柴旭旭，白燕嬌，威尼拉·托合提孫，孫小玲

（天津農(nóng)學(xué)院 園藝園林學(xué)院，天津 300392）

葉脈具有運(yùn)輸、支撐和保護(hù)葉片等重要的生物學(xué)功能，是植物適應(yīng)生態(tài)系統(tǒng)的一個(gè)重要因素。葉脈密度在很大程度上影響著整個(gè)葉片的水分供應(yīng)以及葉脈系統(tǒng)對(duì)葉片的支撐效率，各級(jí)葉脈密度與葉片的光合速率、水分運(yùn)輸和水的傳導(dǎo)等有密切關(guān)系[1]。較高的葉脈密度能夠滿足蒸騰所需的大量水分和能量消耗，有助于植物調(diào)節(jié)葉片溫度和維持體內(nèi)水分平衡。研究葉脈網(wǎng)絡(luò)功能性狀，對(duì)預(yù)測(cè)植物及生態(tài)系統(tǒng)對(duì)全球變化的響應(yīng)具有重要意義。氣孔是由兩個(gè)保衛(wèi)細(xì)胞和這兩個(gè)細(xì)胞之間的孔隙組成的分布在植物葉片表皮上的一種特殊結(jié)構(gòu)。植物的生長(zhǎng)與光合作用以及蒸騰作用是密不可分的，而氣孔不僅在植物與外界環(huán)境交換氣體扮演重要的角色，還對(duì)植物內(nèi)部環(huán)境的水分蒸騰發(fā)揮著重要作用[2]。對(duì)部分有關(guān)氣孔的研究發(fā)現(xiàn)，氣孔可以通過保衛(wèi)細(xì)胞來感知外部和內(nèi)部信號(hào)，從而對(duì)環(huán)境變化做出一定的響應(yīng)來提高自身的抗性，減輕環(huán)境帶來的影響[3]，因此植物葉片的氣孔結(jié)構(gòu)與分布特征會(huì)隨環(huán)境的變化而發(fā)生變化。

近幾年來，隨著人們生態(tài)意識(shí)提高，對(duì)綠化的需求增大，城市園林綠化越來越被重視，具有良好的適應(yīng)性和抗逆性的園林植物成為研究熱點(diǎn)之一。鳶尾（Iris tectorumMaxim.）是單子葉植物，作為良好的宿根花卉，花色美觀，觀賞價(jià)值高。鳶尾作為園林中應(yīng)用最普遍的地被植物之一，具有耐陰性較好、耐粗放管理、無須過多人工養(yǎng)護(hù)等特點(diǎn)。近年來，國(guó)內(nèi)有關(guān)鳶尾的研究主要集中在形態(tài)特征、生物學(xué)特性、分類學(xué)、繁殖及繁殖技術(shù)、病蟲害、育種學(xué)、分子系統(tǒng)學(xué)和觀賞應(yīng)用等方面[4-8]，而鳶尾不同葉齡與葉位葉片微觀結(jié)構(gòu)規(guī)律方面的研究則鮮見報(bào)道。鑒于此，本研究針對(duì)不同葉齡和不同葉位鳶尾葉片微觀結(jié)構(gòu)的變化情況，闡述氣孔特征以及葉脈網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的響應(yīng)過程，以期為研究鳶尾適應(yīng)性與抗逆性提供理論參考依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

試驗(yàn)材料種植于天津農(nóng)學(xué)院東校區(qū)，采集生長(zhǎng)狀態(tài)良好，無病蟲害的鳶尾作為研究對(duì)象。

1.2 試驗(yàn)方法

1.2.1 葉齡與葉位

將鳶尾植物最外層葉片標(biāo)記為老葉；從中心向外數(shù)第三片葉片標(biāo)記為成熟葉；將中心的葉片標(biāo)記為幼葉（圖1）。

圖1 鳶尾葉片

將整個(gè)鳶尾葉片均分為三段，從上到下標(biāo)記為葉尖、葉中、葉基。

1.2.2 葉片微結(jié)構(gòu)的測(cè)定

采用指甲油印跡法[9]，觀察鳶尾葉片氣孔。采用草坪草觀測(cè)方法[10]，觀測(cè)鳶尾葉脈網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。將制作好的載玻片放置在LEICA MD4000B LED（Leica, Wetzlar, Germany）光學(xué)顯微鏡下觀察，用LEICA DFC450（Leica, Wetzlar, Germany）照相機(jī)進(jìn)行顯微拍照，每齡葉采10 片葉，每葉位隨機(jī)選取5 個(gè)視野。最后利用LAS AF Lite 圖像分析軟件進(jìn)行測(cè)量。

