铁角蕨属与鸟巢蕨属8种植物的形态解剖特征研究

梁晓华，肖敏丹，李学美，徐成东

（1.楚雄师范学院化学与生命科学学院，云南 楚雄 675000；2.滇中高原生物资源开发与利用研究所，云南 楚雄 675000；3.云南大学生命科学学院，云南 昆明 650091）

铁角蕨属与鸟巢蕨属8种植物的形态解剖特征研究

梁晓华1，2，肖敏丹1，李学美3，徐成东1，2

（1.楚雄师范学院化学与生命科学学院，云南 楚雄 675000；2.滇中高原生物资源开发与利用研究所，云南 楚雄 675000；3.云南大学生命科学学院，云南 昆明 650091）

利用光学显微镜对铁角蕨科铁角蕨属4种植物（长叶铁角蕨、石生铁角蕨、岭南铁脚蕨、细裂铁角蕨）与巢蕨属4种植物（细叶鸟巢蕨、圆叶鸟巢蕨、鹿角鸟巢蕨、皱叶鸟巢蕨）的叶表皮结构、叶脉特征、气孔类型、根和叶柄的维管束形态进行了观察和研究，探讨两属8种植物的形态和亲缘关系，为区别两属的系统分类提供依据。结果表明，铁角蕨科两属8种植物的上表皮细胞大小、气孔器类型、叶柄横切面形态均无属间差异；4种铁角蕨属植物的气孔大小显著大于巢蕨属植物的；4种巢蕨属植物的叶脉序具有属的特征，明显区别于铁角蕨属植物。通过对8种植物形态解剖学的比较，为铁角蕨属和巢蕨属植物的形态特征补充了基础数据，并为两属植物的系统分类提供参考依据。因此，把8种蕨类植物分为不同科属是符合分类学的分类结果。说明以上特征是蕨类植物科属分类的重要依据之一。

铁角蕨科；铁角蕨属；巢蕨属；比较解剖学

蕨类植物（Pteridophyta）又名羊齿植物，也有人称其为维管隐花植物（vascular cryptogams），是植物界中的基本类群之一。现存的蕨类植物有12 000多种，在全世界都有广泛分布，但主要分布在热带和亚热带地区。我国是世界蕨类植物区系的重要组成部分，约有63科230属2 600多种，在西南和华南地区分布最丰富，云南有1 000多种，是我国蕨类植物最丰富的省份。台湾有630余种，是我国蕨类植物最丰富的地区之一，也是世界蕨类物种密度最高的地区之一［1］。对于蕨类植物的系统分类，各植物学家的意见还存在较多分歧。如中国植物志将蕨类植物门分为木贼纲（Equisetinae）、蕨纲（Filicopsida）、水韭纲（Isoetinae）、石松纲（Lycopodiinae）和裸蕨纲（Psilophytinae）。1978年，世界著名的蕨类植物学专家秦仁昌将蕨类植物门分松叶蕨亚门（Psilophytina）、石松亚门（Lycophytina）、水韭亚门（Isoephytina）、楔叶亚门（Sphenophytina）和真蕨亚门（Filicophytina）等5个亚门［2-3］。其中，前4个亚门是小型叶蕨类，较原始而古老，现存种类较少，通常被称为拟蕨类植物（Fernallies）；而真蕨亚门则是大型叶蕨类，最高级，也是现存种类繁多的蕨类植物，通常被称为真蕨类植物（Ferns）。

蕨类植物是植物界重要的类群之一，目前对蕨类植物的研究也比较深入，包括表皮特征、孢粉学、形态解剖学、分子系统学以及发育生物学。王任翔等［4］利用光学显微镜对我国西南地区12种铁角蕨科植物的叶表皮微形态进行了观察比较，研究了不同种间叶表皮微形态特征的异同点，指出其在属、种划分上的分类学意义。梁晓华等［5］对8种鳞毛蕨科植物的叶表皮特征进行了比较形态学研究，比较了6种鳞毛蕨属和2种耳蕨属植物叶表皮特征的异同点。徐成东等［6］对凤尾蕨科凤尾蕨属5种植物孢子体形态特征进行观察发现，蜈蚣蕨和银脉凤尾蕨较为原始，井栏边草、溪边风尾蕨、紫轴凤尾蕨关系更近，也较为进化。郭庆梅等［7］用光镜和扫描电镜对3种金星蕨科植物进行了比较解剖学的研究并对3种植物比较解剖学上的共同点和不同点进行了探讨，认为这些解剖学特性对其分类具有重要意义。常艳芬等［8］对水龙骨亚科5 属16种植物进行了形态解剖学的系统研究，并根据比较结果探讨了该亚科植物的系统位置和亲缘关系。

