草地早熟禾葉片表皮特征、解剖結(jié)構(gòu)及光合特性對(duì)不同施氮量的響應(yīng)

錢(qián)文武，郭鵬，朱慧森*，張士敏，李德穎

（1.山西農(nóng)業(yè)大學(xué)草業(yè)學(xué)院，山西 晉中 030801；2.北達(dá)科他州立大學(xué)植物科學(xué)系，美國(guó) 法戈 58108）

氮是作物生長(zhǎng)發(fā)育過(guò)程中所必需的營(yíng)養(yǎng)元素，蛋白質(zhì)、核酸、酶、葉綠素、氨基酸及其他物質(zhì)的合成也都離不開(kāi)氮［1］。氮的缺乏會(huì)導(dǎo)致植物出現(xiàn)發(fā)黃、染病和生長(zhǎng)緩慢等現(xiàn)象［2］，而氮的過(guò)剩會(huì)導(dǎo)致農(nóng)業(yè)收益問(wèn)題和環(huán)境污染問(wèn)題［3］，如土壤板結(jié)、水源污染等。植物葉片對(duì)外界的變化反應(yīng)比較敏感，在不同的逆境環(huán)境下葉片能夠改變自身結(jié)構(gòu)形態(tài)來(lái)應(yīng)對(duì)脅迫，因此，葉片的結(jié)構(gòu)變化能夠反映出外界環(huán)境因子的改變，同時(shí)也能反映植物對(duì)外界環(huán)境的適應(yīng)方式［4］。氣孔是植物進(jìn)行氣體和水分交換的重要場(chǎng)所，植物可以通過(guò)改變氣孔的開(kāi)合來(lái)調(diào)節(jié)自身的光合作用、呼吸作用和蒸騰速率，從而適應(yīng)外界環(huán)境［5］。葉片的厚度在一定程度上也反映了自身的抗逆能力，上表皮、下表皮、厚壁組織厚度和維管束面積等指標(biāo)與植物的抗逆能力緊密相關(guān)［6］。陳火英等［7］的研究表明，玉米（Zea mays）葉片維管束和表皮細(xì)胞隨著施氮量的增加而變大，從而提高了光合效率，有利于光合產(chǎn)物的形成，智磊等［8］研究發(fā)現(xiàn)，氮素缺失阻礙煙草（Nicotiana tabacum）葉片組織結(jié)構(gòu)的發(fā)育，而氮素過(guò)高又會(huì)導(dǎo)致葉片細(xì)胞發(fā)育推遲。因此，研究植物葉片表皮特征及解剖結(jié)構(gòu)對(duì)外部脅迫環(huán)境的響應(yīng)，是探索植物對(duì)脅迫的適應(yīng)機(jī)制和制定相應(yīng)策略的基礎(chǔ)。

草地早熟禾（Poa pratensis）是禾本科羊茅亞科早熟禾屬根莖型禾草，原產(chǎn)于歐亞大陸和中亞細(xì)亞地區(qū)，我國(guó)主要分布在西北、華北、華中和西南等大部分地區(qū)［9］。草地早熟禾適應(yīng)性強(qiáng)，因其色澤優(yōu)美、綠期長(zhǎng)，易用于商品化生產(chǎn)草皮［10］，常用作冷季型草坪的主要建植材料之一。目前，有關(guān)施氮量對(duì)草地早熟禾影響的研究主要集中在生長(zhǎng)特性［11］和抗病性分析［12］等方面，而有關(guān)草地早熟禾葉片表皮特征、解剖結(jié)構(gòu)和光合特性如何響應(yīng)施氮量的研究報(bào)道較少。

本研究以6份草地早熟禾作為試驗(yàn)材料，分析草地早熟禾表皮特征及葉片解剖結(jié)構(gòu)如何響應(yīng)施氮量進(jìn)而影響其光合特性，為草地早熟禾的科學(xué)施氮提供理論支撐。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

本試驗(yàn)共選擇6份草地早熟禾材料，其中2份為山西本土野生居群，1份由山西野生居群選育的‘太行草地早熟禾’品系，3份為美國(guó)引進(jìn)草地早熟禾品種，詳見(jiàn)表1。

