探秘植物叶片微观结构及其应用

尹天齐

【摘要】：植物分类研究，是一项科学而重要的工作。本文从微观视角，观察与探究相似叶片的微观结构，并以此区分植物不同种类。从体式显微镜的观察中，我们发现不同植物甚至是叶片非常相似的植物的叶片表面的微观结构也可能是有很大区别的，植物叶片的微观结构是植物分类鉴别的重要依据，并保存不同植物的微结构图片，丰富植物鉴别数据。

【关键词】：植物，微观，比对，显微镜，分类

【引言】： 科学课上，老师教我们可以通过叶子的外形辨别植物的种类，如叶脉、叶形等。当我走进植物园发现有很多外形相似的叶子，尤其秋天地上的落叶来自不同的植物，仅从叶子外形很难分辨。利用植物叶片形态进行分类鉴别已经得到广泛应用，而利用微观形态进行植物分类鉴别则相对较少，另外，即使分类专家在鉴别难以区分的物种时，微观也会成为重要参考依据，但由于科学仪器发展的限制，微观形态照片并没有大量保存。即使我们访问一些专业植物鉴别网站，植物叶片的微观结构图片也是有着大量缺失的，有待进一步的补充。本实验目的在于验证植物微观形态的重要性，并保存其微观照片以作为后续其他人研究时的参考，丰富植物鉴别数据，并为进一步的计算机图片鉴别提供可靠材料。

1、实验材料与工具

体式显微镜一台、计算机一台、植物样本袋若干

2、实验步骤

1） 采集两片来自不同树木、外形相似的叶子，并标注物种名称。

2） 观察两片叶子的外形，叶脉形状，拍照记录。

3） 用显微镜观察第一片叶子，在计算机上保存图片。

4） 用显微镜观察第二片叶子，在计算机上保存图片。

5） 详细观察两片叶子的微观图片，分别记录它们微观特征。

6） 选择另外两组叶子，重复上面的步骤。

3、观察结果

通过对外形相似叶片的微观结构观察，大部分不同物种的微观结构呈现不同的状态，如气孔形状、气孔分布疏密度、绒毛长短等。

首先，从图中可以发现玉兰枯叶的气孔形态保持仍然完好，这说明植物叶片不会因为掉落而改变气孔形态；其次，从木兰科的几个物种看来，二乔木兰与玉兰的气孔形态较为相近，天目木兰和望春玉兰的气孔形态较为相近；而玉兰叶片气孔密度相对来说要比二乔木兰要高，天目木兰的气孔密度与望春玉兰的气孔密度相差不明显。

对比可以发现，玉兰叶片的气孔小，排列紧密；二乔木兰叶片的气孔大，排列紧密。另外， 玉兰叶片与二乔木兰叶片上的绒毛分布差别也较为明显。这一组叶片通过显微镜能夠清楚地分辨出来。

对比可以发现，毛白杨与加州白杨叶片背面气孔及形状都比较相似，但加州白杨叶片正面有较多气孔，而毛白杨叶片正面上几乎没有气孔。这一组叶片通过显微镜也能比较清楚地分辨出来。

紫薇与郁香忍冬的叶片外观形态极为相似，一般人员直接鉴别困难，借助体式显微镜我们可以看到郁香忍冬叶片背面的叶脉部位有绒毛，而紫薇叶片叶脉部位则比较光滑，另外从叶片正面来看其形态也有较大区别；郁香忍冬的气孔密度要小

还有部分外形相似的叶片，其微观结构也很类似，如不清楚其物种类别，很难鉴别分类。

对比可以发现，欧洲白榆叶片上的气孔较小 ，分布稠密；垂枝榆叶片上的气孔也较小，分布稠密。这一组叶片的微观照片也很相似，通过显微镜很难分辨出来。

植物叶片气孔器的分布、密度、形态等特征稳定，气孔器纵径、横径、纵径与横径比值、孔径等各项数值离散程度低，数据稳定，且不同种类植物叶片的气孔器具有不同的特征；因此基于气孔器特征的植物叶片样品的微观形态分析可适用于法庭科学领域相关物证的检验鉴定[1]。

4、讨论

通过对外观形态相似的不同植物叶片的微观形态观察，我们发现植物的微观结构能明显的将不同植物区别开来，这与国内其他研究结果一致[2][4][5]。

尽管利用植物微观形态进行植物鉴别已经得到广泛应用，植物的微观形态结构图片保存还存有较大缺口，进行植物分类鉴别将极度依赖专业分类人员，若能利用专业人员观察的微观形态图片，则非专业人员根据已经确定的微观形态的照片也可以进行分类鉴别；另外，由于能将微观形态以图片形式进行存储，非专业人员依靠现在高速发展的网络进行专家求助或借助自动分析软件，也能达到精确鉴别的目的，打破时空限制。

基于叶片图像进行计算识别的研究在国内外已经得到快速发展[3]，但植物叶片的微观结构的图片还有待补充和完善，我们所进行的植物叶片微观形态的观察，不仅可补充植物叶片微观形态鉴别内容，还能为将来进一步利用植物微观形态图片进行计算机深度学习鉴别植物物种提供基础材料。

根据我们的实验观察，植物叶片的微观形态不是植物鉴别的唯一依据，不同的植物的某些微观形态可能会有相似结构，尤其是同科及同属植物，因此，在进行植物物种鉴别时，应将其微观形态与植物其他形态特征进行结合。

参考文献

[1] 基于气孔器特征的植物叶片微观形态的鉴别，夏攀等，理化检验：物理分册2013年第6期 371-374页，391页；

[2] 大青属6种药用植物叶片的显微鉴别研究，乔娟娟等，现代中药研究与实践，2016年03期，10-15；

[3] 基于叶片图像的植物鉴别技术研究进展，邵新庆等，甘肃农业大学学报，2010年02期，156-160；

[4] 北细辛及其近缘植物叶片显微结构比较研究， 欧阳艳飞等，特产研究，2016年03期，36-41

[5] 基于药材性状及显微组织特征的芫花条与其混淆品的鉴别， 金艳等，中国中药杂志，http：//kns.cnki.net/kcms/detail/11.2272.R.20171030.1834.024.html . DOI：10.19540/j.cnki.cjcmm.20171030.012.