【doc】木立芦荟发育过程中叶表皮角质膜和蜡质的变化

【doc】木立芦荟发育过程中叶皮角质膜和蜡质的变化 木立芦荟发育过程中叶表皮角质膜和蜡质 的变化 第23卷第6期 2004年12月 电子显微 JournalofChineseElectronMicroscopySociety Vol一23.No.6 2004—12 文章编号:1000—6281(2004)06—670—04 木立芦荟发育过程中叶表皮角质膜和蜡质的变化 朱命炜,王红星,李建军,李俊英,王太霞,李景原 (河南师范大学生命科学学院,河南新乡453007) 摘要:应用扫描电镜观察了不同发育阶段的木立芦荟叶表面角质膜,蜡质的形态结构.结果显示,在木立芦荟 叶发育的早期,叶表面只有一层薄的角质膜,没有蜡质.随着叶的发育,角质膜逐渐增厚,在角质膜表面逐渐形成 瘤状蜡质突起.当叶发育成熟时,表面覆盖有厚的角质膜,角质膜上分布有密集的瘤状蜡质.在叶表皮上分布有 下陷的气孔,气孔上方的角质膜和蜡质呈筒状围绕在气孔四周.由于木立芦荟叶表气孔下陷,又覆盖着厚的角质 膜和密集的蜡质,能有效地减少水分散失和增强叶片反射光辐射的能力,因此,芦荟能适应干旱,强光照的环境. 关键词:木立芦荟;角质膜;蜡质;扫描电镜 中图分类号:Q949,718.23;Q944.56;Q336文献标识码:A 由于环境问题日益严重,如大气污染,水资源缺 乏,二氧化碳增加导致的温室效应,臭氧层减薄导致 紫外线辐射增强等,从而使生活在地球上的生物面 临各种严重的环境胁迫….目前,人类在努力减少 对环境破坏的同时,也在不断探索生物对环境胁迫 的适应".主产于非洲和地中海沿岸的芦荟属植 物,在长期进化过程中形成了适应非洲地区高温,干 旱和强光辐射等一系列环境因素的结构和生理特 征.因此,研究这类植物的形态结构与环境适应 关系,将有利于揭示植物对环境胁迫的适应机理. 芦荟植物体表面的角质膜和蜡质是植物与环境之间 的一道天然屏障,各种环境因子透过这道屏障后才 能影响植物内部组织的结构和生理机能.文献报道 表明,植物体表面的角质膜和蜡质与植物耐旱性,耐 寒性,抗紫外线辐射能力有密切关系.本文应用 扫描电镜观察了芦荟叶发育过程中角质膜和蜡质的 结构特征,探讨了角质膜和蜡质的结构,发育与芦荟 生长环境之间的关系. 1材料与方法 I.I材料 选择长势良好,无病虫害的木立芦荟(Aloe arborescensMil1.)不同发育阶段的叶作为实验材料. 1.2方法 1.2.1叶表面的扫描电镜观察 取不同发育阶段的叶,在叶的中部将新鲜材料 切成边长约3mm的小方块.将材料放入盛有3%戊 二醛的小瓶内,再将装有材料的小瓶放在盛有 收稿日期:2004—04—30;修订日期:2004—08—1o 作者简介:朱命炜(1957一),男(汉族),河南人,高级实验师 *通讯作者:李景原(1962一),男(汉族),河南人,副教授. 300ml水的培养皿中,在微波炉内,固定3min(实验 用奥柯玛AM.C23CV型微波炉,火力20(额定输出功 率约150W,下同).处理过程为:将装有材料的小瓶 放在盛有水的培养皿中,并在炉内放一盛900ml水 的烧杯,以吸收微波炉产生的多余热量,防止材料温 度升高).固定后将小瓶中的戊二醛倒出,然后加入 缓冲液,在微波炉内清冼3次,每次1min.清冼后的 材料用30%,50%,70%,80%,90%,100%的乙醇依 次梯度脱水,每次在微波炉内处理lmin.脱水后将 乙醇倒出,加入醋酸异戊脂,然后放在微波炉内处 理,每次1min,重复3次.最后在CO:临界点干燥, 溅射金膜,用AMRAY.IO00B型扫描电镜观察,拍照. 1.2.2角质层横切面的扫描电镜观察 取不同发育阶段的芦荟叶,在叶的中部将新鲜 的材料切成边长约3,4mm的小方块,用FAA溶液 固定24h.然后材料用30%,50%,70%,80%,9o%, 100%的乙醇依次梯度脱水,三级二甲苯透明,每级 1h.经二甲苯透明后的材料,在52?,54?的恒温 箱中渗石蜡,更换3,4次纯石蜡,每次2h.材料中 的二甲苯全部被石蜡取代后,用石蜡将材料包埋成 蜡块.用旋转切片机将材料切成厚度为15m的切 片,展片后将切片粘贴在盖玻片上.