铁角蕨属（Asplenium）隶属铁角蕨科（Aspleniaceae），是铁角蕨科的中心属［9］。铁角蕨属植物的体型变异较大，按照形态特征可划分为许多自然群［10］。在中国，铁角蕨属植物主要以热带和亚热带地区为分布中心，目前已知种类约为110种。按照形态特征，中国的铁角蕨属植物大体可分为单叶组、叉叶组、铁角蕨组和蓍叶组，其中铁角蕨组可以进一步划分为铁角蕨系、半边羽系、披针羽系、隆脉系和变异叶系。

巢蕨属（Neottopteris）是铁角蕨科的一个属［11］，约有30个形体相近的种，主要分布于热带、亚热带以及温带雨林。可分为巢蕨组（Neottopteris）和扁足组（Platypodus），我国现有11种，主要分布在西南和华南地区，其中以桂、滇、黔3省区交界处的石灰岩地区为分布中心。该属植物均附生于雨林或季雨林内的树干上或林下岩石上，团集成大丛，形似鸟巢，向上张开，中空，能承接大量枯枝落叶及雨水，转化成腐殖质作为自己的营养物质，并为其他热带附生植物的定居创造特化条件。该属多数种类为广泛栽培的观赏蕨类，近年颇为流行，其中一些种类已培育出一系列的栽培变种［12-14］。

本研究利用光学显微镜对铁角蕨科铁角蕨属中的4种铁角蕨，巢蕨属中4种鸟巢蕨的根、叶柄的横切切片及叶表皮微形态进行观察和分析，详细记录叶表皮结构、叶脉特征、气孔类型、根、叶柄的维管束形态各结构特征，并对各结构特征进行记录和比较，从而以根、叶柄形态及叶表皮微形态特征为依据探讨其科属间形态特征的同一性及差异，为铁角蕨科植物的属间分类提供参考依据。

1 材料与方法

1.1 试验材料

长叶铁角蕨（AspleniumprolongatumHook.），石生铁角蕨（AspleniumsaxicolaRosent），岭南铁角蕨（AspleniumsampsoniHance） ，细裂铁角蕨（AspleniumtenuifoliumD.Don），细叶鸟巢蕨（Asplenium nidus sinensis），圆叶鸟巢蕨（Neottopteris nidusAvis），鹿角鸟巢蕨（Asplenium nidus wallichiiHook），皱叶鸟巢蕨（Asplenium niduscv. Crisped）。以上材料采集于云南哀牢山国家自然保护区，由徐成东教授鉴定。

仪器：101C-B型恒温箱、A130389型石蜡切片机、可调式电热板（ML-1.8-4）、UB100I Series型显微镜。

试剂：FAA固定液（甲醛∶冰醋酸∶70%乙醇-1∶1∶18）、1%番红溶液、30%～100%梯度酒精、二甲苯、石蜡、树胶、次氯酸钠、5%的NaOH溶液

1.2 试验方法

将采集到的植株清洗后，选择营养叶的叶柄下部、叶柄上部、叶片、根部等部位，将材料横切成长约4 mm小段，经水洗后用FAA固定液固定保存。

1.2.1 叶表皮细胞模型制备 选取发育正常的叶片，用毛刷清洗干净，去除表面杂质后，转移到5%氢氧化钠溶液中离析10～24 h，待叶片变白，叶肉组织和上、下表皮可以分离时，将离析后的材料用水洗净，移至盛有蒸馏水的小烧杯中，撕下叶表皮，去除叶表皮上残留的叶肉组织。在载玻片上用1%的番红染色5～10 min，水洗、梯度酒精脱水，二甲苯透明树胶封片，数码显微镜下观察并拍照。

1.2.2 气孔大小的测量 在光学显微镜下测得，随机检测20个气孔，记录其长轴与短轴的长度，并描述气孔器类型，计算气孔密度及气孔指数：

1.2.3 叶脉的制取 取叶脉完整个叶片或部分叶片（羽片）放到2% NaOH溶液中对叶肉细胞进行腐蚀，煮沸5～10 min（时间长短依不同植物而不同），取出材料漂洗去粘液，用软毛刷边刷边冲洗，直至除去叶肉细胞为止。然后浸入20%次氯酸钠离析液中离析1.5～2 h，取出用自来水冲洗干净，浸入1%番红试剂中染色5～10 min，自来水冲洗，置于干净载玻片上微距拍摄。

