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Micromorphological study on leaf epidermis of Phyllostachys edulis‘Pachyloen‘and Phyllostachys edulis

厚壁毛竹与毛竹叶表皮微形态特征比较研究



全 文 :书广 西 植 物 Guihaia Feb.2015,35(1):31-35           http://journal.gxzw.gxib.cn 
DOI:10.11931/guihaia.gxzw201309021
刘腾飞,杨光耀,于芬.厚壁毛竹与毛竹叶表皮微形态特征比较研究[J].广西植物,2015,35(1):31-35
Liu TF,Yang GY,Yu F.Micromorphological study on leaf epidermis of Phyllostachys edulis‘Pachyloen’and Phyllostachys edulis[J].Guihaia,2015,
35(1):31-35
厚壁毛竹与毛竹叶表皮微形态特征比较研究
刘腾飞,杨光耀,于 芬*
(江西农业大学 江西省竹子种质资源研究与利用重点实验室,南昌330045)
摘 要:利用扫描电镜技术,对厚壁毛竹(Phyllostachys edulis‘Pachyloen’)与毛竹(Phyllostachys edulis)营
养叶的表皮微形态进行对比研究,结果表明两竹种叶表皮微形结构组成基本相似,均以下表皮结构较为丰富,
分布有乳突,微毛,刺毛,硅细胞,气孔器等结构。两竹种叶表皮主要区别在于厚壁毛竹的气孔轴向长度大于
毛竹,而气孔密度要低于毛竹,但差异不显著。而两竹种叶的乳突密度相差不大,在不同年龄的竹叶间也无明
显变化规律。同一竹种不同竹龄间竹叶表皮气孔密度和气孔轴向长度却有着显著的差异。1年生厚壁毛竹
的气孔密度显著高于2年生竹和5年生竹,气孔轴向长度呈现出“V”字形变化规律。毛竹的气孔密度也出现
类似的变化规律,但5年生竹叶的气孔密度最大,气孔轴向长度则表现出随秆龄增大而逐渐增长的趋势,这与
竹材物质形成积累规律相一致。通过对比研究厚壁毛竹和毛竹叶表皮形态结构特征,两竹种叶表皮微形态特
征相似与两竹种系统分类上的地位相近是一致的,同时对厚壁毛竹厚壁性状形成的结构基础进行探讨,为进
一步揭示厚壁形成的机理提供了理论依据。
关键词:厚壁毛竹;毛竹;营养叶;表皮
中图分类号:Q944.1  文献标识码:A  文章编号:1000-3142(2015)01-0031-05
Micromorphological studyon leaf epidermis of
Phylostachys edulis‘Pachyloen’and Phylostachys edulis
LIU Teng-Fei,YANG Guang-Yao,YU Fen*
(Jiangxi Agricultural University,Jiangxi Provincial Key Laboratory for Bamboo
Germplasm Resources and Utilization,Nanchang 330045,China)
Abstract:Micromorphological characteristics of leaf epidermis of Phyllostachys edulis‘Pachyloen’and Phylostachys
edulis were observed by scanning electron microscope.The results indicated that the micromorphological characteris-
tics of leaf epidermis of two bamboo species were similar with relatively simple adaxial epidermis only composed of
long cel,short cel and buliform cel.While the abaxial epidermises were complicated,which had papila,microhair,
prickle,silica and stomata.There were three papila forms:round,granular and rod papilae.Round papila was the
largest distributing in longitudinal rows.The granular papilae were the smalest widely distributing in the abaxial ep-
idermises.And the rod papilae were located surrounding the stomata.The microhairs were sparse and composed of
two cels with the apical cel withered,possibly because of the thin cel wals and the top cel,whose cel wal was
thick.The stomata were composed of subsidiary cels and kidney-shaped guard cels,and distributed among long cels
between the veins of the abaxial epidermises with four papilae overarhing them.Bristles with sharp tops were widely
distributed in the abaxial epidermises and the cel wals were thin.The bristles were located paralely with the epider-
收稿日期:2014-01-25  修回日期:2014-07-19
基金项目:国家自然科学基金(31000289,30760204);江西省自然科学基金(2009GQN0011)。
作者简介:刘腾飞(1985-),男,硕士,从事植物学研究,(E-mail)thinker@126.com。
*通讯作者:于芬,博士,副教授,主要从事植物解剖学、发育植物学研究,(E-mail)yufen930@163.com。
mis and surrounded by four granular papilae.Silicon cels and cork cels were often located in pairs among the long
cels in the epidermis.And they were slightly sunken,round or nearly round.No silicon cel and cork cel distributed
between veins.The remarkable differences between leaf epidermis of Phyllostachys edulis‘Pachyloen’and Phyl-
lostachys edulis were the length and density of stomata on the abaxial epidermis:the stomata of P.edulis‘Pachy-
loen’were longer than that of P.edulis except those of two-year-old ones,while its stomatal density was low.There
was no significant difference of papila density between both two bamboo species and different ages of the same spe-
cies.While stomatal density and axial length change strikingly with aging.The stomatal density of one-year-old P.
