季節變化對兩種繡線菊葉片性狀的影響

劉斗南 申瀾懿 張子涵 許麗穎

摘 ?要：以金焰繡線菊和珍珠繡線菊為研究對象，采用指甲油印跡法制片，運用成像系統輔助觀察兩種繡線菊的葉片特征，觀察季節變化對兩種繡線菊葉片性狀的影響.結果表明，金焰繡線菊的葉面積、葉厚度、葉脈密度和氣孔的長度和寬度均大于珍珠繡線菊，氣孔密度小于珍珠繡線菊；季節變化對金焰繡線菊和珍珠繡線菊的葉性狀造成一定的影響，對金焰繡線菊的影響更大.

關鍵詞：金焰繡線菊；珍珠繡線菊；季節變化；葉片性狀

[ ? 中圖分類號 ? ?]Q94 [ ? ?文獻標志碼 ? ] ?A

Effects of Leaf Traits of Spiraea x bumalda cv.Gold Flame and

Spiraea thunbergii Bl. to Seasonal

LIU Dounana，SHEN Lanyib，ZHANG Zihanb，XU Lingyingb*

（a.College of Chemistry and Chemical Engineering，Mudanjiang Normal University，Mudanjiang 157011，China；b.College of life science and technology，Mudanjiang Normal University，Mudanjiang 157011，China）

Abstract：To observe the effects of Spiraea x bumalda cv.Gold Flame and Spiraea thunbergii Bl. leaf traits to seasonal， we used the nail polish imprinting legal piece of imaging system to observe the two spiraea leaf characteristics. The results showed that： the Spiraea x bumalda cv.Gold Flame leaf area， leaf thickness， leaf vein density， stomatal length， stomata width were higher than Spiraea thunbergii Bl.， but the stomatal density was opposite.Seasonal changes effected the leaf traits of Spiraea x bumalda cv.Gold Flame and Spiraea thunbergii Bl.， there was a greater effect to Spiraea x bumalda cv.Gold Flame.

Key words： Spiraea x bumalda cv.Gold Flame；Spiraea thunbergii Bl.；Seasonal

changes； Leaf morphology

葉片是植物地上部分獲取資源的主要器官，由于長期暴露在外界環境中，其形態性狀是能夠反映植物對環境響應的重要性狀指標.在生長發育各階段，植物葉片的資源獲取不同，導致葉片形態有很大差異.[1]葉片的形態性狀主要包括葉大小、面積、厚度、葉脈和氣孔性狀等，葉片的變化是植物對環境的直觀反映.葉厚度影響著葉片中水分的儲存與利用，也影響著葉片的光合能力.[2-4]比葉面積與植物對光的利用效率有關，代表植物對資源的綜合利用情況.[5-6]氣孔和葉脈相互作用共同維持植物體內水分與二氧化碳間的平衡.[7]

繡線菊屬（Spiraea）為薔薇科（ Rosaceae）繡線菊亞科（ Spiraeoideae Agardh） 最原始的屬，其生態適應性強，對各種氣候都有較強忍耐性，故而在全球廣泛分布.繡線菊屬中的許多種類具有色彩艷麗的花朵和形狀精致的葉片，具有極高的觀賞價值.[8-9]我國繡線菊屬植物資源十分豐富，但在城市園林綠化方面受重視度有限.深入探究繡線菊屬植物對季節變化的敏感性，對于開發繡線菊屬植物具有十分重要的現實意義.結合當地的自然條件，對繡線菊屬植物展開季節性研究，篩選優質繡線菊屬植物，從而為城市經濟建設和園林建設服務.[10]本研究選取金焰繡線菊（Spiraea x bumalda cv.Gold Flame，SB）和珍珠繡線菊（Spiraea thunbergii Bl.，ST）為研究對象，測定其在不同季節條件下的葉片性狀、葉性狀之間的相關關系，探討季節變化對于兩種繡線菊葉片性狀的影響，為植物的適應性研究提供依據.

1 材料與方法

1.1 研究地概況

牡丹江師范學院坐落于黑龍江省牡丹江市，位于北溫帶中部，地理位置為北緯N44°35′14.04″ ，東經E129°33′15.76″，屬溫帶大陸性季風氣候，半濕潤地區，地處盆地，四周環山，四季分明.東南部毗鄰日本海，空氣濕潤，植被豐茂.

