青藏高原高寒草地和内蒙古高原温带草地主要双子叶植物叶片解剖特征的比较研究

青藏高原高寒草地和内蒙古高原温带草地同属中国地带性的草地类型.然而,主导它们的环境因子有所不同.前者主要受生长季低温的影响,后者主要受干旱的影响.发育在这两类草地上的植物,在解剖特征上有何共性和差异,目前少有报道,但却是理解植物适应环境的关键所在.本文通过对青藏高原高寒草地和内蒙古高原温带草地71个样地65种双子叶植物叶片解剖特征的研究,对比分析了不同科、属及不同生活型植物叶片对干旱环境以及高寒环境的适应特征,探讨了叶片总厚度、上表皮和下表皮厚度、叶肉组织厚度、叶肉细胞密度、叶肉细胞表面积和体积等多个解剖特征之间的关系以及气候因子(生长季温度、降水)对它们的影响.结果表明:(1)总体上看,青藏高原与内蒙古高原草地植物的叶片解剖特征存在显著差异,除叶肉细胞密度外,青藏高原高寒草地植物的叶片各组成部分厚度、叶肉细胞表面积和体积均大于内蒙古高原温带草地植物;(2)同一科属植物的叶片解剖特征在两地存在显著差异,并显示出与所有物种总体分析一致的规律;(3)在调查范围内,两地草本植物除叶肉细胞密度外,叶片各组成部分厚度以及叶肉细胞表面积、体积均显著大于木本植物;(4)叶片的各解剖指标间存在显著的协同变化:叶片总厚度,上、下表皮厚度,叶肉细胞厚度,叶肉细胞表面积和体积之间均呈显著正相关,而叶肉细胞密度与这些指标显著负相关;(5)总体上看,青藏高原和内蒙古高原草地植物叶片的解剖特征与生长季温度的关系比与生长季降水密切.因此,尽管青藏高原高寒草地和内蒙古高原温带草地在外貌上有趋同性,但叶片解剖结构有着显著差异,这可能是由于植物对环境的适应进化及(或)环境的筛选作用共同作用的结果.     

水杨酸和茉莉酸甲酯对丹参幼苗叶片显微结构、光合及非结构糖积累的影响

研究了水杨酸(SA)和茉莉酸甲酯(MeJA)处理对丹参(Salvia miltiorrhiza Bunge)幼苗叶片显微结构、叶片光合能力及幼苗中非结构糖积累的影响.结果显示:SA处理增加了丹参幼苗叶片气孔密度;叶肉细胞排列紧密、体积减小,叶肉细胞内叶绿体数目减少,但叶绿体体积增大,叶绿体基粒片层结构的数目增加;叶片中叶绿素a、b含量、叶气孔导度、蒸腾速率以及净光合速率均增加;同时,幼苗根中和叶片中酸性转化酶活性降低,幼苗地上部分蔗糖含量及可溶性糖总量显著高于对照.MeJA处理减少了叶片气孔密度,气孔发育畸形;叶肉细胞间隙增大,栅栏细胞层数减少,叶肉细胞内叶绿体数目减少,叶绿体体积减小,叶绿体基粒片层结构被破坏;叶片中叶绿素a及类胡萝卜素含量、叶片的净光合速率低于对照,叶气孔导度、蒸腾速率增强;同时,幼苗根中及叶中酸性转化酶活性增加,幼苗根中蔗糖含量及可溶性糖总量显著低于对照.可见,SA处理能促进植物叶片显微结构发育,增强叶片光合能力,抑制蔗糖降解并促进蔗糖积累;而MeJA处理则破坏了植物叶片显微结构,降低了叶片光合能力,促进了蔗糖降解并减少蔗糖积累.     