edulis‘Pachyloen’was 609±25per mm2,larger than those of the two-year-old and five-year-old bamboo.The axial
length of the stomata of P.edulis‘Pachyloen’changed as“V”with aging,that was the axial length of the stomata
of two-year-old P.edulis‘Pachyloen’was the smalest,(18.909±1.322)μm.The same rule was in the changes of
stomatal density of P.edulis,while the largest was that of the five-year-old bamboo,and the stomatal axial length of
P.edulis leaves become longer with aging.The results did accord with the development of the culm.The results of
analysis of variance about the micromorphological characteristics of leaf epidermis of two bamboo species showed that
there was no dramatic difference of papila density,stomatal density and axial length of the stomata in the abaxial epi-
dermises between the same ages of both two bamboo species(P>0.05).The similar characteristics of leaf epidermis
also showed that the systematic relationship of two bamboo species.This study is important to elucidate the structural
foundation of forming thicker culm,to make an intensive study and good use of the new bamboo variety,and wil pro-
vide theoretical basis for raising the bamboo biomass.
Key words:Phyllostachys edulis‘Pachyloen’;Phyllostachys edulis;trophophyl;epidermis
  厚壁毛竹(Phyllostachys edulis‘Pachyloen’)
是毛竹(P.edulis)新品种,江西特有。与毛竹相
比,其主要变异特点为竹秆壁厚,基部近实心。因其
野生种群数量少,处于濒危状态,已被列为江西省重
点保护植物(杨光耀等,1997;杜天真等,1997;郭起
荣,2003)。引种试验结果表明:厚壁毛竹秆壁特厚、
生物量大的特异性状具有高度的稳定性(郭起荣等,
2003)。对于竹叶表皮微形态观察多集中于竹类植
物的分类研究,竹子的叶表皮微形态特征,特别是气
孔器保卫细胞上乳突的数目和分布以及钩毛的类型
等特征在种内是非常稳定的,在亚族、属和种的水平
上具有重要的分类学和系统学价值(Soderstromet
al.,1987;Clark et al.,1990;Clark,1991;陈晓亚等,
1993;卢艳花,1996;杨汉奇等,2006)。叶是进行光
合作用、合成有机物质的主要器官,厚壁毛竹特殊性
状的形成必然以其相应的结构为基础。叶表皮的气
孔器等也是影响植物光合、蒸腾、呼吸等生理的重要
结构。通过对比研究厚壁毛竹和毛竹叶表皮形态结
构特征,对厚壁毛竹厚壁性状形成的结构基础进行
探讨,为进一步揭示厚壁形成的机理提供理论依据。
1 材料与方法
实验材料均取自江西农业大学竹类植物种质
园,采集时间为2010年10月。分别选取1年生、2
