全 文 ：台湾水青冈和米心水青冈叶表皮微形态特征的比较
王 东1，2，张雪梅1，2* ，吴定军3，章世鹏3，何显湘3，陈 坚3，史清茂3
(1． 西华师范大学，西南野生动植物资源保护教育部重点实验室，四川南充 637009;2．西华师范大学生命科学学院，四川南充 637009;3． 四川省
旺苍县米仓山自然保护区管理局，四川旺苍 628200)
摘要 ［目的］比较水青冈属 2种植物间的叶片微形态特征和生态学适应性，并探讨米仓山自然保护区水青冈属植物种类的划分和亲缘
关系。［方法］在光学显微镜下，对四川广元米仓山自然保护区 2种水青冈属植物台湾水青冈和米心水青冈的叶表皮微形态特征进行观
察，并测定了相应的数量指标。［结果］2种植物叶表皮形态的一致性表现为:上表皮细胞形状几乎为不规则形，下表皮细胞形状多为多
边形，下表皮垂周壁多为近平直;2种植物均只在下表皮分布有气孔器，排列方式均为无规则型。2 种植物的叶表皮形态的差异则主要
表现在表皮细胞垂周壁式样、表皮毛的有无，角质膜附属物等方面，依此可以区分 2个物种。［结论］叶表皮特征对于水青冈属植物种类
的划分和亲缘关系的确定具有一定的分类学意义。
关键词 台湾水青冈;米心水青冈;形态学;叶表皮;分类学
中图分类号 Q944 文献标识码 A 文章编号 0517 －6611(2016)06 －026 －05
Micromorphological Characteristics Comparison of Leaf Epidermis of Fagus hayatae and Fagus engleriana
WANG Dong1，2，ZHANG Xue-mei1，2* ，WU Ding-jun3 et al (1． Key Laboratory of Southwest China Wildlife Resources Conservation，Min-
istry of Education，China West Normal University，Nanchong，Sichuan 637009;2． College of Life Sciences，China West Normal University，
Nanchong，Sichuan 637009;3． MiCangShan Nature Reserve Administration，Wangcang，Sichuan 628200 )
Abstract ［Objective］To compare the leaf micromorphological features and ecological adaptability of Fagus engleriana and Fagus hayatae，and
to discuss the classification and affinity of Fagus plant species in MiCangShan Nature Reserve． ［Method］Under optical microscope，leaf epider-
mis of F． engleriana and F． hayatae was observed and researched in MiCangShan Nature Reserve． Corresponding quantitative index was detec-
ted． ［Result］Morphology consistency of leaf epidermis was as follows:epidermal cell shape was mostly irregular;while epidermal cells were al-
most polygonal． Anticlinal wall of lower epidermis was almost straight． The two plants both had stomatal apparatuses in lower epidermis with ir-
regular arrangement． Differences of leaf epidermis morphology were manifested in anticlinal wall type of the epidermal cells，the existence of epi-
dermal hairs，appurtenance of cuticular membrane and so on，which could be used to distinguish the two species． ［Conclusion］Characteristics
of leaf epidermis have certain taxonomical significance to the classification and genetic relationship of Fagus plants．