用保衛(wèi)細(xì)胞的長(zhǎng)度表示氣孔的大?。é蘭），氣孔密度（個(gè)/mm2）用氣孔個(gè)數(shù)除以樣本面積所得到的值表示[11]。

測(cè)量葉脈間距、葉脈密度和網(wǎng)眼空隙面積（相鄰橫脈與縱脈所閉合的面積）等葉脈結(jié)構(gòu)指標(biāo)?？v脈密度（mm/mm2）＝縱脈的總長(zhǎng)度與樣本面積的比值[11]。橫脈密度同理。葉脈密度＝縱脈密度+橫脈密度。網(wǎng)眼空隙面積＝小縱脈間距×橫脈間距。

1.2.3 數(shù)據(jù)處理

采用單因素方差分析（one-way ANOVA）比較不同處理下鳶尾葉片微結(jié)構(gòu)的差異。采用雙因素方差分析（two-way ANOVA）研究葉齡、葉位及其交互作用對(duì)鳶尾葉片微結(jié)構(gòu)的影響。在P＜0.05 時(shí)，葉齡水平和葉位水平之間的差異被認(rèn)為是顯著的。所有統(tǒng)計(jì)分析均采用SPSS 20.0（SPSS，Chicago，IL，USA）進(jìn)行。最后使用Sigmaplot 12.5（Systat Software, Inc., USA）軟件制圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同葉齡與葉位的氣孔特征

鳶尾葉片的氣孔密度和大小受到葉齡、葉位及其交互作用的顯著影響（表1）。鳶尾葉片剛剛成熟時(shí)，氣孔最小，而氣孔密度最大。隨著葉齡增長(zhǎng)，氣孔密度呈現(xiàn)先增加后降低的趨勢(shì)，氣孔大小則呈現(xiàn)先降低后增加的趨勢(shì)（圖2）。葉尖和葉基部位，老葉氣孔密度最小，而氣孔最大（圖2）。鳶尾葉片近/遠(yuǎn)軸面的氣孔密度和大小的變化相似。

表1 葉齡、葉位及其交互作用對(duì)鳶尾葉片氣孔特征的影響

圖2 不同葉齡與葉位對(duì)鳶尾葉片氣孔特征的影響

葉基部位，氣孔密度最低，而氣孔最大（圖2）。葉尖部位恰好與葉基部位相反，氣孔最小，而氣孔密度最大。葉中部位介于兩者之間（圖2）。葉片近/遠(yuǎn)軸面的氣孔密度和大小變化相似。

2.2 不同葉齡與葉位的葉脈網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

由葉齡、葉位及其交互作用的雙因素方差分析可知（圖3），葉位顯著影響鳶尾的葉脈網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，而葉齡僅顯著影響鳶尾葉片的葉脈密度（表2）。

表2 葉齡、葉位及其交互作用對(duì)鳶尾葉脈網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的影響

圖3 不同葉齡與葉位對(duì)鳶尾葉脈網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的影響

對(duì)葉中部位而言，葉片剛剛成熟時(shí)，縱脈密度最大，葉脈密度也最大（圖3C，3E）。葉片由幼葉生長(zhǎng)為老葉，葉中部位的葉脈密度呈現(xiàn)先升高后降低的趨勢(shì)（圖3E）。

鳶尾不同部位的葉脈網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)如圖4 所示。葉基部位，葉脈排列疏松，縱脈間距大、橫脈間距大導(dǎo)致縱脈密度低、橫脈密度低，進(jìn)而導(dǎo)致整個(gè)葉片的葉脈密度最低，而網(wǎng)眼空隙面積最大（圖3）。葉尖部位恰好與葉基部位相反，葉脈排列密集（圖4），葉脈密度最大，網(wǎng)眼空隙面積最小。葉中部位介于兩部分中間（圖3）。

圖4 鳶尾的葉脈網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)（“工”字型表示縱脈間距）

3 討論與結(jié)論

3.1 不同葉齡對(duì)葉片微結(jié)構(gòu)的影響

葉齡與氣孔特征有較大的關(guān)聯(lián)。研究發(fā)現(xiàn)，氣孔密度隨著葉齡的增加而逐漸減少，氣孔隨著葉齡的增加而增大[12-13]，例如黃瓜（Cucumis sativusL.），冬棗（Zizyphus jujubaMill. cv. Dongzao）等。此外，有一些植物葉片氣孔形態(tài)和數(shù)量的變化并不是連續(xù)的，有些植物的氣孔密度在生長(zhǎng)的早期逐漸增加，而隨著葉片的繼續(xù)生長(zhǎng)，氣孔密度迅速減少，逐漸至葉片死亡[14]，例如砂生槐（Sophora moorcroftiana）。本研究中也發(fā)現(xiàn)類似的結(jié)果。葉片剛成熟時(shí)，氣孔密度最大，氣孔最小，在一定程度上可以保持植物葉片水分處于安全狀態(tài)[15]，以此來適應(yīng)干旱缺水的外界環(huán)境。此外，較大的氣孔密度也會(huì)導(dǎo)致氣孔收縮，從而降低蒸騰失水[16]。

