溫帶季風(fēng)氣候區(qū)校園常見灌木的氣孔特征
——以臨沂大學(xué)為例

劉 玉，潘玉君，馬佳伸

(云南師范大學(xué) 地理學(xué)部，昆明 650500)

氣孔是植物體與外界進(jìn)行氣體、水分交換的重要器官，對(duì)植物體的呼吸、光合、蒸騰等生理活動(dòng)也起著重要的調(diào)節(jié)作用[1]，對(duì)氣孔特征進(jìn)行觀察，有助于植物適應(yīng)性、植物間親緣關(guān)系的研究，也可為種質(zhì)資源的篩選與評(píng)價(jià)提供依據(jù)[2].目前國內(nèi)外對(duì)于的植物氣孔特征的研究大都在農(nóng)學(xué)方面.農(nóng)學(xué)上不少學(xué)者對(duì)小麥、大豆、玉米等作物及柑橘、葡萄、梨等果樹進(jìn)行研究，王曙光等認(rèn)為水分條件可以影響氣孔密度與氣孔長度之間,氣孔長度與氣孔寬度、氣孔導(dǎo)度、光合速率和蒸騰速率之間的相關(guān)性[3]；郭麗麗等認(rèn)為鹽脅迫導(dǎo)致賽棚番茄葉片光合速率下降主要是由氣孔限制因素引起的[4]；劉佳等發(fā)現(xiàn)山桃在堿脅迫條件下，氣孔密度增大，表明山桃對(duì)堿脅迫具有一定的自我調(diào)節(jié)能力,以適應(yīng)不良環(huán)境[5]；劉力銘等通過實(shí)驗(yàn)證明養(yǎng)分添加對(duì)葉片各區(qū)域的氣孔導(dǎo)度存在顯著影響[6]；Sasan Aliniaeifard等認(rèn)為除了在不同飽和蒸汽壓差條件下植物生長過程中氣孔特征的差異外，當(dāng)植物在不同飽和蒸汽壓差條件下生長時(shí)，氣孔關(guān)閉對(duì)脫水的響應(yīng)也不同[7]；姚衛(wèi)杰等發(fā)現(xiàn)隨著干旱和低溫脅迫時(shí)間的延長,葉片上、下表皮的氣孔密度、氣孔與氣孔器的長度和寬度均呈顯著減小趨勢,且與脅迫時(shí)間呈極顯著負(fù)相關(guān)關(guān)系[8].也有學(xué)者對(duì)同屬不同種植物的氣孔特征做了分析比較，王連珍等[9]研究了13種櫟屬植物葉片的氣孔特征，鞏乙南[10]對(duì)瓦韋屬10種植物的氣孔器進(jìn)行了觀察，張乃群等[11]對(duì)中國稻屬5類稻品種的氣孔列數(shù)、氣孔頻度、氣孔器乳突進(jìn)行了比較.結(jié)果顯示:植物葉片的氣孔特征具有一定的穩(wěn)定性,可作為植物組間分類及親緣關(guān)系分析的依據(jù)之一.

通過參考國內(nèi)外相關(guān)文獻(xiàn)發(fā)現(xiàn)，當(dāng)前對(duì)于植物氣孔的研究多為對(duì)于某一種或同屬植物體的研究，尤其以研究環(huán)境脅迫如鹽、堿、水分、養(yǎng)分、干旱、低溫等影響下植物體的氣孔特征為主，對(duì)不同科屬植物體的氣孔特征進(jìn)行綜合對(duì)比分析的研究相對(duì)較少.對(duì)于氣孔特征是否可以作為鑒別不同科屬種親緣關(guān)系遠(yuǎn)近的依據(jù)，目前資料相對(duì)較少.本文以校園內(nèi)的灌木作為研究對(duì)象，綜合比較分析氣孔特征各項(xiàng)指標(biāo)，可以更好地了解灌木對(duì)校園環(huán)境的適應(yīng)性，也可為研究相同科屬的校園內(nèi)灌木之間的親緣關(guān)系提供依據(jù)，同時(shí)為校園內(nèi)灌木的氣孔及其他生理特征的進(jìn)一步研究提供基礎(chǔ)參考資料.

