云南20种蕨类植物叶表皮微形态特征研究.docx

云南 20 种蕨类植物叶表皮微形态特征研究徐成东 陈艳萍冯建孟( 1 楚雄师范学院化学与生命科学系，楚雄 675000; 2 大理学院农业与生命科学学院，大理 671300)摘 要 利用光学显微镜对云南 20 种不同科、属的蕨类植物的叶表皮形态进行了观察和研究。结果表明: 它们的叶片表面存在不同的附属物，而有的种类无附属物; 20 种蕨类植物共具 8 种气孔器类型( 极细胞型、腋下细胞型、辐 射状细胞型、双不等细胞型、无规则四细胞型、共环极细胞型、聚腋下细胞型和不规则型) ，它们在气孔器组成上具 多型现象，气孔均为下生型，分布方式及大小多样; 叶表皮细胞的微形态在科属间表现出一定的差异，主要有不规 则型、多边型或规则条状，表皮细胞垂周壁呈波纹状、深波状或波浪状。上述研究结果为蕨类植物的系统分类及演 化提供依据。关键词 蕨类植物; 气孔器; 叶表皮; 微形态特征中图分类号: s682 35文献标识码: a文章编号: 1673 5102( 2012) 01 0010 07micromorphological features of epidermis of 20 species ferns from yunnanxu cheng-dongchen yan-pingfeng jian-meng( 1 department of chemistry and life science，chuxiong normal university，chuxiong 675000; 2 school of agriculture and life science，dali uni- versity，dali 671300)abstractepidermal micromorphology of 20 species ferns leaves from different families and genera in yunnanwere observed by optical microscope the results showed that: different appendages exist in different leaves sur- face，some species have no appendage there are eight stomatal apparatus types: polocytic，axillocytic，aotinocyt- ic，diaisocytic，anomotetracytic，copolocytic，coaxillocytic and anomocytic types the stomatal apparatus have multi-type phenomena，all the stomata are hypostomatic types，while their distributive modes and sizes also varies the leaf epidermal cell micromorphology from different genera and families show certain differences，basically have irregular type，multilateral type or regular strip type the leaf epidermal cell anticlinal walls are mainly corruga- ted，deep wavy or wavy the results in this study provide basic references for systematics and evolution of ferns key wordsfern; stomatal apparatus; epidermis; micromorphological feature蕨科部分种叶表皮形态的观察5 6; 王秀华做了东北鳞毛蕨科鳞毛蕨属 6 种和耳蕨属 3 种植物叶片 及叶柄解剖构造的观察7; 邢怡等人利用扫描电 镜对黑龙江产的铁线蕨科、蹄盖蕨科、岩蕨科以及 鳞毛蕨科部分种的叶表皮进行了详细观察8; 李 艳晖等人对山西产的蹄盖蕨科、鳞毛蕨科、铁角蕨 科等 8 科 13 种植物的成熟叶表皮特征进行了观蕨类植物的表皮及附属物特征是分类的依据之一1 2。国内外在这一领域的研究主要集中在 种子植物上，而有关蕨类植物叶表皮特征的详细研 究较少。