石匡正，楊 晴，郭學民

(河北科技師范學院生命科技學院，河北 秦皇島，066600)

杜仲雌雄株葉片的解剖結構比較

石匡正，楊 晴，郭學民*

(河北科技師范學院生命科技學院，河北 秦皇島，066600)

為確定杜仲雌雄株葉片的第二性征，采用石蠟切片法觀察了杜仲雌雄株葉片解剖結構的差異。結果表明：(1)杜仲雌、雄葉片均由表皮、葉肉和葉脈3部分構成，上下表皮細胞均由一層細胞構成，下表皮具表皮毛；葉肉的柵欄組織和海綿組織分化明顯；葉脈維管束均由木質(zhì)部、少量形成層和韌皮部構成，主脈維管束為外韌型。(2)雌株的葉片厚度、上表皮厚度、柵欄組織厚度以及柵欄組織厚度/海綿組織厚度值大于雄株的，而雄株的下表皮厚度和海綿組織厚度大于雌株的，且雄株主脈維管束更加發(fā)達。這些結果證明，杜仲雌雄株在結構上有著明顯的差異，這是第二性征的體現(xiàn)，也是杜仲長期進化中為了更好的生存而產(chǎn)生的策略，可能有利于其繁衍生息。

杜仲；葉片；比較解剖；雌雄異株

杜仲(Eucommiaulmoides)又名膠木，是一種極其重要的藥用植物，其應用價值已引起各國學者的濃厚興趣。已有學者對杜仲葉乙醇提取物的降糖作用機理[1]、杜仲膠在杜仲葉發(fā)育過程中含量的變化[2]、杜仲葉片活性成分積累變化規(guī)律[3]、杜仲的化學藥理及臨床應用[4]、生理功能[5]、藥理作用[6]、雌雄異株植物對環(huán)境脅迫響應的性別差異[7]以及杜仲葉綜合利用生產(chǎn)工藝優(yōu)化[8]進行了大量的研究。在杜仲雌雄株葉片的研究上，趙云云等[9]發(fā)現(xiàn)雌株氨基酸總量高于雄株，王丙武等[10]發(fā)現(xiàn)，雌株葉片的含膠量都明顯高于雄株葉片，葉東旭等[11]認為，性別對杜仲葉綠原酸含量、京尼平苷含量以及京尼平苷酸含量無明顯影響。迄今，仍未發(fā)現(xiàn)有關杜仲雌株和雄株葉片解剖結構比較研究的報道。

為此，筆者以杜仲雌雄株葉片為研究對象，對比探討杜仲雌雄株葉片解剖結構的差異，以其作為探討杜仲雌雄株對環(huán)境適應差異和生產(chǎn)實踐的選育提供基礎的資料，豐富人們對植物第二性征的認識。

1 材料和方法

1.1 采樣地概況

試驗材料采自河北科技師范學院昌黎校區(qū)校園。該校園位于北緯39°71′，東經(jīng)119°18′，氣候類型屬暖溫帶半濕潤季風型大陸性氣候，春季干燥多風，夏季炎熱多雨，秋季天高氣爽，冬季寒冷干燥，年平均氣溫7.9～10.1 ℃，≥10 ℃的積溫3 240 ℃，平均降水量一般在667～780 mm，干燥系數(shù)在1.3左右，無霜期在170～188 d之間。

1.2 方法

選取長勢一致、同一方位、同一高度的杜仲雌雄株新鮮葉片各3片，取葉脈中段及葉中約0.5 cm2的組織，用FAA固定液(體積分數(shù)為60%乙醇90 mL，體積分數(shù)為38%甲醛5 mL，冰醋酸5 mL)固定，依次經(jīng)過乙醇梯度脫水、透明、浸蠟并用石蠟包埋，制成石蠟切片，厚度為8 μm，接著用番紅固綠染色，中性樹膠封片。

在光學顯微鏡Olympus BX51下觀察，用照相機DP72拍照，每個樣品觀察30個圖像，用PhotoshopCSS6.0軟件測定葉片結構參數(shù)：葉片厚度、上下表皮厚度、柵欄組織厚度、海綿組織厚度、主脈維管束高度、主脈維管束木質(zhì)部高度，并計算出組織結構致密度和組織結構疏松度以及主脈木質(zhì)部面積占維管束百分比，所有數(shù)據(jù)用平均值±標準差表示，并作如下計算：

*通訊作者，男，博士，教授。主要研究方向：植物結構生理學。E-mail: xueminguo@126.com。

組織結構致密度=(柵欄組織厚度/葉片厚度)×100%

組織結構疏松度=(海綿組織厚度/葉片厚度)×100%

主脈木質(zhì)部面積占維管束比例=(主脈木質(zhì)部面積/主脈維管束面積)×100%

1.3 數(shù)據(jù)處理

利用軟件DPS7.05，對雌雄株葉片厚度、上下表皮厚度、柵欄組織厚度、海綿組織厚度、主脈維管束高度、主脈維管束木質(zhì)部高度、組織結構致密度、組織結構疏松度和主脈木質(zhì)部面積占維管束百分比等各項指標進行t-檢驗。

