入侵杂草薇甘菊叶不同发育期微形态特征研究

曹 畅，黄梦婷，何志敏，罗肖莹，吴江兰，王长宝 (玉林师范学院生物与制药学院，广西玉林 537000)

薇甘菊(H.B.K)原产于南美洲和中美洲，现已广泛传播到亚洲热带国家，成为当今世界热带、亚热带地区危害最严重的杂草之一。1919年薇甘菊作为杂草在中国香港出现，1984年在深圳发现。广西最早证实薇甘菊是2008 年在陆川县铁路沿线发现，目前，桂东南玉林市管辖的陆川县、博白县、北流市和容县均有记录。笔者在玉林市区部分公园和校园绿化带也发现有薇甘菊的分布，说明该种正在适应城市人工干扰环境。植物进化过程中，叶片形态对环境变化较为敏感，能体现环境因子的影响以及对环境的适应性。薇甘菊的抗强光胁迫能力并不强，但是它很快长出新叶，能够很好地利用强光资源进行光合作用，同时还可以通过调节自身叶片的形态特征来维持其对不同光照环境的入侵能力，表明其叶片具有很强的形态和功能可塑性。已有研究发现，薇甘菊幼苗初期生长缓慢，在30 d内苗高仅11 cm，单株叶面积0.33 cm，但随着苗龄的增长，其生长随之加快，茎部产生不定根，并迅速扩展。这种快速生长的结构基础来源于叶柄、叶脉、茎等非同化器官，具有C4植物的典型维管束鞘结构特征以及气孔的调节功能。虽然，前人开展了薇甘菊成熟植物体茎叶解剖特征研究，但对其叶的微形态特征认识尚不清楚。笔者通过对薇甘菊叶不同发育期的表皮细胞、气孔器和表皮毛的特征进行了比较分析，为进一步了解薇甘菊叶片的环境适应性提供参考资料。

1 材料与方法

选取玉林师范学院东校区挂榜山马尾松林下小路边薇甘菊，进行叶片生长情况观察，每3 d观察1次，测量叶片大小并拍照记录数据。经过60 d的观测，掌握薇甘菊形态大小的时间变化规律，由此将薇甘菊叶从展叶期到成熟期按照大小划分为8个阶段进行取样(图1)。试验材料的采集时间均为晴天14：00—16：00。

叶表皮细胞观测。每组采取2片新鲜叶子，双面刀片刮除叶肉，清水冲洗后经醋酸洋红染色，制成临时装片镜检，选择5个清晰的视野在Olympus显微镜下观察，利用CELL软件绘制细胞轮廓并进行数据测量，每个视野测20个细胞的长宽(长宽比=细胞长/细胞宽)及面积，每组共200个细胞。观察结束后拍照保存，并分析表皮细胞所属的形态类型。

气孔器观测。每组选择40个气孔器测量长、宽和面积后取平均值，再选择6个视野单位面积，计算气孔器面积、气孔器长、宽以及长宽比值、气孔器面积与视野单位面积比值。气孔器面积与视野面积比值=视野内气孔器面积/视野面积；气孔器长宽比值=保卫细胞长/保卫细胞宽。

注：1.展叶期;2～7.生长期;8.成熟期Note：1.Leaf spreading stage;2-7.Growth stage;8.Leaf maturity图1 薇甘菊叶不同发育期的形态及大小变化Fig.1 Morphology and size changes of Mikania micrantha leaves at different developmental stages

表皮毛观测。每组分别测量视野内上表皮单位面积下的表皮毛个数(单位面积为820 800 μm)，上下表皮各选取5个不同位置的视野，统计表皮毛的个数，取平均值，并计算每1万μm的表皮毛个数。每1万μm的表皮毛个数=(视野内表皮毛个数/视野面积)×10。

2 结果与分析

由表1可知，叶长2.90～6.05 cm时，上表皮细胞面积和长、宽均值呈上升趋势，但个体细胞生长不同；叶长6.50～14.00 cm时，上表皮细胞面积和长、宽均值变化相对较小，总体上表现为缓速增长。上表皮细胞各生长阶段的细胞面积和长、宽均值大多大于下表皮，对于下表皮细胞来说，薇甘菊叶长2.90～14.00 cm，表皮细胞面积并没有因为叶的生长而出现大幅变化，总体趋近于200～300 μm，长、宽均值也较上表皮略小，但长宽比均值上下表皮都很接近。

表1 薇甘菊叶不同发育期表皮细胞特征Table 1 Leaf epidermal cell characteristics of different developmental stages of Mikania micrantha