近年来，张丽兵利用光学显微镜对国产耳 蕨属后生耳蕨组和新生耳蕨组的 34 种成熟叶表皮 细胞的形态特征做了研究3; 王玛丽和任毅对国 产蹄盖蕨科 18 属 47 种植物叶表皮特征的比较形 态学进行了研究4; 张耀甲等人对国产水龙骨科23 属 44 种代表植物及原属水龙骨科的槲蕨科 3 属 4 种植物的气孔器类型及其系统学意义做了研 究2; 焦瑜等人做了七指蕨科、瓶尔小草科和阴地察9;sun tongxin 等人研究了石松气孔与泥盆系刺镰蕨气孔之间的关系10。本文利用光学显微镜对云南产 20 种蕨类植物叶表皮特征进行研究，希 望能为蕨类植物的鉴定、分类以及系统演化提供一基金项目: 国家自然科学基金资助项目( 30760040) 和云南省基础研究计划项目( 2008cd218) 资助第一作者简介: 徐成东( 1964) ，男，博士，教授，主要从事植物学与植物生态学研究。收稿日期: 2011 06 161 期徐成东等: 云南 20 种蕨类植物叶表皮微形态特征研究11定的参考。以区分为 8 种类型，区分的主要依据是副卫细胞的数目、形态及与保卫细胞的排列方式，保卫细胞外 壁有不同形状或者不同程度的加厚14。从气孔器 和表皮细胞测量的统计结果来看，大多数种类气孔 器的平均长度、宽度以及长宽比值均较稳定集中于 一定的区域附近。如，鳞毛蕨属的 5 种植物气孔器 类型、形状、气孔大小及长宽比都很稳定，平均长度 主要分布在 30 51 m 的区域内，平均宽度则分布 于 16 24 m 和 26 48 m 两个区域内，而长宽比 的分布区域为 1 3 1 53，密度在 22 3 27 5，在 其它科属内同样存在这样的现象。材料和方法11 1 材料材料采自哀牢山国家级自然保护区，分别为鳞 毛蕨科 ( dryopteridaceae ) 长 叶 芽 孢 耳 蕨 ( polysti- chum attenuatum var subattenuatum ( ching et w m chu ) w m chuet z r he ) ，鸡足山耳蕨( p jizhushanense ching ) ，失盖耳蕨( p grandifronschr ) ，裸果耳蕨( p nudisorum ching) ，滇耳蕨c( p chingae ching) ，刺齿贯众( cyrtomium caryotide-um( wall ex hook et grev )presl ) ，尖 羽 贯 众表皮细胞从表 2 可以看出，以表皮细胞的形态、大小及 垂周壁样式的加厚形状9，可将表皮细胞分为 3 种。表皮细胞规则，成条状，大小不等，垂周壁样式 成波纹状或波浪状，如长叶芽孢耳蕨、胎生铁角蕨 等; 表皮细胞不规则，大小不等，垂周壁样式成波浪 状，如凤尾蕨属、普通凤丫蕨、贯众属等; 表皮细胞 多边( 角) 形，大小不等，垂周壁式样平直、弧形，如 肾蕨、川滇槲蕨等。2 2( c fortunei( presl) cchr ) ; 凤尾蕨科( pteridace-ae) 井栏边草 ( pteris multifida poir ) ，蜈蚣蕨 ( pvittata l ) ，凤尾蕨( p nervosa thunb ) ，剑叶凤尾 蕨( pteris ensiformis burm ) ，有刺凤尾蕨 ( p setu- losa-costulata) ，岩凤尾蕨( pteris deltodon bak ) ; 槲 蕨科( drynariaceae ) 槲蕨 ( drynaria fortunei ( kunzeex mett ) jsm ) ，川 滇 槲 蕨 ( drynariadelavayichrist) ; 铁角蕨科( aspleniaceae) 剑叶铁角蕨( as-et grev ) ，胎生铁plenium ensiforme wall ex hook2 3表皮附属物从表 3 可知，蕨类植物的表皮附属物放大可观角 蕨 ( aindicum wall ex sledge ) ;裸 子 蕨 科( hemionitidaceae) 普通凤丫蕨( coniogramme inter-察到棕色长毛状、白色短毛状、刺状及鳞片等，但也有部分蕨类植物表皮无附属物。media hieron ) ;肾 蕨 科 ( nephrolepidacea ) 肾 蕨( nephrolepis auriculata ( linn )trimen) ; 稀子蕨科讨论( 1 ) 在对 20 种蕨类植物的研究中发现，气孔 器的分布均在下表皮，保卫细胞和表皮细胞大多都 分布在一个水平面上，但也有部分种保卫细胞和表 皮细胞分布不在一个水平面上，气孔沿着叶的长轴 方向均匀分布，有些种在局部地方取向不规则且有 成束排布，有时同一叶表皮的不同部分明显分布着 不同类型的气孔。