2 結果與分析

2.1 杜仲雌雄株葉片解剖結構觀察

杜仲雌雄株葉片屬于典型的異葉面，其解剖結構均由表皮、葉肉、葉脈3部分組成，其形態(tài)解剖結構特征基本一致(圖1)。

2.1.1葉片表皮組織結構特征 雌雄株葉片上、下表皮均由1層表皮細胞組成，較厚。上表皮細胞一列，排列緊密，類方形，未見氣孔；下表皮細胞類長方形，外被表皮毛，較少，有氣孔分布(圖1C和圖1D)。

2.1.2葉肉組織結構特征 杜仲雌雄株葉片均有明顯的柵欄組織和海綿組織的分化，其中均含有大量葉綠體。柵欄組織位于葉近軸面下方，排列緊密，細胞呈長圓柱形，內(nèi)含類似小泡樣結構；海綿組織位于葉遠軸面上方，排列較為松散無序，可見圓狀類蛋白物質(zhì)(圖1C和圖1D)。

2.1.3主脈維管束結構特征 由圖1A和圖1B可看出，杜仲雌雄葉片主脈維管束均由木質(zhì)部、少量形成層和韌皮部構成。主脈維管束為外韌型，導管由徑向排列成行，形成層較為明顯，韌皮部細胞呈密集無規(guī)則分布[12]。

2.2 杜仲雌雄株葉片結構的比較分析

杜仲雌、雄株葉片解剖結構組成幾乎一致，只是各類型組織在細胞構成，大小、數(shù)量、厚度等方面存在些許差異。

2.2.1雌雄株葉表皮結構比較分析 杜仲雌株上表皮厚度比雄株大48.8%，差異顯著(Ρ<0.05)；而雌株下表皮比雄株小12.1%，差異顯著(Ρ<0.05)(表1)。

2.2.2雌雄株葉肉組成比較 杜仲雌株葉片厚度比雄株的大11.2%(Ρ<0.05)，柵欄組織厚度比雄株的大25.9%(Ρ<0.05)，柵欄組織占葉肉百分比比雄株的大30.6%(Ρ<0.05)，柵欄組織厚度/海綿組織厚度比雄株的大37.5%(Ρ<0.05)，組織結構致密度比雄株的大10.7%(Ρ<0.05)，而雌株海綿組織厚度比雄株的小7.0%(Ρ<0.05)，組織結構疏松度比雄株的小20.8%(Ρ<0.05)(表1)。

表1 杜仲雌、雄株葉片解剖結構特征

注：表中小寫英文字母表示0.05水平的差異顯著性。

圖1 杜仲雌株和雄株葉片橫切結構 A：雌株主脈；B：雄株主脈；C：雌株非主脈；D：雄株非主脈。

2.2.3雌雄株主脈維管束比較分析 杜仲雄株主脈維管束高度比雌株的大5.2%(Ρ<0.05)，主脈維管束木質(zhì)部高度比雌株的大4.7%(Ρ<0.05)，主脈木質(zhì)部面積占維管束百分比比雌株的大8.7%(Ρ<0.05)，這說明杜仲雄株主脈維管束較雌株更發(fā)達(表1)。

3 結論與討論

本次研究發(fā)現(xiàn)，杜仲雌雄株葉片解剖結構組成大致相似，上表皮外被角質(zhì)層，下表皮外被單細胞非腺毛；柵欄組織與海綿組織分化程度明顯；主脈維管束為外韌型，韌皮部細胞呈密集無規(guī)則分布。但是，雌株的葉片厚度、上表皮厚度以及柵欄組織厚度/海綿組織厚度值大于雄株的，而雄株的下表皮厚度和海綿組織厚度大于雌株的，且雄株主脈維管束更加發(fā)達，雌雄株葉片解剖結構表現(xiàn)出了顯著地分化。

植物器官的形態(tài)結構是對其生長環(huán)境和生理功能長期適應的一種遺傳特性，葉片持續(xù)地在外部暴露著，不僅是光合作用的主要器官，也是生態(tài)系統(tǒng)的初級生產(chǎn)者，其形態(tài)結構的敏感度和變異性都是最大的，即對環(huán)境的反應是最為強烈和明顯的，可從一定程度上反映出植物的抗逆性[13]。

