全 文 ：任 强，杨晓红，邹义冬，等． 桑属植物的叶表皮特征及其分类学意义［J］． 江苏农业科学，2015，43(11) :328 － 333．
doi:10． 15889 / j． issn． 1002 － 1302． 2015． 11． 103
桑属植物的叶表皮特征及其分类学意义
任 强1，杨晓红2，邹义冬1，吴 芬3
(1．东华理工大学化学生物与材料科学学院，江西南昌 330013;2．西南大学园艺园林学院，重庆 400715;
3．上海工程技术大学材料工程学院，上海 201620)
摘要:在光学显微镜下观察桑属(Morus．)8 个种叶表皮形态特征。结果表明:桑属植物上表皮细胞排列规则，形
状为多边形，垂周壁平直;下表皮细胞较窄长，排列不规则，垂周壁微波状起伏。桑叶上、下表皮有非腺毛、腺毛、钟乳
体等附属物的分布。桑叶栅栏组织细胞的排列相对紧密且规则，而海绵组织细胞排列松散且不规则，叶肉细胞中还有
大量晶体，钟乳体形状多样，上下表皮中都有分布。气孔器仅分布在叶下表皮，属于无规则型，气孔圆形或椭圆形。气
孔面积、气孔形态及表皮毛等特征存在一定的种间差异，可以作为桑属植物分类的重要依据。桑属植物叶表皮特征作
为该属种间鉴定的指标是可行的，但是依据某个单一的形态特征形状，并不能将各个种之间完全区分开，应该综合多
种形态性状进行分析。
关键词:桑属植物;叶表皮;形态特征;垂周壁;气孔器;分类
中图分类号:S888． 2 文献标志码:A 文章编号:1002 － 1302(2015)11 － 0328 － 06
收稿日期:2014 － 11 － 19
基金项目:国家自然科学基金(编号:21107014) ;江西省自然科学基
金(编号:2009GZH0008)。
作者简介:任 强(1982—) ，男，山东济南人，硕士，讲师，主要从事植
物生物学和生物技术研究。E － mail:88545866@ qq． com。
近几十年来，许多研究发现叶表皮细胞形状和气孔器特
征在一定程度上能够反映分类群间的系统发生关系，可以用
于科以下属间或属以下种间关系的探讨［1 － 3］。叶表皮及叶结
构特征作为一个重要的分类和系统演化的性状已用于多个类
群的研究并取得良好的效果［4 － 10］，均说明叶表皮和气孔器特
征是植物系统分类和亲缘关系鉴定的重要指标。
关博夫曾观察比较了桑叶气孔的形态，发现气孔的大小、
多少与桑树染色体的倍性密切相关［11］。余茂德等曾对桑叶
气孔的形态进行观察，结果表明，桑叶气孔的大小、多少与染
色体倍数呈规律性变化［12］。刘云等运用光学显微镜和扫描
镜对 11 种蚕用桑品种的叶表皮形态和结构进行过观察研究，
认为叶表皮细胞和气孔器特征在该属植物分类中具有一定的
作用［13］。作为桑属形态分类重要辅助手段的叶表皮的微形
态特征，至今尚无人进行过系统研究。本研究利用光学显微
镜观察桑属 8 个种代表植物叶表皮形态特征，旨在为桑属植
物的系统研究提供微形态学资料，对该属分类学上的部分问
题作初步探讨。
1 材料和方法
1． 1 试验材料
取材时间为 09:00—10:00，材料选取桑属 8 个品种，分
别标记为 1 号白桑(Morus alba Linn．)、2 号广东桑(M． atro-
purpurea Roxb．)、3 号鸡桑(M． australis Poir．)、4 号华桑(M．
cathayana Hemsl．)、5 号山桑(M． bombycis Koidz．)、6 号蒙桑
(M． mongolica Schneid．)、7 号长穗桑(M． wittiorum Hand
