入侵雜草薇甘菊葉不同發育期微形態特征研究

曹 暢，黃夢婷，何志敏，羅肖瑩，吳江蘭，王長寶 (玉林師范學院生物與制藥學院，廣西玉林 537000)

薇甘菊(H.B.K)原產于南美洲和中美洲，現已廣泛傳播到亞洲熱帶國家，成為當今世界熱帶、亞熱帶地區危害最嚴重的雜草之一。1919年薇甘菊作為雜草在中國香港出現，1984年在深圳發現。廣西最早證實薇甘菊是2008 年在陸川縣鐵路沿線發現，目前，桂東南玉林市管轄的陸川縣、博白縣、北流市和容縣均有記錄。筆者在玉林市區部分公園和校園綠化帶也發現有薇甘菊的分布，說明該種正在適應城市人工干擾環境。植物進化過程中，葉片形態對環境變化較為敏感，能體現環境因子的影響以及對環境的適應性。薇甘菊的抗強光脅迫能力并不強，但是它很快長出新葉，能夠很好地利用強光資源進行光合作用，同時還可以通過調節自身葉片的形態特征來維持其對不同光照環境的入侵能力，表明其葉片具有很強的形態和功能可塑性。已有研究發現，薇甘菊幼苗初期生長緩慢，在30 d內苗高僅11 cm，單株葉面積0.33 cm，但隨著苗齡的增長，其生長隨之加快，莖部產生不定根，并迅速擴展。這種快速生長的結構基礎來源于葉柄、葉脈、莖等非同化器官，具有C4植物的典型維管束鞘結構特征以及氣孔的調節功能。雖然，前人開展了薇甘菊成熟植物體莖葉解剖特征研究，但對其葉的微形態特征認識尚不清楚。筆者通過對薇甘菊葉不同發育期的表皮細胞、氣孔器和表皮毛的特征進行了比較分析，為進一步了解薇甘菊葉片的環境適應性提供參考資料。

1 材料與方法

選取玉林師范學院東校區掛榜山馬尾松林下小路邊薇甘菊，進行葉片生長情況觀察，每3 d觀察1次，測量葉片大小并拍照記錄數據。經過60 d的觀測，掌握薇甘菊形態大小的時間變化規律，由此將薇甘菊葉從展葉期到成熟期按照大小劃分為8個階段進行取樣(圖1)。試驗材料的采集時間均為晴天14：00—16：00。

葉表皮細胞觀測。每組采取2片新鮮葉子，雙面刀片刮除葉肉，清水沖洗后經醋酸洋紅染色，制成臨時裝片鏡檢，選擇5個清晰的視野在Olympus顯微鏡下觀察，利用CELL軟件繪制細胞輪廓并進行數據測量，每個視野測20個細胞的長寬(長寬比=細胞長/細胞寬)及面積，每組共200個細胞。觀察結束后拍照保存，并分析表皮細胞所屬的形態類型。

氣孔器觀測。每組選擇40個氣孔器測量長、寬和面積后取平均值，再選擇6個視野單位面積，計算氣孔器面積、氣孔器長、寬以及長寬比值、氣孔器面積與視野單位面積比值。氣孔器面積與視野面積比值=視野內氣孔器面積/視野面積；氣孔器長寬比值=保衛細胞長/保衛細胞寬。

注：1.展葉期;2～7.生長期;8.成熟期Note：1.Leaf spreading stage;2-7.Growth stage;8.Leaf maturity圖1 薇甘菊葉不同發育期的形態及大小變化Fig.1 Morphology and size changes of Mikania micrantha leaves at different developmental stages

表皮毛觀測。每組分別測量視野內上表皮單位面積下的表皮毛個數(單位面積為820 800 μm)，上下表皮各選取5個不同位置的視野，統計表皮毛的個數，取平均值，并計算每1萬μm的表皮毛個數。每1萬μm的表皮毛個數=(視野內表皮毛個數/視野面積)×10。

2 結果與分析

由表1可知，葉長2.90～6.05 cm時，上表皮細胞面積和長、寬均值呈上升趨勢，但個體細胞生長不同；葉長6.50～14.00 cm時，上表皮細胞面積和長、寬均值變化相對較小，總體上表現為緩速增長。上表皮細胞各生長階段的細胞面積和長、寬均值大多大于下表皮，對于下表皮細胞來說，薇甘菊葉長2.90～14.00 cm，表皮細胞面積并沒有因為葉的生長而出現大幅變化，總體趨近于200～300 μm，長、寬均值也較上表皮略小，但長寬比均值上下表皮都很接近。

表1 薇甘菊葉不同發育期表皮細胞特征Table 1 Leaf epidermal cell characteristics of different developmental stages of Mikania micrantha