1.2 取樣

珍珠繡線菊、金焰繡線菊皆取自牡丹江師范學院校內的園林植物.2019年5月中下旬（日均最高氣溫21 ℃，日均最低氣溫7 ℃，平均降水總量54 ㎜）、8月中旬（日均最高氣溫27 ℃，日均最低氣溫16 ℃，平均降水總量124 ㎜）、10月中旬（日均最高氣溫13 ℃，日均最低氣溫0 ℃，平均降水總量33 ㎜）分批取樣測定.5月份采樣為研究第一階段，8月份采樣為研究第二階段，10月采樣為研究第三階段.取樣時，每個物種選取3株長勢良好的植株取樣，每株植物取樣5個小枝.在每個小枝上隨機取樣2片共得10片或10片以上的葉子，對所采集的樣本編號，帶回研究室后用蒸餾水清洗干凈.

1.3 實驗方法

葉面積測定 ?同步選取葉編號1～30的葉片，將葉子放在一張白紙上，標記1 ㎝?的正方形區域，照相.在Photoshop CS6版本下測量葉面積，取所有葉面積的平均值.

葉片厚度測定 ?將測完葉片面積的30片葉子分為5組*6片，采用游標卡尺測量法[5] ，選用精度為0.02 ㎜的游標卡尺測量葉片厚度.測量過程中，盡量避開葉片的主脈及主脈兩側的次級葉脈.每組測量3次，取平均值，代表每組葉片的厚度，測量5組，依次記為T1，T2，T3，T4，T5.葉片厚度（LT）=（T1+T2+T3+T4+T5）/30.

氣孔測定 ?使用“指甲油撕取法”制作裝片[6]進行氣孔測定.從采集的葉片里選取15片葉子，取1片葉片，用刀具將其切成1 ㎝×1 ㎝大小的片，在葉片的下表面涂上透明的指甲油，等到指甲油完全干透后，用鑷子輕輕撕下凝固的指甲油層，放到載玻片上，并滴上甘油或蒸餾水，輕輕蓋上蓋玻片，用牙簽壓實，不出現氣泡后用中性樹脂封片.在40倍顯微鏡下拍攝氣孔照片，每片葉子拍攝3個清晰的視野，保存照片.用Motic Images Plus 2.0測量氣孔大小，每張照片任選3個清晰的氣孔測量其長度和寬度，平均值作為每片葉子的氣孔長度和寬度.計算15片葉子氣孔長度和寬度的平均值，記錄每張照片上的氣孔數量，計算圖片面積，再計算15片葉子氣孔密度的平均值.氣孔密度=氣孔數量/圖片面積.

葉脈測定 ?從采集的葉片里選取5片葉子，切成1 ㎝×1 ㎝大小的方形，再用5% NaOH溶液浸泡4-5天（每天更換浸泡液），當發現葉片變得透明時，取出葉片放在載玻片上，制成臨時裝片.在電子顯微鏡上觀察，10倍顯微鏡下拍攝3組清晰的葉脈照片，保存照片.用Motic Images Plus 2.0測量每張圖片上的葉脈長度，3組葉脈長度的平均值為每片葉子的葉脈長度，再計算5片葉子葉脈長度的平均值.葉脈密度=葉脈長度/圖片面積.

1.4 數據分析

采用OLYMPUS BX-51（日本東京）生物顯微鏡觀察裝片，用Motic 3000 CCD數碼成像系統拍照，并用對應Motic軟件測量數據.用DPS（7.05）軟件進行方差分析，用Duncan新復極差法進行差異顯著性分析.采用Microsoft Office Excel 2016處理數據并作圖，所有數據用平均值±標準差表示.

2 結果與分析

2.1 季節變化對兩種繡線菊葉面積的影響

隨著季節的變化，金焰繡線菊和珍珠繡線菊的葉面積表現出不同的變化趨勢（圖1）.金焰繡線菊的葉面積均大于珍珠繡線菊.季節變化下，金焰繡線菊第一到第二階段葉面積上升幅度較大，增幅為50.06%；第二到第三階段增幅為7.46%，且兩個階段均與第一階段差異顯著.珍珠繡線菊第一到第二階段葉面積不增反降，降幅為18.09%；第二到第三階段葉面積降幅為21.49%，第三階段與第一階段相比差異顯著.季節變化對于金焰繡線菊葉面積的影響大于珍珠繡線菊.

