干旱脅迫下熱帶櫻花葉片與氣孔形態變化特征研究

王鋒堂 楊福孫 卜賢盼 周鵬

摘 要 為研究熱帶櫻花在海南島園林綠化中的推廣與應用，針對其抗逆適應性進行干旱脅迫試驗。研究設4個水分干旱梯度試驗，采用改良指甲油印跡法測定其葉片氣孔的形態特征，觀察葉片形態變化。結果表明：（1）隨著干旱時間延長，降低了其葉面積與葉片含水量，干旱處理30 d變化最明顯；（2）隨干旱程度的加重，葉片氣孔密度、氣孔周長等呈減小趨勢；（3）干旱下氣孔密度與其開放度有顯著相關性（R2=0.038 3，p<0.05，N=36）。干旱條件對海南島種植熱帶櫻花有很大影響。

關鍵詞 熱帶櫻花；印跡法；氣孔；葉片

中圖分類號 S685 文獻標識碼 A

Leaf Morphological Changes of Tropical Cherry

Blossom under Drought Stress

WANG Fengtang， YANG Fusun， BU Xianpan， ZHOU Peng*

College of Tropical Agriculture and Forestry， Hainan University， Haikou， Hainan 570228， China

Abstract The purpose of this study is to do application and promotion of tropical cherry blossom in Hainan Island. The study set up 4 water drought gradient tests， using the improved method to determine the morphological characteristics of leaf stomata. The main test showed that：（1）Long time drought affected leaf area and leaf water content for the most obvious change of thirtieth days；（2）With the drought， stomatal density， stomatal perimeter decreased；（3）Under drought stress and stomatal density of openness has a significant correlation（R2=0.038 3， p<0.05， N=36）. The drought conditions had a great influence on the planting of tropical cherry blossoms in Hainan Island.

Key words Cassia nodosa； blotting； stoma； leaf

doi 10.3969/j.issn.1000-2561.2017.08.011

光合作用、呼吸作用等是植物生長的基礎，而干旱脅迫是制約的重要環境因素。海南島地處熱帶北緣，屬熱帶季風氣候，光溫充足；具有明顯的多雨與少雨季之分，且少雨季持續時間長，常發生干旱。因此生產中干旱成為海南島植物生長的重要制約因素之一。很多研究表明氣孔是植物葉片與大氣進行水分、二氧化碳交換的主要通道[1]，直接影響到植株體內的水分平衡、光合效率以及作物的生產性能[2]，早有研究表明氣孔的靈敏度是植物抗旱的特征之一[3]。有關研究表明小麥葉片水分條件對氣孔長度、氣孔寬度、氣孔導度、光合速率、蒸騰速率等有顯著影響[4]。熊慧等[5]研究蕨類植物的生境和植物類型對氣孔響應行為表明與氣孔均有顯著的影響。王晶晶等[6]對葡萄葉片的研究發現氣孔受干旱影響也很明顯。通過研究草莓葉片與銀杏葉片發現在干旱脅迫下氣孔限制葉片凈光合速率較為明顯[7-8]。李真真等[9]研究玉米在水分脅迫下，通過一系列反應降低葉表面水勢，能促進氣孔關閉。氣孔的開閉度是植物光合作用、蒸騰作用的重要影響因素。對于這些現象有不同的解釋。有研究表明H2S在調控植物氣孔運動中起到作用，氣孔運動信號轉導過程中H2S與H2O2有一定關系[10]。還有研究表明氣孔關閉是ABA和Ca2+信號途徑在其中發揮的作用[11]。還有研究發現ABA在干旱下是影響氣孔關閉的重要原因[12-13]，由此可以得出氣孔對于植物的重要性，且植物面對逆境脅迫條件時，可發生氣孔密度和氣孔長度的變化，葉片形態也會隨之發生變化，從而達到對環境的最大適合度[14]。所以研究植物對所處環境的抗干旱能力有重要意義。

熱帶櫻花（Tropical cherry），學名粉花山扁豆（Cassia nodosa），又名節果決明、塔槐等，是一種熱帶半落葉喬木，隸屬于蘇木科（Caesalpiniaceae）決明屬（Cassia）[15]。熱帶櫻花的樹體高大，樹冠呈傘狀，遮蔭效果好，春季長出新芽，花季盛開粉紅色花，顏色艷麗，宛如櫻花，是一種優良的園林綠化樹種，對其合理開發及應用有重要意義[16]。繁殖方式有種子的有性繁殖、嫁接與壓條的無性繁殖等方法。種植范圍比較廣泛，在云南西雙版納地區、兩廣南部及海南等地均有栽培[17]。作為園林植物其抗性強弱，直接影響到其推廣應用。海南省具有顯著的旱季和雨季，而熱帶櫻花苗期是最為關鍵與重要的時期之一，因此本試驗以熱帶櫻花苗期植株為研究對象，通過葉片形態及氣孔變化，分析其抗旱能力，為其推廣應用作好前期基礎。