Key words Fagus hayatae;Fagus engleriana;Morphological characteristics;Leaf epidermis;Botany
基金项目 四川米仓山自然保护区水青冈属植物种质资源调查项目;
西华师范大学博士科研启动基金项目(412532)。
作者简介 王东(1990 － ) ，男，陕西礼泉人，硕士研究生，研究方向:植
物与资源保护利用。* 通讯作者，讲师，博士，硕士生导师，
从事植物系统与进化研究。
收稿日期 2016-01-26
叶表皮的形态具有一定的稳定性，特别是气孔器及叶表
皮纹饰等形体特征往往具有种级或属级水平上的差异，且不
受雌雄同株或雌雄异株的影响，其性状表现能作为植物分类
学的依据，被植物学家认为在分类学上或系统学上都具有潜
在的价值［1 －2］，因此对叶片的结构进行分析可用于分类群的
鉴定［3 －4］。近 10多年来，叶表皮性状的研究受到越来越多
的重视［5 －7］，其系统学意义已被许多试验结果所证实:叶表
皮特征在属内较为稳定，如表皮细胞形状和垂周壁式样、气
孔器类型等在各属内的分布也有一定的系统学意义［8 －10］。
水青冈属是温带落叶阔叶林的主要建群种之一［11］。目
前，国内外关于水青冈属植物的形态学研究主要集中于孢粉
学、核型等方面。曹小燕等［12］通过对水青冈属5种植物叶脉
结构特征的研究，认为水青冈属二级脉与更高级脉序形成的
结构稳定且存在种间差异，具有重要的分类学价值。方精云
等［11］对浙江产水青冈属植物的木材和叶片的解剖学进行了
研究，结果表明木材和叶片的解剖特征在种间和种内差异较
为显著，叶表面结构特征和叶解剖特征的种间变化显示了
一定的规律性。孢粉学研究方面，对壳斗科植物的花粉形态
在国内较早的研究有《中国植物花粉形态》［13］，而《壳斗科植
物花粉形态及生物地理》则全面系统地介绍了壳斗科各属的
花粉形态及超微结构，对科下系统、亚科划分、属间亲缘关系
及系统演化等问题进行了探讨，论述了壳斗科的早期分化、
生物多样性和生物地理［14］。迄今为止，对水青冈属植物的
研究都比较零散，不全面，形态学研究尤其缺乏，目前关于叶
表皮的微形态特征及其系统学意义的研究尚鲜见报道。笔
者对米仓山自然保护区 12个采集地的水青冈属植物台湾水
青冈和米心水青冈的叶表皮形态进行比较观察与研究，以期
为该地区 2 种植物的系统分类和演化研究提供微形态学
资料。
1 材料与方法
1． 1 试验材料 试验所用的 2 种 12 个居群的材料来源见
表 1，试验材料均采自四川广元米仓山自然保护区，凭证标本
存于西华师范大学。
1． 2 试验方法 取成熟的叶片置于烧杯中，在酒精灯上适
量煮沸排气 3 min后取出叶片，冷却后擦净水分，用刀片从成
熟叶片中脉两侧剪取若干 1 cm × 1 cm的小块，用蒸馏水冲
洗后风干，在 55%的次氯酸钠溶液中离析。离析时间 2 ～ 4
h，泡至角质层与叶肉分离，用刀片刮去不需要的上层或下层
表皮，用毛笔轻轻刷去残留叶肉组织，然后进行染色，用蒸馏
水漂洗制成临时装片，在显微数码照相机上拍照。
气孔指数计算方法:在同一倍数下(100 ×)随机测量视
野的气孔指数和细胞数，各取其平均值，按照以下公式计算
气孔指数:气孔指数 I =［S /(S + P) ］× 100，其中 S为气孔的
责任编辑 陈玉敏 责任校对 况玲玲安徽农业科学，Journal of Anhui Agri． Sci． 2016，44(6) :26 － 30
DOI:10.13989/j.cnki.0517-6611.2016.06.008
数目，P为视野内的细胞数。
扫描电镜下观察的材料先用毛笔将叶片轻轻擦拭，去除
灰尘，剪成 0． 5 cm ×0． 5 cm的小方块，再用双面胶固定在样
品台上，喷镀后在扫描电镜下观察拍照。
表 1 试验材料来源
Table 1 Source of test material
编号
Code
分类群
Taxonomic group
采集地
Collection place
经度
Longitude
纬度
Latitude
海拔
Altitude∥m
1 台湾水青冈 白家垭 106°3330． 04″ E 32°3204． 9″ N 1 787
2 台湾水青冈 白岩堂 106°3150． 0″ E 32°3724． 0″ N 1 667
3 台湾水青冈 广河沟 106°3917． 3″ E 32°3604． 4″ N 1 781
4 台湾水青冈 踏拔河 106°3330． 04″ E 32°3923． 4″ N 1 798
5 台湾水青冈 下南天门 106°3904． 9″ E 32°3428． 5″ N 1 541
6 台湾水青冈 瓦窑湾 106°6365． 1″ E 32°6361． 9″ N 1 629
7 米心水青冈 大屋基湾 106°6381． 6″ E 32°6365． 7″ N 1 720
8 米心水青冈 狗爬洞 106°3608． 5″ E 32°4048． 6″ N 1 855