1 兩種繡線菊在不同階段的葉面積 圖2 兩種繡線菊在不同階段的葉厚度 ?圖3 兩種繡線菊在不同階段的葉脈密度

2.2 季節變化對兩種繡線菊葉厚度的影響

隨著季節的變化，金焰繡線菊和珍珠繡線菊的葉厚度也表現出不同的變化趨勢（圖2）.圖2中，不同小寫字母代表不同階段差異顯著（P<0.05）（下同）.各階段金焰繡線菊的葉面積>珍珠繡線菊的葉面積.金焰繡線菊第一到第二階段葉厚度的上升幅度較大，增幅為153.38%；第二到第三階段增幅略有降低，增幅為5.00%，但后兩個階段與第一階段相比差異顯著.從第一至第二階段珍珠繡線菊的葉厚度稍有增加，增幅為29.09%；第二至第三階段葉厚度降低，降幅為22.42%，各階段差異均不顯著.季節變化對于金焰繡線菊葉厚度的影響大于珍珠繡線菊.

2.3 季節對兩種繡線菊葉脈密度的影響

兩種繡線菊各階段的葉脈密度均表現為金焰繡線菊>珍珠繡線菊.第一至第二階段和第二至第三階段，兩種繡線菊的葉脈密度變化趨勢不一致（圖3），金焰繡線菊先升后降，各階段之間的變化幅度分別為+1.48%和-39.03%，第三階段與第一和第二階段差異顯著；珍珠繡線菊的葉脈密度逐漸降低，變化幅度分為6.77%和22.17%，三個階段差異均不顯著.

2.4 季節變化對兩種繡線菊氣孔參數的影響

圖4中，圖A，B，C為10×目鏡下觀察到的金焰繡線菊三個階段的氣孔形態；圖D，E，F為10×目鏡下觀察到的珍珠繡線菊三個階段的氣孔形態.從圖4中可以看出，金焰繡線菊和珍珠繡線菊的氣孔形態基本一致，呈現為較為圓潤的不規則橢圓形.

兩種繡線菊在不同研究階段，氣孔的長度、寬度、數量和氣孔密度四項特征各有特點，但變化趨勢較一致.如表1所示，金焰繡線菊和珍珠繡線菊的氣孔長度和寬度表現出了同步增長的趨勢，二者在第一階段氣孔的長寬近乎相等，氣孔近圓形.金焰繡線菊在第二階段氣孔顯著變長變寬，變化幅度為55.58%和11.04%，而到第三階段氣孔繼續變長變寬，氣孔長度增幅較大，后兩個階段氣孔長度和寬度均與對照差異顯著.珍珠繡線菊的氣孔長度在第二階段和第三階段比第一階段顯著增加，增幅為37.17%和38.14%，各階段的氣孔寬度變化并不明顯，但均降低.在氣孔密度方面，各階段金焰繡線菊的氣孔密度均小于珍珠繡線菊.隨著季節的變化，二者呈現的變化趨勢不一致，金焰繡線菊的氣孔密度逐漸減小，而珍珠繡線菊的氣孔密度先升后降，第一和第三階段氣孔密度相近.季節變化對金焰繡線菊氣孔密度影響較大.

3 討論

葉性狀是植物功能性狀的二級性狀，體現了植物為獲得最大化能量收獲所采取的生存適應策略.[11]本研究結果表明，金焰繡線菊和珍珠繡線菊葉片各性狀在不同階段存在一定的差異，總體來說金焰繡線菊的葉面積、葉厚度、葉脈密度和氣孔的長度和寬度均大于珍珠繡線菊，而氣孔密度小于珍珠繡線菊.季節變化對金焰繡線菊和珍珠繡線菊的葉性狀造成一定的影響，但兩個物種的變化趨勢不一致，對金焰繡線菊的影響更大.

兩種植物的葉性狀隨季節變化呈現出不同的變化趨勢.金焰繡線菊在第一階段至第二階段的葉面積和葉厚度均明顯增加，第二階段至第三階段增長趨于平緩，略有上升.珍珠繡線菊的葉厚度和葉面積的變化趨勢并不完全一致，在第二階段有小幅度增長，屬于正常生長變化；第三階段小幅下降，數值上與第一階段基本相同.出現此種變化趨勢可能是因為第一、二階段內的溫度趨于平穩，數據在誤差范圍內小幅波動，而第二階段到第三階段與之前相比，氣溫明顯降低，新葉的增長速度明顯減緩，導致取樣的葉片大小與第一、二階段有較大偏差.葉脈類型相同的物種中，葉片越小，葉脈密度就相對越大，抵抗葉脈損傷時造成的水壓崩潰的能力也越強.[12-13]本研究氣葉脈密度的變化趨勢遵循了此變化規律.

