平凉堇菜属植物叶显微特征及分类意义

江龙龙，黄文迪，张 倩，吕小旭*

（1 兰州新区农业科技开发有限责任公司，甘肃兰州 730000；2 甘肃医学院，甘肃平凉 744000）

相关研究表明，脉岛数、栅表比、气孔指数在同种植物中是恒定的，且不受植物年龄和叶片大小的影响，可作为区别不同植物种类的鉴别特征[7]。史冬燕等[8]通过牡丹叶表皮微形态、气孔数目及气孔指数的变异系数为牡丹各品种间的遗传关系提供依据。张春荣[9]通过扶桑叶的栅表比、脉岛数和气孔指数的测量为扶桑叶药材的鉴别提供依据。张燕[10]通过测定叶气孔指数及栅表比对不同种紫堇属植物进行区分。张春宇等[11]研究表明，堇菜属植物气孔结构、栅栏组织及海绵组织形状等叶显微结构特征可作为分类依据。但对于种类繁多、形态相近的堇菜属植株，仍未做到较好的区分鉴别，尤其占据相同生态位的近缘种在无花期的鉴别仍存在困难，是否将更加稳定的脉岛数、栅表比、气孔指数等叶显微常数引入堇菜属植物的分类鉴定，值得进一步探究。

堇菜属植物分布广泛、资源丰富。紫花地丁、早开堇菜及裂叶堇菜等广泛分布于平凉城区周边和崆峒山，资源蕴藏量较大，具有一定的开发利用价值[12]。但在相同生态位的堇菜属植物，尤其是无花期的分类上仍是困扰研究人员的一大难题。因而，对平凉周边6 种堇菜属植物（维西堇菜有2 种生态型）叶的显微结构及显微常数进行测量比较，寻找该属植物无花期近缘种分类鉴定的关键特征，以期为园林绿化和药材引种驯化提供支撑。

1 材料与方法

1.1 试验材料

采集平凉分布的6 种堇菜属植物的新鲜叶片（见表1），其中维西堇菜有2 种生态型（同种植物采集7株，每株随机取叶片3 枚），用清水冲洗干净备用。

表1 堇菜属植物采集地点

1.2 显微结构观察

采用徒手切片法对植物叶进行横切，在显微镜下观察其显微结构。

1.3 脉岛数与栅表比测定

剪取主脉与叶缘之间的叶片，置沸水中以水合氯醛溶液透化，水洗，95%乙醇溶液中浸泡脱色，待叶片透明，以稀甘油装片待用[13]。

在低倍镜下，取相邻的4 个视野并对其脉岛数计数，求每1mm2中含有的脉岛数目，取其平均值，即为该片叶的脉岛数。

在高倍镜下，使上表皮细胞与栅栏细胞同时出现在同一视野，计数相邻4 个上表皮细胞中栅栏细胞数量除以4，重复4 次并取平均值，即为该叶片的栅表比[14]。

1.4 气孔指数测定

取备好的植物叶片，用镊子撕下其上、下表皮，湿润面朝下置于滴有水滴的载玻片上，盖好盖玻片，在高倍镜下，计数10 个相同视野面积下的表皮细胞数与气孔数，气孔指数的计算公式：I=S/（S+E）×100%（I 为气孔指数，S 为气孔数，E 为相同面积下的表皮细胞数）[6]。

2 结果与分析

2.1 叶的显微结构特征对比

堇菜属植物叶片横切显微观察结果如表2 所示，表明6 种堇菜属植物叶形及显微结构存在不同程度差异，如叶形区别于其他种类的裂叶堇菜和南山堇菜，上、下表皮区别于其他种类的紫花地丁及南山堇菜。

表2 堇菜属植物叶片横切

2.2 脉岛数

由图1 可知，南山堇菜的脉岛数（5.03±0.68 个/mm2）最大，较其他品种均存在显著性差异；斑叶堇菜、紫花地丁、早开堇菜三者之间差异不显著；有着近似外形的南山堇菜和裂叶堇菜，其脉岛数存在显著性差异；2 种生态型维西堇菜脉岛数存在显著差异；维西堇菜（有斑）脉岛数（1.77±0.31 个/mm2）最小（图1）。

图1 堇菜属不同植物叶片脉岛数比较

2.3 栅表比

由图2 可知，紫花地丁的栅表比（14.35±1.08 个栅栏细胞/表皮细胞）最大，较其他品种均存在显著性差异；维西堇菜（有斑）与早开堇菜栅表比差异不显著，与其他堇菜属植物叶片的栅表比差异显著；2 种生态型维西堇菜栅表比存在显著性差异；斑叶堇菜的栅表比最小（8.27±0.88 个栅栏细胞/表皮细胞）。

图2 堇菜属不同植物叶片栅表比比较

2.4 气孔指数

2.4.1 上表皮气孔指数。由图3 可知，紫花地丁的上表皮气孔指数最大（19.57±2.80），较其他品种均存在显著性差异；维西堇菜（无斑）、维西堇菜（有斑）和斑叶堇菜在上表皮气孔指数比较时差异不显著；维西堇菜（无斑）、南山堇菜与裂叶堇菜在上表皮气孔指数比较时差异不显著；维西堇菜（有斑）的上表皮气孔指数最小（5.03±2.21）（图3）。

图3 堇菜属不同植物叶片上表皮气孔指数比较

2.4.2 下表皮气孔指数。由图4 可知，早开堇菜叶片的下表皮气孔指数最大（29.79±3.14），较其他品种均存在显著性差异；斑叶堇菜叶片的下表皮气孔指数最小（19.20±2.33），较其他品种均存在显著性差异；其他堇菜属植物叶片的下表皮气孔指数差异不显著（图4）。

图4 堇菜属不同植物叶片下表皮气孔指数比较

3 结论与讨论

平凉分布的6 种堇菜属植物叶形及显微结构均存在不同程度差异。2 种生态型的维西堇菜中，维西堇菜（无斑）的脉岛数和栅表比均高于维西堇菜（有斑），且均存在显著性差异（P＜0.05）；易于混淆的紫花地丁与早开堇菜，紫花地丁的栅表比及上、下表皮气孔指数均高于早开堇菜，且均存在显著差性差异（P＜0.05）；在叶形上不易区分的南山堇菜和裂叶堇菜，南山堇菜的脉岛数和栅表比均高于裂叶堇菜，且均存在显著性差异（P＜0.05）；维西堇菜（有斑）与斑叶堇菜的叶上部均具有沿着叶脉的白纹，且叶下面带有紫红色，不易区分，但斑叶堇菜的脉岛数高于维西堇菜（有斑），栅表比及下表皮气孔指数低于维西堇菜（有斑），且均存在显著性差异（P＜0.05）。因此，本研究测量叶显微结构和显微常数可以作为无花期平凉堇菜属植物分类鉴别特征，结合形态鉴定可以很好地区分传统形态鉴定不易区分的种类。

本研究仅以平凉市及周边分布堇菜属植物为材料，堇菜属植物种类较多，但该研究结果是否适用于堇菜属其他植物，还需进一步研究。同时，下一步还要探究快速获取堇菜属植物显微结构及显微常数的方法，以提高鉴别速度。在后续研究中可扩大采样范围，细化、精确堇菜属植物叶显微结构及显微常数指标，探究新的鉴定方法，以期为堇菜属植物开发利用提供更快速、高效、准确的鉴别方法。