珍稀瀕危植物天臺鵝耳櫪營養(yǎng)器官的解剖學(xué)研究

陳模舜，柯世省，楊勇宇，顏倩倩

（臺州學(xué)院 生命科學(xué)學(xué)院，浙江 臨海 317000）

天臺鵝耳櫪（Carpinus tientaiensis）屬樺木科鵝耳櫪屬，只分布在浙江省天臺縣華頂山西茅棚，僅存13株母株，被列為國家二級重點保護野生植物[1～2]。目前生境的嚴(yán)重破碎化直接影響到小種群植物的生存，天臺鵝耳櫪在研究植物地理、植物區(qū)系和生物多樣性等方面均有較高的科研價值[3～4]。目前國內(nèi)外有關(guān)天臺鵝耳櫪保護生物學(xué)的研究甚少，特別是對其解剖學(xué)方面的研究尚未見報道。本文對天臺鵝耳櫪的芽、根、莖和葉進行了解剖學(xué)特征的觀察和研究，希望為研究天臺鵝耳櫪在其生長環(huán)境中的適應(yīng)情況及其系統(tǒng)演化和區(qū)系分類提供解剖學(xué)資料，在此基礎(chǔ)上提出科學(xué)的優(yōu)先保護序列并制定合理的保護策略，以期能更好地保護天臺鵝耳櫪。

1 材料與方法

1.1 材料

所用材料為野生天臺鵝耳櫪，采自浙江天臺縣華頂山（29o 15′ N、121 o 06′ E），海拔900 m處。2008年5月采集天臺鵝耳櫪根、莖和芽，根、莖切成1 cm左右的小段，根、莖和芽均用FAA固定48 h以上，根、莖固定后需用軟化劑（95%乙醇：甘油 = 1：1）軟化1 ～ 2個月才可使用。2008年7月采集3個生境（林窗、林緣和林下）的天臺鵝耳櫪葉，林窗日最大PPFD約1 120 μmol·m-2·s-1，林緣日最大PPFD約480 μmol·m-2·s-1，林下日最大PPFD約45 μmol·m-2·s-1，采用頂芽以下第4片成熟的葉片，采樣后剪取沿中脈兩側(cè)約1.5 cm×1.5 cm的小塊，用FAA固定48 h以上。以上材料采用Rotary Microtome HM 315切片機石蠟切片，切片厚8 μm，酒精脫水，二甲苯透明，固綠番紅對染，中性樹膠封片[5]。葉表皮采用鉻酸、硝酸離析法（Geffrey）（10%鉻酸：10%硝酸= 1：1）得到。

1.2 方法

對本實驗（解離法和石蠟切片法）做成的裝片于Leica DFC 320顯微鏡下觀察并拍照，照片留在計算機硬盤上存檔。利用Leica QWin V3計算機顯微圖像分析系統(tǒng)進行圖像分析，解剖結(jié)構(gòu)測量取每試驗材料裝片5張，每觀察取10個視野，數(shù)值為平均值±標(biāo)準(zhǔn)誤，顯微圖像經(jīng)Adobe Photoshop 10.0圖像處理系統(tǒng)制版。

2 結(jié)果與分析

2.1 天臺鵝耳櫪營養(yǎng)器官的解剖結(jié)構(gòu)

2.1.1 天臺鵝耳櫪芽的解剖結(jié)構(gòu) 天臺鵝耳櫪芽外面有鱗片包被，芽由頂端分生組織、葉原基、腋芽原基和幼葉構(gòu)成（圖1-1）。頂端分生組織位于芽的頂端，具原套—原體結(jié)構(gòu)[6]，原套具1 ～ 3層細(xì)胞，只進行垂周分裂，使表面連續(xù)生長；原體原始細(xì)胞位于原套下方，它的衍生細(xì)胞形成肋狀分生組織和周圍分生組織，將來分化出莖皮層和莖的維管組織。在頂端分生組織下面的一些突起為葉原基，葉原基是葉的原始體，葉原基愈向下愈明顯，較下的已發(fā)育成幼葉，這些幼葉包被著芽。腋芽原基是芽的每個葉原基的腋部的小型突起物，它們是腋芽的原始體，腋芽展開后長成側(cè)枝。

2.1.2 天臺鵝耳櫪根的解剖結(jié)構(gòu) 天臺鵝耳櫪主根發(fā)達，屬直根系；根的橫切面近似圓形，主要由周皮和次生維管組織組成，屬根的次生結(jié)構(gòu)（圖1-2）。根的周皮厚，外層表皮多枯死脫落，周皮具有5 ～ 7層木栓層，細(xì)胞扁平，長方形，1層木栓形成層和2 ～ 3層栓內(nèi)層細(xì)胞。皮層位于周皮之內(nèi)，由3 ～ 5層薄壁細(xì)胞組成，薄壁細(xì)胞長×寬 =（15.30±2.37）μm×（5.67±0.34）μm。

