粗毛甘草及其近缘种叶片形态结构对比研究

摘 要：疏花甘草（Glycyrrhiza laxiflora X．Y．Li ex D．C．F．nov．sp．）、平卧甘草（Glycyrrhiza prostrata X．Y．Li ex D．C．F．nov．sp．）、大叶甘草（Glycyrrhiza macrophylla X．Y．Li）是念珠状荚果粗毛甘草（Glycyrrhiza aspera Pall．）的3个近缘种群。本文试图从这4个种群叶片的形态解剖比较它们的异同，从而进行了叶片形态解剖结构、表皮、气孔器、表皮毛等形态特征的观察与描述，目的是为疏花甘草和平卧甘草这两个新种的成立提供解剖学的分类依据。

关键词：粗毛甘草；近缘种；比较解剖

粗毛甘草（Glycyrrhiza aspera Pall．）是俄国植物分类学家帕拉斯（Ы．С．ЫаллаС） 1771年命名。该种茎枝、叶轴、叶、苞片、花萼等具有刺毛、腺毛，因粗糙而得名，其荚果为镰状弯曲的念珠状。平卧甘草（Glycyrrhiza prostrata X．Y．Li ex D．C．F．nov．sp．）、大叶甘草（Glycyrrhiza macrophylla X．Y．Li）、疏花甘草（Glycyrrhiza laxiflora X．Y． Li ex D．C．F．nov．sp．）3种也不同程度地具有刺毛和腺毛，而且均为念珠状荚果，因而作者认为它们是粗毛甘草的近缘种。图1是念珠状荚果系6个种的15个形态性状变异幅度与平均值分析。

粗毛甘草高25～45cm，主茎直立或斜升，基部多分枝，铺散；花序小，花稠密；花萼多毛及腺毛。平卧甘草高15～20cm，茎枝直立或斜升，基部多分枝，铺散；花序小，花较前者稀疏；花萼毛与腺毛稀疏，且为红色。大叶甘草高45～90cm，中上部分枝，直立；花序与叶等长或短于叶；花萼毛与腺毛甚少，萼筒下部近光滑。疏花甘草高30～75cm，分枝少，直立；花序长于叶1／2～1倍，小花少而疏散。

本文通过对以上4种甘草叶内部解剖结构、表皮、气孔器和表皮毛的观察研究，发现它们有不同程度的差异，为平卧甘草、疏花甘草2个新种的确立提供了解剖形态学的依据。

1 材料和方法

粗毛甘草（Glycyrrhiza aspera Pall．）、平卧甘草（Glycyrrhiza prostrata X．Y．Li ex D．C．F．nov．sp．）、大叶甘草（Glycyrrhiza macrophylla X．Y．Li）、疏花甘草（Glycyrrhiza laxiflora X．Y．Li ex D．C．F．nov．sp．）4种实验材料均采自石河子市郊，各种叶片分别取子叶期、第一片真叶期和开花期的中部叶片，采后固定于FAA液中。石蜡切片厚10μm，番红－固绿染色；表皮解离用Jeffery's溶液。染色，显微照相，绘图，观察分析。

图1 念珠状荚果系6种的15个形态性状变异幅度与平均值分析（纵线表示性状的变异幅度，横线表示性状的平均值）

2 结果

2．1 叶片内部结构

2．1．1 粗毛甘草（Glycyrrhiza aspera Pall．）叶片的横切面

子叶：叶片总厚度490μm，上、下表皮为一层生活细胞，大小不一致，排列紧密，但不整齐，上表皮外壁呈圆顶形，有薄角质层，气孔平直或略下陷。叶肉栅栏组织2～3层，细胞长柱形，具胞间隙，海绵组织8～10层，厚度250μm，下表皮稍大，排列整齐，紧密，外壁隆起，气孔平直或下陷。

第一片真叶：叶片总厚度199μm，上、下表皮细胞一层，细胞长椭圆形、短椭圆形、长方形，排列紧密，稍不整齐，上表皮细胞向外微突或平直，气孔平直，气下室稍大，角质层稍厚，上、下表皮细胞中散生有长柱形单宁。叶肉栅栏组织2～6层，细胞长柱形、长椭圆形、圆形，排列整齐，紧密，胞间隙小；海绵组织2～4层，细胞椭圆形、长椭圆形、球形、短柱状，排列紧密，具细胞间隙，多数细胞与下表皮垂直排列或不规则排列，厚度49μm。主脉内外韧维管束分布于薄壁组织中，主脉下表皮处圆形单宁多，侧脉位于栅栏组织和海绵组织分界处，维管束鞘似“花环形”结构。

