桑属 桑属植物的叶表皮特征及其分类学意义

摘要:8种桑属植物叶表皮的形态特征。)8个在光学显微镜下观察。结果表明，桑属植物的表皮细胞排列规则，呈多边形，壁直。下表皮细胞狭长，排列不规则，垂直周壁波动如微波。桑叶上下表皮有非腺毛、腺毛和钟乳石。桑叶中栅栏细胞的排列相对紧密而规则，海绵细胞的排列松散而不规则。叶肉细胞中有大量晶体，钟乳石形状多样，分布在上表皮和下表皮。气孔器只分布在叶片的下表皮，属于不规则型，气孔为圆形或椭圆形。气孔面积、气孔形态和表皮存在一定的种间差异，可作为桑树分类的重要依据。利用桑属植物的叶表皮特征作为种间鉴定的指标是可行的，但根据单一的形态特征形态，不可能完全区分所有物种，应结合各种形态特征进行分析。

关键词:桑树植物；叶表皮；形态特征；垂直外围墙；气孔器；把… 分类

中国图书馆分类编号:S888.2文件识别码:物品编号: 1002-1302(2015)11-0328-06

收到日期:2014年11月19日

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:强仁(1982-)，男，山东济南人，硕士学位，讲师，主要从事植物生物学和生物技术研究。电子邮件:88545866@qq.com .近几十年来，许多研究发现，叶表皮细胞形态和气孔器特征能在一定程度上反映分类群之间的系统发育关系，可用于探索科或属之间的种间关系[1-3]。作为一种重要的分类和系统进化性状，叶表皮和叶结构特征已被应用于许多类群的研究，并取得了良好的结果[4-10]，表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。

关伯福观察并比较了桑叶气孔的形态，发现气孔的大小和数量与桑树染色体的倍性密切相关采样时间为09: 00-10: 00。选择了8个桑树品种。它们被标记为1号白桑。)，2号广东桑。)，3号鸡桑(M.australis Poir)，4号山核桃。，5号山桑(M.bombycis Koidz)，M.mongolica Schneid。M.wittiorum Hand Mazz .，和M.notabillis Schneid。对果实期第3 ~ 5片成熟叶片进行了研究。。俞茂德等人观察了桑叶气孔的形态。结果表明，桑叶气孔的大小和数量随染色体倍数呈规律性变化1.2玻片标本的制备。刘芸等人利用光学显微镜和扫描显微镜观察和研究了11个家蚕品种的叶表皮形态和结构，认为叶表皮细胞和气孔器的特征对该属的分类有一定作用1.2.1桑叶表皮分离整片在叶片中部主脉附近切若干小块0.5 cm×0.5 cm，用蒸馏水冲洗干净，放入杰弗瑞分离液(铬酸∶硝酸= 1∶1)1.2.2用石蜡切片法对桑叶进行显微切片，取FAA固定的材料，用蒸馏水冲洗3次，洗掉固定液，用1%藏红花染过夜，用蒸馏水冲洗。乙醇脱水后，从低浓度乙醇开始，然后增加浓度至无水乙醇，各级乙醇均为1 ~ 2 h，脱水后物料由1/2二甲苯转化为二甲苯1 ~ 2 h，在蜡中浸泡2 ~ 4 h，包埋于石蜡中，切片厚度为8微米米，脱蜡后用固绿染色，乙醇脱水，二甲苯透明，加拿大树胶密封。中，在70℃培养箱中分离1 ~ 1.5 h，直至材料外围变白，叶肉和叶表皮开始分离。用蒸馏水冲洗后，使用。到目前为止，还没有人系统地研究过叶表皮微形态特征作为桑树形态分类的重要辅助手段。本研究用光学显微镜观察了8种桑属植物叶表皮的形态特征，旨在为桑属植物的系统研究提供微形态资料，并对桑属植物的一些分类学问题进行初步探讨。

1材料和方法

1.1测试材料

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1.3观察、测量和统计

在数字显微成像系统(DMBA400，中国Motic公司生产)中观察、拍摄和测量。观察上下表皮细胞，观察、计数并拍摄细胞形态、垂直外周壁特征、钟乳石细胞和表皮。在相同的放大倍数下(目镜10倍，物镜40倍)，每个物种随机测量10个视野，每个视野测量20个气孔器。观察统计钟乳石气孔器和体细胞的数量，得出平均值。气孔器面积=气孔器长轴长x短轴长；气孔密度=观察区气孔数量/观察区。本研究中使用的术语参考[10，15-17]。使用SPSS 11.5软件对数据进行统计分析在光学显微镜下，分离桑叶的表皮，观察桑叶的横截面。结果(图1-A)；结果表明，桑叶表皮细胞排列规则，呈多角形，垂直外壁平直，无细胞间隙(图1-a)。下表皮细胞狭长，排列不规则(图1-B)，垂直的外周壁像微波一样波动。桑叶的横截面显示细胞表面之间沉积有厚厚的角质层(图1-C，图1-D)。。