Mazz．)和 8 号川桑(M． notabillis Schneid．) ，果期的第 3 张至
第 5 张成熟叶片作为研究对象。
1． 2 玻片标本的制作
1． 2． 1 桑叶表皮离析整体制片 剪取若干叶片中部近主脉
处 0． 5 cm × 0． 5 cm 的小块，用蒸馏水漂洗干净，放入 Jeffery
离析液(铬酸 ∶ 硝酸 = 1 ∶ 1)中［14］于 70 ℃温箱离析 1 ～
1． 5 h，直至材料周缘泛白，叶肉与叶表皮开始分离，蒸馏水漂
洗后，用毛笔清除上下表皮间的叶肉，用 1%番红染色，经乙
醇系列脱水后，固绿对染，乙醇继续脱水，二甲苯透明，整体封
片，加拿大树胶封片。
1． 2． 2 桑叶石蜡切片法显微制片 取 FAA 固定好的材料，
用蒸馏水漂洗 3 次，洗去固定液，1%番红过夜整染，蒸馏水漂
洗后。经乙醇系列脱水，先从低浓度的乙醇开始，然后递增浓
度，直至无水乙醇，各级乙醇 1 ～ 2 h。将脱水后的材料经 1 /2
二甲苯到二甲苯，各级时间为 1 ～ 2 h。浸蜡 2 ～ 4 h，石蜡包
埋，旋转式切片机切片，切片厚度 8 μm。脱蜡后用固绿对染，
乙醇系列脱水，二甲苯透明，加拿大树胶封片。
1． 3 观察、测量和统计
在数码显微影像系统(DMBA400，中国 Motic 公司生产)
中观察、照相、测量。对上下表皮细胞进行观察，对细胞的形
状、垂周壁特征、钟乳体细胞、表皮毛等进行观察、统计和照
相。在相同倍数下(目镜 10 ×，物镜 40 ×) ，对每个种随机测
量 10 个视野，每视野测 20 个气孔器，观察统计气孔器及钟乳
体细胞数量，取得平均值。气孔器面积 =气孔器长轴长 ×短
轴长;气孔密度 =观察面积内气孔器个数 /观察面积。本研究
所用术语参考文献［10，15 － 17］。利用 SPSS 11． 5 软件对数
据进行统计分析［19］。
2 结果与分析
2． 1 桑属叶表皮共有特征
在光学显微镜下，对桑叶表皮离析、桑叶横切面进行观察，
结果(图 1)显示，桑叶上表皮细胞排列规则、形状为多边形
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(polygonal)、垂周壁平直(straight)、无细胞间隙(图 1 － A) ;
下表皮细胞较窄长，排列不规则(图 1 － B) ，垂周壁微波状起
伏;桑叶横切面显示，在细胞表面之间还沉积着 1 层厚的角质
层(图 1 － C、图 1 － D)。
叶离析材料观察结果表明，在桑叶的表皮中还分布大量
的表皮附属物，下表皮有或无毛，毛分非腺毛(图 1 － E、图
1 － F)和腺毛(图 1 － G)2 种，非腺毛为单细胞，稀疏、长短、粗
细不一，表皮毛的形态特征有一定的种间差异。腺毛头状，由
多细胞组成，由窄柄顶端膨大的分泌细胞组成的囊状毛，柄由
1 个(有时几个)细胞和 1 个基细胞组成(图 1 － G)。
表皮细胞中还存在一类特殊的细胞，有研究者称之为巨
大细胞［19］，细胞形状似球形，胞内可见 1 个清晰的晶状体结
构，称为钟乳体(图 1 － H 至图 1 － M) ，为碳酸钙性质的晶
体［13］。钟乳体形状多样，如圆柱形(图 1 － I)、扇形(图 1 － J)
等。钟乳体细胞在上下表皮中都有，但上表皮分布相对较多
(图 1 － I至图 1 － K) ，表皮毛细胞中也有钟乳体的存在(图
1 － L，1 － M)。
气孔器主要是由 2 个保卫细胞和它们之间的开口共同组
