植矽體

植物矽酸體，簡稱植矽體，植矽體是指某些高等植物從地下水中吸取可溶性二氧化矽而後沉澱於植物細胞內或細胞外部位置，由此形成的含水非晶態二氧化矽顆粒。是植物身體裡的結石。

基本介紹

• 中文名稱：植矽體
• 又名：植物矽酸體
• 研究歷史：4個階段
• 存在於：細胞或者細胞之間

研究歷史

植矽體的研究歷史可以簡單地劃分為4個階段：

（1）發現和探索階段（1835-約1900年）：植矽體首先在現代植物中被觀察到，並被命名以及從一些環境中分離出來。

（2）植物學階段（約1900-1936年）：其研究中心在德國，植矽體首先在歐洲被廣泛地認識到來源於植物組織，於是其生產、形態和分類學的研究就正式地開始了，並開展了植矽體分析在考古學方面的最早套用。

（3）生態學研究階段（1955-約1975年）：西方土壤學家和植物學家首先開始把植矽體分析套用於古植物學的幾個重要問題，禾本科植矽體的形態得到詳細研究，落葉和針葉植物的矽質體研究也已開始，植矽體分析第一次被套用於研究北美的植被歷史。

（4）現在考古植矽體研究階段（約1971-至今）：考古植物學家開始系統地研究植矽體在現代植物中的生產和形態，以及植矽體在考古和地質沉積物中的出現頻度和分布。

基本特徵

（1）植矽體產量大，分布範圍廣。從高山到平原，從湖泊到海洋，從森林到草原，凡有植被的地方，即有植矽體的存在。植矽體的這一優點為其研究和套用提供了方便。

（2）植矽體理化性質穩定，具有耐腐蝕性。當植物死亡或凋謝之後，植矽體不會分解，而完整地長期保存於土層中。

（3）植矽體具有極佳的耐高溫特性。在溫度低於700℃時，其物理、化學性質不會發生變化。一般說來，經過高溫處理的考古樣品，往往不再含有化石，因而這種抗高溫性能可使植矽體理想地套用於經高溫處理的依存分析之中。

（4）植矽體形成於植物器官，隨腐爛了的植物，沉積於原地土壤中，而非空氣中，所以，多數植矽體記錄具有原地沉積的特點，特別對考古遺址植物歷史的記錄，更為精細和穩定，優勢十分顯著。

（5）植矽體形態的重複性、規律性和獨特性。植矽體在形成過程中“複製”了細胞體的原本形態，植物科和亞科之中總是同樣類型的細胞或組織被矽化。不同植物可以產生不同的植矽體形態組合和獨特的個體形態。

套用

植矽體研究在國外開展較早，在我國是近幾十年才開展起來的一門研究古環境古氣候的新興的邊緣學科，儘管如此，現已在考古學及古環境古氣候解釋及植物起源中取得可喜的成果。利用植矽體分析可以提取沖積物中賦存的古植被信息，利用植矽體進行古植被重建、古氣候學研究是當前國際上生物地層、氣候地層研究的一個新興方向。

植矽體在考古學中的套用

考古學是植矽體套用相對廣泛的領域之一，最早可追溯到上個世紀90年代初期。植物矽酸體在三個方面為考古學提供證據：野生植物的可利用性，栽培作物的起源和擴散，古人類遺址的環境變遷。

考古土壤中的植矽體組合代表了原地腐爛的植物殘留。因此，植矽體組合在某種程度上能反映微觀的環境變化及相關的文化活動。一般來說，由於人類使用植物的活動，考古遺址各層在堆積過程中，可能存在大量植物的莖和葉。莖和葉腐爛後，植矽體——這種矽化細胞和組織能夠長期保存，而且數量較多。姜欽華等通過對石家河文化時期的堆積物進行植矽石分析，統計有重要意義的植矽體形態類型，發現水稻扇形植矽石，稻啞鈴型，水稻穎殼三種對鑑定稻作農業最為重要的三種植矽體類型。鄭雲飛和俞為潔等對河姆渡遺址和羅家角遺址進行植矽體分析發現了起源於水稻葉片運動細胞植矽體，並把兩遺址的植矽體形狀特徵進行比較，發現此兩遺址的稻分別為粳稻和秈稻。Pearsall等利用十字型植矽體、塊狀植矽體鑑定出玉米。

植矽體研究在古環境解釋中的套用

沉積物中植矽體的組合特徵記錄著一個地方不同時期的植被面貌，植被面貌的變化主要受控於氣候和環境的變化，所以根據植矽體組合特徵可以了解該區域的植被變遷，從而推斷該區域的氣候和環境變化。植矽體分析廣泛地套用於重建古氣候、古環境、古植被。

在我國，經過近幾十年的發展，植矽體定量分析也逐步成熟，通過對黃土、泥炭、海洋沉積物、湖泊沉積物以及考古土壤等沉積物中富含的植矽體進行分析，成功地重建了古環境、古氣候，發現氣候冷暖波動規律及一些特殊環境事件。

