蓮屬植物葉片及花瓣的比較解剖學研究

摘要：對蓮屬（Nelumbo）植物的葉片及花瓣進行了比較解剖學研究。結果表明，蓮屬植物的葉片均有明顯的柵欄組織和海綿組織之分，但二者的厚度及它們在葉肉中所占的比例有一定的差別；葉肉細胞內經常可以觀察到草酸鈣晶體；蓮花瓣上下表皮均有乳狀突起，無柵欄組織，僅有極為疏松的海綿組織，氣室發達。同時，從研究結果來看，美國蓮與中國蓮在葉片和花瓣的解剖結構上沒有明顯差異；熱帶來源的蓮與溫帶來源的蓮之間并沒有明顯分化。蓮葉片與花瓣解剖特征均表現出蓮對水生生活的適應性，而其種間及種內的分化均不明顯。

關鍵詞：蓮（Nelumbo）；葉片；花瓣；解剖結構

中圖分類號：Q944 文獻標識碼：A 文章編號：0439-8114（2013）13-3059-03

蓮（Nelumbo）是一種重要的水生經濟植物和庭院觀賞植物，在我國和東亞各國廣泛栽培和利用。在河南省鄭州市北部大河村的“仰韶文化”房基遺址的臺面上，發現了兩粒蓮子和一些碳化的糧食，距今已經有5 000年的歷史了。由此可見，蓮作為人類食品的歷史遠遠早于現在的大部分蔬菜類作物。經過長時間的人工馴化和篩選，目前蓮主要分為三大類，即花蓮、藕蓮和子蓮，其品種多達幾百個。蓮不僅與人們的生活密切相關，同時也是一種分類學地位重要的植物。據化石考證，歷史上存在過10～12種蓮屬植物。由于冰期低溫的影響，北半球大部分植物均遭滅絕，蓮屬植物與中國水杉（Metasequoia glyptostroboides）、美國鵝掌楸（Liriodendron tulivifera）、北美紅杉（Sequoia sempervirens）一樣幸存下來，成為植物的活化石[1]。因此，在進化和分類學研究領域蓮都具有重要地位。現存的蓮屬有兩個種，其中中國蓮（Nelumbo nucifera）主要分布在亞洲、大洋州北部，美國蓮（Nelumbo lutea）主要分布在北美洲。

目前，對于蓮形態解剖學的研究比較零散，而對于花瓣的解剖學研究還未見報道。蓮屬植物間也未進行過系統的比較研究。由于蓮是分類位置較為特殊的種類，而且其種內外形變化較大，同時，由于葉和花是其露在水面的重要器官，因此，了解不同種類的蓮葉片和花瓣內部解剖結構特征對于品種鑒別、植物分類學和進化研究都十分重要。

1 材料與方法

1.1 材料

供試蓮葉片材料10個，其中鄂雜3號、建蓮、普者黑白蓮、普者黑紅蓮為選育的中國蓮品種，梁子湖蓮、龍感湖蓮為產自中國的野生中國蓮，冬荷和泰國蓮為產自熱帶地區的中國蓮，美國蓮為產自美國的野生美國蓮，中美雜交蓮為中國蓮與美國蓮的雜交后代；蓮花瓣材料6個，分別為鄂雜3號、建蓮、普者黑白蓮、泰國蓮、美國蓮、中美雜交蓮。所有材料均采自武漢大學湖北省蓮藕工程研究中心種植基地。

1.2 葉片和花瓣的比較解剖學研究

1.2.1 取材部位 選取剛全部展開的葉片，在距葉片中心10 cm處剪取5 mm×5 mm的小塊（避開大的葉脈）；選取開花前一天的花蕾，從內向外第二輪的花瓣中心剪取5 mm×5 mm的小塊。

1.2.2 樣品制備 樣品制備參照劉鮮林等[2]的方法并略做改進。將在戊二醛中固定的材料用磷酸緩沖液沖洗4次，再用1%的鋨酸室溫固定2 h，磷酸緩沖液沖洗；分別用30%、50%、70%、80%、90%、95%、100%（均為體積分數）的酒精逐級脫水，每級15 min；然后依次用丙酮乙醇溶液（丙酮∶乙醇=1∶1和4∶1）（體積比）、丙酮環氧樹脂溶液（丙酮∶環氧樹脂=1∶1和1∶4）（體積比）、純環氧樹脂逐級過渡，每級1 h；最后用Epon 812包埋，37 ℃ 12 h、 45 ℃ 12 h、60 ℃12 h分段升溫聚合。用切片機進行半薄切片，切片厚度 2 μm。在干凈的載玻片（載玻片可先涂抹一層蛋白甘油）上滴一滴水，將半薄切片置于水滴上，加溫使切片展平，用氫氧化鈉乙醇飽和溶液脫半薄切片的樹脂，浸泡3 min，使組織周圍的樹脂脫落，組織切片顏色變淺，切片仍平展附著于載玻片上。干燥后經甲苯胺藍染色。