薇甘菊上表皮细胞垂周壁样式多呈直状，少数呈波状，细胞形态多呈多边形和无规则形，且垂周壁波状和细胞无规则形、垂周壁平直状和细胞多边形同时出现(表1、图2A、C)。下表皮细胞垂周壁样式全部呈波状，细胞形态全部呈无规则形，且细胞垂周壁和细胞形态的变化较上表皮小(表1、图2B、D)。

注：A.展叶期上表皮细胞；B.展叶期下表皮气孔器；C.成熟期上表皮细胞；D.成熟期下表皮气孔器；E.展叶期上表皮表皮毛；F.展叶期下表皮表皮毛；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图2 薇甘菊叶上下表皮微形态特征Fig.2 Micromorphological feature of upper and lower epidermis of Mikania micrantha leaves

薇甘菊上下表皮均有气孔器，但上表皮气孔器偶有出现，故气孔器的观测均采用下表皮进行。薇甘菊的气孔器由2个肾状保卫细胞围合而成，中间留有大小不同的气孔，均匀分散在叶面上，镶嵌在无规则的表皮细胞间(图2B、D)。由表2可知，叶长对气孔器面积比影响较小，气孔器的长宽以及长宽比也没有随着发育期的变化出现明显的波动，长宽比均处于一个平均值范围内(1.39～1.66)，面积较大的气孔器长宽略大于面积较小的气孔器(表2)。

表2 薇甘菊叶下表皮不同发育期气孔器特征Table 2 Characteristics of leaf stomatal cell of different developmental stages of lower epidermis of Mikania micrantha

薇甘菊叶上下表皮均有表皮毛，其中展叶期上表皮毛密度大于下表皮(图2E、F、表3)，此时表皮毛相较于成熟期密集。当薇甘菊叶进入生长期，随着叶片面积的增加和成熟度的上升，开始不断脱落表皮毛尤其是上表皮到了成熟叶后期，表皮毛的个数极小，仅0.032个，说明叶肉细胞和叶表皮已经发育完全，不再依赖表皮毛的保护，而此时的表皮毛也相对较大，更加粗壮(图2G、H)。

表3 薇甘菊叶不同发育期表皮毛的特征Table 3 Characteristics of trichome in different developmental stages of Mikania micrantha leaves 个

3 讨论与结论

作为一种入侵作物，薇甘菊能够迅速生长发育与其叶片的结构迅速成熟密切相关。薇甘菊幼叶期下表皮的气孔器和表皮细胞已经趋向于成熟，与成熟期叶片细胞面积以及细胞长宽并无较大区别，这些成熟的细胞促进了薇甘菊的迅速生长，这与张衷华的结论相一致。幼叶细胞结构在30 d内的快速构建为薇甘菊生长发育期第1次快速增长打下了坚实的基础。展叶期的叶片尚未发育完全，强烈的太阳光会灼伤叶组织，薇甘菊通过形成大量表皮毛反射太阳光而保护靠近上表皮的叶肉组织，从而保证其顺利度过幼叶期，有利于在叶面上下表皮之间形成栅栏组织和海绵组织，促进上表皮扁平的细胞迅速生长，从而能够适应太阳光强的程度。展叶期结束后，随着叶片的生长，叶片开始脱落大量表皮毛，从而增强了气孔器的气体交换和表面光照的吸收，更有利于植物本身的营养补给，当叶片正式进入成熟期时，表皮毛的密度下降至最低。气孔是植物吸收CO、散失水分的主要通道，是植物与外界信息交流的主要窗口，直接影响着植物的蒸腾作用、光合作用等主要生理活动，在植物的生长发育过程中起着重要作用。薇甘菊叶的不同发育期下表皮气孔器面积和下表皮细胞面积数据变化趋近，这反映植物的发育是与其功能相适应的。

该试验中叶长6.50～14.00 cm时，薇甘菊上表皮细胞面积和长、宽出现少许波动变化，认为是由于光强和环境因素导致的植物个体的微小差异。从数据分析得出，部分薇甘菊叶片在发育期由于光照较少而生长缓慢，个别叶片因光照较好而生长迅速，从而影响了表皮细胞的生长，这是薇甘菊对环境变化的反映，进而验证了薇甘菊对光强有很强的环境适应性，这也与魏巍的研究结果一致。该研究揭示了薇甘菊叶片不同发育时期的微形态学特征，为深入了解该入侵物种的生理特性及生态适应性提供参考。