在對(duì)葉脈網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的研究中，發(fā)現(xiàn)葉齡對(duì)鳶尾葉脈網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)有顯著影響。單子葉植物大多數(shù)為平行脈，鳶尾葉片剛成熟時(shí)，葉片剛剛完全展開，此時(shí)，葉中部位的縱脈密度以及葉脈密度達(dá)到最大值，網(wǎng)眼空隙面積降低。較大的縱脈密度，提高了葉片的運(yùn)輸能力，主要運(yùn)輸水分和光合產(chǎn)物。葉脈系統(tǒng)是葉片的骨架，通過支撐葉肉組織（單子葉植物的葉肉細(xì)胞或雙子葉植物的柵欄組織和海綿組織等）最大化地展開了葉片，提高了葉片截獲光的面積，葉脈密度可以表征葉脈系統(tǒng)機(jī)械支撐能力，因此較大的葉脈密度也在一定程度上提高了整個(gè)葉片的機(jī)械支撐能力[1]。此外，較高的葉脈密度和較小的網(wǎng)眼空隙雖然增大了葉片的構(gòu)建成本和消耗，也迫使昆蟲耗費(fèi)更多能量咬斷葉脈，提高了葉片對(duì)蟲食等的耐受性，可以降低葉片在自然環(huán)境中和被動(dòng)物啃食時(shí)的損傷程度，增加了葉片抵御蟲害等干擾的能力[17]。因此，在葉片剛剛成熟時(shí)，不論是氣孔結(jié)構(gòu)還是葉脈網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，均處于生命活動(dòng)的代謝旺盛時(shí)期，既能提高葉片運(yùn)輸能力，也能相應(yīng)的增強(qiáng)其抗逆性。

比起剛剛成熟的葉片，幼葉和老葉近/遠(yuǎn)軸面氣孔密度低、氣孔大；葉脈密度低，而網(wǎng)眼空隙面積大。幼葉不斷發(fā)育為成熟葉，氣孔密度與葉脈密度等指標(biāo)增加，抗性增強(qiáng)。葉片經(jīng)過成熟期后，開始進(jìn)入衰老期，氣孔密度與葉脈密度等葉片微觀結(jié)構(gòu)指標(biāo)的降低，表明葉片不再生長(zhǎng)，氣孔與葉脈網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的退化，導(dǎo)致葉片的生理功能也隨之退化，此時(shí)葉片的抗性降低。

3.2 不同葉位對(duì)葉片微結(jié)構(gòu)的影響

氣孔密度與植物葉片的葉位有一定關(guān)系，本研究發(fā)現(xiàn)鳶尾葉片氣孔在不同部位分布呈現(xiàn)一定的規(guī)律性，從葉基端到葉尖端，鳶尾近/遠(yuǎn)軸面的氣孔密度逐漸增加，氣孔大小逐漸變小。這一點(diǎn)與大多數(shù)氣孔兩面生的植物葉片的氣孔特征一致[18]，在薔薇科代表植物中也發(fā)現(xiàn)類似的規(guī)律[19]。但也有研究表明，有的植物葉片氣孔密度從葉基到葉尖逐漸減少，有的卻在葉中部位呈現(xiàn)最高[20]。由此可見，不同植物葉片上的氣孔特征差異較大，不同植物其遺傳力也不盡相同，因而不是所有植物的葉片各部位上都可以找到氣孔分布的規(guī)律。葉片不同部位的葉脈網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)差異明顯，鳶尾葉片從葉基到葉尖，縱脈密度、橫脈密度以及葉脈密度逐漸增大，而網(wǎng)眼空隙面積卻逐漸減少。葉尖部位，橫脈密度最大，較大的橫脈密度可以提高光合產(chǎn)物在葉尖的小縱脈和大縱脈之間的橫向運(yùn)輸能力[17]。而葉中的氣孔特征與葉脈網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)等微觀結(jié)構(gòu)參數(shù)與平均值較接近，因此，在測(cè)量各參數(shù)時(shí)，一般采用葉中部分來代表整個(gè)葉片。

綜上所述，葉齡與葉位對(duì)鳶尾葉片微觀結(jié)構(gòu)指標(biāo)有顯著影響。本研究中發(fā)現(xiàn)：葉片剛剛成熟時(shí)，氣孔與葉脈網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)表征葉片處于代謝旺盛期，而葉片中間部位更能代表整個(gè)葉片。