成(图 1 － N、图 1 － O)。气孔器形态特征在桑属内比较稳定，
只分布在下表皮，无规则型，气孔的形状多为椭圆形或圆形。
但气孔面积存在种间差异。
叶肉表皮细胞内侧为由薄壁细胞组成的叶肉。桑叶的叶
肉由栅栏组织和海绵组织组成，栅栏组织细胞的排列相对紧
密且规则，而海绵组织细胞排列松散且不规则(图 1 － L、图
1 － M、图 1 － P、图 1 － R) ，叶肉细胞中还分布大量的晶体(图
1 － R)。
主脉的最外层表皮细胞排列非常紧密，表面覆盖 1 层厚
的角质层，叶脉表皮细胞内侧为机械组织，具支持作用。机械
组织以内为薄壁细胞。其内为维管束，由木质部和韧皮部组
成，木质部较发达，在横切面上呈近圆形，导管呈辐射环状排
列;韧皮部位于木质部外侧(图 1 － Q) ，因此桑叶维管束的排
列方式为外韧维管束。
2． 2 桑属各个种叶表皮特征
从图 2 可以看出，桑属植物气孔器形状分为圆形(图 2 －
A、图 2 － B、图 2 － G)和椭圆形(图 2 － C至图 2 － F、图 2 － H)
2 种类型，除白桑、广东桑、长穗桑外，其余种都是椭圆形。如
表 1 所示，气孔面积在桑属内存在显著差异，气孔面积最大的
种为华桑，达(143． 82 ± 8． 85)μm2;气孔面积最小的为山桑，
达 (76． 22 ± 4． 42)μm2 。种间气孔密度也有一定差异，气孔
密度最大种为长穗桑，达(1 614 ± 21)个 /mm2;气孔密度最小
的种为蒙桑，达 (1 098 ± 12)个 /mm2 。
利用光学显微镜对叶片上表皮钟乳体细胞顶面进行观
察，统计其钟乳体细胞数量。不同种的钟乳体细胞形态各异，
大多数钟乳体细胞顶面为球形(图 2 － I 至图 2 － L、图 2 － N
至图 2 － P) ，如白桑、广东桑、鸡桑、华桑、蒙桑、长穗桑、川桑;
少数呈梯形状(图 2 － M) ，如山桑。有些研究者曾根据钟乳
体细胞的形状来对不同品种的桑树进行分类［13，19］。表 1 显
示，在上表皮细胞中钟乳体细胞最多的是长穗桑，为
(10． 50 ± 0． 79)个 /mm2 ;分布最少的是蒙桑，为 (7． 50 ±
0. 09)个 /mm2。
采用光学显微镜对叶表皮上的表皮毛进行观察，发现表
皮上的非腺毛形态各异(图 2 － Q至图 2 － X) ，在种间存在显
著性差异(表 2)。长穗桑无表皮毛分布，在叶表皮上偶见有
直或弯曲的瘤状小突起(图 2 － Q)。蒙桑无表皮毛分布(图
2 － R)。川桑表皮毛疏生，基部显著膨大，先端锐尖，整个毛
形呈三角形(图 2 － S) ，表皮毛长度为 21． 9 ～ 75． 6 μm，基部
宽度为 19． 6 ～ 33． 9 μm。白桑表皮毛疏生，基部近扁圆球形
显著膨大，尾尖渐细，整个毛形呈长漏斗状(图 2 － T) ，表皮毛
长度为 23． 6 ～ 49． 2 μm，基部宽度为 12． 5 ～ 28． 8 μm。山桑
表皮毛与白桑相似，分布较少，基部突然显著膨大，先端尾尖，
毛呈短漏斗形或长圆锥状(图 2 － U) ，表皮毛长度为
16． 2 ～ 32． 5 μm ，基部宽度为 12． 7 ～ 23． 8 μm。广东桑表皮
毛基部膨大，先端渐尖，有弯刀状和漏斗状 2 种类型(图 2 －
V) ，表 皮 毛 长 度 为 25． 5 ～ 62． 2 μm，基 部 宽 度 为
17． 5 ～ 25． 2 μm 。鸡桑毛中下部椭圆形膨大近等粗，渐尖，先
端渐 尖，直 或 弯 曲 (图 2 － W) ，表 皮 毛 长 度 为
