香紫苏叶片表面微区元素成分分析研究

本文通过环境扫描电镜香紫苏对叶片表面结构进行了观察,结果表明香紫苏叶片表面被覆大量表皮毛。元素分析表明电子探针可以很好地对叶片元素种类和含量进行测定;线扫描和面扫描分析显示,香紫苏叶片表皮毛中的C、O和K元素含量明显高于其他部位,而其他元素分布则比较均匀。因

香紫苏叶片表面微区元素成分分析研究1

陈兆波1，甘露2，余龙江2，朱玉梅3，栗茂腾2*

1.中国农业科学研究院，北京（100045）

2.华中科技大学生命科学与技术学院，武汉（430074）

3.山东医学高等专科学校现代教育技术中心，山东临沂（276000）

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摘 要：本文通过环境扫描电镜香紫苏对叶片表面结构进行了观察，结果表明香紫苏叶片表面被覆大量表皮毛。元素分析表明电子探针可以很好地对叶片元素种类和含量进行测定；线扫描和面扫描分析显示，香紫苏叶片表皮毛中的C、O和K元素含量明显高于其他部位，而其他元素分布则比较均匀。因此，电子探针可以快速对叶片表面特定区域以及特殊结构进行元素种类和含量分析。

关键词：香紫苏，元素含量，微区分析

香紫苏(Salvia sclarea L.)是唇形科鼠尾草属著名香料植物[1]，为二年生或多年生双子叶草本植物，具有耐寒、耐旱以及耐瘠薄等特性。香紫苏原产欧洲，现主要在法国、俄罗斯、乌兹别克斯坦等国栽培[2－4]。我国从20世纪70年代初开始引种，目前已在我国西部某些省份形成种植基地。由于香紫苏油主要成分中含有芳樟醇、香叶醇等香味成分，使香紫苏油具有了琥珀香气及清甜柔和的药草香气[5]；香紫苏中的多种药用成分具有消炎[6]、抗菌杀菌活性

[7]、抗癌[8]等药效。此外，香紫苏醇在防治小麦锈病和大豆锈病等[9]、杀虫[10]以及植物防御功能方面[11]也具有一定的作用，但是关于叶片表面结构及其表面特殊结构的元素分析未见报道。

元素分析是农业生产中最为重要内容之一，传统测定植物中元素含量的方法很多，常用的有原子发射光谱法、原子吸收分光光度法以及标准加入法等[12-16]，这些方法都可以准确的测定出植物叶片中的元素含量，但样品的处理过程比较繁琐，只能得出叶片中元素的平均含量。但对于叶片表面的特殊结构、叶片表面单个细胞以及某些特定区域内的元素分布状况的测定等方面的研究还未见报道。“电子探针”是指用聚焦很细的电子束照射要检测的样品表面，用X射线分光光谱仪测量其产生的特征X射线的波长和强度，新鲜叶片在环境扫描电镜下找到特定的区域后，它可以在不破坏样品的情况下本试验直接分析叶片上特殊结构以及细胞中的各种元素的含量以及在特定区域中的分布情况[17]。本文以香料植物香紫苏叶片为研究对象，运用电子探针微区分析技术，分析了其叶片细胞内元素含量以及在叶片表面特殊结构内不同元素分布规律。

1. 材料和方法

1.1试验材料

选取华中科技大学试验田种植的香紫苏材料，取健康成熟叶片用于扫描电镜和微区元素分析，土壤类型为酸性黄棕壤。

1.2试验方法

1.2.1 叶片表面扫描电镜分析

将超纯水清洗过的新鲜叶片通过Quanta 200环境扫描电镜进行叶片表面结构察。 1本课题得到中国博士后科学基金 (2004035016) 和岩溶动力学重点实验室开放基金资助。

本文通过环境扫描电镜香紫苏对叶片表面结构进行了观察,结果表明香紫苏叶片表面被覆大量表皮毛。元素分析表明电子探针可以很好地对叶片元素种类和含量进行测定;线扫描和面扫描分析显示,香紫苏叶片表皮毛中的C、O和K元素含量明显高于其他部位,而其他元素分布则比较均匀。因

1.2.2 叶片元素含量分析

通过扫描电镜并选择叶片合适区域，对能谱各项参数进行选择，定量分析而得到叶片能谱分析图谱和元素含量，本试验使用能谱仪的检测极限为0.1%。

1.2.2 叶片表面线扫描分析

先做整个图像的能谱分析，再设定Peak ID中的元素，选择Maps/Line 菜单中的Line进入线扫模式，画出需要扫描的线段。然后电子束沿着指定的方向做直线轨迹扫描而得不同元素沿直线的浓度分布情况。