表1 試驗(yàn)材料Table 1 Test materials

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)于山西農(nóng)業(yè)大學(xué)草業(yè)科學(xué)實(shí)驗(yàn)室日光溫室內(nèi)進(jìn)行，平均溫度為15～25℃，相對(duì)濕度為65%～75%，滿足草地早熟禾在試驗(yàn)周期內(nèi)正常的溫濕度需求。

于2020年7月2日將收集到的6份材料播于直徑29.5 cm，深35 cm的圓柱體塑料桶中，在桶口向下30 cm處，沿桶壁均勻打3個(gè)直徑0.5 cm的圓孔以排水，每桶裝相同重量的栽培基質(zhì)預(yù)培養(yǎng)，采用水洗砂/草炭土（體積比為9∶1）作為培養(yǎng)基質(zhì)，裝至桶體積的90%，然后統(tǒng)一稱重，每桶重（29.56±0.20）kg，種子播種量為10 g·m-2，肥力水平為堿解氮10.73 mg·kg-1，有 效 磷18.89 mg·kg-1，速 效 鉀30.16 mg·kg-1，有機(jī)質(zhì)0.81 g·kg-1，pH 6.75。

以6份草地早熟禾為材料，根據(jù)草地早熟禾草坪正常生長(zhǎng)對(duì)氮素的最低和基本用量要求［13］，設(shè)置兩個(gè)施氮處理N1：10 g·m-2（低氮）和N2：40 g·m-2（正常）進(jìn)行試驗(yàn)，3次重復(fù)。肥料種類為尿素（含氮46%）和磷酸二氫鉀，施肥方式采用分段施肥，即N1在播種時(shí)先施入5 g·m-2，長(zhǎng)至3個(gè)月時(shí)施入剩下的5 g·m-2；N2在播種時(shí)施入10 g·m-2，以后每隔一個(gè)月施10 g·m-2，共施4個(gè)月，磷酸二氫鉀只在播種時(shí)施用一次，施用量為10 g·m-2。

1.3 測(cè)定指標(biāo)及方法

1.3.1 徒手切片制作及葉表皮結(jié)構(gòu)觀測(cè) 隨機(jī)取草地早熟禾葉片中部，蒸餾水沖洗后，采用徒手切片法［14］制備臨時(shí)切片，在Olympus-BX51光學(xué)顯微鏡（日本）下進(jìn)行觀察，采用cellSens Dimension顯微鏡圖像分析軟件進(jìn)行拍照、記錄并測(cè)量和統(tǒng)計(jì)以下指標(biāo)：

1）表皮細(xì)胞長(zhǎng)寬比：將制作的葉表皮臨時(shí)切片置于光學(xué)顯微鏡下，隨機(jī)測(cè)量50個(gè)表皮細(xì)胞大小，計(jì)算其長(zhǎng)寬比，求其平均值，用平均值±標(biāo)準(zhǔn)誤表示；

2）氣孔長(zhǎng)寬比、氣孔密度和氣孔指數(shù)：將制作的葉表皮臨時(shí)切片置于10×10倍的光學(xué)顯微鏡下，隨機(jī)拍取10個(gè)視野，記錄該視野的面積以及視野中的細(xì)胞和氣孔數(shù)，測(cè)量氣孔的長(zhǎng)和寬（長(zhǎng)是半月形保衛(wèi)細(xì)胞的長(zhǎng)度，寬是垂直于保衛(wèi)細(xì)胞的氣孔器的最寬值），并計(jì)算長(zhǎng)寬比及氣孔指數(shù)（I）［15］：

式中：S為單位視野氣孔器數(shù)；P為單位視野普通表皮細(xì)胞數(shù)。

1.3.2 石蠟切片制作及葉片解剖結(jié)構(gòu)觀測(cè) 每種草地早熟禾隨機(jī)選取10個(gè)葉片，剪取葉片中部5 mm×5 mm的小塊，用甲醛-乙酸-乙醇固定液（formaldehyde-acetic acid-ethanol fixative，F(xiàn)AA溶液）（含70%酒精90 mL、冰醋酸5 mL和福爾馬林5 mL）固定。采用石蠟切片法［16］制備永久切片，之后采用Olympus-BX51光學(xué)顯微鏡觀察，cellSens Dimension顯微鏡圖像分析軟件進(jìn)行測(cè)量、記錄和拍攝。