呂厚遠和劉東生等通過對渭南、寶雞和蘭州剖面進行植矽體分析表明，末次間冰期以來，在黃土高原南部，主要發育森林草原和發育草原，只有在降水量超過800mm以上，在其後最適宜期，才能有短期的森林植被發育。范斌和許世遠等對巢湖南靈鑽孔的植矽體化石進行系統研究，劃分出六個植矽體組合帶，並根據各組合帶反映的古生態、古環境特徵，發現自5600aBP以來氣候分為3個相對寒冷期和3個相對溫暖時期，並泰倫了個時期巢湖流域的環境變遷。顧延生等對浙江長興中-晚更新世紅土進行分析，發現含有豐富的植矽體形態類型，主要來自草本植物、闊葉和裸子植物等。運用植矽體和分子化石的相關指標揭示了紅土沉積時期的植被與氣候信息。

形態

按照王永吉的分類系統，主要類型有：方型、長方型、扇型、十字型、啞鈴型、多鈴型、短鞍型、長鞍型、抬高中鞍、齒型、帽型、短尖型、長尖型、平滑棒型、刺邊棒型、突起棒型、波狀棒型、穴狀棒型、三稜柱型、多面體型、靴狀、薄板型、不透明孔板、石化細胞、網脊塊狀、紡錘型、導管型、Y型、球型等。此外還有大量的炭屑、硅藻和燃燒植矽體，反映人類的活動。其形態特徵、分類、來源說明如下：

掃描電子顯微鏡下植矽體形態

方型、長方型（Parallelepipedal bulliform cell）、扇型（Cuneifor bulliform cell）：從植物細胞學的角度，扇型、方型、長方型植矽體都來源於植物體內的機動細胞，也就是說他們具有一定的同源性，並且，有少量的方型和扇型形態本來就是同一植矽體個體的不同側面，因此，方型、長方型、和扇型的分布呈現非常相似的側面。扇型呈扇狀或楔形，大小在70μm左右，多產於植物葉片機動細胞，多種植物產此形態，其中禾本科中多產於畫眉草亞科和黍亞科，竹亞科也產扇形，主要分布在我國的亞熱帶到熱帶地區。

啞鈴型（bilobate）：形狀如啞鈴，有雙葉片，大小在25μm左右，主要形成於表皮短細胞，主要產於黍亞科，蘆竹亞科植物。其兩鈴外端輪廓比較薄弱，柄較短；十字型，其兩鈴分叉。多產生於C4植物，主要分布於熱帶、亞熱帶濕潤地區。

多鈴型（Cylindrical Polylobate）：有二個或兩個以上的葉片串狀排列，葉片對稱分布，大小小於35μm，其分類學意義不明確，有可能產生於黍亞科、畫眉草科亞科、早熟禾亞科。

十字型（Cross）：有四個葉片，大小為15μm左右，主要形成於表皮短細胞，多產生於黍亞科，分布於熱帶、亞熱帶暖濕地區。

短鞍型（Square saddle）：形似馬鞍，其面寬大於高，小於15μm，形成於表皮短細胞，多產生於畫眉草亞科，主要分布在熱帶、亞熱帶乾旱、半乾旱地區，短鞍型也產生於蘆竹亞科，其平面形態如帶柄的水杯。

長鞍型（Oblong concave saddle）：長鞍型和竹節型是同一形態不同側面的描述名稱，是相對畫眉草亞科的短鞍型和蘆竹亞科的中鞍型而言的。大小小於20μm，主要形成於表皮短細胞，長鞍型和竹節型是竹亞科的標誌形態，主要分布於溫暖的半乾旱到濕潤地區，要求有較高的溫度和降水量，多為C3植物。

齒型（Trapeziform sinuate or crenate）、帽型（rondel）：齒型分為短齒型和長齒型，短齒型形如平底船或不規則四邊形狀，長齒型兩邊齒狀平行，齒狀或尖、圓或呈直角形，大小在35μm左右；帽型有各種形狀，最基本的形狀象展開的裙子，有的有紋飾突起，大小在15μm左右，主要形成於表皮短細胞；這兩種形態主要形成於早熟禾亞科、畫眉草亞科、蘆竹亞科，早熟禾亞科屬C3植物，主要分布在溫涼、濕潤的高緯度、高海拔地區。

平滑棒型（Elongate smooth）、突起棒型（Elongate echinate）：呈棒狀，大小在100μm左右，無明顯的分類學意義，主要形成於表皮細胞的長細胞，主要分布在溫帶到亞熱帶地區。

長尖型、短尖型（Unciform hair cell）：形狀呈針狀或鉤狀，大小多小於50μm，主要形成於毛狀細胞，主要分布於溫帶到亞熱帶的地區土壤中。

多面體型（Polyhedron aggregate）、導管型（Vascular tissue）、靴型（Clavate contorted）、薄板型（Platelet polygon）、球型（Globular granulate）等多來自於木本植物。

多邊帽型（Polyhedron with conical projection）：鏡下多為空心錐形，其形態表現為一個大圓裡面有個小圓，或是在五邊形或六邊形底盤上中心發育一個圓椎體，大小為40μm，在莎草科植物中居多，多生長於較濕環境。