9 米心水青冈 卡门沟 106°3315． 4″ E 32°4021． 6″ N 1 660
10 米心水青冈 上金竹坝 106°3816． 6″ E 32°3604． 9″ N 1 682
11 米心水青冈 石崖子 106°3122． 0″ E 32°3646． 0″ N 1 897
12 米心水青冈 钟山堡 106°3313． 9″ E 32°3946． 9″ N 1 887
2 结果与分析
2． 1 在光镜下观察到的台湾水青冈和米心水青冈表皮细胞
形态和垂周壁式样 通过光镜显微镜所观察的米心水青冈
和台湾水青冈的上表皮细胞形状是无规则型(图 1) ，下表皮
为无规则形或多边形(图 2) ，叶下表皮细胞比上表皮小(表
2)。叶表皮细胞垂周壁式样大致可分为近平直、浅波状和深
波状 3种类型(图 1、2)。
注:a ～ f:台湾水青冈;g ～ l:米心水青冈。
Note:a － f:Fagus hayatae;g － l:Fagus engleriana．
图 1 光镜下台湾水青冈和米心水青冈的上表皮微形态特征(40 ×)
Fig． 1 adaxial epidermis features in light microscopy of Fagus hayatae and Fagus engleriana(40 ×)
2． 2 在光镜下观察到的米心水青冈和台湾水青冈的气孔器
特征 通过光学显微镜观察发现，气孔器普遍存在于下表
皮，上表皮未见气孔器分布，气孔器主要由保卫细胞构成，
其表面为宽椭圆形、长椭圆形，类型均为无规则型(图 2)。2
种水青冈属植物的气孔器的分布不均匀，但 12 个居群中台
湾水青冈和米心水青冈的气孔指数和保卫细胞的形状在种
间的差别不大。台湾水青冈几个居群的气孔指数范围为
10． 93 ～17． 02，米心水青冈几个类群的气孔指数范围为
11． 12 ～13． 67。台湾水青冈几个类群的气孔平均长度范围
为12． 242 0 ～16． 543 6 μm，米心水青冈几个类群的气孔平均
长度范围为12． 598 8 ～13． 899 5 μm，台湾水青冈的气孔指数
明显要高于米心水青冈(表 2)。
7244 卷 6 期 王 东等 台湾水青冈和米心水青冈叶表皮微形态特征的比较
注:a ～ f．台湾水青冈;g ～ l．米心水青冈。
Note:a － f:Fagus hayatae;g － l:Fagus engleriana．
图 2 光镜下台湾水青冈和米心水青冈的下表皮微形态特征(40 ×)
Fig． 2 Abaxial epidermis features in light microscopy of Fagus hayatae and Fagus engleriana(40 ×)
表 2 光学显微镜下台湾水青冈和米心水青冈的叶表皮特征
Table 2 Leaf epidermal features of Fagus hayatae and Fagus engleriana under light microscopy
编号
Code
表皮细胞形状
Shape of epidermal cell
上表皮
Upper
epidermis
下表皮
Lower
epidermis
垂周壁式样
Mode of anticlinal wall
上表皮
Upper
epidermis
下表皮
Lower
epidermis
下表皮
Lower epidermis
气孔长度范围
Range of stomatal
length∥μm
气孔平均长度
Average length
of stoma∥μm
气孔指数
Stomata
index
1 不规则 不规则 深波状 近平直 14． 514 7 ～17． 126 4 15． 358 8 14． 13
2 不规则 多边形 深波状 近平直 10． 882 0 ～13． 121 5 12． 342 0 15． 96
3 不规则 不规则 深波状 近平直 13． 308 9 ～15． 446 1 14． 140 5 17． 02
4 不规则 不规则 深波状 浅波状 13． 448 6 ～15． 917 4 14． 476 0 12． 79
5 不规则 不规则 深波状 近平直 15． 801 9 ～17． 635 4 16． 543 6 14． 67
6 不规则 不规则 深波状 近平直 14． 871 2 ～17． 334 7 16． 367 1 10． 93
7 不规则 多边形 浅波状 近平直 12． 325 1 ～15． 281 9 13． 631 8 12． 96
8 不规则 不规则 浅波状 近平直 12． 724 5 ～14． 666 2 13． 411 4 11． 29
9 不规则 不规则 浅波状 浅波状 12． 263 1 ～14． 926 7 13． 855 4 11． 12
10 不规则 多边形 浅波状 近平直 12． 595 7 ～15． 217 8 13． 899 5 12． 73
11 不规则 多边形 浅波状 近平直 11． 408 4 ～14． 174 0 12． 598 8 12． 31