薇甘菊上表皮細胞垂周壁樣式多呈直狀，少數呈波狀，細胞形態多呈多邊形和無規則形，且垂周壁波狀和細胞無規則形、垂周壁平直狀和細胞多邊形同時出現(表1、圖2A、C)。下表皮細胞垂周壁樣式全部呈波狀，細胞形態全部呈無規則形，且細胞垂周壁和細胞形態的變化較上表皮小(表1、圖2B、D)。

注：A.展葉期上表皮細胞；B.展葉期下表皮氣孔器；C.成熟期上表皮細胞；D.成熟期下表皮氣孔器；E.展葉期上表皮表皮毛；F.展葉期下表皮表皮毛；G.成熟期上表皮表皮毛；H.成熟期下表皮表皮毛Note：A.Abaxial epidermal cells at leaf-spreading stage；B.Stomatal in adaxial epidermal at leaf-spreading stage；C.Adaxial epidermal cells at mature stage；D.Stomatal in abaxial epidermal at mature stage；E.Trichome in adaxial epidermal at leaf-spreading stage；F.Trichome in abaxial epidermal at leaf-spreading stage；G.Trichome in adaxial epidermal at mature stage；H.Trichome in abaxial epidermal at mature stage圖2 薇甘菊葉上下表皮微形態特征Fig.2 Micromorphological feature of upper and lower epidermis of Mikania micrantha leaves

薇甘菊上下表皮均有氣孔器，但上表皮氣孔器偶有出現，故氣孔器的觀測均采用下表皮進行。薇甘菊的氣孔器由2個腎狀保衛細胞圍合而成，中間留有大小不同的氣孔，均勻分散在葉面上，鑲嵌在無規則的表皮細胞間(圖2B、D)。由表2可知，葉長對氣孔器面積比影響較小，氣孔器的長寬以及長寬比也沒有隨著發育期的變化出現明顯的波動，長寬比均處于一個平均值范圍內(1.39～1.66)，面積較大的氣孔器長寬略大于面積較小的氣孔器(表2)。

表2 薇甘菊葉下表皮不同發育期氣孔器特征Table 2 Characteristics of leaf stomatal cell of different developmental stages of lower epidermis of Mikania micrantha

薇甘菊葉上下表皮均有表皮毛，其中展葉期上表皮毛密度大于下表皮(圖2E、F、表3)，此時表皮毛相較于成熟期密集。當薇甘菊葉進入生長期，隨著葉片面積的增加和成熟度的上升，開始不斷脫落表皮毛尤其是上表皮到了成熟葉后期，表皮毛的個數極小，僅0.032個，說明葉肉細胞和葉表皮已經發育完全，不再依賴表皮毛的保護，而此時的表皮毛也相對較大，更加粗壯(圖2G、H)。

表3 薇甘菊葉不同發育期表皮毛的特征Table 3 Characteristics of trichome in different developmental stages of Mikania micrantha leaves 個

3 討論與結論

作為一種入侵作物，薇甘菊能夠迅速生長發育與其葉片的結構迅速成熟密切相關。薇甘菊幼葉期下表皮的氣孔器和表皮細胞已經趨向于成熟，與成熟期葉片細胞面積以及細胞長寬并無較大區別，這些成熟的細胞促進了薇甘菊的迅速生長，這與張衷華的結論相一致。幼葉細胞結構在30 d內的快速構建為薇甘菊生長發育期第1次快速增長打下了堅實的基礎。展葉期的葉片尚未發育完全，強烈的太陽光會灼傷葉組織，薇甘菊通過形成大量表皮毛反射太陽光而保護靠近上表皮的葉肉組織，從而保證其順利度過幼葉期，有利于在葉面上下表皮之間形成柵欄組織和海綿組織，促進上表皮扁平的細胞迅速生長，從而能夠適應太陽光強的程度。展葉期結束后，隨著葉片的生長，葉片開始脫落大量表皮毛，從而增強了氣孔器的氣體交換和表面光照的吸收，更有利于植物本身的營養補給，當葉片正式進入成熟期時，表皮毛的密度下降至最低。氣孔是植物吸收CO、散失水分的主要通道，是植物與外界信息交流的主要窗口，直接影響著植物的蒸騰作用、光合作用等主要生理活動，在植物的生長發育過程中起著重要作用。薇甘菊葉的不同發育期下表皮氣孔器面積和下表皮細胞面積數據變化趨近，這反映植物的發育是與其功能相適應的。

該試驗中葉長6.50～14.00 cm時，薇甘菊上表皮細胞面積和長、寬出現少許波動變化，認為是由于光強和環境因素導致的植物個體的微小差異。從數據分析得出，部分薇甘菊葉片在發育期由于光照較少而生長緩慢，個別葉片因光照較好而生長迅速，從而影響了表皮細胞的生長，這是薇甘菊對環境變化的反映，進而驗證了薇甘菊對光強有很強的環境適應性，這也與魏巍的研究結果一致。該研究揭示了薇甘菊葉片不同發育時期的微形態學特征，為深入了解該入侵物種的生理特性及生態適應性提供參考。