1.3.3 氣孔導(dǎo)度和凈光合速率的測(cè)定 施氮處理結(jié)束一個(gè)月后，于天氣晴朗的上午9：00-11：00，選取長(zhǎng)勢(shì)良好的5個(gè)葉片，利用Li-6400光合測(cè)定儀（美國(guó)）測(cè)定葉片凈光合速率（net photosynthetic rate，Pn）和氣孔導(dǎo)度（stomatal conductance，Gs）［17］。試驗(yàn)中光合測(cè)定儀使用紅藍(lán)光源，葉室溫度為25℃，氣體流速為500 μmol·s-1，葉室CO2濃度為400 μmol·mol-1。

1.4 數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)處理

采用Excel 2010整理試驗(yàn)數(shù)據(jù)，采用SPSS 19.0對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，采用Duncan’s法進(jìn)行多重比較，所得結(jié)果均以平均值±標(biāo)準(zhǔn)誤表示，采用Graphpad prism進(jìn)行作圖及T檢驗(yàn)。

2 結(jié)果與分析

2.1 施氮量對(duì)草地早熟禾葉片上表皮結(jié)構(gòu)特征參數(shù)的影響

由圖1可知，草地早熟禾的上表皮細(xì)胞均沿著葉脈方向緊密排列，且主要由長(zhǎng)細(xì)胞和短細(xì)胞構(gòu)成。長(zhǎng)細(xì)胞是上表皮的主要構(gòu)成成分，狹長(zhǎng)且呈近長(zhǎng)方形或近菱形，垂周壁較薄且多為淺波狀。短細(xì)胞體型較小，多為啞鈴形，一般單個(gè)或成對(duì)地穿插在長(zhǎng)細(xì)胞中間。上表皮的氣孔器多分布于葉脈兩側(cè)且與葉脈平行，少數(shù)呈一定角度，排列較整齊。無(wú)微毛和乳突。

圖1 光學(xué)顯微鏡下草地早熟禾葉片上表皮結(jié)構(gòu)Fig.1 Leaf upper epidermis structure of P.pratensis under light microscope

由表2可知，HY、Ja和TH的上表皮細(xì)胞長(zhǎng)寬比在N1和N2處理下差異顯著（P＜0.05），其中HY和Ja的上表皮細(xì)胞長(zhǎng)寬比在N2處理下顯著高于N1，而TH的上表皮細(xì)胞長(zhǎng)寬比在N2處理下顯著低于N1（P＜0.05），其他差異均不顯著（P＞0.05）；N1處理下Me、TH和YX的上表皮細(xì)胞長(zhǎng)寬比顯著高于HY和Ja（P＜0.05）；N2處理下Me的上表皮細(xì)胞長(zhǎng)寬比為8.49，顯著低于Pa（P＜0.05）。HY、Ja和Me的上表皮氣孔長(zhǎng)寬比在N2處理下顯著低于N1處理（P＜0.05），其他差異均不顯著（P＞0.05）；N1處理下Ja的上表皮氣孔長(zhǎng)寬比為4.77，顯著高于HY和Me（P＜0.05）；Me和TH在N2處理下上表皮氣孔長(zhǎng)寬比顯著高于Pa和HY（P＜0.05），而Ja和YX在N2處理下差異均不顯著（P＞0.05）。

表2 不同施氮水平下各草地早熟禾材料葉片上表皮結(jié)構(gòu)特征參數(shù)Table 2 Parameters of leaf upper epidermis structure characteristic of P.pratensis under different nitrogen application levels