多花黄精和安徽黄精叶片发育的比较解剖学研究

对多花黄精(Polygonatum cyrtonema)和安徽黄精(P.anhuiense)不同发育时期的叶片进行了比较解剖学研究。结果表明:(1)在叶片发育过程中,气孔器指数都是由低到高,达到最高值后再逐渐降低并趋于稳定;(2)叶片长宽比在发育过程中都呈上升趋势,且与叶片形状之间有一定的相关性,叶片长宽比与表皮细胞长宽比之间没有明显的相关性;(3)两者叶片的上下表皮细胞的发育方式基本一致,都是由表皮细胞进行横向和径向生长的过程;(4)在叶片的分化过程中,首先分化出来的是表皮,其次是叶肉,最后是叶脉;(5)多花黄精的叶缘在发育早期叶肉中有大型薄壁细胞出现,但叶片成熟时,大型薄壁细胞消失或继续保存,而安徽黄精在整个发育过程中,叶肉中都未见大型薄壁细胞出现。该研究为黄精属互生叶类和轮生叶类植物的叶片发育研究积累了实验资料。     

低温对枇杷苗叶片与根尖的生理状况及超微结构的影响

为探讨枇杷(Eriobotrya japonica)苗对低温伤害的响应,采用人工降温的方法,研究了‘解放钟’实生枇杷苗在低温胁迫下叶肉细胞与根细胞超微结构的变化,同时测定叶片褐变率、根系活力和细胞质膜相对透性(PMP)。结果表明,轻度低温(0℃)胁迫12h,根系活力下降26.09%,叶片褐变率仅升高17.15%,根系PMP值持续升高而叶片呈下降趋势。电镜下观察,根细胞和叶肉细胞均有明显线粒体增加现象。0℃胁迫36 h根细胞发生胞间结冰,液泡消失、线粒体膨大变形、双层膜消失、嵴消失、细胞壁结构损伤,而叶肉细胞仅表现叶绿体破坏、淀粉粒变小,线粒体完整。重度低温(–3℃、–5℃)胁迫下,根细胞和叶肉细胞均发生细胞内结冰,且低温对根细胞的破坏程度明显高于叶肉细胞,根细胞比叶细胞发生细胞结冰的时间更早,受害更严重。这表明根细胞比叶肉细胞对低温更敏感,因此,在低温来临前对枇杷地下部采取保温措施,对缓解地上部低温伤害具有积极作用。     

芭蕉芋叶片结构特征及其与抗旱性的关系

运用石蜡切片法和指甲油印迹法,对3个芭蕉芋品种的叶片解剖结构——叶片厚度、叶肉厚度、上表皮厚度、下表皮厚度、气孔密度、气孔长度及宽度、长细胞长度及宽度、短细胞长度及宽度等10项相关指标进行测定,分析芭蕉芋抗旱性与叶片结构之间的关系。结果表明:(1)芭蕉芋的表皮结构与抗旱性有一定的关系,表现为抗旱性强的品种气孔密度大,且长、短细胞体积小、排列紧密。(2)芭蕉芋叶片、叶肉、上下表皮厚度与抗旱性关系在不同品种间差异不显著。(3)芭蕉芋叶肉及上、下表皮占叶片横切面的比例与抗旱性存在显著相关关系。(4)芭蕉芋叶片保水能力与叶肉比例呈极显著负相关关系,与上表皮比例呈极显著正相关关系。     

