不同生境下狗牙根叶表皮细胞的比较研究

陈蕊 程丽霞 费永俊

摘 要： 以生长在阳地旱生、阳地中生、阴地旱生3种不同生境下的野生狗牙根的叶表皮细胞为材料，分别测量了气孔数、气孔密度、长细胞、短细胞、气孔的长和宽。结果表明：狗牙根叶片长细胞的大小顺序：阳地旱生>阳地中生>阴地旱生，3种生境下长细胞的大小有显著差异（p<0.05）;短细胞的大小在阳地旱生与阳地中生、阴地旱生差异显著（p<0.05），但阳地中生、阴地旱生差异不显著;气孔的长宽比在3种生境下有显著差异（p<0.05），气孔的长宽比顺序为阳地旱生<阳地中生<阴地旱生;3种生境下的狗牙根叶片的气孔密度差异显著（p<0.05），阳地中生>阳地旱生>阴地旱生，分别为319.30，240.01，278.22个·mm-2。

关键词： 生境;狗牙根;叶表皮细胞;适应性

中图分类号：Q945 78;S688 4   文献标识码：A   文章编号：1004-3020（2020）06-0001-04

Abstract： The leaf epidermis cells of wildness Cynodon dactylon which grew in 3 different environments were investigated. The appearance indexes of their leaves， such as the number of stoma， stoma density， the length and width of long cell， short cell and stoma were measured. The result showed that the size order of long cell of the leaf epidermis in Cynodon dactylon were sunny dryland， sunny ground and shady dryland. The size of leaf epidemis long cell demonstrated remarkable difference （p<0.05）. The size of the short cell in sunny ground and sunny non-irrigated farmland or shady non-irrigated field was significant （p<0.05）. But the difference in sunny filed and shady non-irrigated ground was not remarkable. The ratio of length to width of the stoma showed remarkable difference （p<0.05）.The order of ratio was sunny non-irrigated field， shady non-irrigated ground， shady non-irrigated. The stoma density of Cynodon dactylon leaf epidermis in three different habitats demonstrated significant difference （p<0.05）.The sunny field， the sunny non-irrigated field， the shady non-irrigated field， which were 319.3， 278.22， 240.01个·mm-2separately.

Key words： habitats;Cynodon dactylon;leaf epidermis cell;adaptability

狗牙根Cynodon dactylon又名绊根草[1]，是暖季型草坪草中研究较深入的草种。因具有植株低矮、繁殖能力强、抗旱、耐践踏、质地纤细、色泽好等优点，被国内外广泛应用于建植草坪和保土护坡。狗牙根属Cynodon植物广泛分布于热带、亚热带地区，其中狗牙根是世界广布种[1]。从水平分布上看，在45°N～45°S范围内，狗牙根几乎遍布所有大陆、岛屿。从垂直分布上看，在尼泊尔、克什米尔及喜马拉雅山海拔4 000 m高度也有分布。也可以分布于海平面以下，如约旦、加里福尼亚及中国新疆南部[2]。中国从80年代引入三倍体狗牙根以来，北起洛阳，南至海南，均有大面积应用，因而狗牙根可以称为暖季型草坪草中最重要的草种之一[3]。

狗牙根喜温暖湿润气候，喜光、耐熱（可耐受43 ℃高温）、较耐荫，有一定的抗旱、耐盐碱能力，侵占性和抗杂草侵入能力很强，但喜热不耐寒，气温寒冷时生长很差，易遭受雪霜冻害。狗牙根的适应性、生长势和扩展性强，在年降水量600～1 600 mm的华东、华南、西南及长江中下游等地区生长最佳。狗牙根叶色浓绿，持绿期长，在华南地区约270 d，华东、华中约245 d，在北方适种区170～185 d。狗牙根在南方持绿期较长，适种区可达270 d以上[4]。国内外对狗牙根的研究主要集中在抗性研究上，主要包括抗寒性、耐盐碱性、抗旱性和耐践踏性4个方面。研究表明，国外对野生狗牙根资源非常重视，中国拥有丰富的野生狗牙根资源，分布遍及黄河流域以南及新疆的一些地方[5-7]。这些野生草种经历了漫长的自然分布选择活下来，其适应性是不容置疑的，在路边、河滩、山顶、坡脚、林缘、田间都有分布，因生境复杂，在种内形成了丰富的变异[8-9]。本文对3种不同生境下的野生狗牙根的叶下表皮细胞进行了显微摄像观察分析，为进一步研究狗牙根的水分生理、蒸腾蒸发和生态适应性积累资料。

