張艷萍，劉衛(wèi)東，龍達，張雕，曾廣輝

(1.吉安市林業(yè)科學研究所，江西吉安343011；2.中南林業(yè)科技大學·林學院，湖南長沙410004；3.信陽市林業(yè)科學研究所，河南信陽464000）

觀賞桃作為一種觀賞植物，區(qū)別于人們以往慣有的果桃的概念。果桃偏重其果實的經(jīng)濟價值，而觀賞桃更偏重在城市園林應用方面的價值。觀賞桃因其極高的觀賞價值和吉祥的寓意，自古就深受人們的喜愛，形成了深厚的桃花文化。

觀賞桃新品種選育和花期調(diào)控一直是目前研究的熱點，現(xiàn)培育出的觀賞桃品種已達126個[1]。關(guān)于植物葉片解剖結(jié)構(gòu)的研究主要集中在葉的表皮細胞結(jié)構(gòu)、氣孔類型、色素類型及含量等方面[2]。在觀賞桃中也發(fā)現(xiàn)不同生長環(huán)境中的葉片在氣孔、葉片解剖結(jié)構(gòu)上存在顯著的差異[3-4]。董曉民[5]等人研究發(fā)現(xiàn)耐旱性較強的品種扁桃品種濃帕爾葉片最厚，相應的角質(zhì)層、上下表皮厚度、柵海比、葉片緊密度等也最大；耐旱性較弱的普通桃品種玉妃葉片最薄，上下表皮、角質(zhì)層厚度及柵海比均最小。郭改改[6]對生長在降雨量不同區(qū)域的扁桃品種進行葉片解剖，對比葉片結(jié)構(gòu)發(fā)現(xiàn)降雨量最小的榆陽區(qū)長柄扁桃的葉片最小且最厚，對應的角質(zhì)層、上表皮厚度、葉片緊密度等也最大，具備很強的抗旱能力。有學者還把葉片結(jié)構(gòu)作為抗寒性的綜合評價指標，郭學民[7]等野外實地調(diào)查16個品種桃樹干抗寒性，然后隸屬函數(shù)法對各品種葉片解剖結(jié)構(gòu)綜合評價，所得出的抗寒性類型劃分與野外實地調(diào)查結(jié)果一致。

環(huán)境條件的差異會導致植物葉片解剖結(jié)構(gòu)的變化[8]，陽生植物和陰生植物或陽生葉片和陰生葉片在解剖結(jié)構(gòu)與生理指標均差異顯著[9]。目前還沒有對觀賞桃雜交子代幼苗光合特性的研究，光合是植物生長及發(fā)揮其他經(jīng)濟價值的內(nèi)在基礎，觀賞桃葉片解剖結(jié)構(gòu)的差異是否會導致其光合特性的差異還不清楚。為此，本研究比較觀察了觀賞桃5種F1代苗期葉片的解剖結(jié)構(gòu)及光合特性，旨在比較分析葉片解剖結(jié)構(gòu)與光合之間的關(guān)系。

1 材料與方法

1.1 材料

2018年2－4月在湖南省森林植物園開展觀賞桃人工授粉雜交實驗，雜交組合見表1。于晴天采集盛花期的即將開放的元春、白花山碧、粉花山碧花朵，將其帶回實驗室收集花粉，低溫保存?zhèn)溆?。按去?授粉-套袋的順序進行人工授粉。2018年8月果實成熟，采回取出果核，清洗干凈后放置在干燥環(huán)境中，沙藏過冬，得到F1代種子。2019年3月以草炭土∶黃土∶珍珠巖=3∶1∶1比例配制營養(yǎng)土，初種植于外口徑高為30 cm×22 cm規(guī)格的PP塑料花盆中，得到F1代實生苗，室外環(huán)境下生長，統(tǒng)一水肥管理。6月開始進行實驗指標測定。

表1 親本材料及雜交后代名稱Tab.1 Parent material and hybrid progeny names

1.2 方法

1.2.1 光合作用測定

以5種觀賞桃F1代當年生幼苗為研究對象，每個雜交組合分別挑選3株長勢良好的幼苗作好標記，于2019年6、7、8、9月利用LI-6400便攜式光合儀測定凈光合速率(Pn)。