小麦叶片细胞的研究——冬小麦个体发育过程中叶肉细胞及其它类型细胞结构变化的观察

冬小麦农大183植株的主茎在其个体发育过程中共生长13—14片叶片。随着叶位的上升,各叶片的叶面积,叶鞘面积及各叶片所有各类型细胞的形态和结构互有差异,并反映出逐步复杂化的规律,尤其是叶肉细胞;在返青以前的低叶位叶片中,它们的叶肉细胞,三环以下的占80%左右,在高叶位的叶片中,随着叶位上升,多环细胞的类型随着增多。在旗叶中,四环以上的细胞占77%,并常看到多环而又有分枝的细胞。高叶位的叶鞘、小穗的护颖和稃片等绿色组织中的绿色细胞都有着和叶肉细胞相同的峰谷腰环(图1)形态。高叶位的表皮细胞形态也比低叶位的表皮细胞复杂。经过低温春化处理的冬小麦春播植株的第七叶片(旗叶)叶肉细胞类型的组合与秋播植株旗叶(第十三叶)一样。未经春化处理的春播植株第七叶虽然生长时间及生态环境和上述二种植株的旗叶相同,但其叶片细胞的形态和组合却和年前秋播植株的越冬前低叶位叶片相同。这说明了叶片细胞的组成主要决定于内在的生长发育规律。     

香樟叶肉含晶细胞季节变化研究

为探讨香樟(Cinnamomum camphora)叶肉含晶细胞超微结构的季节变化,阐明香樟叶肉中草酸钙晶体在春夏秋冬的变化规律。该研究以多年生香樟(C. camphora)叶片为材料,分别于春夏秋冬四个季节露地取样,制作超薄切片,用透射电子显微镜(TEM)观察叶肉含晶细胞超微结构的变化。结果表明:春季时香樟叶肉中只有少数细胞有草酸钙晶体,数量较少,晶体结构多为柱状晶、方晶; 夏季时香樟叶肉细胞中随机分布于液泡的草酸钙晶体明显比春季的数量多、体积大、形态丰富,晶体多为柱状晶、方晶、针晶、簇晶; 秋季时香樟叶肉细胞草酸钙晶体和夏季的类似,数量较多,形态多样,以方晶和柱状晶针晶为主,伴有晶簇; 冬季时香樟叶肉含晶细胞晶体形态为柱状晶、方晶、针晶,数量比夏季和秋季的数量略有减少。该研究结果表明在一年四季中香樟叶肉细胞液泡中均有草酸钙晶体结构存在。     

NaCl对齿肋赤藓叶肉细胞超微结构的影响

齿肋赤藓(Syntrichia caninervis)是古尔班通古特沙漠苔藓结皮层中的优势物种,对荒漠生态系统的稳定性及功能多样性具有十分重要的意义。利用透射电镜技术对不同浓度Na Cl胁迫下齿肋赤藓叶肉细胞超微结构进行了观察。结果表明:齿肋赤藓叶肉细胞在未胁迫(0 mmol/L)处理下排列疏松,各种细胞结构完整,叶绿体基质排列均匀且叶绿体内含少量淀粉粒和脂质球。在轻度盐Na Cl胁迫(100 mmol/L)下,齿肋赤藓叶肉细胞结构依然保持完整,叶绿体基质均匀,叶肉细胞超微结构仅有较小变化。在中度盐Na Cl胁迫(200、300 mmol/L)下,齿肋赤藓叶肉细胞发生质壁分离,出现晶体结构,且中央大液泡发生破裂;叶绿体由梭形变成椭球形或圆球状,出现空泡化并伴随有轻微的解体;叶绿体类囊体肿胀,脂质球数量增加。在高度Na Cl胁迫(400、500 mmol/L)下,齿肋赤藓细胞的质壁分离加剧,叶肉细胞出现大量泡状结构和膜片层,叶肉细胞死亡;叶绿体片层结构消失,空泡化加重,脂质球数量增加且体积变大,叶绿体内外膜消失,叶绿体大部分解体,在叶肉细胞中几乎看不到叶绿体的存在。上述结果表明,叶绿体膜结构的损伤与盐胁迫下叶肉细胞死亡有密切关系。     

光强对人参叶片显微和超微结构的影响

在５％、２０％和３５％３种透光率棚下,人参叶片的比叶重、叶厚度,单位叶面积的叶肉细胞数目,叶肉细胞表面积和细胞层数随着光强的增加而增加,５０％透光率棚下叶片开始减少,５％和２０％透光率棚下叶片叶肉细胞主要呈横向排列,胞间隙较大,３５％透光率棚下叶片叶肉细胞排列致密,胞间隙变小,靠近上一有皮形成一层呈纵向排列的栅栏状细胞;５０５透光率棚下叶片叶肉细胞为大而圆形,胞间隙变大,排列也不规则。５％透光率棚     