1 實(shí)驗(yàn)材料與方法

1.1 實(shí)驗(yàn)材料

樣品采集地點(diǎn)為臨沂大學(xué)校園內(nèi)，分別從教授花園、國際交流中心、致遠(yuǎn)樓區(qū)、二區(qū)宿舍區(qū)、銳思樓區(qū)、明義樓區(qū)、學(xué)校南門、高爾夫球場、實(shí)驗(yàn)中心、圖書館、弘毅樓區(qū)及中央綠地共12片區(qū)域采集到了23種灌木，它們分別為梔子花(Gardeniajasminoidesvar.fortuniana(Lindl.)Hara)、多蕊金絲桃(HypericumchoisianumWall.ex N.Robson)、海桐(Pittosporumtobira(Thunb.)Ait.)、薔薇(RosamultifloraThunb.)、日本女貞(LigustrumjaponicumThunb.)、繡線菊(SpiraeasalicifoliaL.)、石榴(PunicagranatumL.)、小葉黃楊(Buxussinicavar.parvifoliaM.Cheng)、扶芳藤(Euonymusfortunei(Turcz.)Hand.Mazz.)、丁香花(SyringaoblataLindl.)、窄葉火棘(Pyracanthaangustifolia(Franch.)Schneid.)、華中枸骨(IlexcentrochinensisS.Y.Hu)、紫荊(CercischinensisBunge)、球花石楠(PhotiniaglomerataRehd.et Wils.)、南紫薇(LagerstroemiasubcostataKoehne)、臘梅(Chimonanthuspraecox(L.)Link)、矮冬青(IlexlohfauensisMerr.)、連翹(Forsythiasuspensa(Thunb.)Vahl)、金邊黃楊(Euonymusjaponicusvar.aurea-marginatusHort.)、金葉女貞(Ligustrum×vicaryiHort.)、迎春花(JasminumnudiflorumLindl.)、金鐘花(ForsythiaviridissimaLindl.)及忍冬(LonicerajaponicaThunb.).具體的采集方法為：利用人工采摘的方法，采集樹冠中上部向陽方位、發(fā)育成熟的健康無蟲洞葉片，每個(gè)物種選取長勢良好的10棵植株，每棵植株選取5片葉子，每種樹種共取50個(gè)樣葉.

采摘葉片用紗布擦拭干凈后立即放入盛有FAA固定液的絲口樣品瓶中，當(dāng)場固定，并在瓶身貼好標(biāo)簽注明樣品種類及采樣人，并用膠帶固定標(biāo)簽以防損壞.固定時(shí)要使葉片完全沉浸在固定液里，小且輕的葉片如小葉黃楊會(huì)漂浮在固定液上，則需用玻璃棒攪拌或真空干燥箱抽氣10～20 min至葉片完全沒入固定液中[12].

1.2 研究方法

樣品的制備方法為印記法與徒手制片法，主要步驟為：將葉片從固定液中取出，立即用蒸餾水沖洗，沖洗干凈后放在通風(fēng)櫥下晾干或用吹風(fēng)機(jī)吹干；晾干后在葉片下表面選取適當(dāng)位置均勻地涂一層透明的指甲油,放在通風(fēng)櫥下完全風(fēng)干(約1～2 h)，對(duì)于有毛葉片，先用刀片輕輕刮去表皮毛,注意不要損傷葉片，再取印記；用滴管在載玻片上滴一滴清水，用無色透明膠布取下指甲油印記置于載玻片上的清水中，蓋好蓋玻片制成臨時(shí)裝片，放在尼康光學(xué)顯微鏡下，對(duì)氣孔的形狀、大小及分布情況進(jìn)行觀察，并統(tǒng)計(jì)、拍照.

在相同倍數(shù)下(目鏡10×,物鏡40×)下，每個(gè)樣品選取10個(gè)視野，避開葉脈，先用低倍鏡選視野，然后用高倍鏡放大觀察.每個(gè)樹種的氣孔都要有一個(gè)完整的照片，照片選取比例尺一致；用尼康NIS-Elements D軟件隨機(jī)測量10個(gè)視野內(nèi)20個(gè)氣孔的氣孔器長度(μm)、氣孔器寬度(μm)、氣孔長度(μm)、氣孔寬度(μm)、氣孔周長(μm)及氣孔面積(μm2)，取其平均值.統(tǒng)計(jì)10視野內(nèi)的氣孔數(shù)目(個(gè))，用單位面積的氣孔數(shù)除以對(duì)應(yīng)的視野面積來計(jì)算氣孔密度(個(gè)/mm2)，并取平均值.

2 結(jié)果與分析

2.1 氣孔形態(tài)特征

雙子葉植物的氣孔一般分為四種類型：無規(guī)則型(毛茛型)、平列型(茜草型)、不等型(十字花型)和橫列型[13].通過對(duì)23種校園常見灌木氣孔形態(tài)的觀察，發(fā)現(xiàn)在采集到的樣品中，大部分樹種的氣孔類型為無規(guī)則型，梔子花、臘梅、海桐的氣孔類型為平列型，多蕊金絲桃的氣孔類型為不等型.就氣孔形狀來說，一般有圓形、近圓形、橢圓形及細(xì)長型等類型.在觀察到的樣品中，大部分樹種的氣孔形狀為橢圓形，金鐘花、梔子花和多蕊金絲桃的氣孔形狀為細(xì)長型，而金邊黃楊、扶芳藤及矮冬青的氣孔形狀則為近圓形.表1為顯微鏡下各個(gè)樹種的形態(tài)特征.

