寻找植物的通气孔

2011-08-31 00:32

 

马清温

植物进行光合作用、呼吸作用以及蒸腾作用等基本生理活动需要二氧化碳、氧气和水蒸气等气体进出植物体，气体进出植物体的通气口在哪里？植物的通气孔就位于植物体的表面，由于比较小，平时“粗心”的我们难以注意到它们的踪迹。在植物科学上，这些通气孔被称为气孔。

气孔就是植物与外界环境之间进行气体交换的通道，主要位于植物体叶片的表面，除了叶片之外，刚长出的幼茎上也有一些气孔分布。单个气孔非常小，是两个特殊形态的细胞（即保卫细胞）以及由其围绕形成的开口的总称。单靠肉眼不能分别出单个的气孔，要想看清楚单个气孔的形态和结构需要借助显微镜才行，在用显微镜观察之前还要进行一些处理。

观察植物气孔的形态结构和分布数量等信息，主要用电子显微镜或光学显微镜。要观察植物的气孔，一般就是观察植物的叶片上的气孔。气孔在叶片表面的分布状况和数量的多少与植物种类有关，处理之前对叶片进行仔细观察，有时能得到一些气孔分布的信息。虽然肉眼分辨不出单个的气孔，在植物叶片表面，有时肉眼可以很清晰的分辨出气孔分布集中的区域，如有的松柏类植物的气孔集中分布在叶片下表面，肉眼可见的叶片中脉两侧白色的条带，就是很多气孔聚集形成的气孔带。

用清水和小毛笔把要观察的叶片表面清洗干净，借助放大镜或直接把叶片放在解剖镜（体式显微镜）下，有时可以分辨出单个的气孔。扫描电子显微镜主要观察材料的表面，是观察气孔的极好工具。把简单清洗过的叶片放在扫描电子显微镜下观察，有时就能显示出清晰的气孔区域。对于不同的植物叶片，在扫描电子显微镜仔细寻找，有时能找到清晰的小孔，这些小孔就是由两个保卫细胞围成的气孔口。这种简单处理的方法，由于叶片表面杂质较多，有的植物气孔下陷，加上有的叶片表面有很多如表皮毛等附属结构，有时仅能分辨出小孔，保卫细胞以及其他细胞的形态也不容易看清楚，观察效果不理想。

观察植物气孔比较简易的处理方法是用无色指甲油，也就是把指甲油涂抹在叶片表面。指甲油干后从叶片揭下，叶片表面的细胞形态，包括气孔的形态都印在了指甲油上，把印有叶片形态的指甲油放在显微镜下观察，有时能取得理想的效果。

要观察到更清晰的保卫细胞及其周围细胞的形态，需要先对叶片进行化学处理。三氧化铬的水溶液浸泡法是比较常用的处理方法，对干燥或新鲜的植物叶片均适用。这种方法把叶片剪成小块后直接放入三氧化铬的水溶液，对于干燥叶片可以预先用水煮沸几分钟，再放入三氧化铬的水溶液，便于充分浸泡，缩短处理时间。浸泡到叶表皮与叶肉组织部分分离，也就是能分离出单层的表皮。把经三氧化铬的水溶液浸泡过的叶片放入到清水中，小心漂洗。在解剖镜下用解剖针小心分开叶片的上下表面，用小毛笔刷去叶肉部分及纤维等杂质。把表皮用甘油制成临时装片，用普通光学显微镜观察，或把表皮放在扫描电镜的载物台，用扫描电子显微镜观察。

三氧化铬的水溶液浸泡的这个过程有时仅需十几分钟，有时甚至长达数天，这与植物叶片的种类、三氧化铬的浓度、以及处理温度等因素有关，需要在实验过程中摸索出最佳处理时间，也就是保卫细胞最清楚，杂质最少的处理时间。用双氧水和冰醋酸的混合液取代三氧化铬的水溶液有时也能取得较好的观察效果。

化石植物是几百万年前、甚至几亿年前曾经在地球上生活过的植物。这些植物气孔特征的获取是用舒氏液处理，再用5%的氢氧化钾溶液冲洗。舒氏液由一份饱和氯酸钾溶液和二三份冷的浓硝酸配制而成, 或于二三份冷的浓硝酸中置入一份氯酸钾晶体，以新配制的试剂较好。将化石植物的叶片稍微用水浸湿后, 置于盛有不同浓度的舒氏液中, 随时观察叶片颜色的变化, 如由黑色转化为黄褐色, 立即用吸管或滴管将其取出, 浸入蒸馏水中，洗至中性。用5-10%氢氧化钾溶液滴在黄褐色的叶片上，有深褐色丝状或雾状物渗出, 解剖镜下用蒸馏水小心清洗。发现表皮剥离后, 用解剖针将叶片上下分开。经过处理之后获得的叶表皮用甘油封片或制成扫描电子显微镜观察的样品。

叶片经过化学处理后，获得表皮后用哪种显微镜观察获得的效果更好，也是非常关键的。对于比较薄、各部分反差小的样品，通常的方法是染色。表皮经过了染色处理后，由于各组分的着色能力不同，有时可以取得很好的效果。但也增加了表皮破碎的几率，有时难以获得大块的表皮特征。

利用相差显微技术或微分干涉显微技术，可以观察到比普通明视野显微镜反差更大、更清晰的效果。在相差显微镜中观察的反差是以样品中的密度差别为基础形成的，故相差显微镜的样品不需染色，就可以取得非常理想的效果。微分干涉显微镜用的是平面偏振光，将样品中厚度上的微小差别就会转化成明暗区别，增加了反差并且具有很强的立体感。利用微分干涉显微技术观察未染色的角质层，影像有浮雕感，用白光照明时可产生彩色影像，调借棱镜旋钮，背景颜色可以连续变化，可以更清晰的观察植物角质层的特征。

扫描电子显微镜有较大的景深，一般不受样品大小、厚度的影响，能获得具实感的三维物体图象，已成为研究植物表皮和气孔结构的一种比较普遍的设备。利用透射电子显微镜研究气孔的报道较少，还不是很普遍的一种方法。

对于不同的植物，获取气孔信息的方法不尽相同，需要在实验过程中不断的探索，找出适合特定植物的最好方法。获取到气孔的信息后，需要对气孔的特征进行解读，不同植物的气孔形态、结构和分布特征有差别，并且这些特征相对固定，因而气孔的特征可以作为植物分类的辅助标准。对于只有枝叶等营养结构的标本，如化石植物来说，表皮特征及气孔的信息是获取细胞信息的重要来源，是分类鉴定的重要依据。同时气孔的分布、数量和开闭等信息，受遗传和环境因素等的综合影响。反过来讲，气孔的这些信息在一定程度上也能反映出环境的质量和变化的信息。

 

 

《知识就是力量》，2011年第4期