6份材料中除了Ja外，其他材料的上表皮氣孔指數(shù)在N1和N2處理下差異不顯著（P＞0.05）；N1處理下Ja的上表皮氣孔指數(shù)為10.99%，顯著高于Me和YX（P＜0.05）；HY的上表皮氣孔指數(shù)在N2處理下顯著高于Ja和YX（P＜0.05），其他差異均不顯著（P＞0.05）。N2處理下YX的上表皮細(xì)胞密度顯著低于N1處理，HY、Ja和Me的上表皮細(xì)胞密度在N2處理下顯著高于N1處理（P＜0.05），其他差異均不顯著（P＞0.05）；N1處理下Pa和YX的上表皮細(xì)胞密度顯著高于Ja（P＜0.05），其中YX的上表皮細(xì)胞密度最大，達(dá)264.86個(gè)·mm-2；N2處理下HY和Ja的上表皮細(xì)胞密度顯著高于Me、Pa、TH和YX（P＜0.05）。6份材料中除了HY外，其他材料的上表皮氣孔密度在N1和N2處理下差異不顯著（P＞0.05）；YX的上表皮氣孔密度在N1處理下顯著低于其他材料（P＜0.05）；N2處理下HY的上表皮氣孔密度為28.11個(gè)·mm-2，顯著高于YX（P＜0.05），其他材料間差異均不顯著（P＞0.05）。

2.2 施氮量對(duì)草地早熟禾葉片下表皮結(jié)構(gòu)特征參數(shù)的影響

由圖2可知，草地早熟禾的下表皮細(xì)胞也均沿著葉脈方向緊密排列，且無(wú)長(zhǎng)短細(xì)胞之分。下表皮細(xì)胞狹長(zhǎng)且呈近菱形，細(xì)胞與氣孔器排列密集，整體呈網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)。下表皮氣孔器多與葉脈平行，少數(shù)呈一定角度，數(shù)量多于上表皮氣孔器，分布不均勻無(wú)明顯規(guī)律。

圖2 光學(xué)顯微鏡下草地早熟禾葉片下表皮結(jié)構(gòu)Fig.2 Leaf lower epidermis structure of P.pratensis under light microscope

由表3可知，6份材料的下表皮細(xì)胞長(zhǎng)寬比和氣孔長(zhǎng)寬比在N1和N2處理下差異不顯著（P＞0.05）。Me、TH和YX的下表皮氣孔指數(shù)N2處理顯著高于N1處理，而HY和Ja在N2處理下氣孔指數(shù)顯著低于N1處理（P＜0.05）；N1處理下，HY、Ja和Pa的下表皮氣孔指數(shù)顯著高于Me（P＜0.05）；TH和YX在N2處理下顯著高于HY（P＜0.05），其他處理間差異均不顯著（P＞0.05），其中TH的下表皮氣孔指數(shù)最大，達(dá)30.93%。Pa和YX的下表皮細(xì)胞密度在N2處理下顯著高于N1處理（P＜0.05），其他差異均不顯著（P＞0.05）；N1處理下，HY的下表皮細(xì)胞密度為391.35個(gè)·mm-2，顯著高于Me和Pa（P＜0.05）；HY和YX下表皮細(xì)胞密度在N2處理下顯著高于Ja和Me（P＜0.05）。N2處理 下HY和Ja的下表皮氣孔密度 顯著低于N1，而Me、Pa、TH和YX在N2處理下顯 著高于N1處理（P＜0.05）；HY和Ja在N1處理下表皮氣孔密度顯著高于Me和YX（P＜0.05），其中HY的下表皮氣孔密度最大，為162.16個(gè)·mm-2；在N2處理下TH和YX的下表皮氣孔密度顯著高于Ja和Me，其他材料間差異不顯著（P＞0.05）。

表3 不同施氮水平下各草地早熟禾材料葉片下表皮結(jié)構(gòu)參數(shù)Table 3 Parameters of leaf lower epidermis structure characteristic of P.pratensis under different nitrogen application levels

2.3 施氮量對(duì)草地早熟禾葉片解剖結(jié)構(gòu)特征參數(shù)的影響

由圖3可知，草地早熟禾葉片的解剖結(jié)構(gòu)包括表皮、葉肉和葉脈三大部分。表皮由一層排列緊密、無(wú)間隙的細(xì)胞構(gòu)成，分為上下表皮，其中均可見(jiàn)氣孔的存在。而葉脈中的上表皮存在扇形的泡狀細(xì)胞，主脈和側(cè)脈分明，側(cè)脈一般存在唯一的一個(gè)維管束且大小不一。葉肉一般無(wú)明顯的海綿組織和柵欄組織，均由薄壁細(xì)胞構(gòu)成。

