中国早熟禾属植物部分种叶下表皮微形态的研究

李建霞，丁　昕，丁良霞，许崇梅

(潍坊医学院 药学院，山东潍坊261053)

中国早熟禾属植物部分种叶下表皮微形态的研究

李建霞，丁昕，丁良霞，许崇梅*

(潍坊医学院 药学院，山东潍坊261053)

摘要:通过光学显微镜及扫描电子显微镜对中国早熟禾属20种、6亚种及2变种植物的叶下表皮微形态特征进行了观察, 以明确叶表皮微形态特征在早熟禾属植物中的分类学意义。结果显示：(1)早熟禾属植物的叶下表皮长细胞多为长筒状或纺锤形，少数短筒状，细胞壁波状弯曲或近平直；脉间具有短细胞或缺如；气孔器多数常见，副卫细胞平行形至低圆屋顶形；脉上具有刺细胞或缺如，脉间刺细胞多为缺如；脉上硅细胞单生或对生，椭圆形、肾形、新月形、近方形、长方形边缘波状弯曲或结节形；部分早熟禾属植物叶下表皮存在冠细胞。(2)早熟禾属植物叶下表皮微形态特征在长细胞的形状及其细胞壁的弯曲与否、短细胞的有无及其形状、气孔器的分布与副卫细胞的形状、刺细胞的分布、脉上硅细胞的形状、冠细胞的有无这些方面存在着一定的差异，可为该属植物种间分类提供参考依据。叶表皮微形态证据支持高原早熟禾、细叶早熟禾作为草地早熟禾亚种的处理意见。

关键词:早熟禾属；叶下表皮；微形态

早熟禾属(PoaL.)隶属于禾本科(Poaceae)早熟禾亚科(Subfam.Pooideae)，是禾本科中最大的属。全世界约有500种，其广泛分布于全球温寒带、亚热带、热带高海拔山地[1-2]。该属植物草质优良，是重要的牧草与草坪植物种质资源。早熟禾属是一个分类上非常复杂的属，其形态学分类主要是根据叶的形状、小穗含小花数目、第一颖和第二颖特征以及内外稃的特征等[3]。但是，早熟禾属植物种间形态特征极为相似，广泛存在无融合生殖和基因渗入，在属下水平没有严格统一的分类标准[4-5]。《中国植物志》[6]记载中国有早熟禾属植物231种,《FloraofChina》[1]中对早熟禾属植物进行了重新修订，共记81种、31亚种与15变种。

关于早熟禾属植物的分子系统学研究报道较多。Holt等[7]通过对早熟禾属23种植物的trnL-trnF序列研究，发现早熟禾属的trnL-trnF序列具有种间差异性，可为该属植物属下水平上的分类提供参考依据。Gillespie等[8]基于对早熟禾属68种植物的trnT-trnF序列的研究，对早熟禾属植物进行了修订，把早熟禾属分成了5个亚属，分别是类早熟禾亚属(P.subg. Arctopoa)、黄褐早熟禾亚属(P.subg. Ochlopoa)、假早熟禾亚属(P.subg. Pseudopoa)、早熟禾亚属(P.subg. Poa)、林地亚属(P.subg. Stenopoa)。此后，Gillespie等[9]又对早熟禾属40种植物的ITS序列和trnT-trnL-trnF序列同时进行了系统发育分析。

叶表皮微形态特征已被广泛用于禾本科植物的分类研究[10-11]。陈守良等[12]通过观察研究狗尾草属植物叶表皮细胞的显微结构，发现叶表皮细胞形态特征可用于狗尾草属下水平的分类，并且依据叶表皮微形态划分的6种类型与依据外部形态划分的组基本一致。Ortúez等[10-11]通过对羊茅属表皮微形态特征的研究，发现叶表皮微形态特征在羊茅属下水平分类中具有一定价值。王燕红等[13]研究发现沟稃草属及其近缘属的叶下表皮微形态特征存在一定差异，可作为分属的参考依据。近些年来，国内对禾本科剪股颖属[14]、广义拂子茅属[15]等多个属的叶表皮形态的研究已见报道，但是，早熟禾属叶表皮形态的研究国内外鲜有详细报道。本实验应用光学显微镜及扫描电子显微镜对中国早熟禾属20种、6亚种及2变种植物的叶下表皮微形态特征进行了研究，旨在探讨叶表皮微形态特征在早熟禾属植物中的分类学意义。文中供试材料的名称参照《FloraofChina》[1]。