极细胞型及腋细胞型为气孔器 基本类型，8 种气孔类型( 极细胞型、腋下细胞型、 辐射状细胞型、双不等细胞型、共环极细胞型、聚腋 下细胞型、无规则四细胞型和不规则型) 中，除了 两种( 无规则四细胞型和不规则型) 外，其它均是 基本类型的变形或与其形态很相似，在同一科中的 气孔类型基本相似。气孔器的长宽比较稳定，特别 是在同一个属中，长宽比不超过 0 2; 而气孔密度 则以科为界，各科都在一定的范围内波动。而普通 凤丫 蕨、肾蕨的气孔类型也与过去的研究所报 道9的一致。因此，气孔的类型及其分布密度、长 宽比可以作为有价值的分类学依据之一。3( monachosoraceae )christ) 等 20 种。稀 子 蕨 ( monachosorumhenryi方法1 21 2 1 光学显微镜观察取植物叶中部小羽片，刮去其上孢子囊群后， 用清水冲洗后放在白纸上稍微晾干，在下表皮上涂 上一层很薄的透明指甲油，晾干。用镊子轻轻撕去 指甲油，然后切取 1 cm2 左右的表皮 ( 靠近中脉附 近) 制成装片11，用 coic ba2303 光学显微镜观 察、测量、记数和照相( 图版) 。将每种植物的下 表皮分别制备 3 个样品，每个样品随机观察 10 个 视野。表皮细胞大小、气孔大小、气孔器类型、及气 孔密度等数据均为 30 个视野中得出的数据范围或 平均值。气孔器类型的命名采用 dilche12，fryns- claessens13中所提出的名称。结果22 1 气孔器类型从表 1 可以看出，20 种蕨类植物的气孔器可植物研究32 卷12表 1 20 种蕨类植物气孔器特征stomatal apparatus features of 20 species fernstable 1种名species类型type气孔大小stomatal size( m)长宽比( l / w)密度*density长叶芽孢耳蕨p attenuatum var subattenuatum无规则四细胞型anomotetracytic typel: 38 4 48 0w: 28 8 31 21 53( 1 33 1 67)22 3鸡足山耳蕨p jizhushanense辐射状细胞型aotinocytic typel: 40 8 50 4w: 26 4 43 21 41( 1 06 1 67)28 8l: 36 0 50 4w: 16 8 33 6失盖耳蕨p grandifrons腋下细胞型axillocytic type1 3( 1 21 2 71)24 0l: 36 0 48 0w: 24 0 38 4裸果耳蕨p nudisorum腋下细胞型axillocytic type1 45( 1 16 1 89)22 7l: 38 4 48 0w: 21 6 33 6滇耳蕨p chingae腋下细胞型axillocytic type1 38( 1 12 1 69)24 9刺齿贯众c caryotideum腋下细胞型axillocytic typel: 60 0 72 0w: 36 0 48 01 54( 1 30 1 73)21 0尖羽贯众c fortunei腋下细胞型axillocytic typel: 45 6 62 4w: 31 2 38 41 48( 1 19 1 63)27 5井栏边草p multifida腋下细胞型axillocytic typel: 33 6 38 4w: 19 2 26 41 61( 1 27 1 78)59 2l: 40 8 48 0w: 28 8 36 0蜈蚣蕨p vittata腋下细胞型axillocytic type1 48( 1 27 1 67)88 0l: 36 0 48 0w: 14 4 26 4凤尾蕨p nervosa腋下细胞型axillocytic type1 75( 1 45 1 89)79 4剑叶凤尾蕨p ensiformis聚腋下细胞型coaxillocytic typel: 40 8 52 8w: 16 8 31 22 10( 1 50 2 71)67 8有刺凤尾蕨p setulosa-costulata聚腋下细胞型coaxillocytic typel: 43 2 57 6w: 19 2 28 82 4( 1 67 3 00)57 1岩凤尾蕨p deltodon聚腋下细胞型coaxillocytic typel: 48 0 55 2w: 19 2 28 82 47( 1 67 2 88)54 5槲蕨d fortunei极细胞型polocytic typel: 36 0 45 6w: 36 0 38 41 11( 1 00 1 27)42 1l: 38 4 48 0w: 31 2 38 4川滇槲蕨d delavayi共环极细胞型copolocytic type1 23( 1 13 1 36)57 5l: 