用二甲苯脱去 切片中的石蜡,离子溅射金膜后,用AMRAY.1000B 型扫描电镜观察角质膜横切面的特征. 2结果 在木立芦荟叶发育的早期,幼叶被其它叶包被 第6期朱命炜等:木立芦荟发育过程中叶表皮角质膜和蜡质的变化671 着,尚未露出植物体表面.此时,幼叶表面只有角质 膜,没有蜡质.从幼叶表面观察,表皮细胞的轮廓清 楚可见,表皮上的气孔下陷,在下陷的气孔边缘有一 层较薄的角质膜,气孔直接与外界相通(图1,图2). 从叶横切面观察,表皮细胞壁外侧只有一层薄的角 质膜,角质膜外侧较光滑(图3).随着叶的生长发 图1,2:幼叶表面只有角质膜,没有蜡质,表皮细胞的轮廓清晰可见(Bar=lOp.m);图3: 叶横切面观察,表皮细胞 壁外侧只有一层薄的角质膜,角质膜外侧较光滑(Bar:lOp.m);图4:在角质膜表面逐 渐形成瘤状蜡质颗粒(Bar: lOp.m);图5:气孔外的角质和蜡质沿气孔边缘分布(Bar=lOp.m);图6:叶横切面观察, 角质膜已显着增厚,角质膜 外侧开始形成小的蜡质突起(Bar:lOpm). Fig.1,2:ShowingthatthereisnoWaXbutcuticlemembraneandthefigureofepidermalcellisclear(Bar:lOpm);Fig.3: TransversesectionofaloeleafshowingthattherewasonlyathinlayerofcuticleontheepidermalcellwallandtheOUtboard cuticlewassmooth(Bar:lOp.m);Fig.4:Showingthattumor-shapedgranulescameintobeinggraduallyonthesurfaceofcuticle membrane(Bar:lOtnn);Fig.5:ShowingthatcuticleandWaXwhichlocateoutsideofthestomadistributealongtheedgeof stomaandencircle(Bar:lOp.m);Fig.6:Showingthatthecuticlebecamethickerandthetumor.shapedgranulescalneinto beinggraduallyonthesurfaceofcuticlemembrane(Bar:lOpan). 672电子显微J.Chin.Electr.Micmsc.Soc第23卷 图7:蜡质颗粒之间还有零星的分枝状蜡质(Bar=5p.m);图8:蜡质颗粒边缘呈不规 则状(Bar=5p.m);图9:成熟的木 立芦荟叶角质膜横切面(Bar=5p.m);图1O:保卫细胞显着下陷,在其上方形成气孔 上腔.气孔上腔是由角质膜和蜡 质组成(Bar=lOp.m). Fig.7:Showingthattherewasramosewaxsporadicallybetweenthetumor-shapedwax(Bar=5p.m);Fig.8:Showingthebrimofthe tumor-shapedwaxwasirregular(Bar=5p.m);Fig.9:Showingtransversesectionofcuticlem embraneinmaturealoeleaf(Bar= 5p.m);Fig.10:Showingguardcellssankobviouslyandthecavitycomposedofcuticlemembr aneandwax(Bar=10tan). 育,角质膜不断增厚,从叶表面观察,表皮细胞的轮 廓逐渐模糊,直到看不见表皮细胞的轮廓,同时在角 质膜表面逐渐形成蜡质(图4).木立芦荟叶表面的 蜡质多数呈瘤状蜡质颗粒,但气孔边缘的蜡质颗粒 呈长条状,其长度与气孔长度和宽度相同(图4,图 5).从叶横切面观察,角质膜已显着增厚,角质膜外 侧开始形成小的蜡质突起(图6).在成熟的木立芦 荟叶片表面,覆盖有厚的角质膜和蜡质,角质膜横切 面观察表明其厚度达5,6m(图7).