第二節　硬葉兜蘭及其它9種兜蘭葉表皮解剖特征比較

葉片的形態結構是功能的基礎，葉表皮細胞大小、氣孔的分布特征、密度和面積等受環境水分、熱量狀況的影響，具有較強的可塑性，研究葉片解剖結構是分析其對環境變化的響應能力和生態適應性的常規手段。葉片解剖結構研究亦為分類學提供依據，由于葉表皮特征的保守性和穩定性（垂周壁樣式、氣孔器排列、表皮附屬物）能提供一定價值的證據，在植物系統進化研究領域發揮作用。當前，有關蘭科植物葉片形態結構方面的研究資料報道較少。通過對硬葉兜蘭葉解剖形態的研究，并與其它常見9種兜蘭的解剖特征進行對比分析，旨在為不同兜蘭種生態適應性的分化和其分類研究提供基礎資料（圖2-1）。

一、表皮細胞性狀和垂周壁樣式

硬葉兜蘭上皮細胞長約162.00μm，寬約123.63μm，長寬比在1.04～1.96，下皮細胞長約110.25μm，寬約83.44μm，長寬比在1.02～1.75。硬葉兜蘭細胞為蜂窩狀多邊形，垂周壁為近圓形。

兜蘭的上表皮細胞長為125.75～193.56μm，寬為81.38～148.13μm；下表皮細胞與上表皮細胞形態差別不大，但同種植物的下表皮細胞較上表皮細胞小。10種兜蘭植物下表皮細胞長約為70.25～118.06μm，寬約為53.63～97.38μm。表皮細胞最大種為麻栗坡兜蘭，最小種是富寧兜蘭。表皮細胞長寬比差異比較大，硬葉兜蘭上皮細胞長約162.00μm，寬約123.63μm，長寬比在1.04～1.96，下皮細胞長約110.25μm，寬約83.44μm，長寬比在1.02～1.75。而細胞規則的類型如硬葉兜蘭、杏黃兜蘭、同色兜蘭和富寧兜蘭比值變幅不大；而表皮細胞不規則的種，如帶葉兜蘭和長瓣兜蘭的表皮細胞長寬比在1.08～4.50。兜蘭屬供試不同種葉上下表皮細胞形態有分化，而斑葉類兜蘭所有種的上表皮細胞呈蜂窩狀多邊形，形狀較規則。硬葉兜蘭細胞為蜂窩狀多邊形。綠葉類5種兜蘭上表皮細胞形態分化明顯，帶葉兜蘭、亨利兜蘭的上表皮細胞為長多邊形，長瓣兜蘭上表皮細胞為矩形，富寧兜蘭和波瓣兜蘭則為規則的蜂窩狀多邊形。10種兜蘭的垂周壁有四種形態，杏黃兜蘭、同色兜蘭和富寧兜蘭的垂周壁為圓形；硬葉兜蘭、巨瓣兜蘭、麻栗坡兜蘭和波瓣兜蘭垂周壁為近圓形，帶葉兜蘭和亨利兜蘭則為平直-弓形，長瓣兜蘭為直形。綠葉類的兜蘭細胞垂周壁類型豐富，所有類型都有，而斑葉類的垂周壁類型較單一；除杏黃兜蘭和麻栗坡兜蘭的垂周壁有T狀加厚，其余種正常。

二、氣孔器特點

氣孔是植物進行氣體交換和蒸騰作用的通道，氣孔大小、密度和指數變化是植物適應環境的結果。兜蘭種的氣孔均分布于葉下表，氣孔近圓形，氣孔大小在（46.75×62.75）μm～（34.63×42.19）μm。硬葉兜蘭氣孔長寬約為（58.00×45.81）μm。麻栗坡兜蘭和杏黃兜蘭近等，其次為波瓣和長瓣兜蘭，巨瓣兜蘭最小。氣孔器指數在不同種間差異較大，在28.65%～52.38%之間。斑葉種類中，巨瓣兜蘭最大，其次為同色兜蘭達45.59%，硬葉兜蘭為 34.84%，與杏黃兜蘭、麻栗坡兜蘭相近；綠葉種中，帶葉兜蘭最小，為28.65%,長瓣兜蘭最大,為52.37%,亨利兜蘭、波瓣兜蘭和富寧兜蘭差別不大。所有種的氣孔器密度在20.2～60.4個/mm2，硬葉兜蘭和麻栗坡兜蘭較小，分別為24.2個/mm2、20.2個/mm2，斑葉類巨瓣兜蘭最大，其次為同色兜蘭達46.2個/mm2；綠葉類中波瓣兜蘭為60.4個/mm2，帶葉兜蘭為34.0個/mm2。氣孔器密度從大到小排序為：波瓣兜蘭＞長瓣兜蘭＞巨瓣兜蘭＞富寧兜蘭＞亨利兜蘭＞同色兜蘭＞杏黃兜蘭＞帶葉兜蘭＞硬葉兜蘭＞麻栗坡兜蘭。所有種的氣孔器排列方式為四細胞型為主，杏黃兜蘭、硬葉兜蘭和麻栗坡兜蘭氣孔器排列類型單一，其余種以此類型為主，還偶見多細胞類型或不規則類型。供試麻栗坡兜蘭的表皮細胞與副衛細胞有分化，副衛細胞明顯小于表皮細胞，但其余種未發現明顯分化現象。

