海拔對珍稀瀕危植物珙桐葉片特征的影響

吳尚明，李 曲，蔣玉林，沙正局，李 艷

(生態安全與保護四川省重點實驗室/綿陽師范學院，四川 綿陽 621000)

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海拔對珍稀瀕危植物珙桐葉片特征的影響

吳尚明，李 曲，蔣玉林，沙正局，李 艷＊

(生態安全與保護四川省重點實驗室/綿陽師范學院，四川 綿陽 621000)

本研究分析了珙桐分布區龍蒼溝國家森林公園內不同海拔(1400，1580，1720m)梯度珙桐葉片的葉綠素含量，碳氮特征及超微結構，探討其對海拔梯度的適應機制。結果表明，珙桐不同海拔種群與光合特性相關的光合色素含量隨著海拔梯度的升高而下降；葉綠體結構隨著海拔的升高無顯著差異，但葉綠體中淀粉積累增加；與中等海拔相比，高海拔和低海拔種群的碳氮比均降低，但差異未達到顯著水平。

珙桐；海拔梯度；葉綠素；超微結構

海拔會影響植物的生長發育、葉片結構等，是影響植物分布的重要生態因素之一[1-2]。隨著海拔的升高，環境因子如溫度、光強、紫外線強度、氣壓、氧飽和量、CO2分壓等都會發生變化，而這些因素對植物的發育等都有重要影響[3]。葉片作為重要的功能器官，與光合和呼吸作用密切相關。由于其與環境因子密切接觸，受環境因子影響可塑性大，可作為環境因子與植物自身適應性的反映，為葉片生理生態功能研究奠定基礎[4-6]。

珙桐為1000萬年前新生代第三紀留下的孑遺植物，在第四紀冰川時期大部分地區的珙桐相繼滅絕，野生中僅存于中國西南四川省和中部湖北省和周邊地區。

其分布海拔主要在1500～2200m的濕潤常綠闊葉落葉混交林中[7]。本研究旨在通過研究珙桐葉片特征，分析其光合影響因子，葉片結構，營養積累等在海拔梯度上的差異性，這對揭示其適生環境有重要意義，并且探討珙桐葉片特征與海拔的相互關系對認識其環境適應性有重要理論價值。

1 材料與方法

1.1 研究區概況

研究區位于四川盆地西部邊緣、雅安市中部龍蒼溝國家森林公園內。地理位置為102°49′22″E～102°55′56″E，29°31′5″N～29°38′65″N，屬峨眉中山區，地貌位置屬龍門山地褶皺帶的南端，大相嶺的東段余脈的北側。其地勢南高北低，最高海拔2949.6m，最低海拔1460m，主要植被類型為亞熱帶常綠闊葉林。

1.2 研究材料

供試葉片為采自龍蒼溝國家森林公園內不同海拔(1400,1580,1720m)梯度的珙桐葉片。于2014年7月上旬在龍蒼溝保護區內采集珙桐葉片，設置1400m,1580m,1720m3個采樣點，每個采樣點選取若干株(n>5)長勢相當、無病蟲害的成熟樹，本別采集其葉片。采樣時在樹冠下部東、南、西、北4個方向采摘相同葉位葉片。

1.3 研究方法

1.3.1 葉綠素分析 采用Lichtenthaler的方法由打孔器(直徑為0.8cm)從葉片的中部取得的10個小圓片放入80%丙酮中避光浸提至葉片變白[8]。在分光光度計(Unican UV-330,USA)中讀取上清液在663nm、646nm下的吸收值。所有的測定重復3次，計算葉綠素濃度。

1.3.2 葉片結構分析 超微結構分析采用Zhao方法。包埋后的材料經過聚合、染色后于透射電鏡下進行觀察拍照[9]。

1.3.3 葉片元素含量分析 將葉片混勻，105℃殺青1h，后80℃烘干至恒重。樣品磨粉后過100目篩用于元素測定。測定方法參考Mitchell方法[10]，測量單位為中國科學院南京土壤研究所。

1.4 統計分析

采用SPSS19.0統計分析軟件進行一元方差分析，分析海拔梯度上參數差異，平均數間的多重比較采用Duncan’s檢驗方法，p<0.5時差異顯著。

2 結果與分析

2.1 海拔對珙桐葉片葉綠素特征的影響

從表1可以看出，海拔梯度對葉綠素a，葉綠素b，類胡蘿卜素及總葉綠素的影響都達到了顯著水平。隨著海拔梯度的上升，葉綠素a，葉綠素b，總葉綠素和類胡蘿卜素都下降，其中葉綠素a和類胡蘿卜素在中海拔梯度的時候下降程度就達到了顯著水平，葉綠素b和總葉綠素含量在高海拔梯度的時候下降程度達到顯著水平。在中等海拔到高海拔的過度區域，除了葉綠素b顯著降低外，其它指標都無顯著差異。

