全 文 ：广 西 植 物 Guihaia 28(4)：427— 430 2008年 7月
盾叶薯蓣四倍体与二倍体叶表皮及
气孔器显微结构的比较
蒋道松 一，周朴华 一，梁曾恩妮1，李 娈
(1．湖南农业大学 生物科学技术学院，长沙 410128；2．湖南省农业生物工程研究所，长沙 410128)
摘 要 ：对盾叶薯蓣四倍体和二倍体 阴叶和阳叶表皮及气孔器的显微形态结构进行了比较。结果显示：叶片
表皮细胞及气孔器的形态结构因染色体倍性及光照的不同而存在明显差异。表皮细胞有规则多边形与不规
则细胞壁内褶 2种类型 ；气孔器为典型的双子叶植物无规则型气孔 器，仅分布在下表皮。四倍体表皮细胞密
度 、气孔器密度及气孔指数平均值分别为 476．28土6．87个 ·mm- 、78．22土3．1个 ·mm～、14．11，较二倍体的
分9Jd,4．60 、17．95 和 l1．98 。前者气孔器长、宽及保卫细胞宽度平均值分别为 32．78土2．09 m、26．07
土1．55 m、9．63土1．14 m，较后者的分别大 1o．73 、3．90 和 18．o1 ，差异极显著。前者阴叶的较其阳叶
的分别大 5．77 、6．oo 、8．72 ；后者的则分别 大 l_72 、1．74％、2．41 。前者叶片保卫细胞 中的叶绿体
数 目为 23．93土3．19个 ，较后者的多 74．OO 。表皮细胞及气孔器密度、气孔指数 ，气孔器大小，保卫细胞叶绿
体数目、尤其是保卫细胞宽度，可作为倍性鉴定的参考依据。四倍体高产有其良好的叶片结构基础。
关键词：盾叶薯蓣 ；二倍体；四倍体 ；表皮；气孔器 ；保卫细胞 ；显微结构
中图分类号：Q944 文献标识码 ：A 文章编号：1000—3142(2008)04—0427—04
Com Darlson on nucrostructures ot epiderm is anCI 一 ● ● 』 n ● l ● 1
stomatal apparatus of leaf between tetraploid
and diploid of Dioscorea zingiberen sis
JIANG Dao—SongI一，ZH0U Pu—Hua1一，LIANGZENG En-NiI，LI LuanI
(1．Colege of Bioscience and Biotechnology，Hunan Agricultural University，Changsha 410128，China；
2．Hunan Agricultural Biotechnology Institute，Changsha 410128，China)
Abstract：Morphology and microstructure of epidermis and stomatal apparatus in guard cel of sunny leaves and shady
ones between diploid and tetraploid Dioscorea zingiberensis have been comparatively studied．The results are as fol-
lows：there are distinctly differences on their morphology and microstructure between diploid and tetraploid，sunny leaf
and shady one．There are two morphological types of epidermal cells：regular polygon epidermis and irregular mean-
der configuration ones．The stomatal apparatus，which exist only in under epidermis，is irregular typ e of stomatal ap—
paratus as that of typical dicotyle．The mean densities of epidermic cells and stomatal apparatus，stomatal index of