1.2.4 叶柄横切 采用常规的形态解剖学研究方法包埋叶柄，做石蜡切片，于显微镜下观察。

1.2.5 根横切 采用石蜡切片的形态解剖学方法包埋根，制片后置光学显微镜下观察维管束。

2 结果与分析

2.1 表皮细胞的研究

2.1.1 叶表皮细胞特征比较 对铁角蕨科8种植物叶表皮特征的研究结果见图1（封二），从图1可以看出，上表皮细胞多为不规则形，其中，铁角蕨属的石生铁角蕨和长叶铁角蕨上表皮细胞垂周壁呈深波状，细裂铁角蕨的呈浅波状，而岭南铁角蕨则呈无规则凹凸状；巢蕨属4种植物上表皮细胞垂周壁均呈浅波状。

图1 铁角蕨科8种植物叶表皮细胞特征（40×）

对8种植物的上表皮细胞大小进行测量发现，铁角蕨属4种植物的细胞大小与巢蕨属4种植物大小类似。铁角蕨属中，细胞长度最大的是细裂铁角蕨，平均值达到89.7 μm，而宽度最大的是岭南铁角蕨，均值为51.3 μm；在巢蕨属中，鹿角鸟巢蕨的上表皮细胞长度和宽度最大，其均值分别为96.2、72.2 μm。

表1 4种铁角蕨属和4种巢蕨属植物叶表皮细胞特征比较

对8种植物的下表皮上的气孔进行观察和测量，结果（表1）显示，铁角蕨属4种植物的气孔普遍比巢蕨属的4种植物小。其中，铁角蕨属中的岭南铁角蕨具有最大的气孔，其平均长宽值分别为49.4和28.4，而石生铁角蕨的气孔最小，平均长宽值为36.3和20.6；4种巢蕨属中，气孔最大的是卷边鸟巢蕨，长宽平均值分别为52.5和32.6，其次是细叶鸟巢蕨，而气孔最小的是圆叶鸟巢蕨，长宽平均值为41.2和29.3。

8种植物的气孔指数均在20～30之间，其中铁角蕨属4种植物的气孔指数大小接近，岭南铁角蕨居4种铁角蕨属植物之首，细裂铁角蕨则以22.5的值居末位；巢蕨属4种植物中，鹿角鸟巢蕨以27.7的数值居于首位，阔叶鸟巢蕨则以21.3居于末位。

对8种植物的气孔密度进行观察和计算，结果显示，铁角蕨属的气孔密度较大，均在20以上，其中，石生铁角蕨的最大，气孔密度达26.3；巢蕨属的气孔密度较小，均在15以下，其中，皱叶鸟巢蕨的最大，为14.3，最小的为鹿角鸟巢蕨，仅9.1。

2.1.2 叶下表皮气孔类型比较 8种植物气孔均分布于叶片的下表皮上，即为下生气孔，气孔分布较均匀，并且沿着叶的长轴方向排列（表2）。依据副卫细胞的数目及与保卫细胞排列方式不同，将所观察到的气孔器分为如下类型：

极细胞型（Polocytictype）：两个保卫细胞大部分被一个“U”型副卫细胞所包围，只有一极为单个的表皮细胞所包围。

腋下细胞型（Axillocytictype）：一个副卫细胞几乎将2个保卫细胞包围，只有一游离极被2个表皮细胞所包围，这两个表皮细胞的公共垂周壁从极往外伸，与保卫细胞的长轴平行。

表2 4种铁角蕨属和4种巢蕨属植物的气孔器类型

不等细胞型（Aisocytictype）：3个副卫细胞组成单环包围保卫细胞，其中1个副卫细胞显著比另外2个小。

无规则四细胞型（Anomotetracytictype）：4个副卫细胞不规则地以各种方式包围保卫细胞。

聚合极细胞型（Copolocytictype）：在极细胞型的基础上，再在外面包围有一个副卫细胞，即在保卫细胞外面包有一个新月型的副卫细胞，在此副卫细胞外面还包围有一个副卫细胞，两个副卫细胞的垂周壁连接在一起，朝向远轴端。