次生維管組織位于皮層以內(nèi)，它由次生韌皮部和次生木質(zhì)部組成，次生木質(zhì)部居內(nèi)，次生韌皮部在外，相對排列。次生韌皮部所占比例較小，韌皮纖維較發(fā)達；次生木質(zhì)部極為發(fā)達，導(dǎo)管數(shù)量多，導(dǎo)管平均切向徑（31.36±3.50）μm，呈分散排列，導(dǎo)管間由大量木纖維組成，中間有薄壁細(xì)胞組成放射狀木射線，根為四或五原型，中央無髓部。

2.1.3 天臺鵝耳櫪側(cè)根的解剖結(jié)構(gòu) 天臺鵝耳櫪主根上產(chǎn)生各級側(cè)根。觀察側(cè)根的結(jié)構(gòu)特征，其木質(zhì)部為四或五原型，側(cè)根原基發(fā)生于木質(zhì)部放射角所對的中柱鞘細(xì)胞（圖1-3）。從側(cè)根橫切面觀察，側(cè)根已產(chǎn)生的次生結(jié)構(gòu)，周皮的木栓層4 ～ 6層，栓質(zhì)化程度很高，染色很深；韌皮部中韌皮纖維較發(fā)達；次生木質(zhì)部發(fā)達，導(dǎo)管數(shù)量多，木射線發(fā)達，排列呈十分規(guī)則的放射狀。

2.1.4 天臺鵝耳櫪莖的解剖結(jié)構(gòu) 天臺鵝耳櫪莖灰褐色有突起的皮孔，莖的橫切面近圓形，具典型雙子葉植物莖的結(jié)構(gòu)特點，莖由外向內(nèi)為周皮、皮層、韌皮部、形成層、次生木質(zhì)部、初生木質(zhì)部及髓組成（圖 1-4，圖1-5）。

莖次生構(gòu)造形成時，表皮下皮層細(xì)胞產(chǎn)生木栓形成層，木栓形成層向外形成木栓層，其細(xì)胞3 ～ 4層排列扁化，壁栓質(zhì)化，具有防止水分過多蒸發(fā)的作用；向內(nèi)產(chǎn)生2 ～ 3層栓內(nèi)層細(xì)胞。皮層位于周皮之內(nèi)，具厚角組織3 ～ 5層，薄壁細(xì)胞8 ～ 10層，薄壁細(xì)胞長×寬 =（27.55±3.50）μm×（17.96±1.28）μm，薄壁細(xì)胞含晶體（圖1-5）。

莖的次生維管組織是維管形成層平周分裂的結(jié)果，形成層細(xì)胞3 ～ 5層，為扁長形細(xì)胞，向外分化成次生韌皮部，向內(nèi)分化成次生木質(zhì)部。

次生韌皮部位于初生韌皮部內(nèi)，由篩管、伴胞、韌皮纖維、韌皮薄壁細(xì)胞和韌皮射線組成，在次生結(jié)構(gòu)中所占比例較少。在次生韌皮部外側(cè)，有成團的韌皮纖維，韌皮纖維厚度為（22.24±2.32）μm，由厚壁細(xì)胞組成，排成一圈；韌皮射線呈直線排列，貫穿次生韌皮部。

次生木質(zhì)部位于初生木質(zhì)部外側(cè)，所占面積較大，是莖的次生結(jié)構(gòu)的主要部分。它的組成和初生木質(zhì)部相似，主要由導(dǎo)管和木纖維組成，導(dǎo)管橫徑較大，導(dǎo)管直徑為（22.86±3.58）μm，次生木質(zhì)部顯然要比初生木質(zhì)部顯得濃密得多，且木質(zhì)化明顯，在橫切面上有木射線，顯示較強的輸導(dǎo)水分能力。

圖1 天臺鵝耳櫪芽、根、莖和葉的解剖結(jié)構(gòu)Figure 1 The anatomical structures of bud, root, stem and leaf of C. tientaiensis

莖的中心部分是髓（圖1-6），髓的周圍部分有緊密排列的厚壁小細(xì)胞組成的環(huán)髓帶，髓部由薄壁細(xì)胞組成，細(xì)胞較大，薄壁細(xì)胞長（41.90±1.39）μm×寬（30.65±2.24）μm，可見簇晶。

2.1.5 天臺鵝耳櫪葉的解剖結(jié)構(gòu) 天臺鵝耳櫪單葉互生，葉橢圓形或卵形，葉具網(wǎng)狀脈序，邊緣具重鋸齒，葉正面近無毛，背面沿脈疏被長柔毛、脈腋間有簇生的髯毛，其余無毛。葉為完全葉，托葉早落，葉柄長6 ～ 12 mm，上面溝槽內(nèi)密被長柔毛。