tetraploid，which are 476．82土 6．87 cells·mm- ，78．22土 3．1 units·mm- and 14．11 respectively，is smaler by
4．6O ，17．95 and 11．98 respectively than that of diploid．But the even length and width of stomatal apparatus。
width of guard cell of the former，which are 32．78土 2．O9 m，26．07+ 1．55 m，9．63土 1．14／~m respectively，is larger
by 1O．73 ，3．90 and 18．01 than that of the latter respectively，and the diference is all at extremely distinct 1ev—
e1．That of shady leaf of the former is larger by 5．77％，6．00％ and 8．72 respectively than that of sunny one，and
收稿日期 ：2006—11-06 修回日期 ：2007—03—01
基金项 目：国家科技部科技成果推广项 目(0ZEFN214300459)}湖南省“十五”重点科技攻关项 目[Supported by Popularization Pr~ect of Sclence and
Technology AchievementsNational Ministry of Science and Technology (0ZEFN214300459)；Provincial Key Scientific and Technolog~ca1 Project 0f Hunan
Science and Technology Department During the lOth Five-year P1an Period]
作者简介：蒋道松(1963一)，男，湖南绥宁县人，博士，副教授，从事资源植物学研究
，(E-mail)r0adpine@163．COm o
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the later by 1．72 ，1．74 and 2．41 respectively．The chloroplast numbers in guard cell of stoma of tetraploid
are 23．93：J=3．19，74．00 more than that of diploid．The densities of epidermic cel and stoma，stomatal index，size of
stoma，chloroplast numbers in guard cel，especialy the width of guard cell Can be used tO identify the tetraploid and
diploid．The leaf structure of tetraploid is good for high yield．
Key words．Dioscorea zingiberensis；diploid；tetraploid；epidermis；stomatal apparatus；guard cel；microstructure
盾叶薯蓣(Dioscorea zingiberensis)为薯蓣科
(Dioscoreaceae)、薯蓣属(Dioscorea)根状茎组多年
生缠绕草本植物，为我国特产(中国植物志编委会，
1985)。其根状茎含有合成甾体激素类药物的重要
起始成分薯蓣皂苷元(diosgenin)，含量为 1．0 ～
16．15 ，平均约 2．5 (丁志遵等，1983；徐成基，
2000)。但 目前栽培的盾叶薯蓣根茎的薯蓣皂苷元
含量仅为 0．8 9／6～1．2 ，二年生根茎平均产量约为
1．54X10 ～2．25X10 kg·hm- 。笔者通过离体培
养及化学诱变技术，培 育出薯 蓣皂苷元含量高
(2．966 )、根状茎产量高(7．098 X 10 ～9．936 X
10 kg·hm- )、抗逆性(高温、干旱、低温)强，且耐
肥、抗衰老的同源四倍体新种质“XHJ-401”。为探