聚腋下细胞型（Coaxillocytictype）：一个副卫细胞几乎将2个保卫细胞包围，这个副卫细胞又被另一个新月形细胞包围。一个游离极被2个表皮细胞包围，它们的共同垂周壁从极往外伸，与保卫细胞的长轴平行。

不规则型（Anomocytictype）：此类型的气孔副卫细胞和一般的表皮细胞没有区别。

8种植物的气孔器类型比较见表2。从表2可以看出，岭南铁角蕨的气孔器以不等细胞型为主，其次是极细胞型；石生铁角蕨的气孔器多为不规则型，其次为无规则四细胞型；细裂铁角蕨与岭南铁角蕨一样，以不等细胞型为住，其次是无规则四细胞型；长叶铁角蕨以无规则四细胞型为主，其次是不等细胞型；尖叶鸟巢绝以无规则四细胞型为主，其次为极细胞型；皱叶鸟巢蕨以腋下细胞型为住，其次为不等细胞型；圆叶鸟巢蕨以不等细胞型为主，其次为无规则四细胞型；鹿角鸟巢蕨以无规则四细胞型为主，其次为不等细胞型。

2.2 叶柄横切面的比较

铁角蕨属4种植物与巢蕨属4种植物的叶柄维管束位于皮层中央，均为周韧型维管束，各种的叶柄横切面形态特征具体如下：

岭南铁角蕨：维管束1条，呈椭圆状，木质部分开呈2个相对的“八”字排列在维管束中。

石生铁角蕨：维管束2条，呈近圆形排列，内部的木质部均呈“八”字排列，类似于岭南铁角蕨的维管束一分为二的形态。

细裂铁角蕨：维管束1条，呈蝶状，但木质部的2个相对的“八”字中间粘合在一起。

长叶铁角蕨：维管束1条，呈半圆形，木质部呈“儿”字排列。

细叶鸟巢蕨：维管束1条，呈底部大开口的“n”字形态，木质部呈压扁了的“儿”字排列。

皱叶鸟巢蕨：维管束1条，如细叶鸟巢蕨，只不过两端拉长了，木质部呈上端相连的压扁了的“儿”字排列。

圆叶鸟巢蕨：具维管束1条，呈去掉中间竖钩的“水”字，木质部也按照此方式排列。

鹿角鸟巢蕨：维管束1条，与皱叶鸟巢蕨类似。

2.3 叶脉序特征比较

铁角蕨属4种植物中，有2种叶脉序比较类似，即岭南铁角蕨和长叶铁角蕨，仅含有主脉，中等粗细，随着叶片的分化也分出一条主脉，无二级脉；另外两种叶脉序，即石生铁角蕨和细裂铁角蕨，没有明显一级脉，而是沿着叶基往叶缘和叶尖，不断分生出叶脉，石生铁角蕨的叶脉较粗壮，细裂铁角蕨的叶脉较细。

巢蕨属的4种植物，叶脉序较相似，为侧出平行脉序，在细叶鸟巢蕨和皱叶鸟巢蕨中，观察到从一条脉上分出另一级脉，在圆叶鸟巢蕨和鹿角鸟巢蕨中未观察到此种现象。

2.4 根部横切面的比较

铁角蕨属4种植物，根部的根毛和表皮细胞均出现了不同程度脱落，外皮层细胞已代替表皮细胞行驶保护作用；内皮层细胞染色较深，在8种植物的根部横切片中均显示为明显的不透光环带；维管束的观察不是很清晰，只在石生铁角蕨中，可观察到清晰的次生木质部，在另外3种铁角蕨植物中观察不到次生木质结构，可能是切片质量太低造成。

对巢蕨属4种植物的根部横切片进行观察发现，所有鸟巢蕨上的皮层薄壁细胞层均较多，且较大。其中，细叶鸟巢蕨上可观察到较多根毛。圆叶鸟巢蕨的皮层薄壁细胞呈多边形，相对于其他3种巢蕨属植物要偏小，但数目更多，内层细胞清晰，呈长方形排列，维管束外围有一圈深色的环，木质部和韧皮部不清晰；皱叶鸟巢蕨和鹿角鸟巢蕨的薄壁细胞均较大。

3 结论与讨论

对铁角蕨属4种植物和巢蕨属4种植物的叶表皮细胞特征、气孔器类型，气孔指数和气孔密度，叶柄横切片、叶脉序以及根横切片进行对比研究，结果显示，8种植物之间有一定的共同特征，同时在某些特征上具有属间差异。