圖3 光學(xué)顯微鏡下草地早熟禾葉片解剖結(jié)構(gòu)Fig.3 Leaf anatomical structure of P.pratensis under light microscope

由表4可知，6份草地早熟禾材料在N2處理下，上表皮厚度、下表皮厚度、葉片厚度、厚壁組織厚度和維管束面積均高于N1處理。HY、Ja、Pa和TH的上表皮厚度在N2處理下顯著高于N1處理（P＜0.05），N1處理下，HY、Ja和YX的上表皮厚度顯著高于Pa（P＜0.05），而Me和TH間差異不顯著（P＞0.05）。Ja在N2處理下的上表皮厚度顯著高于Me和YX（P＜0.05）。HY和Me在N2處理下的下表皮厚度顯著高于N1處理（P＜0.05），其他材料間差異均不顯著（P＞0.05），Ja和Pa在N1處理下的下表皮厚度顯著高于HY（P＜0.05），而N2處理下Me的下表皮厚度顯著高于TH和YX（P＜0.05），其他材料間差異不顯著（P＞0.05）。各草地早熟禾的葉片厚度在N2處理下，除Me外其他材料較N1處理均顯著增加（P＜0.05），N1處理下Ja、Me和Pa的葉片厚度顯著高于其他材料（P＜0.05），而N2處理下Ja和Pa的葉片厚度顯著高于HY和YX（P＜0.05），其中Pa的葉片厚度最大，達(dá)173.39 μm。HY、Ja和Me的厚壁組織厚度在N2處理下顯著高于N1處理（P＜0.05），其他材料差異均不顯著（P＞0.05），N2處理下Ja的厚壁組織厚度顯著高于其他材料（P＜0.05），在N2處理下，Ja和YX在N2處理下的葉片維管束面積顯著高于N1處理（P＜0.05），其他差異均不顯著（P＞0.05），TH的葉片維管束面積在N1處理下顯著高于HY和Pa（P＜0.05），Ja的葉片維管束面積最大，達(dá)1937.73 μm2，顯著高于HY、Pa、TH和YX（P＜0.05）。

表4 不同施氮水平下各草地早熟禾材料葉片解剖結(jié)構(gòu)特征參數(shù)Table 4 Parameters of leaf anatomical structure characteristic of P.pratensis under different nitrogen application levels

2.4 施氮量對(duì)草地早熟禾葉片氣孔導(dǎo)度和凈光合速率的影響

如圖4所示，不同施氮量處理下各草地早熟禾材料間的氣孔導(dǎo)度和凈光合速率存在顯著差異（P＜0.05）。N1處理下，TH和YX的凈光合速率顯著高于其他材料（P＜0.05），且TH的氣孔導(dǎo)度和凈光合速率均為最大，較最小的Ja分別高64.20%和45.45%。N2處理下，Me和TH的凈光合速率顯著高于HY、Ja和Pa（P＜0.05），而Me和Pa的氣孔導(dǎo)度顯著高于HY和Ja（P＜0.05），其中Me的氣孔導(dǎo)度最大，為0.61 mol H2O·m-2·s-1，較最小的Ja高出73.77%。對(duì)于不同草地早熟禾材料來(lái)說(shuō)，葉片氣孔導(dǎo)度和凈光合速率對(duì)不同施氮量處理的響應(yīng)相似，均表現(xiàn)為N2處理下葉片的氣孔導(dǎo)度和凈光合速率顯著高于N1處理（P＜0.05），其中Me的增幅均為最大，分別增加79.08%和67.21%。

圖4 施氮量對(duì)草地早熟禾葉片氣孔導(dǎo)度和凈光合速率的影響Fig.4 Effects of nitrogen application rate on stomatal conductance and net photosynthetic rate of P.pratensis