天臺鵝耳櫪的葉片為典型的異面葉，從葉片的橫切面上看，由表皮、葉肉和葉脈所構(gòu)成，葉厚度為（165.90±20.50）μm。表皮細(xì)胞排列緊密整齊，細(xì)胞多為無規(guī)則型，垂周壁深波狀彎曲，上表皮的細(xì)胞較下表皮的細(xì)胞大；氣孔集中在下表皮，為不規(guī)則型，由兩個半月形的保衛(wèi)細(xì)胞組成，下表皮氣孔器密度平均（28.82±2.50）個/mm2（圖1-7、圖1-8）。葉片的上、下表皮各為1層（圖1-9、圖1-10），上、下表皮的細(xì)胞都角質(zhì)化，形成連續(xù)的角質(zhì)層，上表皮厚度為（12.12±0.45）μm，下表皮厚度為（10.50±2.35）μm。葉肉由柵欄組織和海綿組織構(gòu)成（圖1-9），柵欄組織厚度為（70.60±10.45）μm，柵欄組織細(xì)胞為1層排列整齊的長柱形細(xì)胞，薄壁細(xì)胞含晶體，細(xì)胞內(nèi)含豐富的葉綠體，是天臺鵝耳櫪進行光合作用的主要場所；海綿組織由3 ～ 6層細(xì)胞構(gòu)成，海綿組織厚度為（66.50±12.20）μm，細(xì)胞形狀不規(guī)則，排列疏松，細(xì)胞間空隙大，鄰近的細(xì)胞之間為水平連接，成網(wǎng)狀，細(xì)胞所含葉綠體較柵欄組織的少。

觀察中脈橫切面（圖1-11），中脈維管束較發(fā)達，近軸面三個維管束呈扇形排列，遠軸面一個大維管束近圓形；其上、下部皆有數(shù)層厚角組織，中脈兩面均突出形成脊。維管束的木質(zhì)部在近軸面，而韌皮部在遠軸面，并有形成層；木質(zhì)部所占面積較大，而韌皮部則較?。痪S管束外面圍繞著一圈由2 ～ 5層厚壁組織細(xì)胞（纖維）構(gòu)成的維管束鞘，維管束鞘細(xì)胞木質(zhì)化加厚，相當(dāng)發(fā)達。

小型葉脈只含有一個維管束（圖1-9，圖1-12），其韌皮部有顯著的薄壁組織細(xì)胞。維管束外面圍繞著一層緊密排列的維管束鞘，由薄壁細(xì)胞組成。維管束鞘并不直接與表皮層相連，而是通過薄壁組織細(xì)胞與表皮層連接，這部分的細(xì)胞區(qū)域稱為維管束鞘延伸區(qū)[6]，這些薄壁細(xì)胞都不含有葉綠體。

圖2 生長環(huán)境光強對天臺鵝耳櫪葉的結(jié)構(gòu)和主脈結(jié)構(gòu)的影響Figure 2 Effects of the environmental light intensities on leaf and main vein microstructure of C. tientaiensis

2.2 生長環(huán)境光強對天臺鵝耳櫪葉解剖學(xué)特征的影響

天臺鵝耳櫪葉片的結(jié)構(gòu)特征表現(xiàn)為典型的異面葉，由表皮、葉肉和葉脈所構(gòu)成，葉脈橫切面維管束呈圓狀，主脈由1 ～ 4個維管束構(gòu)成。

2.2.1 生長環(huán)境光強對天臺鵝耳櫪葉表皮組織結(jié)構(gòu)的影響 天臺鵝耳櫪葉有表皮毛和角質(zhì)膜，表皮細(xì)胞排列較為平整，大小也較為一致；生長在林緣和林下環(huán)境，天臺鵝耳櫪葉的表皮細(xì)胞形狀及排列方式?jīng)]有改變，但其厚度均變薄，其中林下環(huán)境其表皮細(xì)胞變薄更為明顯（圖2-1、圖2-2、圖2-3和表1），這與有利于吸收更多的光照以適應(yīng)弱光環(huán)境有關(guān)。