进一步放大观 察,发现蜡质颗粒边缘呈不规则状,在蜡质颗粒之间 还有零星的分枝状蜡质(图8,图9).成熟木立芦荟 叶气孑L的保卫细胞显着下陷,在其上方形成气孔上 腔,气孔上腔的壁由角质膜和蜡质组成(图1O). 3讨论 1757年Ludwig首先在甘蓝叶上发现了角质膜 这一结构,之后,植物学家发现绝大多数植物表面都 有角质膜.角质膜由脂肪和角质组成,在防止水和 化学物质的渗透,抵抗病虫害以及真菌细菌感染起 着重要的作用. 本研究结果证明,在木立芦荟叶发育的早期,幼 叶被其它叶包被,尚未暴露出植物体外,由于有其它 叶的保护,幼叶自身的保护结构并不发达,其表面只 有一层薄的角质膜,没有蜡质.随着叶的不断发育, 叶片暴露出植物体外,角质膜逐渐加厚,且在角质膜 表面逐渐形成瘤状蜡质突起.叶片发育成熟时,叶 表皮覆盖有厚的角质膜和蜡质,气孔下陷,气孔外的 第6期朱命炜等:木立芦荟发育过程中叶表皮角质膜和蜡质的变化673 角质和蜡质形成气孔上腔.这些结构的形成有利于 芦荟叶片减少水分的散失和增强叶片反射光辐射的 能力,与芦荟原产地非洲和地中海沿岸干旱,强光照 的环境相适应.芦荟叶表皮表面的角质膜和蜡质结 构特征是其长期适应原产地干旱,强光照环境的结 ,可将上述特征作为选育耐干旱和强光照 果.因此 植物的解剖学指标. 参考文献: [2] [3] AndersonJG,TooheyDW,BruneWH.Freeradicals witl1intl1eantarcticvortex:theroleofCFCsinantarctic ozoneloss[J].Science,1991,251:39-46. 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ZHUMing—wei,WANGHong—xing,LIJian—jun,LIJun—ying,WANGTai— xia,LIJing—yuan (TheCollegeofLifeScience,HenanNormalUniversity,XinxiangHenan453007,China) Abstract:AloearborescensMil1.atdifferentdevelopmentstageswasusedtoinvestigatethemorphologicalstructureandthechangesofthe cuticleandwaxduringtheleafdevelopmentbyscanningelectronmicroscopy.Resultsshowedthatintheearlydevelopmentofaloeleafthere wasnowa】 【butcuticle.Alongtheedgeofsankstomawasathinlayerofcuticle,andthestomacommunicatedwithsurroundingsdireedy.W thedevelopmentofaloeleaf,thetumor-shapedwaxcalTleintobeinggradually.Thecuticleandthewaxwhichlocatedatupperofsankstoma circledjustlikeachimney.Inconclusion,ontheleafssurfaceinmatureAloearborescensMil1.werecoveredthickcuticleandwaxwithsank stoma,whichwel'ethetypicalfeaturesofsucculentplant.Therelationshipbetweenthemorphologicalstructureofcuticleandwaxinaloeleaf andthegrowthenvironmentwasstudiedaswellinthearticle. Keywords:AloearborescensMil1.;cuticle;wax;scanningelectronicmicroscopy *Correspondingauthor