55 2 84 0w: 48 0 57 6剑叶铁角蕨a ensiforme不规则型anomocytic type1 39( 1 15 1 67)36 5胎生铁角蕨a indicum不规则型anomocytic typel: 57 6 67 2w: 36 0 48 01 53( 1 10 1 73)40 3普通凤丫蕨c intermedia极细胞型polocytic typel: 36 0 48 0w: 21 6 28 81 63( 1 40 2 00)45 9肾蕨n auriculata双不等细胞型diaisocytic typel: 36 0 48 0w: 26 4 36 01 37( 1 15 1 58)44 6稀子蕨m henryi腋下细胞型axillocytic typel: 48 0 57 6w: 28 2 33 61 71( 1 54 2 00)33 9注: * 气孔密度为 10 个视野的平均值，单位为个mm 2note: * stomatal density is the mean value of 10 visual fields，the unit is the number of stomas per square millimeter1 期徐成东等: 云南 20 种蕨类植物叶表皮微形态特征研究13表 2 20 种蕨类植物叶表皮细胞微形态特征micromorphological features of leaf epidermis cells of 20 species fernstable 2种名species细胞形状cell shape垂周壁样式anticlinal wall细胞大小cell size( m)长宽比( l / w)l: 122 4 160 8w: 21 6 28 8长叶芽孢耳蕨p attenuatum var subattenuatum规则条状regular strip波纹状corrugate5 87( 5 36 6 30)鸡足山耳蕨p jizhushanense规则条状regular strip波浪状wavyl: 151 2 172 8w: 36 0 43 24 13( 3 94 4 40)失盖耳蕨p grandifrons规则条状regular strip深波浪状deep wavyl: 105 6 136 8w: 28 8 36 04 10( 3 25 4 25)裸果耳蕨p nudisorum不规则irregular深波浪状deep wavyl: 110 4 136 8w: 24 0 36 04 28( 3 41 5 29)滇耳蕨p chingae不规则irregular深波浪状deep wavyl: 93 6 115 2w: 19 2 31 24 58( 4 12 5 08)l: 129 6 160 8w: 38 4 43 2刺齿贯众c caryotideum不规则irregular深波浪状deep wavy3 59( 3 22 3 82)l: 86 4 129 6w: 33 6 72 0尖羽贯众c fortunei不规则irregular深波浪状deep wavy2 26( 1 80 2 65)井栏边草p multifida不规则irregular深波浪状deep wavyl: 108 0 160 8w: 28 8 60 02 90( 2 15 3 92)蜈蚣蕨p vittata不规则irregular深波浪状deep wavyl: 8 96 0w: 57 6 81 62 34( 2 09 2 67)凤尾蕨p nervosa不规则irregular深波浪状deep wavyl: 72 0 100 8w: 31 2 40 82 33( 2 14 2 69)剑叶凤尾蕨p dactylina不规则irregular深波浪状deep wavyl: 151 2 170 4w: 48 0 72 02 80( 2 37 3 2)l: 100 8 136 8w: 36 0 43 2有刺凤尾蕨p setulosa-costulata不规则irregular深波浪状deep wavy2 97( 2 67 3 18)l: 100 8 112 8w: 31 2 40 8岩凤尾蕨p aspericaulis不规则irregular深波浪状deep wavy2 85( 2 59 3 23)槲蕨d fortunei不规则irregular波纹状corrugatel: 72 0 120 0w: 40 8 64 82 08( 1 10 2 50)川滇槲蕨d sinica不规则irregular波纹状corrugatel: 60 0 88 8w: 48 0 55 21 70( 1 25 1 80)剑叶铁角蕨a