极小种群野生植物海南假韶子结构解剖特征研究

2020-01-17洪文君陈伟玉何书奋罗金环

广东农业科学 2019年11期

崔杰，洪文君，刘俊，陈伟玉，何书奋，罗金环

（1.广州市大岭山林场，广东广州 510900；2.三亚市林业科学研究院，海南三亚 572000）

【研究意义】植物的形态结构是其功能的基础，植物与环境间的变化存在一定的关联性[1-2]，解剖结构特征能更好地体现其对环境的适应性[3]。【前人研究进展】根系为植物吸收水分的重要器官之一，也是根系长期处于环境中对水分的适应。根系结构中木质化程度、导管直径大小均能影响植物适应环境的能力[4]。茎作为输送水分、营养、保水能力及维持机械支撑作用的重要器官[5]，其维管组织、髓、韧皮部和木质部均是重要的输导结构，具有高效运输水分的作用。叶部结构最能体现对生态条件的长期适应特点[6]，可塑性较强，其叶片增厚、栅栏组织增加、叶肉组织结构紧密度增加、栅栏组织与海绵组织的分化程度等均能间接体现植物对环境的适应及水分存储效率[7-8]。【本研究切入点】海南假韶子（Paranephelium hainanensis）为无患子科常绿乔木树种，为我国特有种，仅分布于海南岛崖县[9]。因植株数量极为稀少、分布区域狭小，被列为我国Ⅱ级稀有濒危保护植物和国家重点保护野生植物（第一批）》[10]以及在IUCN濒危物种红色名录中被确定为极危种[11]。目前，该物种的生境遭受退化，人为破坏较为严重；其次种子寿命短及其数量少，繁育技术较难突破，致使该物种的保护面对较大困难。近年来，在植物形态结构领域研究较多[8,12-13]，对海南假韶子的研究主要集中在有机酸类和醇类化合物[14-15]、群落生态学[16]、种群分布[17]、群落土壤特性[18]等方面，但尚未见有结构解剖结构的研究报道。【拟解决的关键问题】海南假韶子天然分布于石灰岩地区的三亚落笔洞和土壤母质为花岗岩的亚龙湾森林公园，多生长于石岩缝隙中，其生境较为特殊。为探讨该物种的根茎叶解剖结构特征与水分运输机制，揭示该极危种能够适应环境的特殊结构，皆在为该物种的生态适应性研究提供一定的理论指导。

1 材料与方法

1.1 试验材料

供试材料为野生分布在三亚市吉阳区落笔洞的海南假韶子，选取3～5株成熟、健康、向阳面的植株作为样本，采集植物成熟的根、茎、叶和气生根组织，并带回实验室用自来水洗干净表面污物，晾干水分后备用。

1.2 试验方法

在海南假韶子的根部、茎部、叶片和气生根的中部取材，叶片切成1 cm×1 cm小块，根、茎和气生根截取5 mm长的小段，切好的材料用清水冲洗后，放入体积分数为70%乙醇配制FAA固定液（70%酒精90 mL+冰醋酸5 mL+甲醛5 mL）中固定，24 h后将根部、茎部和气生根转入乙二胺软化剂中进行软化。石蜡切片法制片（横切制片），切片厚度8～12 μm，番红-固绿双重染色，中性树胶封固，并在Leica-DMLB显微镜照相并观察[19]。

利用Image J软件系统测量海南假韶子根部、茎部和气生根的半径、表皮厚度、木质部厚度、韧皮部厚度、导管直径等，计算韧皮部与木质部之比；测量叶片厚度、上下表皮厚度、上下表皮角质层厚度、栅栏组织厚度、海绵组织厚度等，同时计算栅栏组织与海绵组织之比（栅海比）、叶片栅栏组织结构紧密度、叶片海绵组织结构疏松度等。每个部位测量5～8个样本，每个样本测量10个视野，取平均值作为最终测量值。

采用Excel 2010软件进行数据处理，采用SPSS 21.0进行统计分析。

2 结果与分析

2.1 海南假韶子叶片横切面结构

海南假韶子叶片结构由表皮层、叶肉组织和维管束等部分结构组成（图1）。海南假韶子叶片为异面叶，叶片厚度为441.81（±76.35）μm；上、下表皮细胞各具有一层长方形细胞，厚度分别为42.23（±1.59）μm 和 26.03（±1.76）μm，细胞大小差异不大，细胞形状短柱形，排列紧密，叶表皮细胞外平周壁上分布着角质层（图1A）。海南假韶子栅栏组织细胞垂直叶表整齐排列，厚度为66.71（±3.15）μm，细胞呈短柱形，1层，排列较为紧密，分布着较多的叶绿素；海绵组织厚度为292.25（±62.47）μm，排列疏松，5～7层细胞，其内有较多簇晶分布（图1B），胞间隙较大，形成很大的通气组织，有利于增加水分的储量。海南假韶子叶片的栅海比0.23，叶片紧实度为15.36%、疏松度67.23%。

海南假韶子叶脉维管束由木质部、韧皮部及木质部和韧皮部之间的形成层组成（图1C）。维管束呈圆环状，木质部轮廓近半环状，韧皮部半环状连续或不连续排列，包围在木质部外方或内部，形成双韧维管束。

