燕子掌叶片在植物叶组织结构实验中的应用
2022-04-18赵淑玲杨小录卓平清胡文斌
赵淑玲,杨小录,王 瀚,陈 强,卓平清,胡文斌
(1.陇南师范高等专科学校农林技术学院,甘肃 成县 742500;2.陇南特色农业生物资源研究开发中心,甘肃 成县 742500)
高职高专农业类专业、师范类生物教育专业均开设有植物学、植物与植物生理等课程,该课程是重要的专业基础课,主要学习内容为植物的形态结构、植物生命活动规律、植物分类及植物与环境之间相互作用,是生命科学专业的重要专业基础课之一[1],在植物学、植物与植物生理课程中,实验课对于学生认识、学习植物有很重要的作用。通过实验课,学生能直接观察、实验,较为直接地获取知识和实践操作技能,并能掌握一定的实验方法和技能,通过技能的迁移,为学生以后的学习和工作打下坚实的基础。在植物学、植物与植物生理等课程实验中,有植物组织观察、生长物质对植物的影响等实验,在教学过程中,应用过多种植物材料,在诸多植物材料中发现燕子掌是一种较好的试验材料,有容易获得、观察效果好等优点。
燕子掌(Crassula arborescens)为景天科青锁龙属植物。多年生亚灌木,常绿植物,俗称金钱树,又名玉树、景天树、花月等。植株高1~3 m,肉质茎肥厚,二岐分枝,叶对生,肉质卵圆形,长3~5 cm,宽2~3 cm,叶肉组织发达,叶绿色,表皮细胞较薄。花径2 mm,白色或淡粉色,燕子掌原产非洲南部,喜肥沃砂质土壤,耐干旱,易繁殖,易成活,广布世界各地。现将燕子掌叶片在植物叶组织结构等试验中的应用总结如下。
1 试验方法及步骤
1.1 试验材料
试验材料于12月中旬采自陇南师专北校区实训楼一楼门厅处,植株高约60 cm,肉质茎直径约8 cm。采叶时选取叶色浓绿,叶柄较长,易于做徒手切片的叶片。
学生用显微镜:N-101B生物显微镜(宁波永新光学股份有限公司)。
萘乙酸(NAA)试剂为分析纯。
1.2 试验方法
1.2.1 临时装片法
在洁净的载玻片中央滴一滴蒸馏水,将新鲜植物材料浸入水中,盖上盖玻片置显微镜下观察。
1.2.2 徒手切片法切片
燕子掌叶用徒手切片法横切,徒手切片时叶片的叶柄朝上,切下的切片置于盛蒸馏水的培养皿中,肉眼观察,挑选平整且较薄、较透的切片直接做水封临时装片。
1.2.3 气孔数量的计算
撕取燕子掌叶片表皮做临时装片置于显微镜上观察,观察时任意选取3个视野进行拍照,然后仔细数出每个视野中的气孔数目,求得平均值为燕子掌叶片气孔数量的最终值。
燕子掌表皮单位面积气孔器密度计算公式[2]如下:
1.2.4 燕子掌叶片扦插实验
配制不同浓度的萘乙酸:20 mg·L-1、40 mg·L-1、60 mg·L-1、80 mg·L-1、100 mg·L-1溶液,将燕子掌叶片基部浸入不同浓度萘乙酸溶液中5 min,处理的燕子掌叶片平铺在装有育苗基质的发芽盒内,发芽盒放置在陇南师专智能温室培养,以蒸馏水为对照,每隔20 d进行观察记录其生长不定根、不定芽的情况。摘取燕子掌叶片时尽量选茎干上同等位置的叶片。
2 结果与分析
2.1 叶绿体观察
用徒手切片法将燕子掌叶片横切,挑选较薄的切片做临时装片,置学生显微镜下观察拍照,显微镜下可见叶肉细胞中的叶绿体,白天光照下叶绿体多排列于细胞壁附近,轮廓清晰,呈圆形或椭圆形绿色颗粒状。如图1箭头所示:
图1 燕子掌叶肉细胞叶绿体(箭头所示处为叶绿体,400×)Fig.1 Chloroplast of Crassula arborescens mesophyll cell
2.2 燕子掌叶的横切结构观察
水封临时装片制作方法同2.1,置显微镜下观察,见图2,叶片的横切结构由外向内依次为:表皮细胞、叶肉细胞、叶脉。表皮细胞1层,呈长方形,结构紧密,在显微镜下亮度高,几乎透明,无表皮毛等附属结构。表皮下一层细胞不含叶绿体。燕子掌叶的叶肉细胞无明显栅栏组织和海绵组织区分,叶肉细胞圆形至略椭圆形,细胞轮廓清晰,细胞含叶绿体,为等面叶;叶柄基部叶脉韧皮部和木质部结构完整,木质部导管直径稍大且明显,学生用显微镜下能明显区分木质部和韧皮部。