2结果和分析

2.1桑叶表皮的共同特征

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叶片分离材料的观察结果表明，桑叶表皮分布有大量表皮附属物，下表皮有毛或无毛。毛发分为两种类型:非腺毛(图1-E，图1-F)和腺毛(图1-G)。非腺毛是单细胞，稀疏，长度和厚度不同。不同物种间表面毛的形态特征有一定差异。腺毛呈头状，由多细胞毛组成，囊状毛由一个狭窄的柄顶端膨大的分泌细胞组成，柄由一个(有时几个)细胞和一个基底细胞组成(图1-G)。

表皮细胞中还有一种特殊的细胞，一些研究人员称之为巨细胞[19]。细胞呈球形，细胞内可见一种清晰的晶状体结构，称为钟乳石(图1-H至图1-M)，为碳酸钙晶体[13]。钟乳石有各种形状，如圆柱形(图1-I)、扇形(图1-J)等。基质细胞在上下表皮都有，但在上表皮相对分布(图1-I至图1-K)。表皮细胞中也存在基质细胞(图1-L，1-M)。气孔器主要由两个保卫细胞和它们之间的开口组成(图1-N，图1-O)。桑树气孔形态特征相对稳定，仅分布于下表皮，不规则，气孔形状多为椭圆形或圆形。但气孔面积存在种间差异。

叶肉表皮细胞内部是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。栅栏组织细胞排列相对紧密、规则，海绵组织细胞排列松散、不规则(图1-L、图1-M、图1-P、图1-R)，叶肉细胞内分布大量晶体(图1-R)。

主脉最外层表皮细胞排列紧密，表面覆盖着厚厚的角质层。静脉表皮细胞的内侧是机械组织，起支撑作用。机械组织内部是薄壁细胞。里面有维管束，由木质部和韧皮部组成。木质部发达，横截面接近圆形，导管呈放射状排列。韧皮部位于木质部之外(图1-Q)，所以桑叶的维管束排列是侧枝维管束。

2.2桑树品种的叶表皮特征

从图2可以看出，桑树的气孔器可分为圆形(图2-A，图2-B，图2-G)和椭圆形(图2-C至图2-F，图2-h)两种，除白桑、粤桑、长穗桑外，其余品种均为椭圆形。如表1所示，桑属植物气孔面积差异显著，气孔面积最大的种是中国桑，达到(143.82±8.85)μm 2；；气孔面积最小的是桑树，为(76.22±4.42)μm 2。种间气孔密度也有一定差异，最高气孔密度为(1614±21)个/mm2。气孔密度最低的是蒙古桑，达到(1098±12)个/mm2。

用光学显微镜观察叶片上表皮体细胞的顶面，计数叶片中体细胞的数量。不同物种的体细胞形态不同，大多数体细胞的顶面为球形(图2-I至图2-L，图2-N至图2-P)，如白桑、粤桑、鸡桑、中桑、蒙桑、长穗桑、川桑。少数呈梯形(图2-M)，如桑树。一些研究人员根据钟乳石中体细胞的形状对不同的桑树品种进行了分类[13，19]。表1显示上表皮细胞中钟乳石体细胞数量最多的是桑树(10.50±0.79)细胞/mm2。分布最低的是桑树，为(7.50±009)/mm2。

用光学显微镜观察叶片表皮，发现表皮上的非腺毛形状不同(图2-Q至图2-X)，种间差异显著(表2)。桑树无毛分布，叶表皮偶有直的或弯曲的结节状突起(图2-Q)。桑树没有皮毛分布(图2-R)。表皮稀疏，基部明显增大，顶端尖锐，整个毛发形状呈三角形(图2-S)，表皮长度为21.9-75.6微米，基部宽度为19.6-33.9微米米..白桑毛稀疏，基部近扁圆形，尾尖呈锥形，整个毛形呈长漏斗状(图2-T)。毛长23.6 ~ 49.2微米，基部宽12.5~28.8微米米..桑树的表皮与桑树相似，分布较少，基部突然明显膨大，顶端有尖尾，短漏斗状或长圆锥状毛(图2-U)，表皮长16.2 ~ 32.5微米，基部宽12.7~23.8微米米..广东桑树表皮基部膨大，顶端尖尖。它有两种类型(图2-V)。表皮长25.5 ~ 62.2微米，基部宽17.5~25.2微米米..鸡的桑葚毛的中部和下部厚度几乎相等，呈锥形，其顶端呈锥形，直的或弯曲的(图2-W)。表皮长24.2 ~ 169.8微米，基部宽19.9~36.9微米米，表皮致密柔软，基部不肿，长而弯曲(图2-X)。表皮长207.5～352.1微米，基部宽10.6～30.2微米米

