辽东地区堇菜属植物叶表皮结构研究

庄达彬 司雯 张彦文 赵骥民

摘    要：针对15种堇菜属植物叶上、下表皮的气孔密度、气孔长宽比、表皮毛密度和长度等微形态进行了研究，探讨了表皮微形态结构在该属种间分类的意义。结果显示：堇菜属植物的叶表皮结构存在明显差异，气孔主要为不等型，上表皮气孔密度小、下表皮气孔密度大;其中，堇菜上表皮气孔密度最高达到65.00个/mm2，毛柄堇菜下表皮气孔密度最高达到325.83个/mm2;气孔长宽比显示，堇菜属植物均为横列型气孔，紫花地丁的上表皮气孔长宽比最大，大叶堇菜下表皮气孔长宽比最大。而在表皮毛密度和毛长度方面，东北堇菜、毛柄堇菜没有或稀有表皮毛，紫花地丁上表皮没有表皮毛，维西堇菜、南山堇菜、东方堇菜下表皮不具表皮毛，其余植物上、下表皮均具有表皮毛且长度存在明显差异。

关键词：辽东;堇菜屬;植物叶表皮结构;研究

文章编号： 1005-2690（2020）23-0025-03       中图分类号： R282.71       文献标志码： B

堇菜属是林奈于1753年以香堇菜（Viola odorata L.）为模式种而建立，是一种堇菜科、堇菜属植物，为一年生或多年生草本植物，具直立或匍匐地上茎。两性花，呈两侧分布。堇菜属植物具有种类多、分布广、形态类似显著的特点，目前全世界有超过500余种，《中国植物志》记载我国产有111种，《东北植物检索表》中记载东北42种、1变种及4变型，《辽宁植物志》中记载辽宁已知约31种、5变型[1-3]，其中辽东是我国东北部地区堇菜属植物分布的中心。堇菜属植物大部分是具有二态混合交配系统的植物，由开花受精花（chasmogamous，CH）和闭花受精花（cleistogamous，CL）构成，春季先出现开花受精花，夏秋季出现闭花受精花。

堇菜属是一个形态相似性较强的属，许多种之间不易辨别，在1993年国内便有学者针对区域性堇菜的种及亚种进行研究[4]。随着对堇菜属植物利用价值的开发，近年来针对其做形态学研究的文献日益丰富。杜倩倩等研究了9种堇菜属植物的显微形态及其药用价值[5];王晓丹等分析了南京堇菜属植物资源状况和园林应用价值[6];杨姗姗等从生物技术的应用层面，分析了堇菜属植物具有的药用及园林价值[7];在形态学研究方面，翟强等分析了辽宁主要的堇菜属植物，得出几种堇菜属植物气孔类型不规则、形态与表皮细胞存在一定差异的结论[8];王旭红等针对南京地区6种堇菜属植物叶表皮结构进行了显微分析，得出了紫花堇菜、毛果堇菜、心叶堇菜、蔓茎堇菜等上、下表皮细胞结构及气孔分布情况[9];柏景珊等分析了14种堇菜属植物下表皮显微形态，表明了不同堇菜的显微形态存在明显差异[10]。虽然目前相关研究较多，但针对特定区域堇菜属植物的具体研究仍然不足，本研究能够进一步弥补堇菜属植物叶表皮形态结构研究的不足，为堇菜属植物的分类提供更多证据。

1   材料与方法

1.1   研究材料

堇菜属植物的试验材料均采集于辽东山区，共计15种，分别隶属于堇菜属的2个亚属，其中须毛柱头堇菜亚属1种，其他均属于堇菜亚属。参照《中国植物志》《辽宁植物志》及《丹东地区的生物多样性》[11]等，对种名进行了鉴定，物种名称及采集地见表1 [12]。

1.2   研究方法

采集15种堇菜属植物的新鲜叶片，分别取3个叶片带回实验室，用清水冲洗干净，采用指甲油涂抹撕取法，撕取其上、下表皮。

1.2.1   植物叶气孔装片制取

使用不含色彩的透明指甲油，利于镜检材料透光。取植物叶片将指甲油均匀涂抹于取材部位上，使其自然晾干3～8 min（受风、光照等影响，晾干所需时间不等），等指甲油涂抹层干燥出现离口时，用镊子夹住离口处撕下已干的指甲油涂抹层，或用镊子小心地撕出离口，再从离口处撕取叶表皮，将指甲油涂抹层与叶片接触的一面，展在滴有均匀KI液的载玻片上，盖上盖玻片，用解剖针的钝端或手指端遮上滤纸轻压盖玻片，使有气孔的指甲油涂抹层平展在KI液层，并将气泡挤压出盖玻片，用滤纸吸干周围KI液，即完成临时装片[13]。在显微镜下观察15种堇菜属植物叶上、下表皮的气孔、表皮毛及叶表皮形态并记录统计，所有观察结果均采用BA410E显微镜观察，用moticam 2506照相。