1材料和方法

1.1材料

供试20种、6亚种及2变种早熟禾植物的成熟叶片，均取自腊叶标本，来源见表1。

1.2方法

1.2.1光镜下观察材料处理分别选取供试28份材料的成熟叶片中部，水煮软化数分钟，常温下蒸馏水浸泡30min，视材料不同再用5%的NaClO溶液浸泡离析，待叶片变白时，用蒸馏水洗净离析后的叶片，再用单面刀片刮去上表皮与叶肉组织，然后将下表皮置于载玻片上，依次经1%番红染色，浓度梯度(70%、80%、95%、100%)酒精脱水，二甲苯透明，中性树胶封片，室温晾干制成永久装片。最后，将装片置于OLMPUSIX71光学显微镜下进行观察并拍照。

1.2.2扫描电镜下观察材料处理

分别选取供试28份材料的成熟叶片中部，置于二甲苯溶液中浸泡4～5d除去蜡质层(视材料不同，个别材料可做超声处理)，然后擦除叶片残留有机溶剂与脏污，再用剪刀把叶片处理成合适大小。最后把处理好的叶片粘贴在样品台上，经喷金处理后，在SUPRA55型热场发射扫描电子显微镜下进行观察并拍照。

本文叶表皮形态描述术语参照Ortúez等[11]和陈守良等[16]文献。

2观察结果

2.1叶表皮微形态特征

应用光学显微镜及扫描电子显微镜对中国早熟禾属20种、6亚种及2变种植物的叶下表皮主要形态特征进行观察，结果见表2及图版Ⅰ、Ⅱ。由表2可知，早熟禾属植物的叶下表皮长细胞的形状多为长筒状或纺锤形，少数短筒状，细胞壁呈波状弯曲或近平直；脉间具有短细胞或缺如，短细胞单生或对生，新月形或近方形；气孔器多数常见，副卫细胞平行形至低圆屋顶形；脉上具有刺细胞或缺如，脉间刺细胞多为缺如；脉上硅细胞单生或对生，呈椭圆形、肾形、新月形、近方形、长方形且边缘波状弯曲或结节形。西伯利亚早熟禾(原亚种)(图版Ⅱ，6)、准噶尔早熟禾(图版Ⅱ,12)、喜巴早熟禾(图版Ⅱ,24)的叶下表皮存在冠细胞(crowncell)。

此外，对早熟禾属下各亚属的叶下表皮微形态特征概括如下。(1)类早熟禾亚属：长细胞长筒状或短筒状，边缘波状弯曲；短细胞单生或对生，新月形或近方形；气孔2至多列，副卫细胞平行形至低圆屋顶形；脉上与脉间刺细胞缺如；脉上硅细胞单生或对生，椭圆形、新月形或近方形。(2)黄褐早熟禾亚属：长细胞短筒状或纺锤形，边缘波状弯曲或近平直；短细胞单生，新月形或近方形；气孔多2列，副卫细胞平行形至低圆屋顶形；脉上与脉间具有刺细胞或缺如；脉上硅细胞单生，肾形、结节形或长方形且边缘波状弯曲。(3)早熟禾亚属：长细胞长筒状或长纺锤形，边缘波状弯曲或近平直；短细胞单生或对生，新月形或近方形，或缺如；气孔多为常见，副卫细胞平行形至低圆屋顶形；脉上具有刺细胞或缺如，脉间刺细胞多为缺如；脉上硅细胞单生或对生，椭圆形、肾形、近方形、长方形且边缘波状弯曲或结节形；西伯利亚早熟禾(原亚种)、准噶尔早熟禾的叶下表皮存在冠细胞。(4)林地亚属：长细胞长筒状或纺锤形，边缘多为近平直；短细胞单生或对生，新月形或近方形，或缺如；气孔多为常见，副卫细胞多为平行形；脉上刺细胞多为常见，脉间刺细胞少见；脉上硅细胞单生或对生，椭圆形、肾形、长方形且边缘波状弯曲或结节形；喜巴早熟禾的叶下表皮存在冠细胞。

表1　实验材料及来源

注：*,NAS. 江苏省中国科学院植物研究所标本馆。

Note:*,NAS.HerbariumofJiangsuInstituteofBotany.