1.2.2 葉片解剖結(jié)構(gòu)及表皮氣孔觀察

光合測定全部完成后，取下有標記的葉片，進行葉片解剖和表皮氣孔觀察。按常規(guī)石蠟切片技術(shù)制片，切片厚度8~10μm，番紅-固綠染色，以加拿大中性樹膠封片，制成永久切片[10]。OLYMPUS-BX51型光學顯微鏡和cellSensEntry圖像分析系統(tǒng)拍攝照片和統(tǒng)計葉片厚度(TL)、葉脈厚度(TMV)、上表皮厚度(TU)、下表皮厚度(TLE)、葉脈厚度(TMV)和柵欄組織(TP)。

表皮制片及氣孔密度(DS)，用雙氧水—醋酸離析法制片，OLYMPUSBX51型光學顯微鏡和cellSensEntry圖像分析系統(tǒng)拍攝照片和計算氣孔密度。

1.3 數(shù)據(jù)處理

數(shù)據(jù)使用SPSS.25進行顯著性差異分析、相關(guān)性分析以及隸屬函數(shù)分析，利用Oringin.2018、Excel進行統(tǒng)計作圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 觀賞桃F1代凈光合速率比較

凈光合速率直接反映植物光合作用的強弱。觀賞桃5種F1代不同月份凈光合速率（Pn）日變化如圖1所示。6月、9月5種F1代Pn日變化曲線趨勢似單峰型，都在12點達到峰值。7月、8月Pn日變化曲線出現(xiàn)“M”型趨勢，存在“光合午休”現(xiàn)象。出現(xiàn)“M”型趨勢的F1代不同，7月為MM、FJ、JJ，8月為BM、MM。7月份第1次峰值在10點出現(xiàn)，8月份第1次峰值則在12點出現(xiàn)。7月和8月第2次峰值均出現(xiàn)在16點，且第1次峰值均高于第2次峰值。

從Pn日均值和Pn峰值來看，在6、7、8月份BM、YM的Pn日均值均顯著高于MM。FJ在6、7月顯著高于JJ，8、9月JJ高于FJ，每個月的Pn峰值也符合這一規(guī)律。表明雜交子代BM、YM的光合能力強于親本自交MM，F(xiàn)J和JJ光合能力相當。同時5種F1代各自的最小Pn日均值集中在9月，表明其9月的光合能力在4個月中的最差。

2.2 觀賞桃F1代葉片結(jié)構(gòu)的比較

2.2.1 氣孔密度的比較

觀賞桃氣孔器為橢圓形或長圓形，由2個腎形保衛(wèi)細胞構(gòu)成，形狀對稱（圖2，ST），并分布于下表皮，上表皮無氣孔分布。5種供試材料的氣孔密度（Ds）最高達265.40個·mm-2，由大到小依次為絳桃自花（JJ）＞白花山碧×滿天紅（BM）＞粉花山碧×絳桃（FJ）＞元春×滿天紅（YM）＞滿天紅自花（MM）（表2），YM、BM顯著高于親本MM，JJ與FJ差異不顯著。

2.2.2 葉肉解剖結(jié)構(gòu)特征

圖2 觀賞桃下表皮氣孔顯微結(jié)構(gòu)Fig.2 Microstructure of stomata in the lower epidermisofornamental peach

從葉片非主脈部分橫切圖可知，5種F1代葉肉均有明顯的柵欄組織（圖3，PA）和海綿組織（圖3，SP），因此為典型的異面葉?？拷媳砥さ臇艡诮M織細胞為長柱狀，細胞豎著排列為兩層，胞間隙較小。海綿組織細胞位于柵欄組織和下表皮之間，多為短柱狀或橢球形，相互連接成網(wǎng)，無規(guī)則放置胞間隙較大。由表3可知，觀賞桃柵欄組織（TP）厚度由大到小依次為JJ＞FJ＞BM＞MM＞YM，JJ顯著高出YM62.70%。由圖3可看出上表皮（UE）和下表皮（LE）均由不規(guī)則的單層細胞構(gòu)成，排列緊湊，而單個細胞的大小存在明顯的差異，造成上表皮較厚，下表皮薄，但不同F(xiàn)1代之間上下表皮的厚度差異不顯著。

