葉元英，柯衛(wèi)東，李峰，劉玉平，劉正位，付婧，匡晶，黃來(lái)春，李明華

（武漢市蔬菜科學(xué)研究所，430065）

慈姑（Sagittaria trifoliaL.）屬澤瀉科，原產(chǎn)中國(guó)，是一種經(jīng)濟(jì)價(jià)值及觀賞價(jià)值很高的水生草本植物[1，2]。慈姑在系統(tǒng)演化進(jìn)程中，長(zhǎng)期適應(yīng)水生生態(tài)環(huán)境，葉形成了獨(dú)特的異葉性，無(wú)論是用種子繁殖還是用球莖繁殖的慈姑均有3種不同形狀的葉片：最初發(fā)芽長(zhǎng)出的第1～2片葉沉在水中，為沉水葉，呈帶狀；第3～4片一面漂浮在水面上，卵圓至橢圓形，為浮葉；以后長(zhǎng)出的葉挺出水面為挺水葉，呈箭形。國(guó)內(nèi)有植物學(xué)工作者對(duì)慈姑的根、莖和花部結(jié)構(gòu)有過(guò)詳細(xì)研究[3～5]。筆者采用光學(xué)顯微鏡和掃描電鏡顯微技術(shù)，對(duì)慈姑葉進(jìn)行了詳細(xì)的觀察，為慈姑的獨(dú)特結(jié)構(gòu)與功能的相關(guān)性、分類地位及個(gè)體發(fā)育方面提供一些必要的資料。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

選用武漢市蔬菜科學(xué)研究所慈姑資源刮老烏2013年實(shí)生苗。在慈姑生長(zhǎng)周期中不同時(shí)期選取沉水葉、浮葉和挺水葉為試驗(yàn)材料。

1.2 試驗(yàn)方法

①葉表皮臨時(shí)標(biāo)本制作與光學(xué)顯微鏡觀察從3種不同葉片的脈間區(qū)域上剪取若干約1 cm×0.5 cm的小塊，沸水浴20 min；再浸入20%次氯酸鈉溶液中，在35℃左右的溫箱中浸泡4～5 h；取出葉片用蒸餾水沖洗干凈，用鑷子撕下葉片中部或近中部中脈附近的表皮，1%番紅染色3～5 min，用IX70顯微鏡觀察（奧林巴斯，日本）。隨機(jī)選取10個(gè)左右視野，對(duì)氣孔器記數(shù)并選取20個(gè)左右氣孔測(cè)量大小，觀察倍數(shù)均為5倍。

②葉片石蠟切片觀察 取3種類型葉片，用卡諾固定液固定24 h后，乙醇逐級(jí)脫水，氯仿透明，石蠟包埋。手動(dòng)切片機(jī)切片，厚10～12 μm，番紅-固綠雙重染色，中性樹膠封片。于光學(xué)顯微鏡下觀察，其葉脈及葉片均為橫切結(jié)構(gòu)，觀察倍數(shù)均為10倍。

③掃描電鏡標(biāo)本制作及表皮氣孔形態(tài)觀察 從上述3種葉片的脈間區(qū)域上剪取若干0.5 cm×0.5 cm的小塊，經(jīng)2.5%戊二醛液固定，丙酮逐級(jí)脫水，醋酸異戊醇處理，CO臨界點(diǎn)干燥，真空噴鍍黃金，S-570掃描電鏡（日立，日本）觀察葉表皮氣孔，其觀察倍數(shù)均為1 500倍。

2 結(jié)果與分析

2.1 光學(xué)顯微鏡觀察上表皮細(xì)胞

3種類型葉中，同一類型葉片上下表皮結(jié)構(gòu)相似，本文以葉片上表皮為例進(jìn)行比較。

沉水葉表皮細(xì)胞呈規(guī)則矩形，細(xì)胞間排列緊密，氣孔器極少，觀察多個(gè)視野才有1個(gè)氣孔器。氣孔器在葉脈處縱行排列，其氣孔細(xì)胞也呈矩形，氣孔較小，平均大小3 μm，周圍有4個(gè)細(xì)胞，形成不定細(xì)胞型氣孔器，且氣孔多閉合（圖1A）。