3讨论

3.1桑树的叶表皮和叶肉特征相似

光镜下发现，所研究的8个桑树品种的表皮细胞排列规则，呈多角形，垂直周壁平直，下表皮细胞狭长，排列不规则，垂直周壁呈微波状波动。桑叶上下表皮有皮毛、腺毛等附属物。上下表皮都有钟乳石，但上表皮钟乳石较多，表皮细胞也有钟乳石。桑树气孔分布特征相对稳定，下表皮均有气孔，气孔类型不规则。栅栏细胞的排列相对紧密而规则，海绵细胞的排列松散而不规则，叶肉细胞中分布着大量的晶体。物种间的这些相似特征表明桑属是一个自然分类单元，将这些植物归为一个属是科学合理的。

3.2桑树气孔器特征的分类学意义

通过光学显微镜观察发现，桑属植物的叶表皮特征有许多相似之处，但在气孔器形状、气孔面积和气孔密度等方面存在一定差异。因此，根据不同的特征，可以得到不同的分类群，桑树的种类可以按气孔面积分为三类:中国桑、广东桑、长耳桑(均为气孔面积大于100 μm2)属于一类；桑树、白桑树和蒙古桑树的气孔面积(80 ~ 100 μ m2)属于同一类。川桑和山桑(均小于80 μm2)同属一类。根据气孔的形态，桑树品种可分为白桑、粤桑和长耳桑，鸡桑、中桑、蒙桑、川桑和山桑属于同一类。根据传统分类，白桑、粤桑、长耳桑、汉桑属于无柄类，与传统分类不同。结果表明，气孔面积最大的是桑树，最小的是桑树，气孔密度最大的是桑树，最小的是桑树，说明桑树种间气孔器的特征差异明显，可作为该属种间鉴定的重要指标。

3.3桑树表皮毛特征的分类学意义

用光学显微镜观察表皮，发现表皮形状不同，种间差异明显。根据表皮的形态特征，桑树种分为三类:(1)桑树和蒙古桑树相似，无表皮分布；(2)加拿大桑、桑树、北美桑、广东桑，毛稀疏短，基部膨大，尖尖尾，全毛呈漏斗状、弯刀状或三角形。(3)桑树和桑树的表皮致密、长而软，基部无明显膨大，顶端弯曲。根据叶表皮毛的显微特征推断，桑树植物由低到高的进化层次为桑树、蒙古桑→四川桑、桑树、桑树、广西桑→鸡桑、中国桑。

3.4关于桑树叶表皮的争论

迄今为止，叶表皮和气孔器的特征已被广泛应用于其它属的分类，但对桑树的研究很少。关伯福等人对桑叶的气孔形态进行了观察，发现不同桑树品种的气孔大小和数量特征不同[11-12]，本研究与其结果基本相似。藤本加藤以巨型桑树细胞的形状和突起的长度作为分类依据，将桑树分为四种类型。由于本实验使用的材料有限，桑树钟乳石的体细胞形态没有显著差异，需要进一步研究。刘芸等人用光学显微镜和扫描显微镜观察和研究了11个家蚕品种的叶表皮形态和结构。结果表明，品种间表皮、叶肉和叶脉的结构基本相似，主要差异是气孔密度和上表皮细胞钟乳石的数量[13]。背面密被白色柔毛；广东桑叶背无毛，脉疏生白柔毛。鸡桑叶密被短刺毛，背部疏生粗毛；中国桑叶粗糙多毛，背上密被柔毛。本研究的观察结果与传统形态学描述基本一致。本研究的结果进一步验证了这些结论的正确性，并发现毛的特征对于桑树的种间鉴定具有重要意义。

徐书鸿等人认为，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变化，但可以随着生境的不同而变化。毛状体的类型和其他相关性状可以用来鉴定植物[22]。这项研究的结果再次验证了毛状体的特征可以用来分类和鉴定植物。

4结论

桑树的叶表皮和叶肉特征有一定的相似性。气孔器形状、气孔面积、气孔密度、钟乳石细胞形状、钟乳石细胞数量和表皮形态存在种间差异。桑树按气孔器形状可分为三类，按表皮特征可分为三类。桑树以叶表皮特征作为种间鉴定的指标是可行的。然而，根据单一的形态特征形状，不能完全区分所有物种。

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