叶元英，柯卫东，李峰，刘玉平，刘正位，付婧，匡晶，黄来春，李明华

（武汉市蔬菜科学研究所，430065）

慈姑（Sagittaria trifoliaL.）属泽泻科，原产中国，是一种经济价值及观赏价值很高的水生草本植物[1，2]。慈姑在系统演化进程中，长期适应水生生态环境，叶形成了独特的异叶性，无论是用种子繁殖还是用球茎繁殖的慈姑均有3种不同形状的叶片：最初发芽长出的第1～2片叶沉在水中，为沉水叶，呈带状；第3～4片一面漂浮在水面上，卵圆至椭圆形，为浮叶；以后长出的叶挺出水面为挺水叶，呈箭形。国内有植物学工作者对慈姑的根、茎和花部结构有过详细研究[3～5]。笔者采用光学显微镜和扫描电镜显微技术，对慈姑叶进行了详细的观察，为慈姑的独特结构与功能的相关性、分类地位及个体发育方面提供一些必要的资料。

1 材料与方法

1.1 试验材料

选用武汉市蔬菜科学研究所慈姑资源刮老乌2013年实生苗。在慈姑生长周期中不同时期选取沉水叶、浮叶和挺水叶为试验材料。

1.2 试验方法

①叶表皮临时标本制作与光学显微镜观察从3种不同叶片的脉间区域上剪取若干约1 cm×0.5 cm的小块，沸水浴20 min；再浸入20%次氯酸钠溶液中，在35℃左右的温箱中浸泡4～5 h；取出叶片用蒸馏水冲洗干净，用镊子撕下叶片中部或近中部中脉附近的表皮，1%番红染色3～5 min，用IX70显微镜观察（奥林巴斯，日本）。随机选取10个左右视野，对气孔器记数并选取20个左右气孔测量大小，观察倍数均为5倍。

②叶片石蜡切片观察 取3种类型叶片，用卡诺固定液固定24 h后，乙醇逐级脱水，氯仿透明，石蜡包埋。手动切片机切片，厚10～12 μm，番红-固绿双重染色，中性树胶封片。于光学显微镜下观察，其叶脉及叶片均为横切结构，观察倍数均为10倍。

③扫描电镜标本制作及表皮气孔形态观察 从上述3种叶片的脉间区域上剪取若干0.5 cm×0.5 cm的小块，经2.5%戊二醛液固定，丙酮逐级脱水，醋酸异戊醇处理，CO临界点干燥，真空喷镀黄金，S-570扫描电镜（日立，日本）观察叶表皮气孔，其观察倍数均为1 500倍。

2 结果与分析

2.1 光学显微镜观察上表皮细胞

3种类型叶中，同一类型叶片上下表皮结构相似，本文以叶片上表皮为例进行比较。

沉水叶表皮细胞呈规则矩形，细胞间排列紧密，气孔器极少，观察多个视野才有1个气孔器。气孔器在叶脉处纵行排列，其气孔细胞也呈矩形，气孔较小，平均大小3 μm，周围有4个细胞，形成不定细胞型气孔器，且气孔多闭合（图1A）。

浮叶上表皮细胞呈多边形，有较多的弯曲和褶皱，气孔细胞为6边形，排列整齐，气孔半开，平均每个视野含气孔5～7个，气孔大小悬殊，为3～10 μm，平均大小为 6.4 μm（图1B）。

挺水叶表皮细胞细胞壁略有弯曲，较浮叶的褶皱更少，每个视野气孔6～8个，比浮叶气孔数稍多，气孔大小一致，为（10±1）μm。气孔周围通常有4个表皮细胞呈田字形排列（图1C），气孔多为张开。

2.2 光学显微镜观察叶片横切结构

沉水叶叶片厚100 μm左右。上表皮细胞竖长矩形，排列整齐，朝外壁稍具角质加厚，无栅栏组织细胞和海绵组织分化，未观察到气孔（图2A）。下表皮细胞扁平，仅一层，细胞壁薄，无角质膜和表皮毛，有气孔分布，叶片内部则形成较大的气腔，占叶肉组织的3/4，未见机械组织和维管组织。

浮叶叶片厚170～180 μm。上表皮细胞排列整齐，这与沉水叶相似，其他部位细胞排列不规则，叶肉增厚，含一层栅栏组织细胞，排列疏松，海绵组织发达（图2D），且大多形成空腔（图2B）。浮叶机械组织增强，中部维管束增大，使下表面往外突起，气腔占叶肉比例1/2，叶片近外围气腔较小，愈近中部气腔愈大。