圖3 觀賞桃葉肉解剖圖Fig.3 Anatomy of ornamental peach leaf meat

2.2.3 主葉脈結(jié)構(gòu)特征

葉脈是支撐葉片的骨架，在葉脈的最外面往往存在2～3層的厚角組織，能夠?qū)θ~脈起到很好的保護作用。5種觀賞桃F1代的葉脈厚角細胞如圖4，CO所示，厚角細胞形狀規(guī)則排列整齊緊密。緊挨著厚角組織的是薄壁組織，薄壁組織層較厚，細胞無規(guī)則，大小也不一致，排列緊密但不整齊（圖4，PC）。維管束位于葉脈中間，維管束鞘由很小的厚壁細胞密集排列構(gòu)成（圖4，VS），木質(zhì)部排列成扇形（圖4，XY）。主脈的大小直接影響水分和養(yǎng)分的運輸能力與效率，主脈越粗則水分控制能力越強，在高溫及旱熱環(huán)境下通過提高蒸騰能力降低葉表溫度，使機體免受傷害[11]。BM、YM的主脈厚度(TMV)分別高出親本MM42.07%、6.33%，JJ顯著高出FJ12.01%。進一步比較維管束面積(VA)、木質(zhì)部面積(XA)發(fā)現(xiàn)與主脈厚度規(guī)律一致，說明BM、YM葉片內(nèi)部的物質(zhì)運輸能力優(yōu)于親本MM，而FJ相反。

2.3 凈光合速率與葉片組織結(jié)構(gòu)參數(shù)相關(guān)性分析

凈光合速率（Pn）與氣孔密度（DS）、柵欄組織厚度（TP）、葉脈厚度（TMV）極顯著正相關(guān)，而與上表皮厚度（TU）顯著負相關(guān)；DS與TMV極顯著正相關(guān)，與TP顯著正相關(guān)；TP與海綿組織（TS）、葉片厚度（TL）極顯著正相關(guān)，與TMV顯著正相關(guān)，而與TU顯著負相關(guān)。葉片各組織結(jié)構(gòu)聯(lián)系密切，使葉片成為有機的整體，并不斷適應環(huán)境，保證為植物高效的合成有機物打下了基礎。

表3 觀賞桃葉組織結(jié)構(gòu)參數(shù)差異分析Tab.3 Tissue Structure Parameters of ornamental peach

圖4 觀賞桃主脈解剖圖Fig.4 Anatomy of the main vein of ornamental peach

2.4 光合性能綜合分析

本文測定了5種F1代4個月份的光合日變化，得出較為一致的凈光合速率強弱順序；同時采取石蠟切片技術(shù)對5種F1代葉片進行結(jié)構(gòu)解剖，比較得出凈光合速率較強的雜交組合其葉片柵欄組織厚度、主脈厚度、氣孔密度均較高，表明葉片解剖結(jié)構(gòu)和凈光合速率有一定的相關(guān)性，相關(guān)性分析證明了這一點。為了綜合光合參數(shù)、葉片解剖指標兩個方面對光合性能的影響，能夠科學的得出5種F1代的光合性能強弱。隸屬函數(shù)法是對受多種因素影響的事物做出全面評價的一種十分有效的多因素決策方法，其特點是評價結(jié)果不是絕對地肯定或否定，而是以一個模糊集合來表示。因此本文嘗試采用隸屬函數(shù)法對光合性能做出綜合評價。由于3個方面的指標間分別存在一定相關(guān)性，反映的信息具有一定重疊性，因此不能直接用于分析光合性能。

R(Xij)為各指標與光合性能相關(guān)的隸屬函數(shù)值。指標與光合性能呈正相關(guān)計算公式為:R(Xij)=(Xij-Xmin)/(Xmax-Xmin)；指標與光合性能呈負相關(guān)計算公式為：R(Xij)=1-(Xij-Xmin)/(Xmax-Xmin)。

根據(jù)隸屬函數(shù)計算公式，求得觀賞桃5種F1代不同指標的隸屬函數(shù)值，據(jù)此對光合性能進行排序，結(jié)果如表5所示。隸屬值越大，其光合性能越強，順序為‘絳桃’自花（JJ）＞‘粉花山碧’ב絳桃’(FJ)＞‘白花山碧’ב滿天紅’(BM)＞‘元春’ב滿天紅’(YM)＞‘滿天紅’自花(MM)。

表4 凈光合速率與葉片組織結(jié)構(gòu)參數(shù)相關(guān)性分析Tab.4 Correlation analysis between net photosynthetic rate and leaf tissue structure parameters

表5 觀賞桃5種F1代的指標隸屬值Tab.5 Sorts of photosynthetic performance of five F1 generations of ornamental peach