2.5 不同施氮量下草地早熟禾葉片各項(xiàng)指標(biāo)間的相關(guān)性分析

相關(guān)性分析表明草地早熟禾葉片上表皮結(jié)構(gòu)特征參數(shù)、下表皮結(jié)構(gòu)特征參數(shù)、解剖結(jié)構(gòu)特征參數(shù)、氣孔導(dǎo)度和凈光合速率之間普遍存在著顯著或極顯著相關(guān)關(guān)系（表5）。氣孔導(dǎo)度與下表皮厚度和凈光合速率極顯著正相關(guān)（P＜0.01）；凈光合速率與上表皮厚度顯著正相關(guān)（P＜0.05），與下表皮厚度、厚壁組織厚度、維管束面積和氣孔導(dǎo)度極顯著正相關(guān)（P＜0.01），相關(guān)性系數(shù)大小順序?yàn)椋簹饪讓?dǎo)度＞厚壁組織厚度＞維管束面積＞下表皮厚度＞上表皮厚度。維管束面積與上表皮氣孔長(zhǎng)寬比、上表皮厚度、厚壁組織厚度和凈光合速率極顯著正相關(guān)（P＜0.01），與上表皮氣孔指數(shù)、上表皮氣孔密度、下表皮氣孔密度顯著負(fù)相關(guān)（P＜0.05），與下表皮細(xì)胞密度極顯著負(fù)相關(guān)（P＜0.01），相關(guān)性系數(shù)大小順序?yàn)椋汉癖诮M織厚度＞上表皮厚度＞凈光合速率＞下表皮細(xì)胞密度＞上表皮氣孔長(zhǎng)寬比＞上表皮氣孔指數(shù)＞上表皮氣孔密度＞下表皮氣孔密度。

施氮量與上表皮細(xì)胞密度、上表皮厚度、下表皮厚度、葉片厚度、厚壁組織厚度、維管束面積、凈光合速率和氣孔導(dǎo)度均呈極顯著正相關(guān)（P＜0.01），與下表皮細(xì)胞密度和下表皮氣孔密度顯著正相關(guān)（P＜0.05），而與下表皮細(xì)胞長(zhǎng)寬比呈顯著負(fù)相關(guān)（P＜0.05），相關(guān)性系數(shù)依次為：凈光合速率＞上表皮厚度＞氣孔導(dǎo)度＞厚壁組織厚度＞下表皮厚度＞葉片厚度＞維管束面積＞上表皮細(xì)胞密度＞下表皮細(xì)胞密度＞下表皮氣孔密度＞下表皮細(xì)胞長(zhǎng)寬比。上表皮氣孔指數(shù)、上表皮氣孔密度和維管束面積與材料呈極顯著相關(guān)性（P＜0.01），而上表皮細(xì)胞密度、下表皮細(xì)胞密度、下表皮厚度和厚壁組織厚度與材料有顯著的相關(guān)性（P＜0.05）。

3 討論

3.1 施氮量影響草地早熟禾葉片表皮特征和解剖結(jié)構(gòu)

由于植物葉片都直接暴露在外部環(huán)境，各種不利條件都首先作用到葉表皮上，因此植物葉片可通過(guò)改變?nèi)~表皮中的表皮細(xì)胞、表皮毛和蠟質(zhì)結(jié)構(gòu)從而應(yīng)對(duì)外界傷害［18］。已有研究表明，葉片表皮細(xì)胞的密度大小都隨著脅迫程度的增加而變?。?9］，本試驗(yàn)中，大部分草地早熟禾材料在N2處理下的上下表皮細(xì)胞的密度均大于N1處理，而TH的上下表皮細(xì)胞的密度在N1和N2的處理下差異不顯著。

葉片解剖結(jié)構(gòu)能夠反映植物對(duì)環(huán)境變化的響應(yīng)，發(fā)達(dá)的維管束以及厚壁組織保證了葉片養(yǎng)分和水分的運(yùn)輸，植物葉片越厚，其儲(chǔ)存養(yǎng)分和水分的能力越強(qiáng)，有利于防止養(yǎng)分和水分的散失［20］。本試驗(yàn)中，施氮量與葉片解剖結(jié)構(gòu)特征參數(shù)均呈極顯著正相關(guān)，而維管束面積、下表皮厚度和厚壁組織厚度與材料顯著相關(guān)，不同草地早熟禾材料的葉片厚度、維管束面積和厚壁組織厚度差異顯著，N1處理下，Me葉片厚度最大，比最小的YX高出31.58%，而TH的維管束面積最大，為1456.32 μm2，這與熊棟梁［21］的試驗(yàn)結(jié)果相似。前人通過(guò)對(duì)煙草［8］、棉花（Gossypiumspp.）［22］和玉米［7］等植物響應(yīng)氮素的研究發(fā)現(xiàn)，氮素能夠促進(jìn)植物的細(xì)胞分裂，有利于上下表皮厚度和葉片厚度的增加，葉片上下表皮、厚壁組織等機(jī)械組織的存在被認(rèn)為可以降低葉片萎蔫時(shí)的損傷，同時(shí)也能阻擋光線的直接照射，從而達(dá)到降低蒸騰的作用［23］，本試驗(yàn)中各材料的上下表皮厚度、葉片厚度和厚壁組織厚度在N2處理下均高于N1處理，其中TH的下表皮厚度N2處理下與N1處理差異不顯著，而Ja在N2處理下的厚壁組織厚度顯著高于其他材料，達(dá)48.66 μm。