1.2.3 面扫描分析

选择一定的扫描区域做Maps分析，此时在荧光屏上便可看到该元素的面分布图像，图像中的亮区表示某种元素的分布，亮度越高，说明该元素的含量越高。

2 结果与分析

2.1 香紫苏叶片表面结构特征及叶片元素分析

发达的毛壮体是一些旱生植物的主要特征之一。扫描电镜观察发现，香紫苏叶片表面被覆大量表皮毛，并且苗期真叶表面的表皮毛更加发达；随着叶片的发育，叶片表面的表皮毛逐渐脱落，但在叶片的表面可见有大量发育早期的表皮毛（图 1a）；进一步观察显示香紫苏叶片上下表皮很不平整，在叶片表面存在很多有规律的下陷区域，这些下陷区域的存在为水分的吸收和短暂保存具有一定的作用。香紫苏叶片表面的表皮毛呈现白色，为在炎热的夏季反射阳光直射，使叶肉免受热灼起到一定的作用。新鲜叶片在抽真空后，扫描电镜观察可见这些表皮毛发生了明显萎缩（图 1b），说明香紫苏叶片表面表皮毛结构也可能为适应干旱环境而逐渐生成具有储水组织的结构。

通过电子探针对土壤和香紫苏叶片进行了能谱分析发现，香紫苏叶片中元素可检测出的种类和含量与土壤中元素种类和含量具有一定的差别（图 1c, 1d），如土壤中K和C元素的含量很低，而香紫苏叶片的含量则比较高，而Si和Al元素的含量则是土壤中含量则相反；其他的元素，比如Cl、S、P三种元素在土壤中根本检测不到，在香紫苏中则可以检测到，这可能是土壤中这几种元素的含量太低，低于本试验使用能谱仪的检测极限为0.1%。元素分析结果表明香紫苏对土壤中的元素的吸收具有选择性。

本文通过环境扫描电镜香紫苏对叶片表面结构进行了观察,结果表明香紫苏叶片表面被覆大量表皮毛。元素分析表明电子探针可以很好地对叶片元素种类和含量进行测定;线扫描和面扫描分析显示,香紫苏叶片表皮毛中的C、O和K元素含量明显高于其他部位,而其他元素分布则比较均匀。因

图1 香紫苏叶片表面结构特征及元素种类

说明：a 为叶片表面的表皮毛；b 在抽真空过程中叶片表面的表皮毛明显萎缩；c和d分别表示土壤中和香

紫苏叶片中元素种类和相对含量

Fig 1 The leaf surface structure of Salvia sclarea L and the element category and content

Note: a was the epitrichoderm in the leaf surface; b was the epitrichoderm of surface was obviously shrink in the process of vacuum; c and d were the element category and content in the soil and in the leaf of Salvia sclarea L

2.2 香紫苏叶片表面微区成分分析

香紫苏叶片表面元素分布很不均匀，在线扫描所划定直线的不同分析点呈现一定变化（图2），比如C、O和K元素的重量百分比变化范围在12%～55％、4%～35％以及11%～49％。在线扫描划定直线范围内，叶片表面的表皮毛被包括在内。线扫描分析表明，叶片表面的表皮毛中的C、O和K元素的含量明显高于没有表皮毛分布的部位。在整个表皮毛所在区域C和O元素的含量较其他部位高；K元素在表皮毛上的分布则有少许不同，即K元素在表皮毛的基部含量低于表皮毛的其他部位。其他元素在表皮毛上的分布和叶片表面的其他部位变化趋势类似。

面扫结果显示，Al、Cl、Mg、P、Si和S六种元素在在面扫范围内分布比较均匀（图3），从图3还可以看出，这六种元素在在划定区域内显示的密度明显低于C、O和K元素，这和元素分析结果相一致。进一步观察发现，C、O和K元素在面扫描区域的亮度和密度在不同部位存在明显的差别，有的部位这些元素的密度明显高于其他部位，

和该部位扫描电镜观察照

本文通过环境扫描电镜香紫苏对叶片表面结构进行了观察,结果表明香紫苏叶片表面被覆大量表皮毛。元素分析表明电子探针可以很好地对叶片元素种类和含量进行测定;线扫描和面扫描分析显示,香紫苏叶片表皮毛中的C、O和K元素含量明显高于其他部位,而其他元素分布则比较均匀。因

片对比发现，这些部位是表皮毛分布区域，这说明表皮毛中C、O和K元素含量相对其他部位要高的多，该结果和线扫描结果类似。由此可以得出结论，利用电子探针可以很好地分析出微区内特殊结构的元素种类和相对含量。

图2 不同元素在线扫描区域内的分布和含量

注：a表示在直线长度为472.32 nm的范围内扫描236个点，每个点的面积为0.512 nm× 0.408 nm；b 在线

扫描区域范围内9种元素的分布情况

Fig 2 The distribution of 9 elements and content in the line scanning region

Note: a, 236 points was analyzed in the 472.32 nm scanning line, the area was 0.512 nm× 0.408 nm; b, the

distribution of 9 elements alone the restricted line.

