全 文 ：第 24 卷　第 3 期　　　　　　　　　　　　　植　　　物　　　研　　　究 2004 年　7 月
Vol.24　No.3　　　　　　　　　　　　BULLETIN OF BOTANICAL RESEARCH July 　2004
第一作者简介:任安祥(1960—),男 ,硕士 ,教授 ,主要从事蔬菜栽培与生理的研究工作。
收稿日期:2003-12-27
三色苋气孔发育的研究
任安祥1 　王羽梅1 　新居直 2
(1.韶关大学英东生物工程学院 ,韶关　512005)
(2.日本名城大学农学部 ,名古屋 , 日本　468-8502)
摘　要　对三色苋叶片气孔的分化 、密度 、老化等进行了研究 ,结果表明保卫细胞母细胞的分化始
于叶长 13.8 mm 的未展开心叶上 ,伴随着叶的展开 ,气孔成熟开孔。叶片气孔的分化是持续进行
的 ,气孔密度的最大值出现在叶长 27 mm 、叶面积 1.18 cm2 时 。在下部老叶上观察到了气孔的老
化和崩溃 。
关键词　三色苋;气孔;发育
Study on stomatal development of Amaranthus tricolor
REN An-Xiang1　WANG Yu-Mei1　N II Naosuke2
(1.College of Yingdong Bioengineering , Shaoguan University , Shaoguan　512005)
(2.College of Agriculture ,Meijo University , Tempaku , Nagoya　468-8502 , Japan)
Abstract　We researched on the stomatal differentiation , stomatal density and stomatal aging in A-
maranthus tricolor leaves.Result show s that the differentiation of mother cell in protective cell be-
gins f rom folded leaves that are 13.8 mm long.With the leaves unfolding , stomata are mature and
open.The differentiation of stomata is continuous process in amaranth leaves.When leaf s leng th is
27 mm and leaf s area is 1.18 cm2 , the stomatal density is max.The stomatal aging and deg radation
are also found in the old leaves of the lower part.
Key words　Amaranthus tricolor;stomata;development
苋是苋科苋属植物的统称 ,作为观赏 、蔬菜 、谷
物 、饲料和食品染色剂被广泛应用。三色苋(A-
maranthus tricolor)是苋属植物中重要的栽培种之
一 ,作为观赏 、蔬菜和提取色素的品种被广泛栽培 。
我们[ 1]曾就随着叶的扩大 ,三色苋叶的维管束鞘
的分化 、叶绿素含量 、淀粉含量 、RuBisCO的分布等
进行了研究 。气孔是植物体与外界进行气体交换
的门户 ,是水分蒸腾的通道 ,也是外界水分 、农药 、
化肥进入植物体的入口。但是 ,有关苋菜气孔发育
的研究尚未见报道。为此 ,我们对三色苋叶片气孔
发育情况进行了研究 。
1　材料与方法
1.1　实验材料的栽培
将充分吸水的三色苋种子置于上下各两层湿
润滤纸覆盖的培养皿中 ,放到 25℃恒温箱中使其
发芽 。发芽后 ,播种到 200 mL 容积的营养钵中 ,
以蛭石和腐叶土按 4:1混合为基质 ,每钵 1株。营
养钵的底部有孔 , 将其置于一浅盘中 , 用 1/2 的
MS 培养液从下部补充营养。秧苗置于玻璃温室
中栽培。
1.2　叶片的分级与取样
将从未展开的心叶到充分展开的成熟叶划分
为 8级 ,从生长 40天的苋菜植株上 ,每级各选大小
尽可能一致的叶 10 枚作为观察叶 ,各级叶的状态
及大小如表 1 所示。为了了解不同部位气孔发育
的快慢 ,将每一级的叶以红绿相交处为界分为顶部
和基部两部分 ,以每一部分的中部避开叶脉处为取
样点 。气孔老化 、崩溃过程的观察用植株下部的老
化叶片。
表 1　叶片分级及其大小
Table 1　The stages and size of amaranth leaves
序号 1 2 3 4 5 6 7 8