8种植物的叶片上表皮细胞多为不规则形，铁角蕨属4种植物形态各异，而巢蕨属4种植物上表皮细胞垂周壁均呈浅波状，这与王任翔［4］所报道的巢蕨属上表皮细胞垂周壁近平直不同，但对铁角蕨属的观察结果较相似，其上表皮细胞垂周壁呈浅波状、波状或深波状。8种植物上表皮细胞大小较相似。

铁角蕨属4种植物的气孔大小普遍比巢蕨属4种植物稍小；8种植物的气孔指数均在20～30之间；铁角蕨属的气孔密度较大，均在20以上，巢蕨属的气孔密度较小，均在15以下。

8种植物的气孔器类型均不相同，其中，以不等细胞型和无规则四细胞型偏多，无属间差异。此结果与王任翔［4］的观察结果也不一致，其报道巢蕨属植物气孔器类型以不等细胞型为主，铁角蕨属植物以腋下细胞型和无规则四细胞型为主，两属之间存在明显区别。而本文的观察结果却显示，两属间并不存在显著差异。

8种植物的叶柄横切面的对比显示，维管束均位于皮层中央，为周韧型维管束，木质部形态有一定相似性。巢蕨属的维管束均为1条，呈底部大开口的“N”字形态，具有属的特征。铁角蕨属4种植物的叶脉序可分为两类；而巢蕨属4种植物的叶脉序列均为侧出平行脉序，具有属的特征。

8种植物的根部横切面未观察到明显差异。

综合以上观察结果以及对叶表皮细胞形状和气孔器特征的分析可以看出，不同科蕨类植物之间叶片的外部形态有很大差异；不同蕨类植物之间在细胞形状和气孔器特征的形态上也有很大差异；而同一种属或是同一科属之间都能够找到相似的形态结构。这些与分类学所研究的结果是一致的，由此说明以上特征可作为蕨类植物分类的重要理论依据。

本试验相对于前人研究，范围更为广泛，对两属8种植物的叶表皮、叶脉、叶柄等研究较多的方面进行了补充和对比，同时，也对研究较少的根横切面也进行了详细研究，为这8种植物的形态解剖提供了基础资料和参考数据，并能为铁角蕨科植物的属间分类提供参考。

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Morphological and anatomical characteristics of eight species of Asplenium genus and Neottopteris genus

LIANG Xiao-hua1，2，XIAO Min-dan1，LI Xue-mei3，XU Cheng-dong1，2
（1.School of Chemistry and Life Sciences，Chuxiong Normal University，Chuxiong 675000，China；2. Institute of Bio-resources Research and Utilization in Central Yunnan，Chuxiong 675000，China；3.College of Life Sciences， Yunnan University ，Kunming 650091，China ）

In this study，leaf epidermal structure，vein characteristics，porosity type，morphology of root and petiole vascular of fourAspleniumspecies （Asplenium prolongatum，Asplenium saxicola，Asplenium sampsoni，Asplenium tenuifolium） and fourNeottopterisspecies （Asplenium nidussinensis，Neottopteris nidusAvis，Asplenium niduswallichiiHook，Asplenium niduscv.Crisped） were observed using an optical microscope，in order to research morphological and genetic relationship of 8 species and provide evidence for phyletic classification .The results show that leaf epidermal structure，porosity type and petiole transaction of 8 species are similar；the size of stoma of fourAspleniumspecies is bigger；leaf venation of fourNeottopterisspecies has typical character of the genus，which is obviously different fromAspleniumspecies. Through systemic studies of comparative anatomy of the 8 species，essential data of morphological characteristics between the two genera were supplemented. These results will provide anatomical evidence for the phyletic classification of the 8 species. Therefore，the 8 species of fernsdivided into different genera is the classification results according to the taxonomy. Research also shows that the above characteristics can be as one of the important basis for the classification of ferns.

Aspleniaceae；AspleniumL.；Neottopteris；comparative anatomy

Q945.17

A

1004-874X（2017）07-0041-07

梁晓华，肖敏丹，李学美，等. 铁角蕨属与鸟巢蕨属8种植物的形态解剖特征研究［J］.广东农业科学，2017，44（7）：41-47.

2017-04-20

国家自然科学基金（31260095）

梁晓华（1964-），女，教授，E-mail: lxh@cxtc.edu.cn

徐成东（1964-），男，博士，教授，E-mail: chtown@cxtc.edu.cn

（责任编辑 白雪娜）