24． 2 ～ 169． 8 μm ，基部宽度为 19． 9 ～ 36． 9 μm。华桑表皮毛
密生，柔软，基部不膨大、较长、有弯曲(图 2 － X) ，表皮毛长
度为 207． 5 ～ 352． 1 μm，基部宽度为 10． 6 ～ 30． 2 μm。
3 讨论
3． 1 桑属植物叶表皮及叶肉性状具有相似性
在光学显微镜下观察发现，所研究的 8 个桑种上表皮细
胞排列规则、形状为多边形、垂周壁平直;下表皮细胞较窄长，
排列不规则，垂周壁微波状起伏。桑叶上、下表皮都有表皮
毛、腺毛等附属物分布。在上下表皮中都有钟乳体细胞，但上
表皮分布相对较多，表皮毛细胞中也有钟乳体的存在。气孔
器分布特征在桑属内比较稳定，均为下表皮具有气孔器，气孔
类型属于无规则型。栅栏组织细胞的排列相对紧密且规则，
而海绵组织细胞排列松散且不规则，叶肉细胞中还有大量的
晶体分布。这些种间比较多的相似的特征说明桑属植物是 1
个自然的分类群，把这些植物归入到 1 个属中有一定的科学
性和合理性。
3． 2 桑属植物气孔器特征的分类学意义
通过光学显微镜观察发现，桑属植物叶表皮特征有很多
相似性，但在气孔器形态、气孔面积、气孔密度等特征上存在
一定的差异。因此，依据不同特征可以获得不同的分类群，根
据气孔面积可以把各桑种分为 3 类:华桑、广东桑、长穗桑气
孔面积(均大于 100 μm2)归为一类;鸡桑、白桑、蒙桑气孔面
积(介于 80 ～ 100 μm2)归为一类;川桑、山桑(均小于
80 μm2)为一类。根据气孔器形态可以把各桑种分为圆形、
椭圆形 2 类:白桑、广东桑、长穗桑归为一类;鸡桑、华桑、蒙
桑、川桑、山桑为一类。按照传统的分类，白桑、广东桑、长穗
桑、华桑属于无花柱类，应归为一类，这与传统分类出现一定
的差异。研究结果中气孔面积最大的种为华桑，最小的为川
桑，气孔密度最大的种是长穗桑，最小的种是蒙桑，说明桑属
植物种间气孔器的特征差异是明显的，可以作为该属植物种
间鉴定的重要指标。
3． 3 桑属植物表皮毛特征的分类学意义
利用光学显微镜对表皮毛进行观察，结果发现，表皮毛形
态各异，种间差异明显。根据表皮毛的形态特征规律，将桑种
分为 3 类:(1)长穗桑、蒙桑相似，无表皮毛分布;(2)川桑、白
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表 1 桑属叶表皮特征描述
供试材料 气孔形状
气孔面积
(μm2)
气孔密度
(个 /mm2)
钟乳体细胞数量
(个 /mm2)
山桑 椭圆形 76． 22 ± 4． 42a 1284 ± 14a 8． 20 ± 0． 18a
川桑 椭圆形 78． 39 ± 5． 57a 1125 ± 14a 8． 50 ± 0． 12a
蒙桑 椭圆形 81． 76 ± 3． 98a 1098 ± 12a 7． 50 ± 0． 09a
鸡桑 椭圆形 93． 74 ± 7． 38a 1326 ± 18a 8． 50 ± 0． 14a
白桑 圆形 95． 76 ± 6． 54b 1525 ± 29b 9． 50 ± 0． 51b
长穗桑 圆形 101． 46 ± 8． 12b 1614 ± 21b 10． 50 ± 0． 79b
广东桑 圆形 106． 22 ± 8． 69b 1363 ± 21b 9． 00 ± 0． 38b
华桑 椭圆形 143． 82 ± 8． 85b 1472 ± 20b 9． 50 ± 0． 57b
注:同列数据后不同小写字母表示 0． 05 水平差异显著。下同。
