显微镜成像是利用光学原理，必须使可见光线穿过被观察的物体，如果不透光就不能在视野中成像，因此显微镜观察的材料一定是薄而透明的．而一根头发、一粒芝麻种子、一片豌豆小叶不透明，只有一片菠菜叶表皮是薄而透明的，因此，在显微镜下能直接观察到细胞结构的是一片菠菜叶表皮．

故选D