五種喬木葉片解剖結構對停車場環境的適應性研究

楊依晴 招禮軍 朱栗瓊

五種喬木葉片解剖結構對停車場環境的適應性研究

楊依晴 招禮軍 朱栗瓊

（廣西大學林學院 廣西南寧 530004）

采用表皮離析和石蠟切片技術對廣西大學停車場內粉花山扁豆、宮粉羊蹄甲、紅花羊蹄甲、假蘋婆和中國無憂花的葉片解剖結構進行顯微觀測，并運用主成分與隸屬函數法綜合分析其環境適應性，以期為停車場綠化選種提供理論依據。結果表明：5種喬木在葉片上的適應策略與能力有所不同，（1）在表皮特征上，無表皮毛的中國無憂花和表皮毛稀疏的假蘋婆葉表皮有結晶分布，其余3種密被表皮毛但無結晶；紅花羊蹄甲和假蘋婆分別在氣孔長度和密度上最小；（2）在橫切結構上，主脈維管束面積、葉片和角質層厚度最大的均是中國無憂花，其次為葉表皮最厚的假蘋婆，其還具復表皮結構，而葉厚及主脈維管束面積最小的粉花山扁豆柵欄組織/海綿組織厚度最大；（3）抗逆性大小為中國無憂花>假蘋婆>宮粉羊蹄甲≈紅花羊蹄甲>粉花山扁豆，前兩者優勢明顯，建議在類似環境中大力推廣使用。

停車場；綠化喬木；葉片解剖結構；環境適應性

種植在停車場的植物遭受著來自多方面的環境脅迫，例如，其中的硬質化地表相比自然土壤存在更高的吸熱性、導熱性和儲熱性，同時根系補水受阻，進而引發樹木根系在樹池內遭受高溫和干旱脅迫[1-2]；汽車排放出的CO、NOx和SO2等物質通過氣孔進入葉片后會導致抗氧化系統受損、光合速率和葉綠素含量下降等現象[3]，抑制植物生長。植物對環境變遷和不良環境有足夠的適應性和抵抗能力，這種抗逆性既受其系統發育的遺傳基因控制，又受其個體發育中的生理生態制約[4]。因此，選擇適應性強的樹種是維持停車場綠化功能的關鍵。葉片與環境聯系緊密，是響應環境變化最靈敏的器官，其結構特征能夠反映植物適應環境所形成的生存對策[5]。前人已經就葉片結構與環境適應性的關系開展了大量研究，發現葉片結構的適應性特征主要通過調節葉形、蒸騰強度、光合效率、貯水能力和水分利用效率等方面表現[6-8]，抗逆性強的植物通常具有較小的氣孔、較多的表皮毛、較厚的葉片和表皮、發達的角質層和柵欄組織等結構[9-11]。植物對環境的適應性往往通過可度量的抗逆性狀進行評價，由于不同植物在葉片結構的適應策略上存在差異，性狀指標間存在交互作用，故需要綜合分析以獲得較科學的結論。

目前，關于植物葉片解剖結構對停車場環境的適應性研究較少，本研究以廣西大學停車場內的5種喬木為研究對象，對其成熟葉片解剖結構進行觀測，運用主成分和隸屬函數法對其環境適應性進行綜合性分析，以期為停車場的綠化選種提供科學依據。

1 材料與方法

1.1 材料

1.1.1 試材 生長成熟的粉花山扁豆()、宮粉羊蹄甲()、紅花羊蹄甲()、假蘋婆()、中國無憂花()。

1.1.2 樣地概況 試驗材料采自廣西大學，其所在地南寧市介于107°45￠～108°51￠E，22°13￠～23°32￠N，屬季風氣候，年均氣溫21.7℃，年均降水量1 304.2 mm，雨熱同季，春秋兩季不分明，冬季低溫干燥。

1.2 方法

1.2.1 采樣 于2021年10月在廣西大學停車場選取生境相似、生長成熟的粉花山扁豆、宮粉羊蹄甲、紅花羊蹄甲、假蘋婆、中國無憂花各5株，采集樹冠中上部東南西北面外側見光的各3片成熟健康葉片，并置于FAA溶液中固定保存。

1.2.2 制片

1.2.2.1 葉片表皮特征觀測 剪取主脈兩側近中部約1 cm×1 cm小塊樣品，將其浸泡于體積比為1:1的30%過氧化氫溶液和醋酸的混合液中，置于60℃水浴鍋恒溫加熱至葉片完全變白后取出，蒸餾水漂洗后再浸泡于次氯酸鈉溶液中離析至透明，最后漂洗干凈，用鑷子撕取表皮，并用番紅-固綠染液染色，制成臨時裝片，置于Nikon E 200光學顯微鏡下觀察并拍照。用ImageJ統計視野內200 μm×200 μm區域的所有氣孔個數，并測量氣孔長（孔徑）。每種植物至少取30個視野拍照，各指標測定30個觀測值，以平均值作為統計值。

