四种芦荟属植物叶片结构对比研究
2019-11-30张力凡
张力凡,吴 过
(通化师范学院生命科学学院,吉林通化 134002)
芦荟属植物(Aloe L.)为百合科(Liliaceae)多年生常绿肉质草本植物[1]。蕴含75 种元素,有抗炎、杀菌、解毒和止痛等作用,具有促进溃面愈合的功效[2-4]。
芦荟叶片是利用价值最大的器官,当前对芦荟的利用已达很高的水平[2],国内芦荟药用研究大多都是依据民间以芦荟应用于病症而进行的,对几种芦荟分类规范性、严谨性也需要提升[5]。纪萍等人对不同种芦荟通过组织培养,完成芦荟复壮及快繁的目的[6]。傅术琳开发了大田芦荟快速繁殖的新途径[7]。这些都为芦荟的研究及国内芦荟产业的开发提供了基础。但是不同种类的芦荟的药用价值和使用价值不同,现今不同种类的芦荟使用率比较混乱[8]。笔者利用显微技术对芦荟属库拉索芦荟、中国芦荟、木立芦荟、多叶芦荟的叶片结构进行系统的解剖结构学研究,重点为芦荟属植物的叶片外形结构和特点,通过研究,区分出不同种类芦荟属多肉植物叶片结构的异同点,为芦荟属植物的应用提供理论依据。
1 材料与方法
1.1 材料、仪器和试剂
1.1.1 材料。本研究所用材料均为网络平台购买的植株幼苗,经温室大棚培育2 年后形成的形态良好的成株。所用材料为中华芦荟、库拉索芦荟、木立芦荟、多叶芦荟4 种芦荟的健康叶片。
1.1.2 仪器。手摇式石蜡切片机、组织自动包埋机、莱卡冰冻切片机、漂烘烤片机、奥林巴斯摄影生物显微镜、日立S3000N 扫描电子显微镜、烧杯、胶头滴管、解剖器具等。
1.1.3 试剂。切片石蜡、蜂蜡、固绿、番红、二甲苯、95%酒精、无水乙醇、丙酮、甲醛、冰醋酸、纯净水等。
1.2 试验方法
1.2.1 取样。将培养种植成熟的4 种芦荟属多肉植物的肉质叶片进行修整,切成5mm2的叶块。一半浸入冰冻切片包埋剂中浸润,另一半用FAA 固定液固定。
1.2.2 冰冻切片制备。莱卡冰冻切片机样品台上冰冻。样品头温度-10℃,样品室温度-5℃,10min 后切成20μm 左右的冰冻切片粘到载玻片上,解冻,去胶,染色,脱水,透明,中性树胶封片,烘干制成永久装片。
1.2.3 扫描电子显微镜制样与观察。通过取材植物叶片→固定与冲洗→脱水与置换→临界点干燥→粘样→离子溅射镀膜导电处理等一系列技术处理,最后利用S3000N 型扫描电子显微镜,在高真空度20~25kv 环境下二次电子模式中进行观察并拍摄。
2 研究结果
2.1 木立芦荟叶片特征
木立芦荟叶片较小,叶子呈灰绿色细而长,互生,节间较长,有显著枝干性且易于节节处生侧枝。
2.1.1 表皮特征。木立芦荟蜡膜厚且分散均匀,表皮细胞呈小的六边形。副卫细胞体积较大,并在气孔上方与蜡被共同形成一个气孔下陷窝。气孔保卫细胞开合度好,直径约为6.47~18.53μm。近轴面表皮气孔分部均匀平均密度约为22 个/mm2,远轴面气孔平均密度约为40 个/mm2。气孔附近的蜡颗粒较大,排列规律。叶片外表形成的叶裂形成刺,其上无气孔分布。