2.2叶表皮微形态归类

依据叶表皮微形态的特征，可以把早熟禾属部分植物分为4种类型。类型Ⅰ：脉间区短细胞密布，刺细胞分布少，无冠细胞，属于此类型的有类早熟禾亚属的散穗早熟禾和西藏早熟禾，早熟禾亚属的双节早熟禾、多鞘早熟禾、草地早熟禾、高原早熟禾、细叶早熟禾。类型 Ⅱ：脉间区短细胞少见，刺细胞较常见，无冠细胞，如黄褐早熟禾亚属的早熟禾、胎生鳞茎早熟禾，早熟禾亚属的糙叶早熟禾、白顶早熟禾、喀斯早熟禾、垂枝早熟禾以及林地亚属的普通早熟禾、林地早熟禾、硬质早熟禾、法氏早熟禾、堇色早熟禾、渐尖早熟禾、达呼里早熟禾、阿拉套早熟禾。类型 Ⅲ：脉间区短细胞少见，刺细胞少见，无冠细胞，有早熟禾亚属的唐氏早熟禾和久内早熟禾，林地亚属的巨早熟禾和加拿大早熟禾。类型 Ⅳ：脉间区短细胞密布，刺细胞常见，有冠细胞，包括早熟禾亚属的西伯利亚早熟禾、准噶尔早熟禾和林地亚属的喜巴早熟禾。

3讨论

早熟禾属叶下表皮微形态特征与蔡联炳[17]研究报道基本一致，叶下表皮类型为典型的早熟禾型：长细胞多为长筒形，细胞壁波状弯曲或近平直；短细胞单生、对生或缺如；气孔器常见，副卫细胞平行形至低圆屋顶形；刺毛脉上通常常见；大毛、微毛、乳突通常不着生。但蔡联炳仅研究了属内5种植物，缺乏代表性，本实验对该属植物做了更详细的叶表皮研究。通过扫描电镜的观察，首次发现早熟禾属叶下表皮存在冠细胞(crowncell)。冠细胞是具有圆形基底和小突出结构的外皮层短细胞，突出顶端通常呈圆球状或钩状。“冠细胞”最初是由Prat[18]描述该结构使用的术语，Watson等[19]、Acedo等[20]、Ortúez等[10-11]描述禾本科植物微形态时均采用冠细胞。但是，Ellis[21]使用“刺状体(prickles)”或“钩状体(hooks)”，MejíaSaules等[22]使用“钩状乳突(hookedpapilla)”来描述此结构，本文使用了该结构的最初术语“冠细胞”。

早熟禾属叶下表皮微形态在长细胞的形状及其细胞壁的弯曲与否、短细胞的有无及其形状、气孔器的分布与副卫细胞的形状、刺细胞的分布、脉上硅细胞的形状、冠细胞的有无这些方面存在着一定的差异，可为早熟禾属种间分类提供参考依据。草地早熟禾(图版Ⅰ，9；Ⅱ，9)、高原早熟禾(图版Ⅰ,10;Ⅱ,10)、细叶早熟禾(图版Ⅰ,11;Ⅱ,11)三者的叶下表皮微形态特征具有较高的一致性，仅在气孔器的分布列数与类型存在细微差异，高原早熟禾、细叶早熟禾、草地早熟禾在《中国植物志》中为3个独立的种[6]，Zhu等依据外部形态特征如叶片、第一颖与外稃等的性状，把高原早熟禾、细叶早熟禾作为草地早熟禾的亚种处理[1]。叶表皮微形态的研究支持《FloraofChina》把高原早熟禾、细叶早熟禾作为草地早熟禾亚种的处理意见。

此外，根据叶表皮微形态划分的类型可以看到，类型Ⅰ包含类早熟禾亚属和早熟禾亚属的部分植物；类型Ⅱ包括黄褐早熟禾亚属以及早熟禾亚属和林地亚属的部分植物；类型Ⅲ包括早熟禾亚属与林地亚属的部分植物；类型 Ⅳ仅3种，为早熟禾亚属的西伯利亚早熟禾、准噶尔早熟禾和林地亚属的喜巴早熟禾。根据叶表皮微形态划分的类型与早熟禾属的亚属划分并不相一致，但是由于选择材料有限，叶表皮微形态对于早熟禾属植物的系统分类学意义需要更深入的研究。

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图版说明：

图版Ⅰ、Ⅱ光学显微镜(Ⅰ)和电子显微镜(Ⅱ)下叶下表皮微形态

1.散穗早熟禾；2.西藏早熟禾(原变种)；3.胎生鳞茎早熟禾(亚种)；4.早熟禾；5.双节早熟禾；6.西伯利亚早熟禾(原亚种)；7.多鞘早熟禾；8.唐氏早熟禾；9.草地早熟禾(原亚种)；10.高原早熟禾(亚种)；11.细叶早熟禾(亚种)； 12.准噶尔早熟禾(亚种)；13.糙叶早熟禾；14.久内早熟禾；15.白顶早熟禾(原变种)；16.喀斯早熟禾；17.垂枝早熟禾(变种)；18.巨早熟禾(亚种)；19.普通早熟禾(原亚种)；20.加拿大早熟禾；21.林地早熟禾(原变种)；22.硬质早熟禾(原变种)；23.法氏早熟禾(原变种)；24.喜巴早熟禾；25.堇色早熟禾(亚种)；26.渐尖早熟禾(原变种)；27.达呼里早熟禾(变种)；28.阿拉套早熟禾(原亚种)。