浮葉上表皮細(xì)胞呈多邊形，有較多的彎曲和褶皺，氣孔細(xì)胞為6邊形，排列整齊，氣孔半開，平均每個(gè)視野含氣孔5～7個(gè)，氣孔大小懸殊，為3～10 μm，平均大小為 6.4 μm（圖1B）。

挺水葉表皮細(xì)胞細(xì)胞壁略有彎曲，較浮葉的褶皺更少，每個(gè)視野氣孔6～8個(gè)，比浮葉氣孔數(shù)稍多，氣孔大小一致，為（10±1）μm。氣孔周圍通常有4個(gè)表皮細(xì)胞呈田字形排列（圖1C），氣孔多為張開。

2.2 光學(xué)顯微鏡觀察葉片橫切結(jié)構(gòu)

沉水葉葉片厚100 μm左右。上表皮細(xì)胞豎長(zhǎng)矩形，排列整齊，朝外壁稍具角質(zhì)加厚，無(wú)柵欄組織細(xì)胞和海綿組織分化，未觀察到氣孔（圖2A）。下表皮細(xì)胞扁平，僅一層，細(xì)胞壁薄，無(wú)角質(zhì)膜和表皮毛，有氣孔分布，葉片內(nèi)部則形成較大的氣腔，占葉肉組織的3/4，未見機(jī)械組織和維管組織。

浮葉葉片厚170～180 μm。上表皮細(xì)胞排列整齊，這與沉水葉相似，其他部位細(xì)胞排列不規(guī)則，葉肉增厚，含一層?xùn)艡诮M織細(xì)胞，排列疏松，海綿組織發(fā)達(dá)（圖2D），且大多形成空腔（圖2B）。浮葉機(jī)械組織增強(qiáng)，中部維管束增大，使下表面往外突起，氣腔占葉肉比例1/2，葉片近外圍氣腔較小，愈近中部氣腔愈大。

挺水葉葉片厚300 μm左右。上表皮細(xì)胞長(zhǎng)矩形，排列整齊，緊貼上表皮有垂直排列的2層?xùn)艡诮M織（圖2C），且排列緊密，細(xì)胞質(zhì)濃厚，含大量葉綠體，其下方為海綿組織，結(jié)構(gòu)緊密，氣腔明顯減少，約占葉肉的2/5，常有單寧細(xì)胞分布、以靠下表皮的組織中分布較多。機(jī)械組織發(fā)達(dá)，維管束遍布整個(gè)葉肉中，以中部葉脈最多，縱向排列有5個(gè)，中間一個(gè)最大。初生木質(zhì)部在上脈由1維管束向2維管束分化時(shí)，首先是木質(zhì)部的分化，然后是韌皮部的分化。邊緣維管束在末端相互連成網(wǎng)狀，葉脈小，組成分子簡(jiǎn)單，常只有管胞及薄壁細(xì)胞（圖2E）。

2.3 掃描電鏡觀察葉表皮氣孔器

慈姑3種不同葉片各有3種不同氣孔器分布和類型，沉水葉氣孔數(shù)少，閉合，小而凹陷，保衛(wèi)細(xì)胞和副保衛(wèi)細(xì)胞排列不平整，皺褶（圖3A）。浮葉氣孔器突出，開放，邊緣不規(guī)則，較粗糙，其表面布滿了蠟質(zhì)顆粒（圖3B）。挺水葉氣孔同樣突出，開放，氣孔飽滿，邊緣平滑，有較少的蠟質(zhì)顆粒（圖3C），有時(shí)還觀察到并列相連的二氣孔器，其周圍有 6～7個(gè)表皮細(xì)胞包圍。

圖1 慈姑葉上表皮光鏡照片

圖2 慈姑葉片石蠟切片

3 結(jié)果與討論

慈姑在發(fā)育的過(guò)程中，3種異形葉的葉片由沉水葉到浮葉再到挺水葉。其形態(tài)和內(nèi)部結(jié)構(gòu)均有不同，體現(xiàn)了其對(duì)不同環(huán)境的適應(yīng)性。