表皮具有貯水和保護的作用，葉片和表皮較厚可減少蒸騰作用[14]。環(huán)境水分會影響葉片柵欄組織與海綿組織的分化，干旱使得柵欄組織分化程度增強，細胞層數(shù)增多，且海綿組織簡化，有利于CO2由氣孔傳遞至葉綠體進行光合作用，提高水分的利用率[15]。一般認為，柵欄組織和葉片越厚，柵欄組織與海綿組織的比值越大，其控制水分的能力就越強，即耐旱性越強[16]。主脈維管束的木質(zhì)部是參與葉片蒸騰作用的主要水分通道，維管束面積的大小決定著葉片蒸騰作用的強弱，即水分的散失程度。本研究發(fā)現(xiàn)，杜仲雌株葉片表皮厚度顯著大于雄株；杜仲雌株葉片厚度、柵欄組織厚度、柵欄組織與海綿組織的比值均大于雄株，這表明，在這個意義上，杜仲雌株的耐旱性更強；杜仲雌株主脈維管束高度、主脈維管束木質(zhì)部高度以及主脈木質(zhì)部面積占維管束的百分比均小于雄株，這表明，杜仲雌株的耐旱性更強。

雌雄異株的植物對光、水分、養(yǎng)料等非生物因素也會存在種內(nèi)競爭，因此雌雄個體適應自然界時會采取不同的生存對策，其一就是形態(tài)解剖結構的不同。杜仲雌雄株葉片上表皮均無氣孔，它有效地控制了葉片內(nèi)水分的散失[15]。杜仲雌株葉片厚度、上表皮厚度、柵欄組織厚度/海綿組織厚度比值均大于雄株，表現(xiàn)出良好的耐旱性，而雄株主脈維管束更加發(fā)達，具有更強的輸導水分和無機鹽的能力，故也有很好的耐旱特性。也是由于這些不同，才使得杜仲成為對嚴寒、干旱、潮濕等各類復雜環(huán)境的適應力極強的藥材之樹，這是長期的自然選擇和自身變異，不斷進化的結果。

有研究表明，植物雌株在干旱生境中的凈同化作用明顯增高，在濕潤生境中顯著降低，而在濕潤生境中的反應不一致；另一方面CO2濃度的增高會有利于雌雄植株的生殖和生長，尤其是對雌株；在自然干旱脅迫下，雌株的CO2同化速率和氣孔導度更低，即其受到的水分脅迫比雄株少[7]。雌雄株在環(huán)境脅迫下所采用的生存策略不盡相同，采用不同的生存策略提高了在不同生境下的環(huán)境適應度，使其擁有更加優(yōu)質(zhì)的生長特性和繁殖策略。杜仲雌雄株葉片解剖結構的差異，正是其適應不同環(huán)境、能夠更好的生存繁衍下去的策略的體現(xiàn)。

杜仲雌雄株葉片解剖結構的差異也反映了杜仲的第二性征。第二性征就是指雌株和雄株在營養(yǎng)器官中存在一系列不同的特征，以此來適應生殖過程中的不同需要，即同種植物的雌雄株的孢子體在營養(yǎng)器官上表現(xiàn)出的一系列反映個體不同性別的特征。杜仲雌雄株葉片解剖結構的第二性征主要表現(xiàn)在各項數(shù)據(jù)大小的差異和結構上的差別上[17]。

總之，杜仲葉片雌雄株在形態(tài)結構上的性別差異都是在長期適應環(huán)境的過程中所形成的，而雌株在葉片解剖結構上的一系列優(yōu)勢，可能正是杜仲雌株在自然界中分布更為廣泛的重要原因。

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(責任編輯：朱寶昌，陳于和)

Abstract： The differences in leaf anatomical structure between the male and the female plants were observed using paraffin sectioning to investigate leaf secondary sex characteristics ofEucommiaulmoides. The results showed that: (1) Both the male and the female leaves consisted of epidermis, mesophyll and veins. The epidermis consisted of a layer of cells, and divided into upper epidermis and lower epidermis with some trichomes; the differentiation of palisade tissue and spongy tissue was obvious in mesophyll; the vascular bundles in all veins were composed of xylem, a small amount of cambium and phloem, and the one in the main vein belonged to collateral bundle. (2) The thickness of the leaves, the thickness of the upper epidermis, the thickness of the palisade tissue and the ratio of the thickness of the palisade tissue and the thickness of the sponge tissue were larger than those of the male plants, while the thickness of the lower epidermis and the thickness of the sponge tissue of male were larger than those of the female plants, and the main vascular bundle of male plants developed much better than that of the females. These results indicated that the female and male plants had obvious differences in structure, which were the embodiment of the second sexual characteristics and the strategy of the long-term evolution in order to survive better. It might be beneficial to its prosperity.

Keywords：Eucommiaulmoides; leaf blade; comparative anatomy; dioecism

ComparisononLeafAnatomicalStructuresBetweenFemaleandMalePlantsofEucommiaulmoides

SHI Kuangzheng，YANG Qing,GUO Xuemin

(College of Life Science & Technology, Hebei Normal University of Science & Technology, Qinhuangdao Hebei, 066600, China)

Q944.56

A

1672-7983(2017)02-0024-04

10.3969/J.ISSN.1672-7983.2017.02.005

河北省自然科學基金項目(項目編號：C2016407106)。

2017-05-27;修改稿收到日期2017-06-18

石匡正(1997-)，男，河北科技師范學院生命科技學院學生。主要研究方向：植物結構生理學。