状态 未展开未展开未展开半展开 展开 展开 展开 展开
叶长
(mm) 13.8＊ 17.4 24.3 36.8 55.0 70.6 94.3 105.0
叶宽
(mm) 3.4 4.0 6.0 8.4 13.5 19.8 32.7 44.7
叶面积
(cm2) 0.31 0.62 0.96 2.26 4.98 9.09 18.87 25.60
单叶鲜重
(mg) 3.8 8.8 13.3 32.0 72.8 128.4 288.3 416.7
＊表中数据均为 10片叶的平均值。
1.3　气孔的观察
采用光学显微镜和扫描电镜相结合的方法进
行气孔的观察。
1.3.1　光学显微镜观察法
用尖头镊子直接剥离生长在植株上的叶片下表
皮组织 ,放在载玻片上后 ,滴一滴固定液(含有 4%
低聚甲醛和 1%戊二醛的 0.1 mol·L-1的二甲胂酸缓
冲液 ,pH7.2)使其充分展开 ,加盖玻片立即在光学显
微镜下镜检 。气孔密度由每视野的气孔数和显微镜
的放大倍数来计算 ,为 10片叶上的 30个视野的平
均数 ,用气孔数/mm2表示。已经具有了气孔的形
状 ,但还没有开放的气孔划为未成熟气孔。生长点
刚刚分化的未展开小叶由于表皮无法剥离 ,连带叶
肉直接在光学显微镜的油镜下观察。
1.3.2　电子显微镜观察法
为了了解气孔的发育进程 ,对各级叶的基部和
顶部都进行了扫描电子显微镜的观察。将 Kerr(德
国)公司生产的 Extrude Medium 糊状液 Catalyst 和
Base等量混合 ,在没有凝固前迅速涂在叶片的下表
皮 ,凝固后剥离树脂 ,再用 Devcon (美国)公司生产
的两种糊状树脂液等量混合后涂于叶片拓片的上
部 ,凝固后剥离 ,喷金后用扫描电镜镜检 。
2　结果与讨论
2.1　三色苋气孔的分化时期与特点
在叶长 13.8 mm 的心叶基部 ,观察到很小的
形状不规则的表皮细胞紧密地排列在一起 ,表皮细
胞处于旺盛的分裂时期 ,尚看不出有气孔的分化
(图版Ⅰ :A)。气孔保卫母细胞一般起源于表皮细
胞的不均等分裂 ,其中较小的一个细胞成为保卫细
胞母细胞 。从中我们可以看到表皮细胞的不均等
分裂 ,意味着保卫母细胞已经出现 ,表明三色苋气
孔分化的开始时间比较早 。在 1级叶顶部和 2 级
叶基部的扫描电镜图中观察到保卫母细胞的扩大
(图版Ⅰ :B ,C),这些保卫母细胞与表皮细胞相比 ,
形状为近圆形 ,较小 ,稍稍下陷。在 2级叶的顶部 ,
开始观察到保卫母细胞的均等分裂 ,形成了两个保
卫细胞 ,分裂后的保卫细胞逐渐扩大 ,形状也由分
裂前的圆形逐渐过渡为椭圆形 。但此时两个保卫
细胞之间的中胶层尚未分开 ,因此 ,气孔还没有完
全形成(图版 Ⅰ:D)。当保卫细胞达到一定大小
后 ,保卫细胞之间的胞间物质膨胀 ,细胞间彼此的
连接力变弱 ,使两个保卫细胞在中胶层处分开 ,形
成气孔的开口 ,气孔分化完成(图版 Ⅰ:E , F)。由
此我们可以看出 ,苋菜气孔的发育始于表皮细胞的
不均等分裂 ,形成保卫母细胞 ,保卫母细胞发生均
等分裂 ,形成两个保卫细胞 ,在两个保卫细胞间的
内侧形成孔道 ,气孔形成 。
周云龙[ 2～ 3]等将狭基巢蕨叶表皮的气孔发育
分为气孔器原始细胞的分化和分裂期 、保卫细胞母
细胞成熟期 、保卫细胞母细胞分裂和气孔器幼期和
气孔器成熟期 4个时期 ,而将肾蕨叶气孔器的发育
过程分为保卫细胞母细胞形成期 、气孔器幼期和气
孔器成熟期三个主要时期。前者从保卫母细胞形
成前的原始细胞算起 ,后者从保卫母细胞形成算
起。两者间没有本质的区别 。苋菜的气孔分化与
发育时期与两者相似。
三色苋保卫细胞母细胞的形成时期是叶长
13.0 mm 心叶的基部;保卫细胞母细胞发生分裂
和气孔器幼期是叶长13.8 mm的未展叶顶部和叶
长 17.4 mm 的未展叶基部;最早观察到气孔完成
分化 ,并开始行使气孔功能的是叶长36.8 mm的半
展开叶 ,此期的叶面积为2.26 cm2大小 ,是叶片从
未展向展开的过渡期 ,我们以前的工作表明 ,此期
也正是维管束鞘形成期和核酮糖 1 ,5-二磷酸羧
化酶在维管束鞘细胞中聚集期[ 1] 。可见气孔的开
放与光合功能的行使是密切相关的。
三色苋气孔的分化随着叶面积的扩大而持续
进行 ,直至叶长 94.3 mm ,叶面积约 18.87 cm2 大
小时 ,在其基部仍然可以观察到少数正在发育中的
302 　　　　　　植　　物　　研　　究　　　　　　　　　　　　　　　　　　24 卷
图 1　三色苋叶面积与气孔密度之间的关系
Fig.1　Relationship between stomatal density and leaf area
in Amaranthus tricolor.