2.1.2 解剖结构。木立芦荟横切面可见表皮细胞1 层,排列紧密,细胞横截面正方形,细胞壁均匀增厚。表皮细胞外侧为透明的蜡质层,内侧为3~5 层含有叶绿体叶肉细胞。叶肉细胞外侧2~3 层为柱状,排列紧密的栅栏组织,内层细胞为球形,但相较正常海绵组织排列更紧密,无细胞间隙。叶横切面中央为透明的凝胶状髓部,由大量的被含胶质液体的液泡充满的薄壁细胞形成。髓部与叶肉细胞之间为16~20 条平行维管束形成的叶脉组织,末端导管分支,导管对生。在中间髓的部分分支,导管向中间髓的部分运输水分,导管有向髓内分布的类似于梯形的网络状结构。叶脉维管束外有维管束鞘,其外有1 条与叶脉维管束平行走向的分泌管结构并行,分泌管由1~2 个长轴与维管束平行的长管状细胞首尾衔接形成,细胞内无叶绿体,含有少量有色体,细胞内部充满黄褐色芦荟皂苷。切片可见木立芦荟分泌管较发达,含有大量皂苷。
图1 木立芦荟结构图
2.2 中华芦荟叶片特征
中华芦荟叶片较薄,呈翠绿色,叶面两面都有白色斑点,叶片互生节间较短,有明显枝干性。
2.2.1 表皮特征。中华芦荟上表皮细胞界限特别明显,排列也很紧密,规则,细胞近长方形,叶表面是一层比较薄的蜡被,颗粒状纹饰不突出,整个叶片的颗粒状纹饰比较均匀,大小区别不明显,气孔副卫细胞横列型,气孔附近无特殊结构,气孔微微下陷于蜡被及保卫细胞下。气孔平均密度约为12 个/mm2,气孔直径约13.10~28.19μm。上下表皮差别不大,下表皮细胞稍微短一些,下表皮蜡被更薄,气孔下陷更浅。气孔平均密度约为15 个/mm2,气孔直径约为11.90~34.51μm。
图2 中华芦荟结构图
2.2.2 解剖结构。等面叶,表皮细胞一层,叶肉细胞球形4~6 层,排列紧密但不规则,平行叶脉维管束14~18条,髓层较厚,其间有枝末叶脉深入,上下叶脉不连通,分泌管不发达。
2.3 库拉索芦荟叶片特征
库拉索芦荟叶子呈螺旋状排列,叶片数量较少,通常不超过20 片,叶片宽厚,幼苗叶片有白色斑点,随植株生长斑点逐渐消失。
2.3.1 表皮特征。库拉索芦荟表皮细胞形态规则,近六边形,蜡质层薄,表面有蜡质颗粒,但大多数呈片层状,气孔微微下陷,气孔附近区域蜡质层较厚,蜡颗粒较大,上表皮气孔平均密度约为7 个/mm2,气孔直径约为13.43~29.84μm。下表皮气孔平均密度为8 个/mm2,气孔直径约为20.00~36.80μm,上表皮气孔平均密度约为17 个/mm2。
2.3.2 解剖结构。等面叶,表皮细胞小,内侧为同化作用叶肉细胞,其横截面近正方形。叶脉的枝末导管深入到髓部中央,上下叶表面的叶脉枝末导管为一段纵向对生的螺纹导管。髓部角质层较厚。分泌管与主叶脉并行,特别发达,含有大量皂苷。
图3 库拉索芦荟结构图
2.4 多叶芦荟叶片特征
多叶芦荟叶片近三角楔形,叶片两侧边缘及远轴面中线纵脊处均生有白色半透明肉质尖刺,叶片螺旋互生排列呈莲座状,节间急剧缩短,叶片绿色至黄绿色。
2.4.1 表皮特征。表皮细胞小角质层及蜡被特别薄,能明显看到表层细胞,气孔结构较为特殊,数量特别多,气孔基本都处于打开状态,气孔形态呈铜钱型,圆形开口,不易闭合,表皮细胞是规则的正六边形细胞,气孔是不等型,在保卫细胞外有3 个副卫细胞,其中2 个较小。气孔平均密度约为120 个/mm2,气孔直径约为5.20~6.76μm。上下表皮结构几乎没有差别,下表皮气孔密度稍小一些,气孔平均密度约为100 个/mm2,气孔直径约为8.10~12.15μm。