讨其高产与高抗机理，进行了本实验。通过对表皮
细胞及气孔器的形态特征与染色体倍性及环境因子
的相关性分析，可对多倍化及环境造成的形态学效
应进行充分了解。
1 材料与方法
1．1材料
取材自湖南省农业大学生物科学技术学院试验
基地。盾叶薯蓣二倍体引种于湖南省桃源县，盾叶
薯蓣四倍体 XHJ-401由湖南省农业生物工程研究
所细胞工程实验室培育，系采用前者雄株为外植体，
经离体化学诱变筛选获得。
1．2方法
光学显微标本制备与观察 ：取盾叶薯蓣四倍体
和二倍体发育正常的成熟叶片(下数第五叶)，撕取
叶片近中部的下表皮，FAA固定，酒精(50 、60 、
65 、7O 、75 、8O％、85 、9O 、100 )梯度脱
水，制成半永久装片；分阴叶(实验室盆栽散射光下
的叶片)和阳叶(实验地中栽培的阳光直射下的叶
片)，撕取下数第五叶(成熟叶)和第三叶(幼叶)叶片
近叶片中部的下表皮，各类叶片取 5片，分别制成 5
张临时装片制片。荧光摄影显微镜(BA400)下观察
并拍照。
表皮细胞及气孔器的密度观测：分别在 l0倍目
镜、10倍物镜下，观察盾叶薯蓣四倍体和二倍体各 5
个制片、10个视野(x 100，561 227．8 mz)中的表
皮细胞及气孔器的数目，并计算出平均每个视野中
的表皮细胞及气孔器的数目，进而分别计算出其气
孔指数。气孔指数计算公式为：J—S／(S+E)X
100。(其中，J：气孔指数；S：一定面积内气孔器的
数 目；E：一定面积内表皮细胞的数目)。
气孔器大小观测：分别在 10倍 目镜和 40倍物
镜下，用 Motic Images Advanced3．2软件分别测量
盾叶薯蓣四倍体和二倍体叶下表皮各 5个制片共
100个气孔器的气孔长、宽及保卫细胞的宽度，求出
其平均值。
气孔器保卫细胞叶绿体数比较：取盾叶薯蓣四
倍体和二倍体植株的成熟叶片下表皮，制成临时装
片；I-KI溶液染色，叶绿体呈黑色；在X 1 600油镜
下观察叶片下表皮气孔器的两个保卫细胞内的叶绿
体数，随机观察 20个气孔器、40个保卫细胞，记数
统计。
2 实验结果
2．1表皮细胞及气孔器的密度
在荧光摄影显微镜下，对 5个制片 10个视野
(X100，561 227．8 m )观察，结果见表 1。所用术
语均采用 Baranova(1983)和 Wilkimson(1979)的描
述。由表 1可知，四倍体与二倍体气孔器平均密度
分别为 78．22±3．1个 ·mm- 、95．33±3．7个 ·
mm- ，前者较后者小 17．95 ；其表皮细胞平均密度
分别为 476．28±6．87个 ·mm- 、499．26±6．48个
·mm- ，前者较后者小 4．60 。
根据表 l计算，四倍体气孔指数为 I 一14．1l，
二倍体为 I： =l6．03；前者较后者小 l1．98 。
2．2气孔器大小
在 10×4O倍视 野下，用 Motie Images Ad—
vancel2．2软件分别测量 2N和 XHJ一401两种叶各
5个制片 5O个气孔器的长、宽及保卫细胞的宽度，
数据见表 2。由表 2得知，XHJ一401叶的气孔器的
长与宽、保卫细胞宽度的平均值分别为32．779 m、
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4期 蒋道松等：盾叶薯蓣四倍体与二倍体叶表皮及气孔器显微结构的比较 429
表 1 盾叶薯蓣四倍体与二倍体叶片的平均表皮细胞及气孔器数目
Table 1 Numbers of epidermis cells and stoma of leaves between diploid and tetraploid of D·zingiberensis
气孔器平均数 目(个 ·mm )
Average number of stoma per mm
表皮细胞平均数目(个 ·mrnl )Average number of epidermis cells per mm
四倍体 Tetraploid 二倍体 Diploid 四倍体 Tetraploid 二倍体 Diploid
表 2 盾叶薯蓣四倍体与二倍体阳性及阴叶下表皮气孔器的大小
Table 2 Size of stomatal apparatus of sunny and shady leaves of tetraploid and diploid D．zingiberensis