叶肉细胞导度研究进展

叶肉细胞导度指叶片叶肉细胞内部的CO2扩散能力,在植物生理生态及全球气候变化和陆地生态系统相互关系的研究中具有重要作用。系统介绍了叶肉细胞导度的发现、发展过程及其研究进展、几种目前国际上常用的叶肉细胞导度测度方法的原理、计算过程;强调了叶肉细胞导度作为光合作用扩散过程一部分的重要意义,明确了叶肉细胞导度的定义及分布范围。并探讨了不同方法的优缺点及注意事项。总结分析了叶肉细胞导度对不同环境因子(温度、水分及环境中CO2和O3浓度等)的响应,从不同角度对叶肉细胞导度的生态学意义进行了简单的概括。对叶肉细胞导度的未来研究进行了展望。     

陕北黄土高原优势植物叶片解剖结构的生态适应性

以陕北黄土高原地区7种优势植物为材料,比较了它们沟间地和沟谷地植株叶片解剖结构的差异,以揭示该地区优势植物对干旱强光照环境的生态适应性.结果表明:(1)7种植物各自具有抵抗黄土高原干旱强光照环境的特殊解剖结构:白羊草(Bothriochloa ischaemum)叶上表皮具有发达的泡状细胞,叶内具有花环结构;长芒草(Stipa bungeana) 叶上表皮下陷形成气孔窝,表皮下具有2至多层的厚壁组织;猪毛蒿(Artemisia scoparia)叶具有贮水组织、分泌组织和环栅型叶肉细胞;铁杆蒿(Artemisia sacrorum)叶肉全特化为栅栏组织;茭蒿(Artemisia giraldii)具有双栅型叶肉细胞和分泌结构;达乌里胡枝子(Lespedeza daurica)叶具有发达的粘液细胞;杠柳(Periploca sepium)叶表皮具厚蜡质层.(2)与沟谷地植物叶片结构相比,干旱强光照的沟间地植物叶片厚度、叶上表皮角质层厚度、栅栏组织厚度、贮水组织厚度增加,上表皮细胞体积、韧皮部面积增大,而木质部面积、木质部面积/韧皮部面积缩小.(3)叶片变异系数可反映植物适应环境的潜在能力,7种植物综合变异系数由高到低依次为猪毛蒿、铁杆蒿、茭蒿、白羊草、达乌里胡枝子、长芒草、杠柳.潜在适应能力最强的猪毛蒿已成为陕北黄土高原地区植被生态恢复的先锋物种之一.     

辣椒彩色斑叶突变体叶片显微结构及超微结构研究

以彩色斑叶辣椒突变体、紫叶辣椒、白色斑叶辣椒突变体功能叶为试验材料,利用光学显微镜和透射电子显微镜,通过观察叶片不同斑区的显微结构及超微结构,分析彩色斑叶的显色部位、显色特征、细胞器数量及形态变化,从细胞水平上探讨彩色斑叶辣椒复杂叶色的成因。结果表明：(1)彩色斑叶辣椒突变体子叶为紫色,自第一片真叶展开出现异色斑块,斑块位置、频率、色彩深度无明显规律。(2)叶肉细胞内叶绿体少甚至缺失形成白斑,花色素苷在叶肉细胞和保卫细胞均有分布,其在叶肉细胞不均匀分布是紫色深度不同的主因。(3)辣椒彩色斑叶突变体绿斑区内细胞形态良好,细胞器结构较好;紫色斑区和白色斑区细胞呈中度肿胀,细胞器明显异常。(4)叶肉细胞内叶绿体少甚至缺失、花色素苷不均匀分布是叶片呈现彩色的原因,该叶斑类型属于色素型。     