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3.2 草地早熟禾葉片表皮特征和解剖結(jié)構(gòu)響應(yīng)施氮水平從而影響光合特性

植物對(duì)自身生長(zhǎng)的生態(tài)環(huán)境有特定的響應(yīng)和適應(yīng)，在適應(yīng)多樣化的環(huán)境過(guò)程中，葉片各結(jié)構(gòu)表現(xiàn)出了各自的響應(yīng)特點(diǎn)，構(gòu)成了類型繁多的響應(yīng)模式［24］。由于氮是葉綠素的重要組成成分，其含量的多少直接影響植物的光合特性［25］。韓炳宏等［26］研究表明增施氮肥能提高長(zhǎng)芒草（Stipa bungeana）葉片的凈光合速率。候文慧等［16］的研究也表明施用適量氮肥能有效改善羊草（Leymus chinesis）各個(gè)生育時(shí)期的光合特性。

氣孔是葉片的重要器官，它能夠與外界環(huán)境進(jìn)行水分和氣體的交換，同時(shí)也影響著植物本身的蒸騰作用、呼吸作用和光合作用［6］。賈志鋒等［27］研究表明，合理施氮能使燕麥（Avena sativa）葉片保持較大氣孔導(dǎo)度和凈光合速率，進(jìn)而促使葉片光合效率提高。熊棟梁［21］的研究表明施氮量與葉片氣孔導(dǎo)度呈正相關(guān)性，德木其格等［28］的研究表明，環(huán)境中氮素供應(yīng)水平的高低與作物葉片的氣孔導(dǎo)度和凈光合速率呈明顯的正相關(guān)，說(shuō)明增施氮肥可促進(jìn)作物葉片光合性能。而孟雷［29］對(duì)水稻（Oryza sativa）葉片氣孔性狀的研究發(fā)現(xiàn)，隨著氮濃度的增加，氣孔的密度減小，本試驗(yàn)結(jié)果與其相似，由此說(shuō)明，增施氮肥能促進(jìn)葉片氣孔張開(kāi)，氣孔導(dǎo)度增大，進(jìn)入細(xì)胞的二氧化碳增多，細(xì)胞間的二氧化碳減少，而二氧化碳是光合作用的原料，所以細(xì)胞間二氧化碳越少，證明參與光合作用反應(yīng)的二氧化碳越多，凈光合速率就越大。本試驗(yàn)對(duì)6份草地早熟禾材料的上下表皮氣孔密度研究表明，各材料間上下表皮細(xì)胞密度和氣孔密度出現(xiàn)顯著差異，其中N2處理下，HY的上表皮氣孔密度最大，達(dá)28.11個(gè)·mm-2，而YX上表皮氣孔密度僅為3.78個(gè)·mm-2，在N2處理下的氣孔密度較N1處理大多出現(xiàn)下降的趨勢(shì)，但差異不顯著。前人研究表明，葉片表皮細(xì)胞大且氣孔多分布于上表皮時(shí)，植物能適應(yīng)陰冷潮濕的環(huán)境［30］；而脅迫條件下，氣孔多分布于下表皮，且脅迫程度越大，氣孔密度越大，這有助于植物更好地吸收養(yǎng)分和保持自身水分，使其能應(yīng)對(duì)惡劣環(huán)境［31］，本研究結(jié)果與其相似。