Note：SL-length of stoma；SW —width of stoma；GW —width of guard cell
图版 I 1．二倍体阳叶下表皮(X800)；2．二倍体阴叶下表皮(X400)}3．二倍体幼叶下表皮(X400)；4．四倍体阳叶下表皮(X800)；5．四倍
体阴叶下表皮(X400)；6．四倍体幼叶下表皮(X 400)。CH：叶绿体；CW：细胞壁；EP：表皮细胞；C,C：保卫细胞}SA：气孔器；VA：液泡。
Plate I 1．Under epidermis of sunny leaf of diploid；2．Under epidermis of shady leaf 3．Under epidermis of young leaf of diploid 4．Under epider—
mis of sunny leaf of traploid；5．Under epidermis of shady leaf of tetraploid；6．Under epidermis of young leaf of tetraploid,CH：chloroplast；CW：cell
wall；EP：epidermic cell；GC：guard cell；SA：stomatal apparatus；VA：vacuole．
26．071 1urn、9．628 1um，较二倍体叶分别大 10．729 、
3．902 和 18．005 。分别对 SL、SW、GW 进行 u检
验，得 uI一9．06，u2—3．5，u3—10．8。查表得 f u f≥
u0 盾叶薯蓣四倍体 XHJ-401和二倍体叶片下表
皮气孔器平均长度、平均宽度和单个保卫细胞的平均
宽度差异极显著。阴叶和阳叶之间：XHJ一401阴叶的
气孔器长与宽、保卫细胞宽度平均值分别为 33．698
1um、26．830,urn、10．030 1urn，较其 阳叶 的分别 大
5．769 、5．997 和 8．715 ；二倍体阴叶的分别为
29．860 1urn、25．318 1um、8．256 1urn，较其阳叶的分别大
1．724 0A、1．736 0A、2．406 。
2．3叶下表皮及气孔器的显微形态结构观察
盾叶薯蓣四倍体和二倍体的上表皮均无气孔器，
下表皮由排列紧密的表皮细胞与气孔器组成。表皮
细胞 ：多边形(图版工：1，3，6)或不规则形 (图版I：2，4，
5)，二倍体表皮细胞的密度较四倍体的大；可见细胞
壁、细胞核、细胞质和中央大液泡，不含叶绿体；二倍
体幼叶和阳叶下表皮细胞多为较规则多边形(图版I：
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枣3O 广 西 植 物 28卷
1，3)；阴叶下表皮细胞为不规则形，细胞壁内褶明显
(图J；反I：2)；四倍体阳叶或成熟叶下表皮细胞为不规
则形，细胞壁内褶不明显(图版L4、5)，而幼叶下表皮
细胞则为规则多边形(图版L 6)。气孔器：为典型的
双子叶植物无规则型气孔器(图版I)，由2个肾形保
卫细胞和 1个气孔构成，保卫细胞靠气孔一侧的细胞
壁明显加厚，含有一定数目的叶绿体；四倍体的气孔
器及单个保卫细胞的大小较二倍体的均明显要大，其
保卫细胞所含的叶绿体也更多、更大。
2．4叶下表皮及气孔器保卫细胞叶绿体数目观察
盾叶薯蓣四倍体与二倍体叶下表皮气孔器保卫
细胞的叶绿体数 目观察结果见图 1。盾叶薯蓣四倍
体叶表皮气孔器一对保卫细胞中的叶绿体数 目为
23．93±3．19个，二倍体的叶绿体数 目为 l3．79±
2．81个。前者的叶绿体数目为后者的 1．74倍，差异
显著。
<_
一
籁
<_
斯
’￡
1 2
1：2n=2x 2：2n=4x
图 1 叶绿体个数比较
Fig．1 Comparison of chloroplast number
3 分析与讨论
3．1气孔器密度、大小与倍性及光照的关系
表皮细胞及气孔器的形态结构特征 、气孔器大小
与染色体倍性、生态因子的相关性分析，多倍化造成
的形态学效应是当前环境植物学研究的热点之一。
气孔器的大小与密度常作为染色体倍性检验的指标
之一。在本研究中，四倍体的气孔器密度与气孔指数
较二倍体的分别小 17．95 和 11．98 ；四倍体叶下
表皮气孔器总平均长度与宽度、保卫细胞宽度较二倍
体的分别大 10．729 、3．902 和18．005 ，差异极显