幼小气孔器 。即在同一叶片的同一部位上可以观
察到处于不同分化程度的气孔器(图版 Ⅰ:E , F ;
图版 Ⅱ:A ,B ,C)。
另外 ,同一片叶的基部和顶部气孔分化程度也
不同 ,无论哪级叶 ,都是顶部的分化速度较基部略
快。这与贺晓[ 4]等报道的银杏叶表皮以未展开的
幼叶基部最初发育出气孔的结论不同 ,可见不同植
物在叶片发育的顺序上是有一定差异的 。
2.2　三色苋气孔的衰老与崩溃
在扩展期的叶片上没有观察到气孔的老化和
崩溃 ,当叶面积不再继续扩大时 ,叶片开始衰老 ,伴
随着叶片的衰老 ,有些气孔丧失了开闭的功能 ,有
些保卫细胞破损或崩溃 。图版 Ⅲ显示了从气孔形
成初期到气孔保卫细胞崩溃的光学显微镜照片 。
从A 到 F 依次为保卫母细胞刚刚分裂为两个保卫
细胞 ,保卫细胞尚未分开的气孔(图版 Ⅲ:A);保卫
细胞稍稍扩大 ,中间孔道正在形成 ,尚未完成开孔
的气孔(图版Ⅲ:B);分化完成 ,完全开口的功能性
气孔(图版Ⅲ:C);丧失开闭能力 ,处于关闭状态的
老化气孔(图版 Ⅲ:D);单边(图版Ⅲ:E)或双边(图
版Ⅲ:F)保卫细胞崩溃消失 ,只留下孔道轮廓的气
孔残留 。经统计成熟叶中不具有开闭功能或保卫
细胞崩溃的气孔器约占气孔总数的 5.3%。
3　三色苋气孔密度的变化
在未展开心叶上 ,气孔密度很低 ,随着叶的扩
大 ,气孔密度急剧增加 。当叶长 27 mm 、叶面积
1.18 cm2时 ,气孔密度达到了最大 ,之后 ,随着叶面
积的急剧扩大 、表皮细胞的个体增大 ,气孔密度逐
渐减少 ,到叶面积达到 20 cm2 以后 ,气孔密度趋于
稳定(图 1)。缪绅裕[ 5] 等对秋茄和木榄不同成熟
度叶片的发育与气孔密度的关系的研究得出 ,秋茄
随叶片成熟度增加 ,气孔密度增加较大 ,而木榄的
图 2　三色苋成熟气孔的百分率和叶面积之间的关系
Fig.2　Relationship between percentage of mature
stomata and leaf area in Amaranthus tricolor.