年生与5年生的厚壁毛竹和毛竹,两竹种每一竹龄
各选取3株,每株从中部冠层取不同枝条上健康完
整、长势良好,无病虫害的成熟叶片,每枝至少3片。
材料采取后,不经任何处理,立即用FEI Quanta 200
对其进行低真空环境扫描,拍照。
2 结果与分析
2.1叶表皮微形态的观察
厚壁毛竹和毛竹叶表皮微形态基本相似,表皮
分为两个明显的条带状区域,脉区和脉间区,两个区
域都由长细胞和短细胞组成。长细胞是表皮的主要
部分,壁厚而波曲。短细胞分为硅质细胞和木栓细
胞,常成对出现在长细胞行列中(图版Ⅰ:1;图版Ⅱ:1)。
厚壁毛竹和毛竹叶的上表皮结构较为简单,仅
有长细胞,短细胞和泡状细胞分布。下表皮结构较
为丰富,分布有乳突,微毛,刺毛,硅细胞,气孔器等
结构。乳突有圆形、颗粒状和棒状乳突。圆形乳突
最大,纵向成列,间隔分布(图版Ⅰ:1;图版Ⅱ:1);棒
状乳突次之,多分布在气孔器周围 ;颗粒状乳突最
小,广布于下表皮。微毛细弱,分布稀少,为双胞结
构,基细胞壁较薄,顶端细胞壁较厚(图版Ⅰ:4;图版
Ⅱ:4)。气孔器分布在下表皮脉间区域的长细胞行
列中,由副卫细胞和保卫细胞共同组成,保卫细胞
呈肾形,4个乳突呈拱状排列于气孔器上方(图版Ⅰ:
23 广 西 植 物                  35卷
图版 Ⅰ 1-6.厚壁毛竹叶下表皮微形态特征 1.主脉下表皮微形态;2.微毛;3.气孔及其周围的乳突,乳突呈拱状排列于气孔器
上方;4.刺毛;5.脉上与脉间下表皮总览;6.硅细胞和木栓细胞;cc.木栓细胞;mh.微毛;P.刺毛;Pa.乳突;sb.硅细胞;st.气孔。下同。
PlateⅠ 1-6.Micromorphological characters on abaxial epidermis of Phyllostachys edulis‘Pachyloen’ 1.Micromorphological
characters on abaxial epidermis of midrib;2.Microhairs;3.Stomata and papila of subsidiary cel,stoma with overarching papilae;4.Prickles;5.Ab-
axial epidermis on costal zones and intercostal zones overview;6.Silica body and cork cel;cc.Cork cel;mh.Microhairs;P.Prickles;Pa.Papila;sb.
Silica;st.Stoma.The same below.
5;图版Ⅱ:5)。刺毛具尖,广布于下表皮,壁薄无色,
尖端方向与表皮平行,通常被4个颗粒状乳突包围
(图版Ⅰ:6;图版Ⅱ:6)。硅细胞和木栓细胞常成对
分布在叶脉上下表皮的长细胞行列中,稍内陷,呈圆
矩形或近圆形,脉间无分布(图版Ⅰ:2-3;图版Ⅱ:2-3)。
2.2厚壁毛竹与毛竹叶表皮微形态的差异
对不同年龄厚壁毛竹与毛竹的叶下表皮乳突密
度,气孔密度和气孔轴向长度进行测量,如表1所
示,除2年生厚壁毛竹,其他竹龄厚壁毛竹的叶表皮
气孔轴向长度大于毛竹,但气孔密度均低于毛竹。
对不同竹龄的竹叶,1年生厚壁毛竹的气孔密度显
著高于2年生竹和5年生竹,达(609±25)个·
mm-2,气孔轴向长度呈现出“V”字形变化规律,即2
年生竹叶气孔轴向长度最小为(18.909±1.322)
μm;毛竹的气孔密度也出现类似的变化规律,但5
年生竹叶的气孔密度最大为(725±56)个·mm-2,
气孔轴向长度则表现出随秆龄增大而逐渐增长的趋
势,1年生毛竹叶气孔轴向长度最小为(17.905±
1.385)μm。经方差分析,两竹种相同竹龄间叶的下
表皮乳突密度,气孔密度和气孔轴向长度差异不显
著(P>0.05),而同一竹种不同竹龄将叶的气孔轴
向长度和气孔密度差异性显著(P<0.05)。两竹种
叶表皮乳突密度相差不大,不同年龄的竹也无明显
变化规律,表现出相对稳定的特点。
3 讨论与结论
植物叶表皮微形态特征大部分都是受基因的控
制,具有明显的属、种特异性,因此常作为系统分类
的参考依据(王海清等,2009)。对一些竹类植物叶
表皮微形态的研究发现,叶表皮特征尤其是气孔器
上及其周围乳突的形态、数目和分布以及钩毛的类
型等特征非常稳定,在不同的分类阶层上具有重要