2.2.2 生長環(huán)境光強對天臺鵝耳櫪葉肉組織結(jié)構(gòu)的影響 低、弱光環(huán)境對天臺鵝耳櫪葉的結(jié)構(gòu)影響較大。天臺鵝耳櫪在林窗較高光強下葉小而厚，葉肉組織分化明顯，含有較多的細(xì)胞，葉片橫切結(jié)構(gòu)有柵欄組織1層，細(xì)胞均比較細(xì)長，呈長條形或圓柱形，海綿組織4 ～ 6層排列疏松（圖2-1）；在林緣和林下較低光強下天臺鵝耳櫪葉肉柵欄細(xì)胞排列疏松，海綿組織細(xì)胞間隙變大，細(xì)胞短而圓，葉片也較薄（圖2-2、圖2-3）。林窗天臺鵝耳櫪葉的主脈維管束發(fā)達，近軸面二個維管束呈扇形排列，遠軸面一個大維管束近圓形，維管束鞘細(xì)胞由2 ～ 4層厚壁組織細(xì)胞構(gòu)成（圖2-4）；林緣葉的主脈維管束較發(fā)達，近軸面有一大一小維管束呈扇形排列，遠軸面有一個大維管束（圖2-5）；林下葉的主脈維管束近軸面有一個小維管束，遠軸面有一個大維管束（圖2-6），林下弱光環(huán)境葉脈維管束不發(fā)達。

就葉片厚度而言，低、弱光環(huán)境下天臺鵝耳櫪的葉片厚度明顯變薄，林窗葉片厚度是林下葉片厚度的 1.27倍左右，其柵欄組織與海綿組織厚度之比均大于 1，海綿組織排列都較為疏松，不同生長環(huán)境光強葉片的柵欄組織與海綿組織厚度比值存在差異（表1）。

表1 生長環(huán)境光強對天臺鵝耳櫪葉的解剖學(xué)特征的影響Table 1 Effects of the environmental light intensities on anatomical characteristics of C. tientaiensis leaves

3 討論

天臺鵝耳櫪生 長 于天臺縣華頂山溪谷兩側(cè)和山區(qū)林中，分布在海拔860 ～ 920 m處，年降水量1 700 mm，平均相對濕度85%以上，年平均氣溫 1 3℃，無霜期230 d，屬中亞熱帶氣候，溫暖潮濕。山地土壤系水成 巖及火成的花崗巖母質(zhì)上發(fā)育的山地黃壤土。本區(qū)特有的物種有天臺鵝耳櫪、華頂杜鵑、七子花等，并在浙江范圍內(nèi)以此區(qū)為主要分布區(qū)[2]。

植物與其生長的環(huán)境是一個整體，環(huán)境對植物的生長作用影響了植物的形態(tài)構(gòu)成，營養(yǎng)器官的形態(tài)結(jié)構(gòu)特征最能體現(xiàn)植物與生境的相互作用關(guān)系[7～8]。

天臺鵝耳櫪葉 肉組織和莖的皮層薄壁細(xì)胞含有晶體，莖的髓部薄壁細(xì)胞含簇晶，細(xì)胞中晶體的存在，可以改變細(xì)胞滲透壓，提高吸水和持水力，同時也在植物組織中起到了支持作用[9]。

葉片是植物 進 化過程中對環(huán)境變化 較 敏感且可 塑 性較大的器官， 在不同選擇 壓力下已經(jīng)形 成 各種適應(yīng)類型,其結(jié)構(gòu)特征最能體現(xiàn)環(huán)境因子的影響或植物對環(huán)境的適應(yīng)[10～11]。光是植物進行光合作用的基本能源，同時影響植物光形態(tài)建成。葉片在 較高光強下加 厚 ，葉肉組織 細(xì)胞數(shù)量增加 ； 在弱光下 葉肉組織細(xì)胞 排 列疏松，葉片變薄[12]；高至低光環(huán)境下 （林窗、林緣至林 下 ）， 柵欄組織與海綿組織 厚 度之比為1.13 ～ 1.03，柵欄組織與葉片厚度之比為0.47 ～ 0.41。天臺鵝耳櫪葉的 主脈維管束發(fā)達，葉片具有 發(fā)達的網(wǎng)狀葉脈和維管束鞘 細(xì)胞，可增強從葉基部向葉肉 細(xì)胞的水分傳輸，而機 械 組織的增強 則能在逆境 中 抵御物理損傷 和因失水萎 蔫 而造成的不良影響[13]。由此說明，天臺鵝耳櫪屬耐蔭植物類型，這與天臺鵝耳櫪分布范圍極其狹窄，一般分布于溪谷林下環(huán)境相適應(yīng)。另一方面，天臺鵝耳櫪的氣孔主要集中在下表皮，葉表皮細(xì)胞角質(zhì)化，根和莖均具有明顯的角質(zhì)層，芽有覆瓦狀鱗片包被，使得它的蒸騰作用減弱，說明其保水能力比較好，能適應(yīng)山區(qū)林中環(huán)境。

天臺鵝耳櫪的營養(yǎng)器官結(jié)構(gòu)表現(xiàn)出較耐蔭的特征，在進行天臺鵝耳櫪生物多樣性的遷地保護中[14]，幼苗的管理應(yīng)給予適當(dāng)?shù)墓庹諚l件，注重其保水器官的保護，引種栽培天臺鵝耳櫪時最好選擇在溪谷林下以促進其正常生長，確保物種繁衍。

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