增加不显著。说明不同种类植物气孔的发生时间
与密度有一定差异 ,即叶片上所有气孔的发生不是
同时的 ,而是连续不断的 。马会勤[ 6] 等在葡萄齿
尖上表皮的观察也发现一些较老的叶片上也有发
育不成熟的气孔存在。张延龙和牛立新[ 7]对葡萄
属植物气孔特征以及蒋林和林有润[ 8]对蒿属植物
气孔的比较研究都得出 ,同属不同种间气孔密度有
较大的差异 ,苋属不同种间气孔密度的差异有待进
一步研究 。
但是 ,上面所说的气孔密度包括未开孔的分化
中的气孔 ,其中已开口的成熟气孔所占比率如图 2
所示 ,当叶面积达到 20 cm2时 ,也即气孔密度趋于
一定时 ,成熟气孔的比率接近 100%。
此外 ,我们对三色苋叶片的上下表皮气孔分布
状况进行了比较 ,结果三色苋的上表皮也有气孔的
分布 ,而且上下表皮的气孔密度 、气孔特征没有明
显差异。成熟叶放大 100倍下 ,上表皮每视野平均
气孔数为 8.01 个;下表皮每视野平均气孔数为
7.85个 ,两者没有显著差异。
参　考　文　献
1.Wang Yumei , Nii Naosuke.Anatomical development and
biochemical in ribulose bisphosphate carboxy lase-oxyge-
nase accumulation during leaf enlargement in Amaranthus
tricolor.Journal of the Japanese Society for Horticultural
Science, 2001 , 70(6):675～ 681
2.周云龙 ,陈焱.狭基巢蕨叶表皮的结构和气孔器发育的
观察.广西植物 , 1997 , 17(2):158 ～ 161
3.周云龙 , 吴承军.肾蕨叶表皮的结构和气孔器发育的观
察.北京师范大学学报(自然科学版), 1993 , 29(3):404
～ 408
4.贺晓 ,李正理.银杏叶表皮发育的扫描电镜观察.内蒙古
林学院学报(自然科学版), 1997 , 19(3):12～ 16
5.缪绅裕 , 王厚麟.大亚湾红树林与海岸植物叶片气孔特
3033 期　　　　　　　　　　　　　　　任安祥等:三色苋气孔发育的研究
征及其发育.台湾海峡 , 2001 , 20(2):251 ～ 258
6.马会勤 , 罗国光.葡萄叶片齿尖上表皮气孔形态及发育
特征.中国农业大学学报 , 1999 , 4(5):118～ 124
7.张延龙 ,牛立新.中国葡萄属植物叶片气孔特征的研究.
植物研究 , 1997 , 17(3):315～ 319
8.蒋林 , 林有润.中国蒿属植物比较形态和解剖学研究
(Ⅰ)叶表皮研究.植物研究 , 1993 , 13(4):353 ～ 369
图　版　说　明
Explanation of plates
图版Ⅰ 　三色苋叶片的气孔分化
左边为基部 ,右边为顶部。小箭头所指为正在发育中
的气孔器;大箭头所指为成熟气孔器。 A 和 B:表 1 中的分
级 1;C 和 D:表 1 中的分级 2;E 和 F:表 1 中的分级 4。 A
×500;B×500;C×500;D×500;E×500;F×500
图版Ⅱ　三色苋叶片的气孔分化
左边为基部 ,右边为顶部。小箭头所指为正在发育中
的气孔器;大箭头所指为成熟气孔器。 A 和 B:表 1 中的分
级 5;C 和 D:表 1 中的分级 7。A×500;B×500;C×500;D
×800
图版Ⅲ　三色苋叶片气孔的发育和崩溃
A:保卫母细胞分裂;B:保卫细胞形成;C:发育成熟的
功能气孔;D:丧失开闭功能的老化气孔;E:单边保卫细胞
崩溃的气孔;F:双边保卫细胞崩溃的气孔。 A×1250;B×
1250;C×1250;D×1250;E×1250;F×1250
Plate Ⅰ 　Stomatal differentia tion in Amaranthus tricolor
leav es.
Left:basis;right:apex.Small arrow s indicate the im-
mature stomata and large arrows indica te the mature stomata.
A and B:Stage 1 , C and D:Stage 2 , E and F:Stage 4 in
table 1 , respectively.A×500;B×500;C×500;D×500;E×
500;F×500
Plate Ⅱ 　Stomatal differentia tion in Amaranthus tricolor
leav es.
Left:basis;right:apex.Small arrow s indicate the im-
mature stomata and large arrows indica te the mature stomata.
A and B:Stage 5 , C and D:Stage 7 in table 1 , respectively.
A×500;B×500;C×500;D×800
PlateⅢ 　Development and degradation of stoma tal during
greening to senescence in Amaranthus tricolor leav es
A:Guard mother cell cleavage;B:Guard cell formation;
C:Mature stoma;D:Old stoma;E:One guard cell deg radation;
F:Double guard cell deg radation.A ×1250;B ×1250;C ×
1250;D×1250;E×1250;F×1250
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