3 討論

5種F1代之間，葉片光合作用不同程度的都受到環(huán)境和葉片解剖結(jié)構(gòu)的影響。光合作用受到外界溫濕度、光照強度的綜合影響，當外界條件十分適宜植物生長，葉片會充分進行光合作用，維持自身生長和代謝，光合速率最高；當外界溫度較高、光照過強，會對植物光合作用造成影響，可能出現(xiàn)“午休”現(xiàn)象。這是植物在高溫高光強環(huán)境下形成的適應對策，前人對山杏[12]、油茶[13]、楨楠[14]的光合特性研究中都出現(xiàn)了光合“午休”現(xiàn)象。根據(jù)Farquhar[15]的觀點，引起植物光合“午休”主要包括氣孔限制因素和非氣孔限制因素2種。本次研究中MM、FJ、JJ也出現(xiàn)了“午休”現(xiàn)象，其中7月的現(xiàn)象最為明顯。凈光合速率在中午降低的同時氣孔導度、胞間CO2濃度都出現(xiàn)小幅度下降，這種生理指標變化趨勢偏向于MM、FJ、JJ的光合“午休”主要是由氣孔限制因素影響，即葉片通過減小氣孔開度或者關(guān)閉部分氣孔阻礙水分蒸發(fā)，同時空氣進入葉片的通道減少，造成胞間CO2濃度下降，凈光合速率下降。這與李東林[16]研究結(jié)論相一致。習松峰[17]等人進一步研究發(fā)現(xiàn)，植物“午休”的原因會在樹體不同生長時期發(fā)生改變，而引起“光合午休”的發(fā)生主要還是植物不同生長時期受到高光強、高溫或干旱脅迫等不利條件導致的[18]。因此對于本研究5種F1代中MM、FJ、JJ最有可能出現(xiàn)“光合午休”的現(xiàn)象，可以通過午間給植物噴水，降低葉片溫度，改善局部小環(huán)境的方法降低發(fā)生“光合午休”的可能性。生態(tài)環(huán)境為葉片光合作用提供能量和物質(zhì)，不僅直接影響有機物的合成，還可以影響自身的光合特性，是一種綜合性的影響[19]。

Vogelmann[20]等人研究發(fā)現(xiàn)葉片表皮層單個細胞常呈平凸狀起到聚光作用，經(jīng)聚集進入光合細胞的光線，可以使到達葉綠體的PPFD提高到周邊光量的數(shù)倍之多。本文中，觀賞桃葉片的上表皮層細胞具有形狀不規(guī)則、向里或向外突出的特征，以便達到聚光的目的。緊挨著上表皮的是柵欄組織，柵欄層細胞就像導光管，而且葉片的葉綠素主要集中在這部分，因此柵欄細胞能夠充分利用光能驅(qū)動光合作用，合成有機物。測量結(jié)果顯示JJ的柵欄組織厚度最高為75.38 μm，可能含有較高的葉綠素含量，這也解釋了JJ的Pn日均值高于其他子代的原因。柵欄組織在葉片的構(gòu)成中占有極大的比重，相關(guān)性分析表示TP與Pn存在顯著的正相關(guān)關(guān)系，而葉片厚度TL與Pn相關(guān)性不顯著，因此TP比TL較準確的反應不同F(xiàn)1代的光合能力的差異。李雁鳴[21]研究燕麥不同葉位葉片的解剖結(jié)構(gòu)和光合性能，也得出與本文一致的相關(guān)關(guān)系。葉片柵欄組織、海綿組織厚度在整個葉片厚度中分別占有很大比重，因此相關(guān)性分析表明三者之間存在顯著正相關(guān)關(guān)系。

綜上，5種F1代之間，葉片光合作用不同程度的都受到環(huán)境和葉片解剖結(jié)構(gòu)的影響。光合特性在植物選育過程中是重要的生理指標，光合能力是植物生長和物質(zhì)積累的基礎。本研究每個指標結(jié)果只顯示出相似的規(guī)律，因此嘗試運用隸屬函數(shù)法綜合比較5種F1代的光合性能強弱，結(jié)論較科學合理。光合性能順序為‘絳桃’自花（JJ）＞‘粉花山碧’ב絳桃’(FJ)＞‘白花山碧’ב滿天紅’(BM)＞‘元春’ב滿天紅’(YM)＞‘滿天紅’自花(MM)。

但值得注意的是，本研究只選擇了成熟葉片進行研究，還并不清楚生理指標是如何隨著葉片結(jié)構(gòu)的發(fā)育而變化的，以及在不同的發(fā)育階段，樹種在生理和葉片結(jié)構(gòu)上的差異是否會更小或更大。目前仍有許多關(guān)于葉片結(jié)構(gòu)對光合的影響機理需要研究，才能使葉片組織結(jié)構(gòu)能更好地解釋光合速率、呼吸速率和蒸騰速率等生理指標的變化。