2.4.2 解剖结构。叶片表皮细胞排列规则,近圆形,细胞壁较薄,外部有一层很薄的革质保护层,表皮细胞下方有一层透明无叶绿体的皮层细胞。在叶片横切结构中可见很有叶绿体的同化细胞并不连续,在同化组织叶肉细胞间断处细胞为排列规则的厚角组织细胞,细胞外壁呈螺旋状加厚,叶肉细胞呈长方形,锯齿状排列紧密嵌合。细胞透明度很高,形成缝型类似于“窗”结构。其内的叶片细胞中含有叶绿体,细胞呈长柱形,细胞规则紧密排列,叶肉细胞由外至内叶绿体密度变化不大.在含有叶绿体的细胞集中分布有气孔凹陷的表皮细胞之下。髓层很薄,其内有连接上下叶脉的分枝导管穿过。无分泌管结构。
图4 多叶芦荟结构图
3 分析与讨论
4 种芦荟叶片由外至内由表皮、同化叶肉组织、储水薄壁组织、维管束4 部分构成。叶肉中栅栏组织和海绵组织多分化不明显。叶片的厚度与其对水分的利用率相关。叶表皮外角质层越厚,蜡被越厚、越均匀,相对抗寒越好;气孔密度越大,气孔下陷深度越大,叶肉薄壁细胞越厚,相对抗旱性就越好。4 种芦荟导管均是螺纹导管,水分疏导能力较好。
库拉索芦荟、中华芦荟、木立芦荟叶表面均有较厚角质层和蜡质包被,气孔分布在远轴叶面,多叶芦荟相对叶片表面蜡质层薄,气孔密度较少且气孔周围角质化,调控能力差,叶肉组织无分化,储水能力发达,表明其减少水分流失的功能相对较弱。其中木立芦荟蜡质最厚,比较适合北方气候条件,可有效抗寒抗旱,而库拉索芦荟和中华芦荟与木立芦荟相比,蜡被相对较薄,气孔分布相对少一些,下陷深度也较浅,薄壁细胞含量最多,可见抗寒抗冻性不如木立芦荟好,但相对可以储存更多的水分,抗旱保水性更好,相对更适合南方地区气候。多叶芦荟表面角质层与前面3 种芦荟相比较薄,表层蜡被特别薄,叶片上有半透明“窗”区,气孔密度大,为典型高原耐强紫外线植物特性,耐热耐旱性较差。
芦荟叶肉的薄壁细胞又称“粘液组织”,有发达的储水薄壁组织,其中库拉索芦荟叶片的储水组织最发达,库拉索芦荟叶片宽大厚实,叶内芦荟凝胶特别丰富,水含量高,适合应用于凝胶提取美容等用途,但对光照强度要求很高,水肥管理要求严格,不适宜做大量绿化种植或家庭养植;立木芦荟维管束附近的分泌管结构明显,分泌道里储存着大量的芦荟皂苷,芦荟皂苷具有杀菌、消炎解毒、促进伤口愈合等作用,因此与其他芦荟相比保健医疗功效更为显著。中华芦荟与相比木立芦荟叶片稍厚,也含有丰富芦荟凝胶,分泌管结构不如木立芦荟发达,虽可直接用于药用保健,但皂苷含量较少,不适合大量提取,同时其株型美观,价位适中,适合用于家庭园艺绿化。多叶芦荟又称旋转芦荟,其叶片中无明显分泌管结构,叶片中薄壁细胞含量较少,不适于作为医药保健用途,但其株型特异美观,价格昂贵,适于作为高档园艺造型或家庭绿植使用。
4 结语
现今,国内外对于芦荟的快速繁殖已有极大进展,芦荟日用品及食品与名贵观赏植物已越来越普及。但是不同种类的芦荟的药用价值和使用价值是不同的,此次研究发现库拉索芦荟叶片最适于用于美容,木立芦荟和中华芦荟用于药用医疗更好,多叶芦荟更适合观赏。对于芦荟的植物解剖学、植物细胞化学及植物学的研究还需进一步深入,以期查明芦荟的药用部位及致毒特性,从而科学合理利用芦荟,指导大规模种植。