开花期中部叶：叶片总厚度231μm，上、下表皮各为一层细胞，几乎为单宁充满，尤以主脉和粗侧脉处上表皮细胞分布多。叶肉栅栏组织2～6层，排列整齐，紧密，宽长柱形单宁处具较大的胞间隙，栅栏组织内单宁分布少；海绵组织2～4层，78μm，细胞为长柱形、柱形、类圆形，垂直或斜垂直于下表皮，排列较整齐，具较大的胞间隙。主脉全貌阔梨形，向外突出1／2处邻近下表皮内为3～4层薄壁细胞，内为2～4层厚壁细胞向外突出，另1／2处为叶肉细胞，外韧维管束内具菱形、方形和长柱形晶体，粗侧脉分布于叶肉内，具束中形成层，维管束上下方具厚壁细胞，维管束外具长菱形和方形晶体，侧脉具“花环形”结构，维管束射线具晶体。

2．1．2 平卧甘草（Glycyrrhiza prostrata X．Y．Li ex D．C．F．nov．sp．）叶片的横切面

子叶：叶片总厚度570μm，上表皮为一层生活细胞，外壁隆起，呈圆顶形，覆有薄角质层，细胞大小不一致，有气孔，叶肉明显地分栅栏组织和海绵组织。栅栏组织3～4层，为长柱形，少数短柱形细胞，内含丰富的叶绿体，具胞间隙；海绵组织8～11层，细胞圆形、椭圆形、长圆形，排列较疏松，细胞长轴与叶表面平行，叶绿体含量显著减少，气孔分布于上下表皮，略下陷或平直，下表皮细胞较小，短矩形，外壁稍隆起，角质层薄。

第一片真叶：叶片总厚度210μm，上表皮细胞一层，细胞长方形、长椭圆形，细胞平周长加大，排列整齐，细胞大小不一致，外壁平直或微突，角质层稍厚，气孔微下陷，下气室较大。叶肉栅栏组织2～6层，细胞长柱形、短柱形，具胞间隙，部分上表皮细胞和栅栏组织细胞部位零星发生长柱形单宁；海绵组织2～4层，厚度63μm，最外一层和下表皮垂直排列，细胞为梨形，侧脉位于栅栏组织和海绵组织分界处，下表皮气孔平直，下表皮细胞形状大小与上表皮相似，平周和垂直壁较子叶期显著加大，外壁垂直或略微向外突起。

开花期中部叶：叶片总厚度270μm，角质层增厚，上、下表皮均为一层细胞，细胞几乎为单宁充满。气孔水平位，叶肉栅栏组织2～6层，增长位长柱形栅栏细胞与上表皮垂直排列，稍不整齐，细胞间隙大，栅栏细胞处粗长柱形，单宁分布多；海绵组织2～5层细胞，邻近下表皮处细胞长柱形，斜垂直于下表皮，排列稍整齐，内面各层细胞长椭圆形、长柱形、圆形，不规则排列，细胞间隙大，海绵组织内零星分布着方形和长柱形晶体。主脉全貌为阔梨形，向外突出，下表皮内有3～4层厚壁细胞。外韧维管束的韧皮部处分布有大量方形、菱形、长柱形晶体；侧脉分布于叶肉中，侧脉处分布大量各种形状的晶体，侧脉向外突出于下表皮处，呈圆球形，单宁分布多。

2．1．3 大叶甘草（Glycyrrhiza macrophylla X．Y．Li）叶片的横切面

子叶：叶片总厚度551μm，上表皮为一层生活细胞，细胞大小不一致，外壁平直或略呈圆顶形，有薄角质层，气孔平直或略下陷。叶肉栅栏组织3～4层，细胞长柱形，少短矩形，胞间隙较大；海绵组织8～12层，厚度317．5μm，细胞排列较疏松，圆形、椭圆形、长圆形。下表皮气孔稍下陷或平直，下表皮细胞小，排列紧密但不整齐，外壁稍隆起，具薄角质层。

第一片真叶：叶片总厚度195μm，上、下表皮一层细胞，细胞长方形、长椭圆形，排列基本整齐，紧密，但外壁平直或微突，细胞大小不一致，气孔平直，角质层稍厚。叶肉栅栏组织2～4层，细胞长柱形、短柱形、球形，排列整齐，胞间隙小，上表皮和栅栏组织细胞处零星分散阔长柱形单宁；海绵组织4～5层，细胞球形、椭圆形、长椭圆形，细胞排列疏松，不规则，胞间隙大，厚度为58μm，主脉全貌椭圆形、梨形，外韧维管束外为一圈薄壁细胞组成维管束鞘，侧脉分布于栅栏组织和海绵组织分界处，下表皮气孔平直。