表1 顯微鏡下臨沂大學(xué)校園內(nèi)灌木的氣孔形態(tài)特征表

2.2 氣孔的數(shù)量特征

2.2.1 氣孔數(shù)目

對(duì)每個(gè)樣品隨機(jī)取得的10個(gè)視野的氣孔數(shù)目進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，結(jié)果如下：薔薇科4個(gè)樹種的氣孔數(shù)目相對(duì)較多，繡線菊視野內(nèi)的氣孔數(shù)最高可達(dá)71；木犀科6個(gè)樹種的氣孔數(shù)目相對(duì)較少，均值在17.4～25個(gè)之間，日本女貞視野內(nèi)的氣孔數(shù)最少只有12個(gè)；衛(wèi)矛科和冬青科4個(gè)樹種視野內(nèi)的氣孔數(shù)目相近，大都在15～30個(gè)之間；忍冬科、茜草科、藤黃科、千屈菜科和石榴科5個(gè)樹種視野內(nèi)的氣孔數(shù)目相對(duì)較多，均值在30～40個(gè)之間；海桐科、豆科2個(gè)樹種氣孔數(shù)目相對(duì)較少，均值在20～30個(gè)之間；臘梅科臘梅的氣孔數(shù)目較多，均值為40個(gè)左右；黃楊科小葉黃楊視野內(nèi)的氣孔數(shù)目最少，最低只有10個(gè).圖1為各個(gè)樣品的氣孔數(shù)目,圖中各樹種名為簡稱，說明如下：窄葉火棘(Pyr.ang.)、球花石楠(Pho.glo.)，繡線菊(Spi.sal.)、薔薇(Ros.mul.)、日本女貞(Lig.jap.)、金葉女貞(Lig.vic.)、連翹(For.sus.)、金鐘花(For.vir.)、丁香花(Syr.obl.)、迎春花(Jas.nud.)、金邊黃楊(Euo.jap.)、扶芳藤(Euo.for.)、華中枸骨(Ile.cen.)、矮冬青(Ile.loh.)、忍冬(Lon.jap.)、梔子花(Gar.jas.)、小葉黃楊(Bux.sin.)、臘梅(Chi.pra.)、多蕊金絲桃(Hyp.cho.)、南紫薇(Lag.sub.)、海桐(Pit.tob.)、紫荊(Cer.chi.)、石榴(Pun.gra.)，該簡稱同樣適用于圖2至圖8.

圖1 氣孔數(shù)目

2.2.2 氣孔大小

通過統(tǒng)計(jì)觀察，結(jié)果表明：不同科屬樹種間氣孔大小差異較大.在所觀察的樹種中，黃楊科黃楊屬小葉黃楊的氣孔最大，氣孔面積達(dá)154.67 μm2,石榴科石榴屬石榴的氣孔最小，面積僅為7.31 μm2.同科不同屬樹種之間氣孔大小也有差異，但差異不大；薔薇科4種不同屬的樹種的氣孔器寬度(8～13 μm)及氣孔寬度(3～6 μm)差異不大；木犀科6個(gè)樹種之間氣孔大小差異也不大.同屬不同樹種的氣孔大小差異較小，女貞屬的日本女貞和金葉女貞氣孔器長度、寬度，氣孔長度、寬度數(shù)據(jù)基本一致；連翹屬的連翹和金鐘花的氣孔器長度、氣孔長度及氣孔周長的差值也很小；衛(wèi)矛屬的金邊黃楊和扶芳藤的氣孔長度、寬度及氣孔周長差值很?。欢鄬俚娜A中枸骨和矮冬青的氣孔器長度、氣孔長度及氣孔周長差值也很小.圖2～圖7為臨沂大學(xué)校園內(nèi)灌木的氣孔大小數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)表.