桑、山桑、广东桑表皮毛疏生、较短，基部膨大，先端尾尖，整个
毛呈漏斗状、弯刀状或三角形等;(3)鸡桑、华桑表皮毛密生、
较长，柔软，基部膨大不显著，先端有弯曲。从叶表皮毛的显
微特征推测:桑属植物演化水平由低到高依次为长穗桑、蒙
桑→川桑、白桑、山桑、广东桑→鸡桑、华桑。
3． 4 桑属植物叶表皮研究的争论
迄今为止，关于叶表皮及气孔器特征在其他属植物分类
中已广泛应用，但在桑属植物内研究较少。关博夫等曾对桑
叶气孔的形态进行观察，发现气孔大小、数量等特征在桑树品
种间有差异［11 － 12］，本研究与其结果基本相似。胜又藤夫曾把
桑巨大细胞的形态及突起的长度作为分类的依据，将桑树分为
4个类型。由于本试验的取材有限，没有发现桑属植物钟乳体
细胞形态的显著差异，还有待于进一步的研究。刘云等运用光
学显微镜和扫描镜对 11种蚕用桑品种的叶表皮形态和结构进
行观察研究，结果发现品种间在表皮、叶肉和叶脉上的构造基
本相似，主要的差别在于气孔密度、上表皮细胞中的钟乳体细
胞数量［13］。文献［20 －21］记载，长穗桑两面无毛，幼时叶背主
脉和侧脉上生短柔毛;蒙桑叶表面无毛;川桑叶无毛，沿叶脉
疏生细毛;白桑叶无毛，背面沿脉有疏毛，脉腋有簇毛;山桑叶
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表 2 桑属叶表皮毛特征描述
供试材料
基部宽度
(μm)
长度
(μm) 表皮非腺毛形状
长穗桑 0 0 无毛，偶见有直或弯曲的瘤状小突起
蒙桑 0 0 无毛
川桑 19． 6 ～ 33． 9 21． 9 ～ 75． 6 毛疏生，基部显著膨大，先端锐尖，整个毛形呈三角形
白桑 12． 5 ～ 28． 8 23． 6 ～ 49． 2 毛疏生，基部近扁圆球形显著膨大，尾尖，整个毛呈长漏斗状
山桑 12． 7 ～ 23． 8 16． 2 ～ 32． 5 毛疏生，基部突然显著膨大，尾尖，毛呈短漏斗形或长圆锥状
广东桑 17． 5 ～ 25． 2 25． 5 ～ 62． 2 基部膨大，先端渐尖，有弯刀状和漏斗状二种类型
鸡桑 19． 9 ～ 36． 9 24． 2 ～ 169． 8 毛中下部椭圆形膨大近等粗，渐尖，先端渐尖，直或弯曲
华桑 10． 6 ～ 30． 2 207． 5 ～ 352． 1 毛密生，柔软，基部不膨大，较长、有弯曲
背密被白色柔毛;广东桑叶背面无毛，叶脉疏生白色柔毛;鸡
桑叶面密生短刺毛，背面疏被粗毛;华桑叶面粗糙有毛，叶背
密生柔毛。本研究观察结果与传统的形态描述基本一致。本
研究结果进一步验证了这些结论的正确性，同时还发现表皮
毛特征对于桑属植物种间鉴定具有非常显著的意义。
徐淑红等认为，毛状体的种类具有一定的稳定性，不会随
着植物分布区域的不同而发生变化，但可以随生境的不同在
其数目上有所改变，应用毛状体的类型和其他相关性状可以
对植物进行鉴定［22］，本研究结果再次验证了毛状体特征可以
对植物进行分类鉴定。
4 结论
桑属植物叶表皮及叶肉性状具有一定相似性。气孔器形
状、气孔面积、气孔密度、钟乳体细胞形状、钟乳体细胞数量、表
皮毛形态等特征存在种间差异，根据气孔面积把桑属分为 3
类，依据气孔器形态可以把桑属分为 2 类，依据表皮毛特征可
以分为三大类，桑属植物叶表皮特征作为该属种间鉴定的指标
是可行的，但是依据某个单一的形态特征形状，并不能将各个
种之间完全区分开，因此应该综合多种形态性状进行分析。
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