氣孔密度（個/mm2）=氣孔個數/測定范圍面積

1.2.2.2 葉片橫切面結構觀測 葉的橫切面用石蠟制片法[12]，取葉近中部主脈及兩側各0.5 cm材料，酒精梯度脫水，TO生物制片劑透明，切片厚10～15 μm，番紅-固綠對染，加拿大樹膠封藏。將制片置于Nikon E200光學顯微鏡下觀察并拍照，用ImageJ測定葉片各橫切結構指標。采集視野及觀測值樣本量同1.2.2.1節。

柵海比=柵欄組織厚度/海綿組織厚度

葉片結構緊密度=(柵欄組織厚度/葉片厚度)′100%

葉片結構疏松度=(海綿組織厚度/葉片厚度)′100%

1.2.3 數據處理 采用Excel 2010對試驗數據進行統計，使用SPSS 22.0進行單因素方差分析、Duncan多重比較和主成分分析，并計算各指標的隸屬函數值。

與抗逆性呈正相關的指標函數值計算公式[13]：

(X)=(X?X)/(X?X)

與抗逆性呈負相關的指標函數值計算公式：

(X)=1?(X?X)/(X?X)

式中，(X)為隸屬函數值；X表示第個指標數據；X與X分別表示第個指標最大值與最小值。

2 結果與分析

2.1 葉片表皮特征

由表1和圖1可知，5種喬木葉片的上下表皮細胞排列緊密，胞間界限明顯，下表皮均有氣孔分布。其中，2種羊蹄甲葉片上下表皮均有氣孔分布，粉花山扁豆上下表皮均密被表皮毛。無表皮毛的中國無憂花和下表皮被稀疏星狀毛的假蘋婆葉表皮有結晶分布，其余3種密被下表皮毛但無結晶。

氣孔最長的是粉花山扁豆，其次為中國無憂花，二者無顯著差異（>0.05，下同）；最短的是宮粉羊蹄，其次為紅花羊蹄甲，二者無顯著差異；假蘋婆與其他4種間均存在顯著差異（<0.05，下同）。氣孔密度最大的是粉花山扁豆，最小的是假蘋婆，其余3種差異不大。

表1 五種喬木葉片的表皮特征

注：表中數據為（平均值±標準差）；不同小寫字母表示同列數據在0.05水平差異顯著。下同。

A. 粉花山扁豆，B. 宮粉羊蹄甲，C. 紅花羊蹄甲，D. 假蘋婆，E. 中國無憂花；

2.2 葉片橫切面結構對比分析

從表2和圖1可知，5種綠化喬木葉片均為異面葉，由角質層、表皮細胞、柵欄組織和海綿組織四部分組成，柵欄組織細胞為長柱型，排列緊密，顏色較深，2種羊蹄甲和中國無憂花的柵欄組織為兩層，粉花山扁豆和假蘋婆為一層，主脈均為外韌維管束。

中國無憂花的主脈維管束面積、葉片、角質層、柵欄組織和海綿組織厚度均顯著大于其他4種；假蘋婆葉片除柵欄組織最薄外，其余僅次中國無憂花，且其具有復表皮結構，表皮厚度顯著大于其他4種；粉花山扁豆的主脈維管束面積、葉片和海綿組織厚度均最小；宮粉羊蹄甲角質層和表皮厚度均最小，其次為紅花羊蹄甲，二者差異不顯著；假蘋婆的柵海比和葉片結構緊密度均顯著小于其余4種，紅花羊蹄甲次之，其具最大的葉片結構疏松度，其余3者的結構比值差異均較小。

表2 五種喬木葉橫切面結構特征

2.3 指標表達式的確定

對上述所測13個指標運用主成分分析法進行降維濃縮，共提取出3個主成分，累積貢獻率達86.84%，可代表原有指標分析5種綠化喬木的抗逆性差異，各主成分的因子載荷值和貢獻率見表3。用因子載荷值分別除以各主成分對應特征值的算術平方根得到3個主成分表達式的系數矩陣，并對其進行加權平均，可得指標表達式D，1～13依次為表4中排列的指標：= 0.241+ 0.072+0.223+0.224+0.225+0.036+0.247+0.178+0.059+0.1810+0.1711+0.1412?0.113

2.4 綜合評價結果

由于各指標在植物抗性大小上的貢獻程度不同，故采用平均隸屬函數值進行評價仍然存在局限性，因此根據上述主成分指標表達式，將各指標的隸屬函數值代入，求得綜合得分值，據此對5種綠化喬木的抗逆性由大到小進行排序。由表4可知，中國無憂花的抗性綜合得分值最大，其次為假蘋婆，兩種羊蹄甲得分值十分相近，粉花山扁豆最小，下降幅度為55.6%。