开花期中部叶：叶片总厚度178μm，角质层增厚，上、下表皮均为一层细胞，几乎为单宁占满，叶肉栅栏组织2～6层细胞，显著增长为长柱形细胞，与下表皮垂直排列较紧密，整齐，细胞间隙小，栅栏组织处分布单宁较少，单宁分布处有稍大的胞间隙；海绵组织2～5层，60μm，细胞长柱形、短柱形或圆形，细胞与下表皮垂直排列，较整齐，有胞间隙，似等面叶结构，主脉全貌呈梨形，微向外突出，邻近下表皮处有2～3层厚壁细胞，内面为1～2层薄壁细胞，主脉下表皮处分布大量圆形单宁，外韧维管束处分布零星菱形晶体，大侧脉分布于叶肉中，邻近上、下表皮处为2～3层厚壁细胞，上、下表皮处分布较多小圆形单宁，维管束周围有方形和菱形晶体；侧脉分布于栅栏组织和海绵组织分界处，维管束鞘以“花环形”结构，维管束周围有零星晶体分布。

2．1．4 疏花甘草（Glycyrrhiza laxiflora X．Y．Li ex D．C．F．nov．sp．）叶片的横切面

子叶：叶片总厚度546μm，上、下表皮为一层生活细胞，上表皮细胞较大，细胞大小不一致，排列紧密，但不整齐，外壁圆顶形稍平直，角质层薄，气孔略下陷或平直。叶肉栅栏组织2～3层细胞，栅栏细胞长柱形、短柱形，细胞间隙较大，海绵组织8～10层，厚度309μm，细胞排列疏松，下表皮气孔平直或稍下陷，下表皮细胞较小，具细胞间隙。

第一片真叶：叶片总厚度190μm，上、下表皮一层，细胞长柱形、短柱形、长方形，大小不一，排列紧密但不整齐，气孔平直，气下室较小，上、下表皮细胞叶肉栅栏细胞内均有零星长柱形单宁分布，尤以主脉和大侧脉处圆形单宁多。叶肉栅栏组织2～5层，细胞长柱形、短柱形、椭圆形，细胞排列较整齐，细胞间隙大；海绵组织2～4层，60μm，细胞短柱形、短椭圆形、不规则形，排列疏松，不整齐，主脉内外韧维管束3个分布于薄壁组织中，侧脉于栅栏组织和海绵组织分界处，侧脉维管束鞘为“花环形”结构。

开花期中部叶：叶片总厚度230μm，上、下表皮各一层细胞，细胞内几乎为单宁充满，角质层增厚，叶肉栅栏组织2～6层，长柱形细胞增长，与上表皮细胞垂直整齐排列，细胞间隙小，栅栏细胞内分布长柱形单宁较多；海绵组织2～4层，80μm，细胞垂直或斜垂直于下表皮，整齐排列，细胞长柱形、短柱形，具较大细胞间隙，类似等叶面结构。主脉梨形微向外突，下表皮细胞及内面薄壁细胞处有单宁分布，向外突1／2处为4～7层薄壁细胞，另1／2处为叶肉细胞充满，外韧维管束韧皮部外侧各有两束厚壁细胞，韧皮部内分布有菱形和方形晶体，木质部上方为几个厚壁细胞，侧脉维管束鞘具有“花环形”结构，维管束射线细胞具有晶体存在。

2．2 叶片表皮毛、腺毛、腺体及气孔的形态结构

2．2．1 表皮毛、腺毛与腺体(www.xing528.com)

粗毛甘草及其近缘种的叶片具有表皮毛、腺毛及腺体为其明显的特征之一。但是，不同部位着生的多与少、稠密与稀疏、长与短的程度各异，其基本规律是：小叶柄和叶轴最多，下表皮比上表皮多，主脉上着生比叶缘多，叶缘又多于侧脉，脉间表皮毛最少。不同的种具有明显的区别，粗毛甘草最多（每平方毫米1 012条），疏花甘草最少（每平方毫米430条），大叶甘草与平卧甘草居中（每平方毫米各为720条与545．6条）。不同种和着生于不同部位的表皮毛长短和毛壁厚度也各异，主脉上着生的毛疏花甘草最长者99μm，平均毛长61．6μm，叶缘毛平均32μm；表皮毛壁厚度，主脉上着生的平均厚度在2μm以上，而缘毛平均都在1．7μm以下。叶缘表皮毛多数平卧或与叶缘平行，少数平直向前。

据观察，4种甘草的表皮毛基本属于单细胞，主脉中部的直立或斜升，而主脉两侧及脉间多为斜升，毛先端钝尖或锐尖，下部渐粗，基部常具有一个大型圆细胞基座，有的基部着生在隆起的排列成锥状多细胞的基座上，有的基部有一环与表皮细胞相异的呈花环状的基座（详见表1）。