三、葉表皮指標的變異貢獻

對所觀測的10個數量指標和5個質量性狀指標進行變異貢獻率分析（表2-1），對15個數據的主成分分析，結果顯示：前4個主成分的累積貢獻率達到了89.49%。第1、2、3和4主成分的貢獻率依次為41.86%、26.65%、10.66%和10.32%。第1主成分中特征向量較大的性狀依次為：下表皮細胞長＞下表皮細胞寬＞氣孔密度＞氣孔類型＞副衛細胞形態＞垂周壁加厚形態＞氣孔長度；第2主成分中特征向量較大的性狀分別為：上表皮細胞長寬比＞垂周壁類型＞表皮細胞形態＞氣孔寬＞下表皮細胞長寬比。兩個主成分特征向量累積貢獻率近總的68.51%。從第1主成分占總變異貢獻率的情況看，4個為數量性狀指狀，3個質量性狀指標，第2主成分中貢獻率大的指標中由2個質量性狀指標和3個數量性狀指標組成。在前4個主成分中貢獻率大的性狀類型，以數量性狀要多于質量性狀，尤其以葉上下表皮細胞大小的變異貢獻率大，達68.36%，要高于氣孔數量性狀貢獻率（29.71%），從貢獻率的排序上分析，具有分類價值的質量性狀指標（垂周壁、氣孔類型、表皮細胞形態）的累計變異貢獻率僅為1.30%，不占主導地位，但不同類型的種間在這些性狀上確實存在一定的差異，說明了種間的質量性狀變異對種間區分有一定的貢獻，但種間數量性狀的變異貢獻率更顯著，反映出兜蘭屬種下形態具有一定的相似性，暗示這些質量性狀指標在種間分類應用上具有一定的局限。而貢獻率顯著的表皮細胞大小、氣孔大小和氣孔密度的變異主要受到物種生存環境水熱因素的影響，這也反映出不同兜蘭種類在水熱適應性上產生了葉表皮形態的明顯分化。

四、兜蘭葉表皮結構與生態適應性

葉表皮形態和結構受環境因子的影響，葉表皮形態結構的差異反映出物種生態適應性的差異。現研究的不同鳶尾組植物的氣孔密度和氣孔指數的變化能較好地反映其與生境的關系。兜蘭屬植物分布生境差異較大，從原始類型起源于高海拔區域到廣適應性的低海拔，物種生活型由地生或半附生多種形式進化為地生、附生單一形式，這種生活型的轉變反映出物種對水熱適應條件的響應能力的差異。原始種類如硬葉兜蘭、麻栗坡兜蘭、杏黃兜蘭分布生境為半陰、濕潤的林下地生或石壁石窩上半附生；巨瓣兜蘭和同色兜蘭既能在半陰、亦可在裸露干旱的石壁上附生；進化的兜蘭亞屬的種類，如長瓣兜蘭則附生。從生境的差異上看，原始類型種類對高光強和干旱環境耐性較弱，進化種類對干旱、高熱有著廣適應性。葉表皮形態和結構受環境水分和熱量的影響，物種在缺水的環境中生長，葉表皮細胞會變小，切向壁加厚，氣孔主要分布于葉下表皮，具有氣孔小而氣孔密度變大、葉肉柵欄組織發達的結構；在高光強下，氣孔密度和氣孔指數也會增大，表皮細胞體積變小。依據葉表皮各指標變異貢獻顯示，各種兜蘭葉表皮指標中，涉及生態適應性相關的數量性狀指標變異顯著：下表皮細胞大小和氣孔密度，在種間的變異貢獻大，反映了兜蘭種間葉表皮數量性狀受生境的強烈影響。在相同的環境中生長，典型的耐半陰的硬葉兜蘭、麻栗坡兜蘭和杏黃兜蘭的葉表皮細胞較大，大于耐旱性強的兜蘭亞屬的種類；氣孔作為水分代謝的通道，氣孔密度關系到水分調節能力大小，小而密的氣孔能適應高光強干旱的生境。斑葉種類中，巨瓣兜蘭的氣孔小而密是其耐旱耐光的響應，綠葉種類的氣孔密度普遍大于斑葉種，表現了對水分調節能力強、能適應旱生的特點。喜陰濕的麻栗坡兜蘭和硬葉兜蘭氣孔密度最小，與其它種差異顯著。