Explanationofplates:

PlateⅠ、ⅡLM(Ⅰ)andSEM(Ⅱ)microphotographsofleafabaxialepidemis

Fig.1.P. subfastigiataTrinius;Fig.2.P. tibeticavar. tibeticaMunroexStapf;Fig.3.P. bulbosasubsp. vivipara (Koeler)Arcangeli;Fig.4.P. annuaL.;Fig.5.P. binodisKengexL.Liu;Fig.6.P. sibiricasubsp. sibiricaRoshevitz;Fig.7.P. polycoleaStapf;Fig.8.P. tangiiHitchcock;Fig.9.P. pratensissubsp. pratensisL.;Fig.10.P.pratensissubsp. alpigena (Lindman)Hiitonen;Fig.11.P. pratensissubsp. angustifolia (L.)Lejeun;Fig.12.P. lipskyisubsp. dschungarica (Roshevitz)Tzvelev;Fig.13.P. asperifoliaBor;Fig.14.P. hisauchiiHonda;Fig.15.P. acroleucavar. acroleucaSteudel;Fig.16.P. khasianaStapf;Fig.17.P. szechuensisvar. debilior (Hitchcock)Soreng&G.Zhu;Fig.18.P. secundaJ.Preslsubsp. juncifolia (Scribner)Soreng;Fig.19.P. trivialissubsp. trivialisL.;Fig.20.P. compressaL.;Fig.21.P. nemoralisvar. nemoralisL.;Fig.22.P. sphondylodesvar. sphondylodesTrinius;Fig.23.P. faberivar. faberiRendle;Fig.24.P. hylobatesBor;Fig.25.P. araraticasubsp. ianthina (KengexShanChen)Olonova&G.Zhu;Fig.26.P. attenuatavar. attenuataTrinius;Fig.27.P.attenuatavar. dahurica (Trinius)Grisebach;Fig.28.P. albertiisubsp. albertiiRegel.

图版ⅠPlateⅠ

图版ⅡPlateⅡ

(编辑:潘新社)

MicromorphologyofLeafAbaxialEpidermisofSomePoaSpeciesinChina

LIJianxia,DINGXin,DINGLiangxia,XUChongmei*

(CollegeofPharmacy,WeifangMedicalUniversity,Weifang,Shandong261053,China)

Abstract:Micromorphological characters of leaf abaxial epidermis of 20 species, 6 subspecies and 2 varieties of Poa was examined by light microscope and scanning electron microscope, to infer its significance for classification of the genus Poa.The results indicated that: (1) the leaf abaxial epidermis of Poa were characterized by long-tubular, fusiform or short-tubular long-cells with straight or sinuous wall; presence or absence of short-cells in intercostal zone; frequent stomata and parallel-sided or dome-shaped subsidiary cells distributed in intercostal zone; presence or absence of prickle-cells in costal zone, absence of prickle-cells in intercostal zone; elliptic, reniform, crescentic, subsquare, horizontally-elongated sinuous or nodular silica-cells distributed solitary or in pairs in costal zone; presence of crown cells in some species. (2) Variations of leaf epidermal features existed at the species level, such as shape and wall thickness of long-cells, presence or absence of short-cells and its shape, distribution of stomata and shape of subsidiary cells, distribution of prickle-cells, and shape of silica-cells distributed in costal zone. The micromorphological study revealed that the characters of leaf abaxial epidermis could provide evidences for classification of the genus Poa. Moreover, the evidences of leaf abaxial epidermis confirmed the view that P. pratensis subsp. angustifolia and P. pratensis subsp. alpigena were the subspecies of P. pratensis subsp. pratensis.

Key words:Poa; leaf abaxial epidermis; micromorphology

文章编号:1000-4025(2016)05-0945-09

doi:10.7606/j.issn.1000-4025.2016.05.0945

收稿日期:2016-01-25;修改稿收到日期:2016-03-30

基金项目:国家自然科学基金资助项目(81274049)；山东省自然科学基金资助项目(2012CQ039)

作者简介:李建霞(1989-)，女，在读研究生，从事植物系统及资源分类学研究。E-mail:917592021@qq.com *通信作者:许崇梅，博士，副教授，从事植物系统及资源分类学研究。E-mail:xuchongmei2012@163.com

中图分类号:Q994.56;Q248

文献标志码:A