1 材料與方法

1.1 材料

試驗于2016年7～10月在海南大學海甸校區實驗基地進行。采用盆栽方式以種植2年生熱帶櫻花植株為研究對象，在實驗基地塑料大棚中每天控水調節完成干旱脅迫實驗。

1.2 方法

1.2.1 干旱脅迫處理 試驗設對照組CK[正常澆水（70±5）%]，輕度干旱組[（60±5）%含水量]，中度干旱組[（50±5）%含水量]和重度干旱組[（40±5）%含水量]，共4梯度處理，3次重復，每重復9株，每株1盆。

干旱處理方法：首先采用稱重法結合土壤水分速測儀（型號TPY-6A）測定土壤的絕對含水量與相對含水量，然后研究分析2種方法與土壤相對含水量相對應的容積含水量，最后建立土壤相對含水量和容積含水量的關系式（圖1）。

土壤水分控制方法：于7月12日開始控水，7月19日各干旱處理均達到設定的土壤相對含水量范圍，以后每天17 ： 00～18 ： 00采用土壤水分速測儀逐盆測定土壤相對含水量并補充水分至設定的目標值。補充水分量的計算方法，實測土壤容積含水量，并將其換算為土壤相對含水量，然后計算設定含水量與實際含水量之間的水分重量差，以重量差作為補充水分量。

1.2.2 測定指標與方法 于晴天上午9 ： 00～10 ： 00，取熱帶櫻花植株分枝頂部的倒數第一片葉進行形態的觀測及記錄。

干旱脅迫開始后，每10 d測量1次葉面積與葉片含水量，每次在不同干旱處理方式下的每個植株采3片葉片迅速帶回實驗室。利用千分位天平測算，共進行3次。用葉形紙稱重法測量葉面積、烘干法測量葉片水分含量。

葉含水量=（葉鮮重-葉干重）/葉鮮重×100%

使用指甲油印跡法和透明膠帶結合改良方法測定葉片氣孔[18]。用透明膠帶粘取代鑷子撕取能獲得較完整的指甲油薄膜。在脅迫干旱開始后15 d，選取健康的熱帶櫻花功能葉片用脫脂棉拭去葉片表皮的灰塵，在葉片中間部位及兩側涂一層薄薄的指甲油。采摘涂抹指甲油的葉片帶回實驗室，待其自然風干后，取下并置于載玻片上，于光學顯微鏡下400倍并結合測微尺觀測。測量計算出視野面積，按每平方毫米的氣孔數計算氣孔密度，每片葉上取5個部位，每個部位觀測5個視野，求其平均值。氣孔近似橢圓，利用橢圓周長公式計算其周長。

氣孔密度=每個視野內的氣孔數/視野面積。

1.3 數據處理與分析

采用Excle 2007進行葉面積及葉片含水量等數據處理，采用Spss 20.0軟件對葉片氣孔形態與密度進行統計分析。

2 結果與分析

2.1 不同干旱處理下葉面積與相對含水量變化

在干旱脅迫下，熱帶櫻花的植株葉片形態發生變化。隨著干旱脅迫處理的加重，植株在試驗期間葉片出現卷縮，葉片絨毛密集而凸顯，新枝出現不同程度的萎蔫下垂現象；其中重度干旱下葉面積減小最明顯，中度與輕度干旱在30 d時，葉平均面積明顯減?。ū?）。干旱脅迫處理下，植株出現生長滯緩現象，新葉生長緩慢，新的分枝減少。

分析得到葉片相對含水量隨干旱脅迫時間增長，中度干旱變化相對平穩；輕度干旱在第20天時含水量明顯減少，而重度干旱在第30天出現含水量明顯下降（表1）。表明短時間內，熱帶櫻花在重度干旱能較好生存，但長時間干旱對熱帶櫻花小苗造成的危害嚴重。