12 不规则 多边形 浅波状 浅波状 10． 356 9 ～13． 844 2 13． 197 0 13． 67
2． 3 在扫描电镜下观察到的叶表皮细胞的特征 从图 3 和
图 4可以看出，台湾水青冈和米心水青冈的上下表皮细胞角
质层纹饰均表现为有条纹状突起，并分布有稀疏的颗粒或致
密的鳞片。2种植物叶表皮的气孔器外拱盖内缘近平滑;保
卫细胞两极加厚;但米心水青冈的气孔被密集的鳞片所覆盖
(图 4)。扫描电镜下还观察到 2 种水青冈下表皮具表皮毛，
毛基部表皮细胞轮廓不清晰，表皮毛细胞扁平;但是台湾水
青冈仅叶脉处有毛(图 3) ，而米心水青冈则下表皮都被有疏
散的柔毛(图 4)。
3 讨论
3． 1 台湾水青冈和米心水青冈的叶表皮形态学比较 前人
对叶表皮形态学的研究结果表明植物叶表皮微形态特征在
种间存在较大的差异，其中表皮细胞形状、气孔类型和细胞
角质膜特征等是较为稳定的演化特征，不受环境等的影响，
可以作为物种分类与鉴别的依据［15］。该研究也呈现出相同
的结论，从光学显微镜和电子显微镜观察结果看，叶表皮微
形态表现出较高的多态性;在属的范畴中，又表现为一定的
一致性，使得微形态特征可以成为探讨水青冈属内分类群
82 安徽农业科学 2016年
的分类和系统发育关系的依据。
图 3 电镜下台湾水青冈的叶表皮形态特征
Fig． 3 Epidermal features in SEM of Fagus hayatae
图 4 电镜下米心水青冈的叶表皮形态特征
Fig． 4 Epidermal features in SEM of Fagus engleriana
总体来看，物种内不同的居群间没有较大的差异，但是
物种间则差异显著，主要表现为以下方面:①叶表皮被毛。
台湾水青冈仅叶片主脉分布有密集的柔毛;而米心水青冈则
是整个叶片都被有稀疏的柔毛。②叶表皮细胞。台湾水青
9244 卷 6 期 王 东等 台湾水青冈和米心水青冈叶表皮微形态特征的比较
冈上表皮细胞垂周壁式样皆为深波状，垂周壁在细胞壁尖
端加厚;米心水青冈上表皮细胞垂周壁式样多为浅波状。台
湾水青冈和米心水青冈上表皮细胞垂周壁式样的明显不同
可以作为区别这 2 种植物的鉴别特征。③角质膜特点。台
湾水青冈的角质膜具条纹状突起和少量鳞片颗粒;米心水青
冈的角质层具条纹状突起和大量密集鳞片。与台湾水青冈
相比，米心水青冈鳞片较多，突起较弯曲，台湾水青冈突起较
平稳。④从气孔形态来看，米心水青冈气孔上有较多鳞片覆
盖，而台湾水青冈则没有;2 种水青冈的气孔形态较为一致，
形状为长宽相差不大的椭圆形或近圆形，气孔外拱盖为单
层，外拱盖内缘平滑，保卫细胞外壁光滑或有蜡质鳞片覆盖，
两个保卫细胞高于开口，成一圆环状包围开口;台湾水青冈
和米心水青冈都有较显著的蜡质覆盖。
作为同一属的植物，它们的叶表皮特征的一致性则表现
为表皮细胞的形态和气孔器的类型上。该试验结果表明，无
论是用作光学显微镜材料的新鲜标本，还是用作扫描电镜的
蜡叶标本，同种植物的叶表皮细胞、气孔器等特征是一致的，
但是同一属下面的 2种植物虽外部形态大致相似，但仍然可
以通过叶表皮微形态的差别区分出 2个物种。由此可见，结
合外部形态特点，叶表皮的微形态特征对研究水青冈的分类
鉴定具有一定的参考价值。
3． 2 叶表皮形态学的系统演化意义 从表皮细胞垂周壁波
状弯曲程度这个进化角度来看，细胞之间镶嵌越紧密，保护
效果越明显，应处于更进化的地位［16］，而该研究中台湾水青
冈 6个居群的垂周壁式样基本一致，呈现为深波状;而米心
水青冈则多呈浅波状。据此推测，在表皮细胞进化上，台湾
水青冈处于相对进化的地位。
陈之端等［5］认为气孔器应由无规则型向短平列型发育。
吕海亮等［17］则认为单就气孔形态而言，演化模式可能为
无规则型→不等型→横列或平列型→等位横列型。该试验
中的 2种水青冈属植物的 12个居群的气孔器类型都为无规
则型，说明该试验中 2 种植物在气孔器类型的进化上相似，
都为较原始的类型。
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245 －250．
(上接第 6页)
生活，美化人类生存的自然环境，因此，应加强水生植物在观
赏、食用、药用、环境修复等方面的宣传，使水生植物更多地
应用于生活中;鼓励和推广水生植物的种植，充分合理地应
用好水生植物;经济价值高、易成活的经济水生植物是庭院
景观的理想选择。
3． 4 突出地方特色 凯里市水生植物的造景功能和生态功
能虽然得到了一定的应用，但仍有局限性，如在景观应用上
较单一，层次感欠缺，缺乏地方特色。在水生植物种植过程
中，可充分挖掘和驯化凯里市当地的野生水生植物，使水生
植物的配置内容更加丰富，突出地方特色。将多种水生植物
进行合理搭配，在充分利用水生植物的同时也会增强系统的
生态功能，还会提高经济效益和社会效益。
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03 安徽农业科学 2016年