1.2.2   镜检观察

（1）使用40倍物镜的显微镜进行观察，每个叶片的上、下表皮随机选取10个不同的视野，上、下表皮各30个视野，统计气孔数。

计算植物上、下表皮气孔密度的公式是：气孔密度=视野气孔平均数/视野面积。用以测量视野中的气孔长度（L）和宽度（W），计算植物上、下表皮气孔长宽比。

（2）使用10倍物镜的显微镜进行观察，每个叶片的上、下表皮随机选取10个不同的视野，上、下表皮各30个视野，统计表皮毛数。

计算植物上、下表皮的表皮毛密度的公式是：表皮毛密度=视野表皮毛平均数/视野面积。用以测量视野中的表皮毛长度，计算后得出一个种类的表皮毛长度。

2   结果与分析

2.1   堇菜属植物气孔密度

由表2、图1可知，15种堇菜属植物的下表皮气孔密度都大于上表皮气孔密度，其中堇菜上表皮气孔密度最大，达到65.00个/mm2;东方堇菜、凤凰堇菜、鸡腿堇菜、南山堇菜、毛柄堇菜的上表皮可能不具有气孔分布;毛柄堇菜下表皮的气孔密度最大，为325.83个/mm2;凤凰堇菜的下表皮气孔密度最小，为80.00个/mm2，整体气孔分布稀疏。

堇菜属植物的上表皮气孔密度小或无气孔、下表皮的气孔密度大，不同种间也存在差异，说明不同种堇菜在叶表皮显微结构方面具有明显差异。从图1可以清晰看到，堇菜属植物上、下表皮气孔分布的差异，该结果对堇菜属植物的分类和区分也有很大的参考价值。

2.2  气孔长宽比数据及表皮毛密度

由表2堇菜属植物上、下表皮气孔密度、长宽比和表皮毛密度、长度数据可知：①气孔长宽比数据显示，其上、下表皮气孔均为横列型椭圆形气孔，紫花地丁上表皮气孔长宽比最大，达到4.03;大叶堇菜下表皮长宽比最大，为2.63;上表皮最小的为堇菜，仅2.29;下表皮气孔长宽比最小的为毛柄堇菜，仅2.08;下表皮的气孔长宽比较为接近。②表皮毛密度方面，除东北堇菜和毛柄堇菜上、下表皮均无表皮毛;紫花地丁上表皮没有发现表皮毛，维西堇菜、东方堇菜、南山堇菜下表皮无表皮毛外，其余种上、下表皮均具有表皮毛;斑叶堇菜的上、下表皮毛密度均最大，分别是0.22根/mm2、6.12根/mm2。③表皮毛长度不一，凤凰堇菜的上、下表皮毛长度均最长，分别为579.12μm、465.95μm。同一种间的表皮毛长度差异不是很明显，不同种间的差异较大。

3   讨论与结论

叶片作为植物体最重要的营养器官，是植物进化过程中对环境变化比较敏感且可塑性较大的器官，与植物抗旱性密切相关，易受到水热等微环境的影响而发生变化[14]。叶既是植物光合作用和蒸腾作用的场所，也是呼吸器官;叶的表皮具较多气孔，是与外界进行气体交换的门户，也是水汽蒸腾的通道。不同植物的气孔数、形态结构和分布有差异。本试验中观察的15种堇菜叶表皮结构呈现多样化，气孔密度差异明显且形态各异，有的不具备表皮毛，有的只有上表皮毛、无下表皮毛。

堇菜亚属种类多、结构变化大，植物叶表皮微形态可以为属种间的分类提供依据[15]。本研究中涉及堇菜属2个亚属7个组。为进一步识别和认知堇菜属植物提供了一定的参照资料，对其叶片上、下表皮气孔和表皮毛进行研究，对于开发和利用丰富的堇菜属植物资源具有重要的意义。在研究上、下表皮微形态特征的基础上，可以根据气孔和表皮毛特征，筛选出适合园林领域应用的抗旱性植物。

参考文献：

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[ 2 ] 李骥云.东北植物检索表（第二版）[M].北京：科学出版社，1995.

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[ 4 ] 黄勇，陈汉斌.山东堇菜属（Viola）植物花粉形态研究及其分类意义[J].山东师范大学学报（自然科学版），1993，8（3）：78-82.

[ 5 ] 杜倩倩，陆耕宇，齐娟娟，等.堇菜属植物的药用历史和品种考证[J].中国野生植物资源，2019，38（2）：60-65.

[ 6 ] 王晓丹，田如男.南京堇菜属植物资源及其园林应用前景分析[J].中国野生植物资源，2014，33（4）：38-42.

[ 7 ] 杨姗姗，明晓，朱蕊蕊，等.堇菜属植物的研究进展[J].北方园艺，2009（11）：114-117.

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[ 9 ] 王旭红，秦民坚，吴永强.南京地区6种堇菜属植物叶表皮的显微结构比较[J].中药材，2003（10）：706-709.

[ 10 ] 柏景珊，南春松.堇菜属植物叶片下表皮微形態特征的研究[J].吉林林业科技，2017，46（5）：12-16.

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