1 材料与方法

1.1 试验材料

湖北省荆州市年平均气温16.4 ℃，日照时数1 800～2 100 h，年降水量达900～1 000 mm，全年无霜250～280 d，土壤多为灰潮土，pH值7.5～85，野生狗牙根在该地区广布且生长良好。本试验所用材料均采自荆州市西郊外的野生普通狗牙根。生长在阳地中生（光照充足，没有遮荫的菜地旁边，土壤肥沃，水分供应充分）的狗牙根植株高大，叶片宽而长，节间较长，大多数是直立生长;生长在阳地旱生（郊野小路边，土壤干旱贫瘠，并且过往行人较多，践踏频繁）的狗牙根叶片短小，节间短，绝大部分是匍匐生长，茎粗壮;生长在阴地旱生（林下地带，遮荫良好，光照微弱）的叶片细长，直立生长，茎叶细小。

取不同生境下生长健壮的狗牙根叶片中部，分成1～2 cm的组织块，立即放入FAA固定液中固定24 h，将已固定好的叶片转移至清水中清洗数次并浸泡以除去固定液，再将材料放于小纸片上，用新刀片轻匀地刮去上表皮、叶肉，将留存的表皮转移至1%混合酶液（果胶酶和纤维素酶各半）中，保持在室温（25～30 ℃）条件下处理（解离）0.5 h，待叶肉完全解离后，再将表皮移至培养皿中用蒸馏水进行洗刷，清除残留的叶肉，换一次蒸馏水转入表面皿镜检（合适的材料才制片）。用4%铁矾染5～10 min后用自来水漂洗10 min，蒸馏水清洗，再用0.5%苏木精染3～5 min，自来水洗约0.5 min，再用2%铁矾适度分色3～4 min，自来水漂洗10 min后取出展平在载玻片上，甘油封片，光镜观察，Olympus显微摄影[10]。

1.2 试验方法

1.2.1 叶片长、短细胞大小的测定

取狗牙根叶下表皮封片，置光学显微镜下，随机测30个长细胞的长宽和30个短细胞的长宽。

1.2.2 气孔大小的测定

每份材料上分别选择6个视野，每个视野5个气孔，进行气孔长度和宽度的测定。同时取典型视野照相。（本试验中叶片离体失水后气孔处于关闭状态，故所测各值均为气孔关闭状态下的值，气孔长度是哑铃形保卫细胞长度;气孔宽度是垂直于哑铃形保卫细胞的最宽值。）

1.2.3 气孔密度的测定

对3种不同材料随机观测视野中的气孔数，每段观测30次，根据标尺计算单位面积的气孔数。

1.3 数据处理

据文献[11]中的方法对数据进行分析，采用SPSS10.0软件进行数据处理，SigmaPlot 2001 Demo进行图表制作。

2 结果与分析

2.1 不同生境狗牙根叶下表皮长细胞大小的比较

狗牙根的叶表皮含有不同的细胞群，顺长轴与叶脉平行排列，长方形细胞占大部分，插入长细胞行列之间的为短细胞行列，细胞壁为锯齿状。气孔和长细胞有规律地交互排列着，每个气孔器含有4个细胞，两个狭窄哑铃状的保卫细胞。狗牙根的叶片气孔为卵圆形，略显长，外密覆蜡质，使得气孔的保卫细胞与副卫细胞不易辩清。狗牙根叶片上下表皮细胞上密布硅质和柱质乳突，其气孔与表皮细胞处于同一平面上或略突出，以较短间距整齐均匀排列于叶脉两侧。3种生境下长细胞的长的平均值的排序依次为阳地旱生（64.94±1.65 μm）>阳地中生（42.36±1.23 μm）>阴地旱生（34.67±1.05 μm），宽的平均值排序依次为阳地中生旱生（26.79±0.52 μm）>阳地中生（13.94±0.39 μm）>阴地旱生（11.30±0.26 μm）;生长在阳地中生旱生的狗牙根的长细胞的长和宽明显高于生长在阳地中生和阴地旱生的。阳地中生旱生狗牙根长细胞的长和宽分别比阴地旱生的大30.27 μm和15.49 μm，这是狗牙根对阳地中生旱生环境的强适应性，3种生境下长细胞的长和宽的比较均有显著差异（p<0.05）。