本文通过环境扫描电镜香紫苏对叶片表面结构进行了观察,结果表明香紫苏叶片表面被覆大量表皮毛。元素分析表明电子探针可以很好地对叶片元素种类和含量进行测定;线扫描和面扫描分析显示,香紫苏叶片表皮毛中的C、O和K元素含量明显高于其他部位,而其他元素分布则比较均匀。因

图3 香紫苏叶片面扫描划定区域内元素分布状况

Fig 3 The element distribution in the leaves by map scanning

3. 讨论

香紫苏具有很强的抗旱、抗寒以及抗贫瘠等特性，因此该植物已成为我国西部部分省份重要香料作物之一。目前，国内外对香紫苏的研究主要集中在香紫苏中天然产物的提取、分离和功效研究方面，而对于叶片超微结构、叶片以及叶片表面特殊结构的元素分析则未见报道。本文对香紫苏叶片表面结构进行了初步分析，结果表明叶片表面被覆大量的表皮毛并且呈现银白色，这些叶片表面特征可能是其适应干旱环境的机制之一。

对植物进行元素分析的方法很多，目前常用的有原子吸收分光光度法 [12

高频等离子体原子发射光谱分析 [18-20]、标准加入法以及Gran作图法等 [15－14]、电感耦合，16]。以上几种元素分析方法虽然可以对植物叶片进行元素分析，但样品处理非常复杂，

只能分析样品中元素

本文通过环境扫描电镜香紫苏对叶片表面结构进行了观察,结果表明香紫苏叶片表面被覆大量表皮毛。元素分析表明电子探针可以很好地对叶片元素种类和含量进行测定;线扫描和面扫描分析显示,香紫苏叶片表皮毛中的C、O和K元素含量明显高于其他部位,而其他元素分布则比较均匀。因

的平均含量，而对于叶片微小区域以及叶片表面特殊结构的元素分布和含量则无能为力。“电子探针”是一种多功能、多用途的显微分析仪器，该技术在冶金、地质、电子材料、考古及其他领域中已经得到了日益广泛的应用，但通过电子探针对植物进行分析研究的还很少[17]。电子探针的主要优点主要包括以下两点：一是不破坏植物样品就能分析元素成分和含量；二是可以进行叶片表面特殊结构和微小区域内的元素分析，通过元素的点分析、线扫描和面分布分析，可以进行特定区域内元素的分布和含量进行分析，例如本试验通过线扫描和面扫描分析得出香紫苏叶片表皮毛中C、O和K元素的含量明显高于其他部位，而叶片其他部位中的其他元素基本呈平均分布。由于电子探针可以分析叶片表面特殊结构以及微小区域内的元素含量以及分布，这是其他传统方法不能实现的，其操作以及样品处理比较简单，在植物元素分析中具有广泛的应用价值，对于进一步发展土壤和植物养分的快速诊断技术具有重要的意义。

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本文通过环境扫描电镜香紫苏对叶片表面结构进行了观察,结果表明香紫苏叶片表面被覆大量表皮毛。元素分析表明电子探针可以很好地对叶片元素种类和含量进行测定;线扫描和面扫描分析显示,香紫苏叶片表皮毛中的C、O和K元素含量明显高于其他部位,而其他元素分布则比较均匀。因

The element analysis in the microzone of the leaves of Salvia

sclarea L

Chen Zhaobo1，Gan Lu2，Yu Longjiang2，Zhu Yumei2，Li Maoteng2*

1. The Chinese Academy of Agricultural Sciences，Beijing （100045)

2. College of Life Science and Technology，Huazhong Unversity of Science and Technology，

Wuhan（430074)

3. Modern Education Center, Shandong Medical College，Linyi，Shandong（276000)

Abstract

The electronic scanning microscope was used in analyzing the leaf surface structure of Salvia sclarea L and lots of epidermal hairs were observed. The results shown that the electronic probe can be commendably used in analyzing the element category and content. The electronic probe method has the merits of simple pre-treatment without sample destruction and the analyses of the element content and their distribution in microzones, therefore it is widely used in metallurgical, geological, archeological fields. In this paper, we analyzed the element composition and contents in the mesophyll cells of Salvia sclarea L by using electronic probe. The linear scanning and map scanning methods shown that the element was distributed uneven in the leaf surface of Salvia sclarea L and the content of C, O and K elements in the epitrichoderm was obvious higher than that of other parts of leaves. In conclusion, the electronic probe technology can be effectively used in analyzing element content in microzone of plant leaf surface.

Keywords：Salvia sclarea L，Element content，Microzone analysis

作者简介：陈兆波（1973－），男，博士，工作单位，科技部中国农村技术开发中心。

本文来源：https://www.bwwdw.com/article/kskj.html