圖2 氣孔長度

圖3 氣孔寬度

圖4 氣孔器長度

圖5 氣孔器寬度

圖6 氣孔面積

圖7 氣孔周長

圖8 氣孔密度

2.2.3 氣孔密度

通過統(tǒng)計(jì)10視野內(nèi)的氣孔數(shù)目(個(gè))，用單位面積的氣孔數(shù)除以對(duì)應(yīng)的視野面積得到氣孔密度(個(gè)/mm2)，取平均值，結(jié)果見圖8.由圖8分析可得不同科的樹種氣孔密度差異較大，薔薇科繡線菊的氣孔密度最大(1 104個(gè)/mm2)，小葉黃楊的氣孔密度最小(212個(gè)/mm2).同科不同屬的樹種氣孔密度也有差異，但在不同科的樹種之間表現(xiàn)不同，例如薔薇科4個(gè)不同樹種的氣孔密度差異較大，而木犀科6個(gè)不同樹種的氣孔密度差異較小.同屬的不同樹種的氣孔密度差異相對(duì)來說比較小.由標(biāo)準(zhǔn)差可以看出，氣孔密度較其他氣孔特征數(shù)據(jù)穩(wěn)定性較差.

2.2.4 氣孔面積與氣孔密度的關(guān)系

運(yùn)用相關(guān)分析，可得出氣孔面積大小與氣孔密度有著負(fù)相關(guān)關(guān)系(R=-0.550 5),也就是說氣孔面積越小，氣孔密度越大；反之，氣孔面積越大，氣孔密度則越小.氣孔分布所呈現(xiàn)的負(fù)相關(guān)關(guān)系可能受到多種因素的影響，如水分、養(yǎng)分、光照、溫度等環(huán)境因素，這也在一定程度上體現(xiàn)了各樹種適應(yīng)環(huán)境的生態(tài)權(quán)衡策略.圖9為氣孔面積與氣孔密度的相關(guān)關(guān)系圖.

圖9 氣孔面積與氣孔密度的相關(guān)關(guān)系

3 結(jié)果與討論

本文通過光學(xué)顯微鏡對(duì)臨沂大學(xué)校園內(nèi)的23種灌木進(jìn)行了觀察與分析統(tǒng)計(jì)，得到了關(guān)于氣孔特征的一些基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)表明：(1)在所觀察的樹種中，各個(gè)樹種的氣孔形態(tài)大同小異，多數(shù)樹種的氣孔形狀為橢圓形，少數(shù)為近圓形，極個(gè)別為細(xì)長型，且大部分的氣孔類型為無規(guī)則型，少數(shù)為平列型，僅一種為不等型.(2)不同科屬樹種的氣孔數(shù)目有明顯差異，薔薇科4個(gè)樹種相較于木犀科6個(gè)樹種氣孔數(shù)目差異大，薔薇科里繡線菊視野內(nèi)的氣孔數(shù)目可達(dá)67.7個(gè)，而薔薇只有14.8個(gè)，剩余樹種中臘梅的氣孔數(shù)目最多(41.8個(gè))，小葉黃楊的氣孔數(shù)目最少(13個(gè)).(3)不同科樹種間氣孔大小差異較大；同科不同屬樹種之間氣孔大小也有差異，但差異不大；同屬不同樹種的氣孔大小差異較小.(4)不同科的樹種氣孔密度差異較大，薔薇科繡線菊的氣孔密度可達(dá)1 104個(gè)/mm2，而小葉黃楊的氣孔密度僅為212個(gè)/mm2；同科不同屬的樹種氣孔密度也有差異，但在不同科的樹種之間表現(xiàn)不同；同屬的不同樹種的氣孔密度差異相對(duì)來說比較小.(5)氣孔面積大小與氣孔密度有著負(fù)相關(guān)關(guān)系(R=-0.550 5).

本文選用氣孔形狀，氣孔類型，氣孔數(shù)目，氣孔器長度、寬度，氣孔長度、寬度，氣孔周長，氣孔面積及氣孔密度共10種指標(biāo)來表述校園內(nèi)灌木的氣孔特征，具有一定的參考意義.實(shí)驗(yàn)結(jié)果中氣孔面積與氣孔密度所呈現(xiàn)的負(fù)相關(guān)關(guān)系體現(xiàn)了植物適應(yīng)環(huán)境的生態(tài)權(quán)衡策略.另外，從數(shù)據(jù)分析得出的結(jié)論來看，氣孔的形態(tài)特征如氣孔形狀和氣孔類型很難作為所實(shí)驗(yàn)樹種分類的依據(jù)，而氣孔的數(shù)量特征如氣孔數(shù)目，氣孔器長度、寬度，氣孔長度、寬度，氣孔周長則具有較大的穩(wěn)定性，可以作為不同科屬樹種的分類依據(jù)，這就為證實(shí)相同科屬間的親緣關(guān)系提供了參考.由于所采集的樣品數(shù)量有限，且分類比較繁雜，所以得到的結(jié)論僅具有一定的參考意義，對(duì)于氣孔特征的分類價(jià)值，有待進(jìn)一步的研究.