ensiforme规则条状regular strip波浪状wavyl: 108 0 136 8w: 38 4 57 63 58( 3 14 4 31)胎生铁角蕨a indicum规则条状regular strip波纹状corrugatel: 120 0 163 2w: 55 2 62 43 41( 3 2 3 54)l: 96 0 153 6w: 31 2 36 0普通凤丫蕨c intermedia不规则irregular波浪状wavy3 82( 3 08 4 57)l: 64 8 88 8w: 28 8 36 0肾蕨n auriculata多边形multilateral平行弧形parallel arc2 34( 2 00 2 75)稀子蕨m henryi不规则irregular波浪状wavyl: 148 8 172 8w: 48 0 62 42 89( 2 75 3 22)植物研究32 卷14表 3 20 种蕨类植物叶表皮附属物微形态特征micromorphology features of leaf epidermis appendages of 20 species fernstable 3种名species叶片folium叶脉vein长叶芽孢耳蕨p attenuatum var subattenuatum全叶均匀分布透明短毛fronds uniform distribution lucid short hairs均匀分布有棕色短毛和无色鳞片uniform distribution brown short hairs and colourless scales鸡足山耳蕨p jizhushanense叶有较少白色短毛fronds distribution less write short hairs无毛也无鳞片without hair and scales全叶有白色短毛，但较稀疏fronds distribution sparse write short hairs失盖耳蕨p grandifrons分布有较少棕色长毛distribution less brown long hairs裸果耳蕨p nudisorum全叶有棕色长毛fronds distribution brown long hairs无毛也无鳞片without hair and scales滇耳蕨p chingae全叶均匀分布透明短毛fronds uniform distribution lucid short hairs均匀分布有棕色长毛和透明鳞片brown long hairs and transparent scales uniform distribution刺齿贯众c caryotideum无毛也无鳞片without hair and scales无毛也无鳞片without hair and scales尖羽贯众c fortunei无毛也无鳞片without hair and scales无毛也无鳞片without hair and scales井栏边草p multifida无毛也无鳞片without hair and scales有短刺short spiculates distribution蜈蚣蕨p vittata无毛也无鳞片without hair and scales分布有较少透明长毛less transparent long hairs distribution凤尾蕨p nervosa无毛也无鳞片without hair and scales分布有较少透明短毛less transparent short hairs distribution剑叶凤尾蕨p dactylina无毛也无鳞片without hair and scales分布有较少透明短毛less transparent short hairs distribution有刺凤尾蕨p setulosa-costulata无毛也无鳞片without hair and scales有棕色长刺brown long spiculates distribution岩凤尾蕨p aspericaulis无毛也无鳞片without hair and scales有棕黄色细刺claybank small-spiculates distribution槲蕨d fortunei无毛也无鳞片without hair and scales分布有较密短毛和黄色鳞片thick short hairs and yellow scales distribution川滇槲蕨d sinica无毛也无鳞片without hair and scales分布有较密短毛thick short hairs distribution剑叶铁角蕨a