五、兜蘭屬葉表皮形態的分類學價值

兜蘭屬種間分類學研究在屬下的劃分主要有兩種方法：一為學者Cox和Cribb依據將兜蘭屬劃分為兜蘭亞屬（Subgenu Paphiopedilum）、寬瓣亞屬（Subgenu Parvisepalum）和小萼亞屬（Subgenu Brachypetalum）；二是我國學者陳心啟則將兜蘭屬劃分為寬瓣亞屬和兜蘭亞屬。目前，種間關系研究上，不同的證據結果有出入，主要是同色兜蘭和白花兜蘭的歸屬問題存在爭議。從rDNA的ITS、RAPD和同工酶研究的結果表明，ITS證據把同色兜蘭劃到小萼亞屬，白花兜蘭歸于寬瓣亞屬；同工酶證據支持把同色兜蘭和白花兜蘭劃入了兜蘭亞屬；RAPD結果把同色兜蘭劃到寬瓣亞屬。從供試10種兜蘭的15個葉表皮形態指標初步聚類分析，結果較支持Cox和Cribb對兜蘭屬下分作3個亞屬的處理，同色兜蘭歸入小萼亞屬較合適，該聚類關系中所示的富寧兜蘭的關系與上述研究結果有出入，富寧兜蘭沒有與兜蘭亞屬各種有近緣關系（下述各種歸屬按Cribb的處理）。

葉表皮形態尤其是質量性狀指標（垂周壁樣式、氣孔器類型）具有一定的保守性，因而在物種分類學研究上有一定的應用價值，有些屬下種間植物葉表皮細胞在形狀、氣孔器密度和指數方面都存在明顯差異，如木蓼屬和委陵菜屬植物。對10種兜蘭葉表皮研究結果顯示：不同亞屬間在垂周壁樣式有差異，小萼亞屬2種（同色兜蘭和巨瓣兜蘭）和寬瓣亞屬3種（硬葉兜蘭、杏黃兜蘭和麻栗坡兜蘭）垂周壁樣式相似，為圓形和近圓形，而兜蘭亞屬的5種植物則有四種不同垂周壁樣式，有圓形、近圓形、平直-弓形、直形。杏黃兜蘭和麻栗坡兜蘭的垂周壁還存在T形加厚。此外，亞屬間的表皮細胞形態有一定的差異，寬瓣亞屬和小萼亞屬各種間表皮細胞近似，為規則的蜂窩狀多邊形，葉表皮形狀在光學顯微觀察結果與同種電鏡掃描結果一致，而兜蘭亞屬內種間存在明顯分化，長瓣兜蘭上表皮細胞與其余種差異較大，為矩形，與該種電鏡掃描結果有較大出入，其它種則有較規則的蜂窩狀多邊形、長多邊形。葉表皮的電鏡掃描結果顯示，斑葉類的5種兜蘭上表皮都具有乳突結構，綠葉類的長瓣兜蘭和帶葉兜蘭上表皮呈現龜背狀隆起。從上述垂周壁樣式和表皮細胞形態的差異性證據，支持兜蘭亞屬進一步作分組處理。亞屬和屬內組間葉表皮特征的差異在其它植物中也有報導，如屬組間植物葉表皮細胞形態、垂周壁樣式和氣孔類型上均存在差異。

綜上所述，兜蘭屬葉表皮形態、垂周壁樣式在亞屬間劃分上有一定的價值，但在近緣種區分上有一定的局限。寬瓣亞屬被認為是兜蘭屬中原始的類型，其中，麻栗坡兜蘭被認為是最始的種，在所有觀察種中，其副衛細胞與表皮細胞，形態上有分化，推測此種分化應是原始性狀。依據兜蘭屬的進化關系：寬瓣亞屬為原始類群，兜蘭亞屬為進化類群，從兜蘭種垂周壁的進化程式上分析，推論圓形和近圓形應是較原始樣式，而平直-弓形和直形則是進化樣式；規則的多邊形表皮細胞為原始性狀，長多邊形至矩形為進化性狀。