的分类学和系统学价值(Soderstromet al.,1987;
Clark,1990;Clark et al.,1991;陈晓亚等,1993;卢
艳花,1996;杨汉奇等,2006)。本实验对厚壁毛竹与
毛竹叶的表皮进行观察发现,两竹种叶的微形态结
构特征十分接近,叶下表皮的乳突形态及其分布相
331期         刘腾飞等;厚壁毛竹与毛竹叶表皮微形态特征比较研究
图版 Ⅱ 1-6.毛竹叶下表皮微形态特征
PlateⅡ 1-6.Micromorphological characters on abaxial epidermis of P.edulis
表1 厚壁毛竹与毛竹叶下表皮气孔器和乳突特征
Table 1 Characters of stomatal apparatus and papilae in
abaxial epidermis of P.edulis‘Pachyloen’and P.edulis
竹种
Bamboo species
秆龄
Culm age
气孔轴向长度
Axial length
of stomata
(μm)
气孔密度
Stomatal
frequency
(个·
mm-2)
乳突密度
Mastoid
density
(个·
mm-2)
厚壁毛竹
P.edulis
‘Pahyloen’
1年生
One-year-old
20.000±0.597 609±25  6290±44
2年生
Two-year-old
18.909±1.322 471±30 6209±505
5年生
Five-year-old
21.640±1.542 477±18 5118±1035
平均数
Mean
20.274±1.657 519±70 5872±808
毛竹
P.edulis
1年生
One-year-old
17.905±1.385 650±174 6908±387
2年生
Two-year-old
19.331±0.809 486±81 6136±640
5年生
Five-year-old
19.402±1.771 725±56  6231±92
平均数
Mean
18.949±1.442 620±145 6425±524
 注:表中数据为平均数据±标准差。
 Note:Value in the table is Mean±Standard Deviation.
似,都具有圆形、颗粒状和棒状乳突。在气孔器周
围,4个乳突均呈拱状排列;且乳突密度在竹种以及
同一竹种不同竹龄间没有明显差异。两竹种的叶表
皮刺毛都具尖,广布于叶下表皮。厚壁毛竹是毛竹
的新变异,其主要区别特征在于秆略呈四方形,秆壁
较毛竹的厚(杨光耀等,1997),两竹种叶表皮微形态
特征相似与两竹种系统分类上的地位相近是一
致的。
厚壁毛竹的叶表皮气孔轴向长度大于毛竹,而
气孔密度均要低于毛竹,但差异不显著。不同年龄
的同一竹种的竹叶表皮气孔密度和气孔轴向长度却
有着显著的差异,1年生厚壁毛竹的气孔密度最高,
1年生气孔轴向长度也高于2年生的,总体则呈现
出“V”字形变化规律;5年生毛竹叶的气孔密度最
大,1年生毛竹叶气孔轴向长度最小,并随秆龄增大
而逐渐增长的趋势。竹材的物质积累主要集中在前
五年,而第一年是其快速生长期,物质代谢旺盛有
关。厚壁毛竹与毛竹叶表皮微形态的这种差异可能
与此有关。
对厚壁毛竹与毛竹的光合进行对比研究表明,
两竹种的光合特性总体相似,但与毛竹相比,厚壁毛
竹利用CO2的能力强于毛竹,且夏季厚壁毛竹的最
大净光合速率要稍高于毛竹(施建敏等,2009,
2010)。对厚壁毛竹的蒸腾动态研究结果表明,厚壁
毛竹蒸腾速率与毛竹相近,而且总体趋势也较为一
致(施建敏等,2008)。气孔器是调节气体出入和水
43 广 西 植 物                  35卷
分蒸腾的重要结构,与光合作用和蒸腾作用直接相
关。本研究对厚壁毛竹与毛竹叶的气孔密度及其轴
向长度进行观察,发现厚壁毛竹的气孔轴向长度略
大于毛竹,但气孔密度显著低于毛竹。气孔大小对
于叶片光合作用及蒸腾作用的影响在一定程度上大
于气孔的密度。竹类植物叶解剖结构变化对竿壁物
质形成积累的影响值得深入研究,为此才能为揭示
厚壁形成的机理提供理论依据。
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