挺水叶叶片厚300 μm左右。上表皮细胞长矩形，排列整齐，紧贴上表皮有垂直排列的2层栅栏组织（图2C），且排列紧密，细胞质浓厚，含大量叶绿体，其下方为海绵组织，结构紧密，气腔明显减少，约占叶肉的2/5，常有单宁细胞分布、以靠下表皮的组织中分布较多。机械组织发达，维管束遍布整个叶肉中，以中部叶脉最多，纵向排列有5个，中间一个最大。初生木质部在上脉由1维管束向2维管束分化时，首先是木质部的分化，然后是韧皮部的分化。边缘维管束在末端相互连成网状，叶脉小，组成分子简单，常只有管胞及薄壁细胞（图2E）。

2.3 扫描电镜观察叶表皮气孔器

慈姑3种不同叶片各有3种不同气孔器分布和类型，沉水叶气孔数少，闭合，小而凹陷，保卫细胞和副保卫细胞排列不平整，皱褶（图3A）。浮叶气孔器突出，开放，边缘不规则，较粗糙，其表面布满了蜡质颗粒（图3B）。挺水叶气孔同样突出，开放，气孔饱满，边缘平滑，有较少的蜡质颗粒（图3C），有时还观察到并列相连的二气孔器，其周围有 6～7个表皮细胞包围。

图1 慈姑叶上表皮光镜照片

图2 慈姑叶片石蜡切片

3 结果与讨论

慈姑在发育的过程中，3种异形叶的叶片由沉水叶到浮叶再到挺水叶。其形态和内部结构均有不同，体现了其对不同环境的适应性。

①气孔从少到多，结构从简单到复杂 沉水叶气孔量少且闭合，表明此时可能不需要气孔承担气体交换的功能，气体交换主要靠薄壁细胞渗透完成。其浮叶有较多的开放气孔，表明已具备了气体交换功能，但气孔大小较为悬殊，可能部分气孔发育仍不完全。更为特别的是浮叶气孔周围常常含大量的蜡质颗粒，这可能有助于浮叶在波浪和雨天环境中避开水珠，发挥其气体交换功能，充分体现了对环境的适应性。挺水叶则具备成熟、整齐的气孔，其气孔附近的蜡质颗粒较少，和一般陆生植物气孔相似。

图3 慈姑气孔电镜照片

②叶片中气腔量从多到少 沉水叶叶片中的大量气腔可储备较多的空气，让沉水叶在水中能充分展开，接受阳光。而从浮叶到挺水叶，其气腔逐渐减少，表明在水下到水上的发育过程中，随着周围空气的增加，其叶片对空气输送的要求逐渐减少，体现了沉水植物到陆生植物的发育过程。

③叶片组织结构由简单到复杂 沉水叶仅由几层细胞构成，结构简单，疏导组织和维管束均较为简单，机械组织不发达，体现了沉水植物的特点。而挺水叶则有完整的栅栏组织、海绵组织、疏导组织和机械组织等，这又和陆生植物叶片较为相似。

笔者观察到慈姑沉水叶到挺水叶的结构变化，反映出叶在生长发育过程中解剖结构与生态条件相通应的辩证规律，也一定程度上展现了叶片从沉水植物到陆生植物的进化过程。此外，慈姑属于泽泻科慈姑属，有不少人认为泽泻科是单子叶植物中最原始科之一，目前对该科在系统学上的位置仍有着不同的意见。本文对慈姑叶片发育形态的观察为其分类学研究提供了参考。

[1]中国农业科学院蔬菜研究所.中国蔬菜栽培学[M].北京：中国农业出版社，1987：489-495.

[2]赵有为.中国水生蔬菜[M].北京：中国农业出版社，1999.

[3] 徐祥生，施国新.慈姑（Sagittaria sagittifoliaL.）形态研究（三）胚和胚乳发育及种子形成[J].南京师大学报：自然科学版，1984（1）：78-82.

[4]施国新，徐祥生，陈维培.慈姑主茎和匍匐茎的形态解剖学研究[J].南京师大学报：自然科学版，1989，12（1）：73-81.

[5]施国新，徐祥生，陈维培.慈姑匍匐茎的起源和球茎的膨大研究[J].武汉植物学研究院，1989，7（3）：205-209.

[6]李坊贞，程景福，何宗智.莲（Nelurnbo nucifera）叶片结构的光镜和扫描电镜的观察 [J].南昌大学学报：理科版，1993，17（4）：91-96.