恶性杂草鸭跖草(Commelina commumis L.)叶片表皮特征及解剖结构的研究

马 红，韩玉军，王谦玉，胡 凡，陶 波*

（1.黑龙江省农业科学院博士后工作站，哈尔滨 150086；2.东北林业大学博士后流动站，哈尔滨 150086；3.东北农业大学农学院，哈尔滨 150030；4.黑龙江省农业科学院佳木斯分院，黑龙江 佳木斯 154007）

植物器官的形态结构是与其生理功能和生长环境密切相适应的。叶片是植物进化过程中对环境变化较敏感且可塑性较大的器官，在不同选择压力下己经形成各种适应类型，其结构特征最能体现环境因子的影响或植物对环境的适应[1]。结构是功能的基础，植物结构的变化必然影响到生理生态功能的改变。因而了解植物叶片形态解剖结构对环境变化及胁迫的响应与适应是探索植物对环境变化及胁迫的适应机制和制定相应对策的基础[2]。

鸭跖草（Commelina commumis L.）是近年黑龙江省农业生产上最泛滥的杂草之一，尤其在玉米和大豆田鸭跖草发生严重[2]。农业生产中为了防除鸭跖草，应用了多种除草剂，可是近年来，许多除草剂对鸭跖草的防除效果并不理想。一些学者研究认为鸭跖草对除草剂的耐药性较强[3-4]。本研究拟通过对鸭跖草叶片形态解剖结构的研究，以期探讨鸭跖草耐药性的细胞显微结构基础。

1 材料与方法

1.1 材料

1.1.1 供试鸭跖草

鸭跖草种子采自黑龙江省北安通北农场。

1.1.2 供试试剂

乙醇、二甲苯、冰醋酸、甲醛、石蜡、蛋清、甘油、番红、固绿、加拿大树胶。

1.1.3 供试仪器设备

电子显微镜（Olympus CK40）、J-FL50i55i型荧光显微成像系统、Leica RM 2135石蜡切片机、Laser area meter CI-203，CID，INC激光叶面仪、烘箱、显微镜、染色缸、小培养皿、镊子、毛笔、吸水纸、纱布、载玻片、盖玻片。

1.2 方法

在温室内播种鸭跖草种子，在其3叶龄时进行如下试验。

1.2.1 叶片表皮特征观察

采用水封片法，取3叶龄鸭跖草同一叶位新鲜叶片，用镊子轻轻撕下叶片的上、下表皮（取叶片中部，非边缘非叶脉部位），置于洁净的载玻片上，加几滴蒸馏水使表皮展开，待表皮完全展开后用酒精冲洗表皮3～4次，然后用盖玻片轻轻盖上，尽量不产生气泡为好，将制好的片子在J-FL50i55i型荧光显微成像系统下摄影并记录气孔密度（计数网格尺内的气孔数，将其平均值换算成单位面积的气孔数，即为叶片的气孔密度）及非腺毛的数目。每份材料随机选取20个观测点，气孔密度和非腺毛数取20次数据的平均值。

1.2.2 叶片解剖结构观察

选取3叶龄鸭跖草同一叶位的叶片，制成石蜡切片，用Leica RM 2135石蜡切片机进行切片，将典型制片在J-FL50i55i型荧光显微成像系统摄影并记录。用目测微尺测量叶片厚度、上、下表皮厚度、栅栏组织厚度、海绵组织厚度、10个栅栏组织细胞的长度。每份材料重复20次，取平均值。

1.3 数据处理

试验原始数据的整理采用Excel软件及SAS完成。

2 结果与分析

2.1 鸭跖草叶片表皮特征

通过撕取鸭跖草（3叶龄）叶片表皮的方法制成临时切片，显微镜下观察叶片表皮的形态特征。由图版Ⅰ-1，2可以看出，鸭跖草叶片表皮细胞排列紧密，无胞间隙，细胞均略呈方形或长方形。气孔器的两个肾形保卫细胞，凹面相对形成气孔，副卫细胞平列4胞型，其4个副卫细胞上、下、左、右平行。而且在保卫细胞中有8～12粒绿色颗粒，即为叶绿体。气孔器按分布深浅有三种：气孔与表皮细胞在同一平面上形成平面气孔器；气孔保卫细胞凸出表面形成的凸出型气孔器；气孔保卫细胞低于表皮细胞形成的凹陷型气孔器。

鸭跖草叶片上表皮（5.6个·mm-2），下表皮（2.1个·mm-2）都有锥形或棒形表皮非腺毛（有2个细胞组成）（见图版Ⅰ-1、3）。鸭跖草叶片上下表皮都有气孔，而且叶片上表皮气孔密度（36.2个·mm-2）显著地少于下表皮气孔密度（191.2个·mm-2）（见图版Ⅰ-4、5）。另外，鸭跖草叶片上、下表皮不同类型气孔器分布则存在差异，鸭跖草叶片上表皮凹陷型气孔器分布密度（18.5个·mm-2）较大，而下表皮气孔器都多为凸出型气孔器（169.4个·mm-2）和平面气孔器（21.8个·mm-2）。