3 討論與結論

葉表皮毛能夠吸收露水，促使葉片復水化[14]，還可以阻礙葉表面空氣流動并反射陽光[15]，角質層具有不透水性和折光性[16]，二者對于增強水分利用效率、減少水分流失以及防止灼傷等方面都有著重要作用。前人研究還發現，生長在空氣污染區的植物比清潔區的具有更厚的角質層[17]，說明角質層朝著抵御污染物的方向上發展。含晶細胞具有較高的滲透勢以增強葉片的吸水和貯水能力，這一特征也是植物在干旱和鹽堿環境中的一種典型適應性[18]。雖然中國無憂花和假蘋婆葉表皮毛較其余稀疏，但二者的角質層厚度依次顯著大于其他喬木，且表皮均分布有含晶細胞，表明5種喬木葉片均能通過增加表皮附屬物或角質層來適應干旱、強光和空氣污染的環境。小的氣孔開閉迅速，對逆境的響應更快，并且通常與更高的密度協同適應[19]，因為小而密的氣孔能夠相互彌補各自缺陷，使蒸騰和光合速率得到合理調控，以維持生長代謝需求[20]。宮粉羊蹄甲和紅花羊蹄甲的氣孔長度顯著小于其余植物，且具有較大的氣孔密度，表明這2種羊蹄甲葉片的氣孔調節能力較強，能對環境變化做出更快的響應。

表3 主成分分析結果

表4 五種喬木葉片各指標的隸屬函數值及抗逆性排序

前人研究認為，葉片及其表皮厚度與儲水能力相關[21]。葉片最厚的中國無憂花和葉表皮最厚的假蘋婆都能儲存較多水分，其葉片不易脫水，能對干旱和高溫環境表現出較好適應性。主脈維管束與水分和養分的輸導效率正相關[22]，柵欄組織越厚，排列越緊密，可容納的葉綠體越多，外界污染物對葉綠體的破壞就相對較小[23]。具主脈維管束面積和柵欄組織厚度最大值的均為中國無憂花，說明其能夠穩定光合效率以適應空氣污染環境，同時加快光合產物從葉片轉出以適應逆境。此外，柵海比和葉片結構緊密度是評價植物對水分和光能利用率的重要指標，二者增大有利于植物適應強光并減少水分流失[24]。葉片最薄的粉花山扁豆的柵海比最大，葉片結構疏松度最小，說明其主要通過提高柵欄組織占比彌補在葉片厚度上的劣勢以適應逆境。

綜上可知，5種喬木在葉片上的適應策略有所不同，在對植物葉片解剖結構與抗逆性關系的相關研究中，前人多使用篩選典型指標并使用平均隸屬函數法進行抗逆性評價[25]。由于各指標對植物抗逆性與適應性的影響大小不同，本研究將各指標的隸屬函數值代入主成分指標表達式，以得分值作為評價的依據。結果顯示，中國無憂花的抗逆性最強，假蘋婆次之，二者優勢明顯，可在停車場及類似環境中大力推廣使用；親緣關系相近的兩種羊蹄甲的抗逆性相近，適應策略也相差不大，都密被表皮毛并均有小而密的氣孔，區別在于宮粉羊蹄甲的葉厚小于紅花羊蹄甲，但其在柵海比上彌補了不足；而粉花山扁豆在氣孔調節能力和葉片貯水與輸導能力上劣勢較大，適應性最差。本研究僅從葉片微觀結構特征上進行評價，未進行生理指標測定以及相關環境的處理與對照，具有局限性，后續研究應加以補充，以獲得更準確的評價結果。

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Adaptability of Leaf Anatomical Structure of Five Trees to Parking Lot Environment

YANG Yiqing ZHAO Lijun ZHU Liqiong

(College of Forestry, Guangxi University, Nanning, Guangxi 530004, China)

Anatomical observation was made on the leaves of,,,andin the parking lot of Guangxi University by epidermal isolation and paraffin sectioning. The comprehensive analysis of environmental adaptability was carried out by principal component method and subordinate function as to provide theoretical basis for parking lot greening tree species selection. The results showed that the adaptation strategies and abilities of five trees were different on leaves, (1) In terms of epidermal features,without surface fur andleaves with sparse surface fur had crystal distribution, while other three species were densely covered with surface fur but without crystals;andhad minimum stomata length and density respectively; (2) In terms of cross-cutting structure,had the largest vascular bundle area, leaf and cuticle thickness, followed bywith the thickest leaf epidermis and a multi-epidermis structure, whilewith the smallest leaf thickness and main vascular bundle area had the largest P/S. (3) The resistance order was>>≈>. The first two had obvious advantages and were recommended to be strongly promoted in similar environments.

the parking lot; green trees; leaf of anatomical structure; environmental adaptability

Q944.56；S688

A

10.12008/j.issn.1009-2196.2022.10.016

2022-05-19；

2022-05-26

國家自然科學基金（No.31560061）；廣西林業廳“木本香花植物資源收集和研究示范”項目（No.BB33600230）。

楊依晴（2000—），女，碩士研究生，研究方向為園林植物與應用，E-mail：2232514183@qq.com。

朱栗瓊（1969—），女，碩士，副教授，研究方向為植物形態結構和植物生理生態，E-mail：liqiongzhu@163.com。

（責任編輯 龍婭麗）