大麦和玉米叶片叶绿体中Rubisco及其活化酶的免疫金标记定位

运用免疫金标记电镜技术研究了禾本科C3植物大麦(Hordeum vulgare L.)和C4植物玉米(Zea mays L.)叶片中Rubisoo及其活化酶(RCA)的细胞定位,结果表明:两种植物叶片解剖结构及叶绿体超微结构差别明显.在大麦叶细胞中,只有一种叶肉细胞叶绿体,Rubisoo和RCA主要分布于叶绿体的间质中.在玉米叶细胞中,存在着维管束鞘细胞和叶肉细胞两种类型叶绿体,Rubisco主要分布于鞘细胞叶绿体的基质中,但在叶肉细胞叶绿体中亦有少量特异性标记;RCA在鞘细胞叶绿体和叶肉细胞叶绿体的基质中都有分布.两种植物叶绿体结构及光合作用关键酶定位的不同,体现了C3植物和C4植物在光合器结构与功能上的差异.     

小麦低温种质的器官结构特征

通过对小麦冠层温度的长期观测,发现自然界存在株温持续偏低的低温种质,与其相对应,也有株温持续偏高的高温种质存在。应用光学显微镜和电子显微镜研究了小麦低温种质叶片显微和超微结构,测量统计了叶肉细胞长度、单位面积叶肉细胞数目、单个叶肉细胞中的叶绿体数目、叶肉细胞层数和叶绿体基粒片层数。结果表明,低温小麦种质较高温种质叶肉细胞小,排列紧密,叶肉细胞层数较多;叶绿体数量多,叶绿体基粒片层丰富;叶片维管束密集;随着生育期向成熟趋近,叶肉细胞、叶绿体、籽粒腹沟区有色层细胞等结构衰老缓慢。     

不同耐旱性大麦品种叶片发育的研究

选用耐旱性不同的两个大麦品种作为研究对象,分析其叶片结构的异同。结果表明:两个大麦品种的叶片发育可以分为幼叶萌发期、幼叶抽出期、幼叶生长期和叶片成熟期四个阶段,其中在幼叶萌发期,叶片结构无明显差异。经PAS染色,从幼叶生长期开始,耐旱性弱的Moroc 9-75,含淀粉粒的叶肉细胞少,淀粉粒颗粒小; 耐旱性强的HS 41-1,含淀粉粒的叶肉细胞多,淀粉粒颗粒大。遭受干旱胁迫后,两个品种的植株长势明显较弱,叶片短而窄; 表皮细胞角质层变厚,叶片中叶肉细胞变小,叶肉细胞胞间隙变大,叶肉细胞破裂现象增多; PAS染色反应显示,含淀粉粒的叶肉细胞减少,淀粉粒颗粒变小或基本没有; HS 41-1解体的细胞不如Moroc 9-75多。因此,在光镜下,叶片结构的差异,特别是细胞含有的淀粉粒大小与数量的区别,是植物对水分胁迫的一种适应; 同时叶脉对植物刚性的影响较大。     

二甲基联苯胺检测植物叶片中H2O2方法的改良

对原二甲基联苯胺(3,3-diaminobenzidine,DAB)为染色剂检测植物叶片H2O2的组织化学方法进行改良研究。结果表明,与原方法相比,改良后的方法主要是在染色后不用体积分数为95%乙醇脱色,而用2%戊二醛 4%多聚甲醛溶液对1cm2左右叶片片段进行固定,固定24h后用冰冻切片机切成12μm薄片,显微镜下观察并拍照。用改良DAB方法对玉米叶片进行观察,结果显示,在水分胁迫4h时,玉米叶片的主脉及叶肉细胞叶绿体上均可观察到H2O2的积累,而原DAB方法观察不到叶肉细胞叶绿体上的H2O2积累。进一步用CeCl3染色的细胞化学方法验证,其结果与改良后的组织化学方法研究结果一致。研究表明,改良后的组织化学方法优于原方法,而且对植物组织中H2O2的化学定位可靠。     