2.2 鸭跖草叶片解剖结构

通过采摘鸭跖草叶片（3叶龄）制成石蜡切片，显微镜下观察并测量。由图版Ⅰ-6可以看出，鸭跖草叶片由上表皮、栅栏组织、海绵组织及下表皮四部分组成。叶片上下表皮均由1层薄壁细胞组成，栅栏组织是由一层长柱形薄壁细胞组成，海绵组织是由多层薄壁细胞组成的。鸭跖草叶片的厚度280.6 μm；叶片上表皮厚度为60.4 μm；栅栏组织厚度为70.1 μm；10个栅栏组织细胞长度为189.5 μm；海绵组织厚度为89.6 μm；叶片下表皮厚度为60.5 μm。

图版I 鸭跖草叶片表皮特征和解剖结构Plate I Leaf epidermis and dissection constructure of dayflower

3 讨论与结论

生长在某一特定环境中的植物，在世代生活过程中，形成了一些适应环境的相对稳定的遗传特征，其中包括形态结构的适应特征[5-6]。叶是植物的同化器官，同时又是蒸腾作用的主要器官，植物在生长过程中，其表面与外界环境接触，叶片直接暴露于空气中，外界环境的各种不利因素首先作用于叶片表面，因而，植物对环境的反应也较多地反映在叶的形态和结构上[7-8]。赵长山等报道，除草剂2,4-D丁酯对问荆解剖结构有影响[9]。因此，结合除草剂研究鸭跖草叶片的表皮特性及解剖结构，在鸭跖草的防治方面具有重要的实践意义。

植物叶片的形态、解剖结构和生理生化代谢等各种特性影响着除草剂的吸收、传导及除草作用的发挥。从而表现为对除草剂耐药程度的差异[10]。研究表明，随着叶龄的增大，鸭跖草对咪唑乙烟酸的耐药性增强，其中一个主要原因是不同叶龄鸭跖草叶片表皮特征及解剖结构存在差异。不同叶龄鸭跖草叶片上下表皮气孔密度及凹陷气孔分布密度存在差异。叶片上表皮的气孔密度显著小于下表皮气孔密度。从2叶龄起，随着叶龄的增大，叶片上下表皮气孔密度下降，上表皮凹陷气孔密度显著加大，下表皮凸出型气孔密度显著降低。1、2叶龄鸭跖草上下表皮无非腺毛，从3叶龄起，鸭跖草上表皮非腺毛的数目随叶龄的增大而增加。另外，鸭跖草叶片中叶绿素含量及叶面积/株也随着叶龄的增大而显著增加，特别是超过3叶龄以后，增加的幅度更大。不同叶龄鸭跖草叶片的解剖结构中各部分的厚度和细胞排列疏密及规则程度有差异。不同叶龄鸭跖草叶片上下表皮的厚度基本相同，而且都随着叶龄的增大而加厚，4叶龄时达到最大，5、6叶龄时减小。叶片厚度、栅栏组织及海绵组织厚度的变化趋势与上下表皮厚度的变化趋势相同，都随叶龄的增大而显著加厚，4或5叶龄时达到最大，6叶龄时减小。10个栅栏组织细胞长度随着叶龄的增大而显著减小；栅栏组织疏密排列程度随叶龄的增大而变化，1、2叶龄的鸭跖草叶片的栅栏组织排列不规则，比较稀疏；3～6叶龄的鸭跖草叶片的栅栏组织排列规则，而且比较紧密[11-12]。除草剂必须进入植物体内并传导至作用部位才能发生除草作用。叶片是吸收茎叶处理除草剂的主要部位，叶片的上下表皮，气孔保卫细胞，叶脉上变化的表皮细胞和角质层下细胞膨胀造成的角质层裂缝等均能吸收除草药液[13]。

总之，鸭跖草叶片上表皮气孔数目显著小于下表皮气孔数，上表皮被有非腺毛，栅栏组织排列紧密而规则，海绵组织厚度较大等，所有这些叶片表皮形态及解剖结构特征都能减少除草剂进入叶片内的数量，增大叶片的贮水保水能力，减少了植物体内水分的过度蒸腾。另外，发达的海绵组织也使鸭跖草在除草剂胁迫的情况下，体内储存足够水分，保证其正常的代谢，从而，提高除草剂及逆境胁迫时代谢解毒的能力。鸭跖草叶片这些特征可能是鸭跖草对除草剂耐药性较强的一个细胞学基础。

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