①氣孔從少到多，結(jié)構(gòu)從簡(jiǎn)單到復(fù)雜 沉水葉氣孔量少且閉合，表明此時(shí)可能不需要?dú)饪壮袚?dān)氣體交換的功能，氣體交換主要靠薄壁細(xì)胞滲透完成。其浮葉有較多的開放氣孔，表明已具備了氣體交換功能，但氣孔大小較為懸殊，可能部分氣孔發(fā)育仍不完全。更為特別的是浮葉氣孔周圍常常含大量的蠟質(zhì)顆粒，這可能有助于浮葉在波浪和雨天環(huán)境中避開水珠，發(fā)揮其氣體交換功能，充分體現(xiàn)了對(duì)環(huán)境的適應(yīng)性。挺水葉則具備成熟、整齊的氣孔，其氣孔附近的蠟質(zhì)顆粒較少，和一般陸生植物氣孔相似。

圖3 慈姑氣孔電鏡照片

②葉片中氣腔量從多到少 沉水葉葉片中的大量氣腔可儲(chǔ)備較多的空氣，讓沉水葉在水中能充分展開，接受陽(yáng)光。而從浮葉到挺水葉，其氣腔逐漸減少，表明在水下到水上的發(fā)育過(guò)程中，隨著周圍空氣的增加，其葉片對(duì)空氣輸送的要求逐漸減少，體現(xiàn)了沉水植物到陸生植物的發(fā)育過(guò)程。

③葉片組織結(jié)構(gòu)由簡(jiǎn)單到復(fù)雜 沉水葉僅由幾層細(xì)胞構(gòu)成，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，疏導(dǎo)組織和維管束均較為簡(jiǎn)單，機(jī)械組織不發(fā)達(dá)，體現(xiàn)了沉水植物的特點(diǎn)。而挺水葉則有完整的柵欄組織、海綿組織、疏導(dǎo)組織和機(jī)械組織等，這又和陸生植物葉片較為相似。

筆者觀察到慈姑沉水葉到挺水葉的結(jié)構(gòu)變化，反映出葉在生長(zhǎng)發(fā)育過(guò)程中解剖結(jié)構(gòu)與生態(tài)條件相通應(yīng)的辯證規(guī)律，也一定程度上展現(xiàn)了葉片從沉水植物到陸生植物的進(jìn)化過(guò)程。此外，慈姑屬于澤瀉科慈姑屬，有不少人認(rèn)為澤瀉科是單子葉植物中最原始科之一，目前對(duì)該科在系統(tǒng)學(xué)上的位置仍有著不同的意見。本文對(duì)慈姑葉片發(fā)育形態(tài)的觀察為其分類學(xué)研究提供了參考。

[1]中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院蔬菜研究所.中國(guó)蔬菜栽培學(xué)[M].北京：中國(guó)農(nóng)業(yè)出版社，1987：489-495.

[2]趙有為.中國(guó)水生蔬菜[M].北京：中國(guó)農(nóng)業(yè)出版社，1999.

[3] 徐祥生，施國(guó)新.慈姑（Sagittaria sagittifoliaL.）形態(tài)研究（三）胚和胚乳發(fā)育及種子形成[J].南京師大學(xué)報(bào)：自然科學(xué)版，1984（1）：78-82.

[4]施國(guó)新，徐祥生，陳維培.慈姑主莖和匍匐莖的形態(tài)解剖學(xué)研究[J].南京師大學(xué)報(bào)：自然科學(xué)版，1989，12（1）：73-81.

[5]施國(guó)新，徐祥生，陳維培.慈姑匍匐莖的起源和球莖的膨大研究[J].武漢植物學(xué)研究院，1989，7（3）：205-209.

[6]李坊貞，程景福，何宗智.蓮（Nelurnbo nucifera）葉片結(jié)構(gòu)的光鏡和掃描電鏡的觀察 [J].南昌大學(xué)學(xué)報(bào)：理科版，1993，17（4）：91-96.