著。这些结果表明：(1)多倍化对气孔器大小产生了
显著的影响；(2)采用这些指标进行倍性鉴定是可行
的。(3)保卫细胞的大小、尤其是其宽度，在二倍体与
四倍体之间的差异最为突出，而气孔器宽度的差异却
相对小得多，这是因为其平均值受到气孔关闭程度的
影响较大，因此，作者认为直接采用保卫细胞的宽度
平均值这个指标，能更快、更准确地进行倍性检验。
气孔器的大小、特别是保卫细胞的大小，受光照
等环境因子影响较大。四倍体阴叶的气孔器的长、
宽、保卫细胞 宽度较其 阳叶 的分别 大 5．769 、
5．997 和8．715 ；二倍体阴叶的较其阳叶的分别大
1．724 、1．736 、2．406 。这表 明：(1)对于本种来
说，光照等环境因子对气孔器大小产生的影响要小于
多倍化对其产生的影响，对多倍体的影响大于对二倍
体的影响；(2)不论是四倍体还是二倍体，光照对保卫
细胞宽度值的影响要大于其长度值及气孔器宽度值。
因此，作者认为对于利用气孔器大小作为全球气候变
迁的一个主要指标进行统计学检验是可行的，但作者
同时认为，利用保卫细胞的大小、尤其是保卫细胞的
宽度平均值进行统计学分析更为科学可靠。
3．2表皮及气孔器的显微形态结构与倍性及光照的
关系
盾叶薯蓣四倍体和二倍体叶片的表皮细胞起初
均为规则多边形，随着细胞的长大，细胞壁出现内
褶，阴叶的细胞壁内褶较阳叶的更为明显，二倍体较
四倍体的内褶要明显得多，这些特征可作为本种倍
性鉴定的新的参考依据之一，但如何进行指标量化，
需要进一步探讨 。
3．3保卫细胞叶绿体数 目与植株倍性的关系
盾叶薯蓣四倍体一对保卫细胞中的叶绿体数目
为二倍体的 1．74倍，差异显著。因此，利用保卫细
胞中叶绿体的数 目，可快速而较准确地进行植株倍
性鉴定；同时也在一定程度上说明了多倍体植株的
光合性能优于二倍体植株，其生物产量也可能因此
而提高。
3．4叶表皮及气孔器的显微形态结构与光合性能的
关 系
盾叶薯蓣为偏阴性的耐荫植物。其表皮细胞及
气孔器形态特征、气孔器及保卫细胞的大小、保卫细
胞中叶绿体大小数 目，与染色体倍性的变化及光照
等生态因子均有密切的相关性 。光照减弱的荫蔽环
境，气孔器数目减少，但气孔、保卫细胞及其所组成
的气孔器明显增大，其所含叶绿体的大小及数目提
高，光合产物总量得到有效补偿。四倍体与二倍体
相比，其器官的巨型特征，与以往多数报道结果一致
(下转第 450页 Continue on page 450)
∞ 加 佰 佃 5 0
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束花石斛种质资源的标准化收集整理结果显
示，不同居群束花石斛的茎直径和长度，茎形状以及
花的颜色和形状均有所差异。来 自云南景洪的束花
石斛茎长而粗壮，茎圆柱形 ，两端一般不会变细，花
较大，唇瓣上的两个斑点呈深紫色。而采 自于广西
玉林和百色地区的束花石斛茎比较短，两端逐步狭
窄，呈纺锤形(与玫瑰石斛极为相似)，花较小，唇瓣
上的两个斑点呈浅紫色。聚类分析结果表明，云南
思茅居群和云南文山居群、贵州安龙居群和贵州则
戎居群的遗传距离较小，说明两者之间的亲缘关系
较近。从地理位置而言，云南思茅和文山，贵州安龙
县和则戎乡的地理位置都很近。相反，云南景洪居
群与其它居群的亲缘关系较远，景洪位于云南省南
部，在地理位置上与其它居群间隔较远，说明束花石
斛居群间的亲缘关系与其地理位置有一定的联系。
至于束花石斛遗传基因与其形态变异和环境因素的
相关性还有待用进一步研究。
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(上接第430页 Continue from page 430)
(何立珍等，1983；黄济明，1983；宋文昌等，1992)。多
倍化后，耐荫特征更加突出。其叶片单位面积内的气
孔器数目减少，但气孔、保卫细胞及其所组成的气孔
器明显增大，使其呼吸作用得到改善，并更利于对
Co2和水分的调节；其保卫细胞中含有比二倍体更
多、更大的叶绿体，这与其光合效率和功能的提高有
关。四倍体除能较好地利用直射光外，对环境散射光
或漫射光也有更好的利用。由此可见，其形态结构特
征具有较大的可塑性。因此，四倍体高产有其良好的
叶片结构基础。
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