1.2.3 光學顯微鏡觀察 在Olympus顯微鏡下觀察拍照，測量葉片厚度，觀察柵欄組織層數并測量柵欄組織厚度、海綿組織厚度、上表皮及下表皮厚度；計算細胞結構緊密度（CTR）和細胞結構疏松度（CSR）。

細胞結構緊密度（CTR）=（柵欄組織厚度/葉片厚度）×100%；

細胞結構疏松度（CSR）=（海綿組織厚度/葉片厚度）×100%。

2 結果與分析

2.1 蓮屬植物葉片的解剖結構

從表1和圖1可以看出，所觀察的10個蓮葉片樣品均為異面葉，表皮由單層細胞構成，上表皮均有乳狀突起，分布有密集的氣孔。葉肉組織中的柵欄組織由兩層細胞構成，排列較緊密，但能夠觀察到明顯的小氣室。海綿組織排列非常疏松，形成了較大的氣室。在柵欄組織與海綿組織交界處經常可以觀察到部分膨大的細胞內包含有較大的草酸鈣晶體。細胞結構緊密度（CTR）最大的材料為中美雜交蓮，其次為泰國蓮，最小的為冬荷。下表皮細胞排列大多數較規則，未見突起，偶見氣孔分布。

2.2 蓮屬植物花瓣的解剖結構

花瓣被認為是變態的葉，從表2和圖2可以看出，蓮花瓣的解剖結構極為簡單。在所有測試材料中，蓮花瓣上下表皮細胞形態相似，中間均有乳狀突起，無柵欄組織，僅有極為疏松的海綿組織，氣室發達。

3 小結與討論

對植物一些器官的比較解剖學研究能夠為一些植物科、屬的系統分類提供解剖學證據， 同時為這些植物的開發利用和保護提供科學依據。如張志耘等[3]研究稻屬植物葉表皮的結構特征， 探討這些禾本科類群的系統關系。水生植物的葉片解剖結構有很大的相似性，如發達的通氣組織、葉片較薄等。蓮是一種大型的水生植物，因此在其形態結構上均表現出了適應水生環境的特征。例如柵欄組織中有大量孔下室的存在，部分孔下室上通氣孔下接海綿組織內的大氣室。同時，在蓮葉下表皮上極少觀察到氣孔，氣孔稀少也減少了多余水分進入蓮體內的可能。蓮花蕾期有一段時間是位于水面下的，但是花瓣被萼片緊密包裹在一起，與水充分隔開，因此花瓣上下表面均有氣孔存在，但氣孔密度低于葉片上表面。由此可以看出，葉片與花瓣上氣孔的分布和數量均是與其生活環境和生長過程相適應的。

蓮屬包含中國蓮（Nelumbo nucifera）和美國蓮（Nelumbo lutea）兩個種。有學者也將美國蓮看作中國蓮的一個亞種[4]。中國蓮和美國蓮可以進行雜交，且雜交后代可育，因此，從種要具有生殖隔離這一特征上來看，顯然二者的分化未能達到種的水平。從試驗結果來看，美國蓮葉片和花瓣的解剖結構特征均處于所研究的中國蓮的材料變異范圍之內，可見形態組織學的證據支持將美國蓮作為中國蓮的亞種處理。中美雜交蓮柵欄組織的厚度較大，相應的光合作用能力就較強，能夠積累的有機物就更多。今后可將美國蓮與子蓮品種雜交，選育高產的子蓮品種。

中國蓮分布范圍較廣，分為溫帶型和熱帶型[5]，不同生境中的中國蓮在生長特性和形態學特征上有一定的差別。例如試驗所用的泰國蓮是泰國地區分布的野蓮，生長在熱帶，與溫帶地區的中國蓮相比，泰國蓮終年都可以生長、花期較長。冬荷是從原產熱帶地區的荷花的蓮子選育所得，其花期向后適當延長，能夠在國慶前后觀賞到荷花[6]。該研究中泰國蓮和冬荷是熱帶來源，而其他試驗材料是溫帶來源，兩類氣候類型來源的材料在葉片結構和微形態特征上并沒有明顯分化，這可能與兩者生活周期中經歷的類似的氣候條件有關。

致謝：衷心感謝廣東三水荷花世界的張行言研究員和王其超研究員提供冬荷材料。

參考文獻：

[1] 倪學明.中國蓮[M].北京：科學出版社，1987.

[2] 劉鮮林，林 陶.國產環氧樹脂618半薄切片制備及染色法[J]. 貴州師范大學學報（自然科學版），1999，17（2）：54-55.

[3] 張志耘，盧寶榮，溫 潔.稻屬葉表皮結構特征及其系統學意義[J].植物分類學報，1998，36（1）：8-18.

[4] 黃秀強，陳俊愉，黃國振. 蓮屬兩個種親緣關系的初步研究[J].園藝學報，1992，19（2）：164-170.

[5] YANG M， LIU F， HAN Y N， et al. Genetic diversity and structure in populations of Nelumbo from America， Thailand and China： Implications for conservation and breeding[J]. Aquatic Botany，2013，107：1-7.

[6] 張行言，王其超.熱帶型荷花的發現與荷花品種分類系統[J].園林植物，2006（7）：82-85.