2.2 不同干旱處理下對葉片氣孔的密度及形態的變化及相關性

隨著干旱程度加劇，氣孔的密度逐漸減小，且在中度干旱與輕度干旱時氣孔的橫徑相差較小，中度與重度干旱時縱徑相差最?。▓D2）。統計分析表明干旱與氣孔密度呈負相關（y=84.362-6.322x， R2=0.374，F=20.332，Sig=0）。且干旱與氣孔的開放度也呈負相關關系（圖3）。數據分析表明氣孔張開度在重度干旱條件下最小，僅為0.024 2 μm；對照處理葉片氣孔的張開度最大，達0.032 0 μm。

在不同干旱處理下，葉片氣孔密度與氣孔大小形態也存在相關性。經過相關性分析，氣孔的密度與氣孔的大小呈顯著正相關（R2=0.038 3， p<0.05， N=36）。表明熱帶櫻花的氣孔密度在干旱脅迫下會減小，其中氣孔的縱徑與橫徑也呈縮小的趨勢。

2.3 不同干旱處理下葉片氣孔的周長變化

氣孔的縱徑橫徑隨著干旱脅迫程度的加重呈減小趨勢（圖3）；氣孔周長也隨著干旱處理程度的加重而顯著減小，其中度干旱與重度干旱處理下單個氣孔周長差異不明顯（圖4），輕度干旱與中度干旱處理下單葉氣孔總周長差異顯著（圖5）。但中度干旱與重度干旱處理對熱帶櫻花氣孔周長影響最大，與對照相比差異達顯著水平。

2.4 不同干旱處理對葉片氣孔相對面積的變化

隨著脅迫干旱處理程度的增加，葉片中單位面積的氣孔相對面積在逐步減小（圖6）。經過相關性分析表明不同干旱處理方式下葉氣孔數與葉單位面積上的氣孔面積呈極顯著相關（R2=0.75，p<0.01， N=36）。干旱使氣孔的面積縮小，其中中度干旱與重度干旱氣孔變化差異較小，但與對照相比差異顯著。

3 討論

植物的生長過程中受到很多因素影響，其中干旱是限制植物生長最重要最普遍的環境因素之一，干旱脅迫下植物能夠通過調控氣孔開度來防止植物體內水分的散失，葉片的形態變化會反映出植株健康狀態[19-20]。有相關研究表明，在干旱脅迫下植物葉片氣孔密度分布位置紊亂，沒有規律的排布[21]。同時植物氣孔開放度會變小，以此來減少水分散失確保生存[22]。本試驗在海南島氣溫較高、光照較強的月份進行，受到的光照強度大，日照時間長。當熱帶櫻花小苗植株在水分缺少時，通過減小氣孔開放度，同時降低氣孔的密度，加快老葉脫落，葉片生長面積縮小，葉片絨毛密集，以此減少水分散失，維持植株的代謝生長。所以本試驗中在葉背面觀察到大量開放的氣孔。試驗得出葉片背面氣孔密度減少，氣孔開放度減小，氣孔周長減小且輕度干旱與中度干旱處理下差異最大，單位面積氣孔的相對面積在減小。氣孔密度與氣孔大小即與氣孔縱徑、橫徑有顯著相關性，這與劉世鵬等[23]相關棗樹研究結果一致。通過本試驗觀察，熱帶櫻花小苗植株在隨著干旱脅迫程度的增加和時間的增長，生長速度明顯減緩，說明干旱對氣孔的影響導致光合、呼吸等生理反應產生的凈光合產物在減少。在重度干旱處理下時，小苗植株很快會出現萎蔫現象。隨著干旱脅迫時間的延續，重度干旱下葉面積和葉片含水量的變化差距小，觀察得到葉片會出現嚴重的卷曲下垂，老葉枯黃與脫落速度也會加快很多，說明植株通過形態的改變來應對與適應干旱逆境。長時間干旱脅迫對熱帶櫻花小苗會造成嚴重的傷害，因此在種植生產過程中小苗的栽培要確保水分充足供應，不能長時間缺水。

植物在逆境中會產生適應性變化，本研究表明干旱逆境下，植物通過氣孔形態，密度的改變適應環境；同時能改變葉片的形態與含水量來應對逆境。熱帶櫻花小苗植株通過一系列的變化表明其不適應在重度與中度干旱下生長，長時間干旱脅迫促使其葉片大量下垂、萎蔫及老葉干枯脫落加速。但其能適應輕度干旱，在旱季少雨時期，可適當進行水分補充，即可適應干旱環境，鑒于本試驗初步研究結果，熱帶櫻花適合在海南島推廣應用。

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