ensiforme无毛也无鳞片without hair and scales无毛也无鳞片without hair and scales胎生铁角蕨a indicum无毛也无鳞片without hair and scales无毛也无鳞片without hair and scales普通凤丫蕨c intermedia无毛也无鳞片without hair and scales无毛也无鳞片without hair and scales肾蕨n auriculata无毛也无鳞片without hair and scales分布有较密的棕色长毛thick brown long hairs distribution稀子蕨m henryi无毛也无鳞片without hair and scales有透明短刺transparent short spiculates distribution( 2) 表皮细胞大多为不规则型，蕨类植物表皮有或无表皮毛，叶脉上有或无表皮毛和鳞片，在同 属中表现的较为一致。在所观察的蕨类植物中，有3 种表皮细胞类型( 不规则、规则条状和多边形) 。在同属蕨类植物的下表皮细胞中，其表皮细胞的形态稳定，但垂周壁样式加厚方式不一定相同。表皮细胞的长宽比也在一定范围内波动，如规则条形的 细胞长宽比基数较大，均大于 4; 多边形细胞型的 长宽比基数较小，不规则型的则有较大的波动，但 其波动范围也在科属特征范围内。在同一科中，1 期徐成东等: 云南 20 种蕨类植物叶表皮微形态特征研究15如: 下表皮的细胞类型为不规则型的凤尾蕨科蕨类植物长宽比 2 3 2 97; 槲蕨的为 1 70 2 08。由 此表明，表皮细胞具有一定的稳定性，其形态、垂周 壁样式、长宽比等能够作为蕨类植物分类的一个有 力依据。( 3) 蕨类植物的表皮附属物的分布具有一定 的特点。在科属中的分布较为明显，如: 鳞毛蕨科 耳蕨属的表皮附属物均全叶分布; 凤尾蕨科的分布 于叶脉; 有的科属无表皮附属物等。此外，表皮附 属物的分布还以植物的生长环境有关，如: 阴生蕨 类植物多数种表皮长有较密的毛，有的还附有鳞 片; 附生蕨类植物叶片在一定的区域( 如: 叶脉) 也 附着表皮毛或鳞片，但其附属物的分布较稀疏; 旱 生蕨类植物的表皮附属物一般为短刺或无附属物。 附属物的分布与蕨类植物的演化历史、种类以及生 态类型有关，因此，表皮附属物也可成为蕨类植物 分类的一个依据。( 4) 每种蕨类植物的气孔器类型并不是完全 单一的。在同一种蕨类植物的叶片中，主要是表现 为某一特定的基本类型占优势的气孔器，并且每个 种的优势气孔类型稳定9，同时在叶表皮的局部 区域也呈现出其它的气孔器类型。如: 凤尾蕨中的 主要气孔类型为腋下细胞型，在同一区域中还存在 有不规则的四细胞型、横裂型等; 滇耳蕨的主要气 孔类型为腋下细胞型，在其他区域中还存在不规则 的四细胞型、聚腋下细胞型等。( 5) 气孔密度也表现了一定的种属的关系，在 鳞毛蕨科中的气孔密度基数较小，在每 0 233 mm2 叶表皮面积 5 7 个; 凤尾蕨科中密度基数较大，在 每 0 233 mm2 叶表皮面积 14 20 个; 其他的种属 中气孔密度也具有一个稳定的值。气孔的密度在 分布上也与蕨类植物的生长环境有关，在阴生的植 物中发现，其气孔密度较小，附生、旱生植物中的气 孔密度较大。( 6) 稀子蕨和耳蕨属的气孔类型、表皮细胞类 型相似，都是腋下细胞型; 两者的长宽比差距小，但 稀子蕨的气孔密度较大，这可能说明二者在起源上 有一定联系。通过对 20 种的蕨类植物的气孔器、叶表皮细 胞、表皮附属物的观察以及与蕨类植物生长环境 不同的比较，每个科的叶表皮特征均较稳定，与 每种植物各自的形态特征等有一定的相关性，可 以根据它们各自的叶表皮特征来加以区分。 气 孔及与 其 相 联 系的表皮细胞的相似性、气 孔 密度、表皮附属物等，对许多类群的植物分类是相当有用的，而这些特征在每一种属中都较稳定。 对叶表皮特征的研究，可以为揭示类群的进化及 系统亲缘关系提供重要的证据，也可为分类鉴定 提供依据。致谢 中国科学院西双版纳植物园哀牢山生态站，哀牢山国家级自然保护区景东县管理局在野外工 作中给予大力支持，特此致谢。参考文献1 吴兆洪，秦仁昌 中国蕨类植物科属志j 北京: 科学出版社，19912 张耀甲，于海峰，卢云霞，等 国产水龙骨科植物的气孔 器类型及其系统学意义j 兰州大学学报，1999，35( 2) : 130 1393 张丽兵 中国后生耳蕨组和新生耳蕨组( 耳蕨属) 的叶 表皮解剖研究j 应用与环境生物学报，1996，2 ( 4 ) :361 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