葉片解剖結(jié)構(gòu)在一定程度上影響其光合作用能力［32］，Garnier等［33］研究表明植物葉片光合速率取決于葉肉組織和葉片的厚度，施氮有利于提高葉片的葉綠素含量，增強(qiáng)植物的光合作用能力，從而提高植物品質(zhì)［34］，而本試驗(yàn)中TH的凈光合速率和氣孔導(dǎo)度在N1處理下均高于其他材料，表明其對(duì)低氮有較低的敏感性。維管束是植物體內(nèi)對(duì)水分和養(yǎng)分進(jìn)行傳導(dǎo)的運(yùn)輸系統(tǒng)，為植物葉片提供結(jié)構(gòu)支持、水分傳導(dǎo)和光合碳水化合物轉(zhuǎn)運(yùn)，以維持植物的水分狀況和光合能力［35］。草地早熟禾葉片進(jìn)行光合作用形成的光合同化物在韌皮部中進(jìn)行運(yùn)輸時(shí)，其橫截面積和長(zhǎng)度是關(guān)鍵因素［36］，因此維管束的發(fā)育情況決定了光合同化物的運(yùn)輸能力。本試驗(yàn)結(jié)果表明，凈光合速率與上表皮厚度、下表皮厚度、厚壁組織厚度、維管束面積顯著正相關(guān)，施氮量與葉片維管束面積顯著正相關(guān)，各草地早熟禾材料在N2處理下的維管束面積較N1處理增加，且在N1處理下，各草地早熟禾材料的氣孔導(dǎo)度和凈光合速率顯著低于N2處理，這與陳陽(yáng)等［37］的試驗(yàn)結(jié)果相似。而尹麗等［38］的研究則表明，高濃度的氮對(duì)植物的光合特性起到抑制作用，這有可能是土壤中氮素累積過(guò)多，從而導(dǎo)致水勢(shì)降低，進(jìn)而影響了植物本身對(duì)水分的吸收，因此植物通過(guò)氣孔調(diào)節(jié)降低蒸騰速率，來(lái)應(yīng)對(duì)缺水條件。不僅如此，各草地早熟禾的厚壁組織厚度在N2處理下較N1處理也出現(xiàn)上升趨勢(shì)，且相關(guān)性分析表明，施氮量與厚壁組織厚度呈顯著正相關(guān)，這有可能是氮素促進(jìn)了厚壁組織的生長(zhǎng)，從而將葉肉細(xì)胞分割開(kāi)來(lái)，這樣的結(jié)構(gòu)限制了葉片水分的橫向擴(kuò)散，促進(jìn)木質(zhì)導(dǎo)管進(jìn)行水分的橫向運(yùn)輸，保證了葉片的整體供水，為光合作用提供保障，有利于植物的生長(zhǎng)發(fā)育［39］。

4 結(jié)論

本試驗(yàn)分析不同施氮量處理對(duì)6份草地早熟禾材料的葉片上下表皮的厚度、細(xì)胞長(zhǎng)寬比、細(xì)胞密度、氣孔指數(shù)、氣孔長(zhǎng)寬比、氣孔密度，葉片的厚度、厚壁組織厚度、維管束面積以及氣孔導(dǎo)度和凈光合速率等指標(biāo)的影響發(fā)現(xiàn)，施氮量顯著增加葉片上下表皮細(xì)胞密度、上下表皮厚度、葉片厚度、厚壁組織厚度、維管束面積以及氣孔導(dǎo)度和凈光合速率，但對(duì)氣孔的大小影響不顯著。隨著施氮水平的增加，草地早熟禾葉片解剖結(jié)構(gòu)特征參數(shù)、氣孔導(dǎo)度和凈光合速率均呈上升趨勢(shì)，而表皮特征參數(shù)對(duì)施氮量的響應(yīng)因材料而異。相關(guān)性分析表明，低氮處理抑制了草地早熟禾氣孔張開(kāi)程度，使得葉片變薄，維管束面積變小，從而導(dǎo)致其氣孔導(dǎo)度和凈光合速率降低。在6份草地早熟禾材料中，TH的上下表皮細(xì)胞密度、下表皮厚度和維管束面積在N1處理下與N2處理差異不顯著，且氣孔導(dǎo)度和凈光合速率在低氮處理下均高于其他各材料，表明TH對(duì)低氮有較低的敏感性。