2.2 不同生境狗牙根叶下表皮短细胞大小的变化

3種生境下的短细胞的长的平均值排序依次为阳地旱生（26.49±0.62 μm）>阳地中生（11.97±0.26 μm）>阴地旱生（11.51±0.21 μm），宽的平均值排序依次为为阳地旱生（17.62±0.48 μm）>阴地旱生（10.06±0.21 μm）>阳地中生（9.41±0.22 μm），阳地旱生狗牙根叶片的短细胞的长和宽明显高于阴地旱生的和阳地中生的，最大差异值分别为14.98 μm，8.21 μm，在这3种生境的狗牙根短细胞的长和宽的比较中，阳地中生和阳地旱生的差异显著（p<0.05），阳地旱生和阴地旱生的差异显著（p<0.05），阳地中生和阴地旱生的差异不显著。

2.3 不同生境狗牙根叶下表皮气孔的变化

气孔是植物体进行内外气体交换的重要门户。水蒸气、二氧化碳、氧气都要共用气孔这个通道，气孔的开闭会影响植物的蒸腾、光合、呼吸等生理过程。气孔的面积小，蒸腾速率高。气孔的大小、数目和分布因植物种类和生长环境不同而异。气孔的频度大，有利于蒸腾的进行[12]。在所研究的3种生境中的狗牙根的气孔密度排序依次为阳地中生（319.30±6.61个·mm-2）>阳地旱生（278.22±8.28个·mm-2）>阴地旱生（240.02±5.42个·mm-2），最大差异值为79.28个·mm-2;3种生境下狗牙根的气孔长、宽的比较差异不显著，但是长与宽之比值的比较有显著的差异（p<0.05），长与宽的比值的平均值分别是1.354，1.225，1.750，阳地旱生狗牙根的气孔的长宽比之值是最小的，这与狗牙根对干旱环境的适应有关。

3 讨论

3种生境下的狗牙根叶片长细胞的长和宽的比较有显著差异（p<0.05），阳地旱生狗牙根长细胞的长和宽的值最大，阳地中生的次之，阴地旱生的最小;在短细胞的长和宽的比较中，阳地中生和阳地旱生的差异显著的，阳地旱生和阴地旱生的差异显著的，阳地中生和阴地旱生的差异不显著;3种生境下的气孔长宽比的比较有显著差异，气孔的长宽比：阳地旱生﹤阳地中生﹤阴地旱生，分别为1.225 4，1.354 0，1.750 5;3种生境下的狗牙根叶下表皮的气孔密度的比较有显著差异，阳地中生﹥阳地旱生﹥阴地旱生，分别为319.30个·mm-2，278.22个·mm-2，240.01个·mm-2，狗牙根叶表皮细胞对不同生态环境具有适应性。

表皮气孔是植物叶片和外界环境进行气体交换和蒸腾作用的重要通道，气孔的形态、大小、分布和数量是影响植物的光合和蒸腾等生理活动。在作物、蔬菜花卉上，人们对气孔形状、发育及生理活动等方面都做了比较深入的研究[13-14]。申惠翡等[15]研究了15个杜鹃花品种叶片解剖结构与植株耐热性的关系发现，不论是在常温还是高温下，抗热性品种能维持较长时间的低气孔阻抗。同时抗热品种气孔的密度也要大，本实验观测结果也证实了这一点，光照充足的阳地中生和阳地中生旱生狗牙根的叶下表皮气孔密度均大于光照微弱的阴地旱生狗牙根的叶下表皮的气孔密度，差异值分别为79.28个·mm-2和38.20个·mm-2。李亚男等[16]对生长在干旱环境条件中的狗牙根的叶片解剖结构进行了详细的观察研究发现，狗牙根叶表皮层角质化、栓化明显，并且乳状突起，本实验也发现了这一点。于卓等[17]研究了12种牧草叶表面微细结构，在供试的10种多年生禾本科牧草中，有9种禾草的气孔主要分布于叶子正面的叶脉间区域，多呈2行排列，而叶子背面很少有气孔存在，只有野大麦其叶正面和背面的叶脉间区域各有2行气孔排列。本实验经研究发现狗牙根叶子背面的气孔在叶脉间区域呈2行排列。郑群英等[18]进行了6种草坪草的叶片气孔形态和数量特征比较研究，其中就对狗牙根的叶片气孔形态和数量特征进行了详细观察，发现狗牙根叶片的气孔为卵圆形，气孔的密度较其它几种草坪草的大，本文对狗牙根表皮细胞的研究也证实了狗牙根的气孔密度较大，最大值为319.30个·mm-2。气孔大小、多少、分布对光和蒸腾的影响，气孔形状与抗性的关系，不同栽培、管理条件下气孔的变化，气孔运动、气孔振荡现象的深入研究可为草坪生产、管理和育种者选育更加抗旱或耐旱的草坪草提供有价值的依据。

参 考 文 献

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（责任编辑：唐 岚）