图2 燕子掌叶横切图(400×)Fig.2 Crosssection of Crassula arborescensleaf
2.3 燕子掌叶片表皮气孔器观察
用尖头镊子撕取长宽约0.3 cm×0.3 cm大小的叶表皮(燕子掌叶片较其他常见叶相比较,极易撕下几乎不带叶肉的表皮,表皮细胞观察明显),表皮白色膜状近透明,做水封临时装片,置显微镜下观察,表皮细胞呈不规则形,细胞彼此嵌合紧密,表皮细胞中散布气孔器见图3A,气孔器由两个肾形保卫细胞及气孔构成见图3B,光照下观察气孔开张数量的比例远低于关闭的气孔数量。
图3 燕子掌叶表皮气孔Fig.3 Epidermal stomata of Crassula arborescensleaf
生物显微镜观察时目镜放大倍数为10倍,物镜放大倍数为10倍,通过公式(1~3)计算得观察视野面积为0.242 2 mm2。燕子掌叶上表皮叶片气孔平均密度约为150.289 0±5.573个/mm2,燕子掌叶下表皮叶片气孔平均密度约为177.539 2±13.899 6个/mm2,气孔以闭合状态居多;叶上、下表皮均有气孔分布,单位面积下表皮气孔数量较上表皮气孔数量多,上表皮细胞较下表皮细胞排列紧密。
2.4 燕子掌叶片扦插生根实验
摘取燕子掌叶片,用自来水冲洗叶片,用滤纸拭去叶片表面水分,将叶片基部浸入不同浓度:20 mg·L-1、40 mg·L-1、60 mg·L-1、80 mg·L-1、100 mg·L-1萘乙酸溶液中5 min,取出后将燕子掌叶片平铺在发芽盒内,以蒸馏水为对照,每隔20 d观察一次,并统计不定根、不定芽发生情况[3-4]。
图4可以看出,植物激素对燕子掌叶片生根有一定影响。燕子掌叶片扦插后很快在叶柄基部开始长出不定根,不定根的长度随萘乙酸浓度的增加有明显的生长,与对照相比,萘乙酸处理组的不定根长度均增长明显,扦插60 d时,燕子掌叶片在低浓度(20~40 mg·L-1)萘乙酸作用下,发出不定芽,较高浓度(60~100 mg·L-1)萘乙酸处理下,基本不生不定芽,表明低浓度激素对植物的生长有积极促进作用,而高浓度对植物的生长有抑制作用,与韩玉红[5]等人的研究结果相同。
图4 燕子掌叶片扦插生根情况图Fig.4 Cutting and rooting of Crassula arborescens leaf
3 讨论
燕子掌叶片用于植物叶组织结构试验的报道较少,汪晓萍[6]用显微镜观察燕子掌叶表皮;徐小林[7]等对同属植物玉树(Crassula arborescenes)的根、茎、叶器官的结构特征进行研究,发现玉树叶有蜡质层,叶肉中有储水细胞,叶表皮有气孔,气孔分布少。
在长期的进化过程中,部分肉质植物为了适应干旱的环境,其叶肉细胞中通常有具有相应的储水结构[7],细胞内含水量高。燕子掌叶肉细胞中无栅栏组织和海绵组织区分,为等面叶,叶肉细胞叶绿体呈圆形或椭圆形绿色颗粒状,叶上、下表皮均有气孔分布,单位面积上气孔数量差异不明显,白天气孔多关闭,有耐旱性细胞结构特征。
利用燕子掌叶片,不仅能细致完全地观察叶的结构,同时,也可观察植物组织成熟组织的保护组织—表皮(表皮细胞,气孔器);基本组织—叶肉(同化组织);输导组织—维管束;机械组织—导管。一片叶子做多个实验,实验效果佳。
燕子掌生命力强,耐旱、耐寒,是人们喜爱的家庭、园林花卉之一,其分布很广泛,实验取材不受时间、地域的限制,利用徒手切片制作临时装片观察植物叶绿体、叶片气孔以及双子叶植物叶片横切等组织结构的时,特征明显,易于区分,用常规学生用光学显微镜即可清晰观察。燕子掌叶是生物学、植物学实验教学的好材料。