图1 海南假韶子叶片横切面结构Fig.1 Microstructure (transverse section) of Paranephelium hainanensis leaves

2.2 海南假韶子茎部横切面结构

由图2可知，海南假韶子茎部由表皮、基本组织、维管束和髓组成（图2A）。海南假韶子茎结构半径为183.80（±3.48）μm，表皮由多层细胞组成，较厚、排列整齐紧密（图2B、C），占半径的3.51%。维管束近两轮环形排列，包括韧皮部和木质部两部分，韧皮部和木质部分别占半径的101.50%和11.30%；木质部具有明显的导管，导管数量多且大，直径为83.16（±6.86）μm。茎的中部具有较大的髓腔（图2D），由大量薄壁细胞构成，髓组织较发达、占半径的23.72%，薄壁细胞排列紧密、无细胞间隙。

图2 海南假韶子茎部横切面结构Fig.2 Microstructure (transverse section) of Paranephelium hainanensis stems

2.3 海南假韶子根部横切面结构

海南假韶子根部由表皮、皮层、中柱鞘和维管束组成。根半径为238.38（±6.49）μm，表皮位于最外层，起保护和吸收功能，表皮细胞1层，排列整齐紧密（图3A），占茎半径的9.60%。皮层是表皮内的几层薄壁细胞，结构较为发达，皮层层数达8～10层（图3B），占半径的57.47%；薄壁细胞较大，排列较紧密。韧皮部占半径的3.94%，木质部占半径的48.68%（图3C），导管数量较少，直径170.14 μm（图3D）。

图3 海南假韶子根部横切面结构Fig.3 Microstructure（transverse section） of Paranephelium hainanensis roots

2.4 海南假韶子气生根横切面结构

海南假韶子气生根类似双子叶植物茎的构造，从外到内依次是木栓层、皮层、韧皮部、木质部和髓，推测其主要具有类似茎的水分输送功能。海南假韶子气生根半径为243.61（±2.20）μm，木栓层细胞有3～5层，细胞排列较紧密，占半径的7.33%（图4A）。气生根的皮层位于木栓层和维管柱之间，由大量薄壁细胞组成，细胞排列整齐，占半径的38.30%（图4B）；气生根的韧皮部和木质部不发达，分别占半径的2.07%和9.94%；髓部结构较为发达，由大量薄壁细胞组成，占半径的34.60%（图4C）。

图4 海南假韶子气生根横切面结构Fig.4 Microstructure (transverse section) of Paranephelium hainanensis aerial roots

3 讨论

海南假韶子作为分布区域狭小、数量稀少的珍稀濒危植物，自然分布于石头山的常绿阔叶林。成年树表现出阳性树种特性，幼苗较耐荫，处于透光率低、土层较厚的林下，其生境较为特殊。Guan等[20]研究表明叶的形态结构最为直观反映出对环境适应性。例如，蒋迎红等[21]研究海南风吹楠（Hors fi eldia hainanensis）角质层厚度较厚，叶脉发达，维管束的韧皮部和木质部发达，海绵组织中分布大量簇晶等结构特征说明具较强的耐旱性。崔大练等[22]和王玉等[23]研究表明，紫穗槐（Amorpha fruticosa）和青钱柳（Cyclocarya paliurus）的叶片结构均具有发达的栅栏组织且排列紧密，其利用光能的效率越高。然而，海南假韶子叶片为异面叶，叶片分布着较厚的角质层，栅栏组织含较多的叶绿素，海绵组织中分布簇晶，这些结构可有效地避免强烈的光照灼伤叶片及水分的过度蒸腾，也反映出具有一定的耐旱能力。这也可能是海南假韶子在石头山缝隙的特殊生境良好生长的原因。

本研究结果表明，海南假韶子茎结构半径为183.80 μm，表皮由多层细胞组成，排列整齐紧密，木质部具有明显的导管，导管数量多且大。该物种茎结构特征与四药门花[8]、吉贝（Ceiba pentandra）[5]和夏蜡梅（Sinocalycanthus chinensis）[24]茎的结构较为相似。这些茎结构有利于海南假韶子增强茎的贮藏功能，提高水分运输的有效性，增强其对环境的适应性能力。根系是植物与土壤接触的唯一部位，是植物水分来源最主要的途径。海南假韶子皮层结构发达，为根系提供一定的保护作用。皮层结构中薄壁细胞大，充分增加根系吸水和矿物质能力。根部维管组织具有较高的木质化，但韧皮部不发达且导管数量较少，这种类型的导管具有较低输导能力。

值得关注的是，海南假韶子具有气生根结构，由木栓层、皮层、韧皮部、木质部和髓组成。汪攀等[25]研究表明，发达的木栓层可控制水分散失和热量传递，也可防止外界因素对组织的机械损伤，具有不透气和不透水性特点，构成质外体运输屏障，保证根内部代谢活动的正常进行。海南假韶子木栓层细胞有3～5层，细胞排列较紧密，髓部结构较为发达，由此推测，这种结构有助于加强机械防护作用及有利于增强其抗旱性。海南假韶子根部和气生根结构均具有协同作用，让其适应高温、干旱的特殊环境。