草酸处理对热胁迫下辣椒叶片膜透性和钙分布的影响

研究了外源草酸对热胁迫下辣椒叶片中细胞膜相对透性、谷胱甘肽(GSH)和抗坏血酸(AsA)含量变化以及Ca2+分布的影响.结果表明热胁迫使叶肉细胞膜相对透性升高,草酸处理则减轻升高幅度.热胁迫使叶片中GSH和AsA含量下降;草酸处理则使二者在热胁迫下含量下降幅度较小.常温下辣椒叶肉细胞的焦锑酸钙沉淀颗粒主要分布于液泡、胞间隙和叶绿体中,热胁迫下液泡、细胞间隙中减少,但在细胞核和细胞质中出现;经过草酸处理的叶肉细胞,焦锑酸钙沉淀颗粒在胞间隙中明显增多,液泡中减少.     

冠层部位对金叶女贞叶片结构的影响

金叶女贞是一种在园林绿化上广泛应用的彩叶植物,上层叶金黄色,下层叶深绿色。本文利用常规植物制片技术,研究了叶绿素缺少的金叶女贞上层金叶和下层绿叶的解剖结构。结果表明:(1)金叶女贞上层金叶和下层绿叶的上表皮无显著差异,但是下层绿叶的下表皮细胞较小,气孔密度较低;(2)下层绿叶的叶肉组织较薄,细胞较大,排列疏松;(3)在下层绿叶中叶绿体类囊体片层排列密集,叶肉组织内单位体积叶绿体数量较少;(4)冠层部位对光合色素的积累有明显影响。叶绿素缺少的金叶女贞叶片结构显著受到冠层部位的影响,光合色素的变化幅度较一般植物更大,不同冠层部位叶片叶色有明显差异,可以作为研究植物冠层部位对叶形态、结构和生理生化影响的好材料。     

制备小麦叶肉原生质体方法的一点改进

我们对库姆斯等人制备小麦叶肉原生质体采用单子叶植物如小麦、大麦和玉米通用的刀片切割叶片(横切成大约0.5～1.0mm的切段)的方法(生物生产力和光合作用测定技术,科学出版社1986年,124页)作了一点改进,效果较好。兹介绍如下:将小麦幼苗叶片平放于玻璃板上(或手指夹着),用钟表尖头镊子沿着平行叶脉撕裂成细丝状。置显微镜下观察时,撕裂面的叶肉细胞均在细胞之间的中胶层分离,细胞壁完整无损。这     

建兰水晶艺叶片的超微结构和转录组学分析

水晶艺建兰(Cymbidium ensifolium)因其叶片上呈现出白色透明状,犹如水晶而得名,观赏价值高,但是其形成机理不明确。该研究以建兰‘铁骨水晶’为试验材料,通过对水晶叶片和绿色叶片进行显微结构和超微结构观察,并结合转录组测序等方法,探索建兰水晶艺叶片形成的原因。结果表明:(1)建兰‘铁骨水晶’水晶叶片比绿色叶片薄,叶肉细胞数量减少,形状不规则,且叶绿体含量少;水晶叶片的表皮气孔数量较绿色叶片显著减少;水晶叶片的叶肉细胞中叶绿体结构发育不良,叶绿体双膜和类囊体膜模糊,细胞中存在着大量的嗜锇颗粒。(2)转录组数据分析显示,水晶叶片中与光合作用-天线蛋白、光合作用等代谢途径相关的基因表达量显著下降,而与色素合成代谢途径相关的基因表达量上升。研究推测,建兰水晶艺叶形成的原因可能是由于与光合作用相关的基因表达量降低,导致叶绿体发育不良,叶绿素合成受阻,从而形成白色透明状叶片。