表1 甘草叶片解剖结构特征 单位：μm

注：1．粗毛甘草；2．平卧甘草；3．大叶甘草；4．疏花甘草。

腺体与腺体毛在这4种甘草叶片中亦常见，前者为叶表皮突起的多细胞柱状体，如大叶甘草、疏花甘草；后者为具多细胞柄的腺体，顶部脱落成为腺毛，如粗毛甘草、平卧甘草。腺毛数量远远少于表皮毛，但各种间也有不同，平卧甘草、疏花甘草分别为124条／mm2与108条／mm2，而大叶甘草与粗毛甘草分别为48条／mm2与46条／mm2。

2．2．2 气孔的形态结构与类型

平卧甘草的气孔为椭圆形，其他3种为长椭圆形，它们都有无规则类型和平列细胞类型。各种甘草气孔的大小，保卫细胞的长度和单位面积的数目均有差别，同一种甘草不同发育时期气孔大小与数目也不同。子叶期粗毛甘草、大叶甘草气孔平均值最大（前者15μm×5μm，后者17μm×5μm）；第一片真叶期平卧甘草与疏花甘草气孔平均值最大（前者16．6μm×5．8μm，后者13．6μm×5μm）；开花期中部叶的气孔大小平均值均小于前两个时期的气孔（而且在13．8μm×3．8μm以下）。保卫细胞长轴长度的平均值，粗毛甘草与平卧甘草最大的是第一片真叶期，分别为21．6μm与24μm；大叶甘草、疏花甘草保卫细胞长轴的最长期是子叶期，分别为25μm与22．4μm；开花期其平均长度均不超过21．6μm。单位面积的气孔平均数目，最多的是大叶甘草（子叶期193．20个／mm2，第一真叶期229．6个／mm2，开花期671．4个／mm2），最少的是平卧甘草（三个时期分别为120个／mm2，173．6个／mm2，397．6个／mm2），粗毛甘草气孔大小居中（详见表2）。

表2 甘草叶片气孔形态数量测定 单位：μm

注：1．粗毛甘草；2．平卧甘草；3．大叶甘草；4．疏花甘草。 ①子叶；②第一片真叶；③开花期的中部叶。

3 应用形态解剖学与数值分析结合的方法研究粗毛甘草及其近缘种的区别

粗毛甘草（G．aspera）、大叶甘草（G．macrophylla）是已确定的种，还有与它们相近的种群，但有些性状又有明显的差异，是否可以定为新种？我们想从叶的形态解剖特征找到依据，认为它们是近缘，因为均有念珠状荚果，其他特征如下：

（1）粗毛甘草：株高15～30cm，茎斜升、铺散；花序密集，萼多毛和腺毛。

（2）平卧甘草：株高10～20cm，茎平卧；花序斜升或直立，花序稍稀，萼被疏毛。

（3）大叶甘草：株高80～140cm，茎直立；花序短于叶或等于叶，萼被稀疏长柔毛。

（4）疏花甘草：株高30～75cm，茎直立；花序长于叶0．5～1．0倍，小花极疏散，萼近无毛。

粗毛甘草、疏花甘草子叶栅栏组织为2～3层，海绵组织为8～10层，但是子叶厚度不同，分别为490μm、546μm（±56μm），第一片真叶的厚度分别为49．0μm、60．0μm （±11μm）。平卧甘草、大叶甘草子叶栅栏组织为3～4层，海绵组织分别为8～11层、8～12层，但是它们栅栏组织的厚度不同，分别为190．0μm、169．0μm（±21μm）。它们叶片角质层厚度不同时期有显著差异，但种间无区别，子叶期都为0．5μm，第一片真叶都为3．0μm，开花期中部叶都为7．0μm。具有种间差异的主要特征是各时期叶气孔长度、保卫细胞长轴的长度、单位面积的气孔和表皮毛数（详见表3，表4，表5）。

表3 4种甘草植物叶片被毛性状的比较

注：1．粗毛甘草；2．平卧甘草；3．大叶甘草；4．疏花甘草。

表4 叶气孔、保卫细胞长度变异（最小值—均值—最大值）

注：1．粗毛甘草；2．平卧甘草；3．大叶甘草；4．疏花甘草。①子叶期；②第一片真叶；③开花期的中部叶。

表5 叶表皮毛及气孔数

注：1．粗毛甘草；2．平卧甘草；3．大叶甘草；4．疏花甘草。①子叶期；②第一片真叶；③开花期的中部叶。

由以上可以清楚地了解到种间差异，不仅表现出同一时期不同种的变异幅度与平均值有显著差异，而且表现在不同时期同一种的变异幅度与平均值也有明显的区别。因而我们确定2个新种：平卧甘草（G．prostrata X．Y．Li ex D．C．F．sp．nov．）和疏花甘草（G．laxiflora X．Y．Li ex D．C．F．sp．nov．）。

冯德成 李学禹

国家自然科学基金项目：3870031

发表于《石河子农学院学报》，1991，15（2）：1－7