征來說，氣孔密度較其他狗牙根顯著多的有喀什狗牙根、Sahara。在供試的狗牙根中，根據表皮毛及其他附屬物的形態特征、氣孔參數的特征等綜合考慮，認為Sahara、Hawk、喀什狗牙根等對植被砼生境有很好的適應性。

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