表1 不同海拔下珙桐葉片的光合色素含量(平均值±標準誤)

注：LL,低海拔；ML，中海拔；HL，高海拔；Chla，葉綠素a，Chlb，葉綠素b；TC，總葉綠素；Caro，類胡蘿卜素。

2.2 海拔對珙桐葉片碳氮比的影響

碳氮利用效率也能反應植物的生長狀況。與中等海拔相比，高海拔和低海拔葉片中碳氮比均降低；但隨著海拔梯度的變化，珙桐葉片中的碳氮比并無顯著變化(圖1)。

圖1 不同海拔下珙桐葉片的碳氮比

2.3 海拔對珙桐葉片超微結構的影響

圖2 不同海拔梯度下珙桐葉片葉綠體細胞超微結構

從葉片結構來看，低海拔珙桐葉片中葉綠體結構較完整，少數葉綠體中存在體積較小的淀粉顆粒；隨著海拔的升高，中海拔珙桐葉片中，葉綠體結構也較完整，但淀粉粒數量明顯比低海拔葉片中的多，但顆粒也比較小；高海拔地區的珙桐葉片中葉綠體基粒和基粒片層排列整齊、葉綠體結構都較完整，但淀粉顆粒明顯比低海拔和中海拔葉片中的大，體積占到了葉綠體的約一半大小(圖2)。

3 討論

本實驗結果表明，在珙桐分布區的低海拔、中等海拔和高海拔區域，隨著海拔的升高珙桐葉片的葉綠素含量會降低，并且高海拔地區的光合色素含量降低的程度更大。光合色素是植物進行光合作用的重要物質，光合色素的含量也會影響到植物光合作用的強弱。因此對珙桐來說，隨著海拔的升高，由光合色素降低引起的光合作用的下降可能會逐步加強。從葉綠體結構來看，不同海拔梯度下，珙桐葉片葉綠體結構并無顯著差異，葉綠體基質、基粒片層等都排列規則，但隨著海拔的升高，葉綠體中淀粉顆粒的數量和大小都有所增加，因此從外觀來看，低海拔地區葉片的葉綠體形態與高海拔地區相比較更規則，這可能是由于淀粉顆粒擠壓葉綠體而引起高海拔地區葉綠體形態稍微有些不規則。另外過多的淀粉顆粒積累也可能是導致色素含量降低的原因。從碳氮代謝來看，各海拔間并無顯著差異。這也說明海拔差異并未影響珙桐在生長過程中的碳氮代謝，但這種不顯著的差異也可能是由于珙桐分布區海拔梯度范圍較窄引起的。

因此，基于本實驗的結果，珙桐在不同海拔梯度下的生長生理狀況主要表現為：①與光合特性相關的光和色素含量隨著海拔梯度的升高而下降。②葉綠體結構隨著海拔的升高無顯著差異，但淀粉積累增加。③碳氮代謝并未隨海拔的升高而顯著改變。

[1]康華靖，劉鵬，徐根娣，等.大盤山自然保護區香果樹對不同海拔生境的生理生態響應[J].植物生態學報，2008，32(4):865-872.

[2]吳棟棟，周永斌，于大炮，等.不同海拔長白山岳樺的生理變化[J].生態學報，2009，29(5):2279-2285.

[3]姜永雷，鄧莉蘭，黃曉霞.不同海拔川滇高山櫟葉片的解剖結構特征[J].江蘇農業科學，2015，43(1):195-198.

[4]劉全宏，王孝安，田先華，等.太白紅杉(Larixchinensis)葉的形態解剖學特征與環境因子的關系[J].西北植物學報，2001，21(5):885-893.

[5]高建平，王彥涵，陳道峰.不同產地華中五味子葉表皮結構和導管分子的解剖結構特征及其與環境因子的關系[J].西北植物學報，2003，23(5):715-723.

[6]王勛陵，王靜.植物的形態結構與環境[M].蘭州：蘭州大學出版社，1989.

[7]黎云祥.珙桐生物學研究現狀與展望[J].西華師范大學學報，2003，24(3):269-275.

[8]Lichtenthaler HK. Chlorophylls and carotenoids: pigments of photosynthetic biomembranes[J].MethodEnzymol， 1987, 148: 350-382.

[9] Zhao HX, Xu X, Zhang YB,etal. Nitrogen deposition limits photosynthetic response to elevated CO2 differentially in a dioecious species[J].Oecologia,2011, 165:41-54.

[10]Mitchell AK .Acclimation of Pacific yew (Taxusbrevifolia) foliage to sun and shade[J].TreePhysiology,1998,18：749-757.

2017-05-20

國家自然科學基金項目(31200251)；綿陽師范學院校級科研平臺項目(2013A07)。

吳尚明(1993-)，男，四川巴中人，本科生在讀。*為通訊作者。