葉脈的生長發育與葉片的生長有著直接關系，在植物總體生長發育過程中起著為葉片提供運輸水分和養分、支撐葉片的重要作用.決定葉脈發育進程的因素主要有兩個：一是外界的環境因素，二是植物體內嚴格的遺傳調控.但這兩方面因素并不相互獨立，而是互相影響，共同干涉著葉片的生長發育.[14]本研究主要探究的是第一方面.相比較而言，兩種繡線菊的葉脈密度變化趨勢保持一致，金焰繡線菊第一階段至第二階段的葉脈長度和密度變化不大，略有增加；第二階段至第三階段，兩種數據下降幅度較大.推測由于本次測量第一階段與第二階段的溫度相差不大，處于金焰繡線菊適宜的生長溫度內，第三階段明顯降低，導致新葉生長緩慢，繼而使得金焰繡線菊的葉脈長度和密度在第三階段大幅下降.而珍珠繡線菊因其葉片對三個階段的季節因素不敏感，所以在第三階段雖然也有數據下降的趨勢，但幅度不大，總體來說較為平穩.

尹秀玲[15]等的研究表明，薔薇科植物的氣孔密度的范圍在（117.812～360.449）No./mm2.金焰繡線菊和珍珠繡線菊皆為薔薇科繡線菊屬植物，第一、二階段內，兩種植物的氣孔密度均在此范圍之內.第三階段，金焰繡線菊氣孔密度顯著降低，造成這樣結果的原因可能有以下幾點：一是可能由環境因素造成，植物生長環境的溫度、水分和光照條件等均影響植物的光合速率和蒸騰作用，進而對植物的葉表面積、氣孔的密度造成影響，氣孔的長寬度等相關性狀也可能增大或減小；二是品種的選擇問題，本研究的品種種類不夠多，并且不同品種氣孔的相關性狀差異較大，氣孔的長寬度也有差異；三是不同品種的取樣方法不同，在測定時造成誤差.

本研究表明，金焰繡線菊的葉面積、葉厚度、葉脈密度和氣孔的長度和寬度均大于珍珠繡線菊，而氣孔密度小于珍珠繡線菊.季節變化對金焰繡線菊和珍珠繡線菊的葉性狀造成一定的影響，但兩個物種的變化趨勢不一致，對金焰繡線菊的影響更大.

參考文獻：

[1]黃慶陽， 謝立紅， 曹宏杰， 等.五大連池火山山楊葉功能性狀的變異特征[J]. 北京林業大學學報， 2021， 43（02）： 81-89.

[2]杜晉城， 李欣欣， 鄧小兵， 等. 9個油橄欖品種葉片功能性狀特征比較[J]. 南京林業大學學報：自然科學版， 2021， 45（02）： 159-164.

[3]唐玉瑞， 趙成章， 趙輝， 等.不同光環境下洮河護岸林沙棘葉干重與葉面積、葉厚度間的關系[J]. 生態學雜志， 2021， 40（09）： 2745-2753.

[4]王夢潔， 容麗， 李婷婷， 等.黔中喀斯特9種木質藤本葉功能性狀研究[J]. 熱帶亞熱帶植物學報， 2021， 29（05）： 455-464.

[5]張娜娜， 劉陽， 李熒， 等. 兩種藤本植物葉片性狀及相關性對季節的響應[J]. 中國林副特產， 2022， 1： 15-19+26.

[6]朱濟友， 徐程揚， 覃國銘， 等. 3種典型綠化植物葉功能性狀對大氣污染的響應及其葉經濟譜分析——以北京市為例[J]. 中南林業科技大學學報， 2019， 39（03）： 91-98.

[7]方亮，何玲玲.校園不同綠化植物葉片氣孔形態特征研究[J]. 安慶師范學院學報：自然科學版， 2014， 20（01）：77-79.

[8]耿微， 趙瑋杰. 北方高校校園彩葉植物的選擇與應用[J]. 牡丹江師范學院學報：自然科學版， 2014（3）： 36-37.

[9]許麗穎， 霍睿， 馬會，等. 牡丹江市道路綠化植物多樣性研究[J]. 牡丹江師范學院學報：自然科學版， 2012（4）： 31-32.

[10]郁永英，馬立華，譚振平，等.東北金焰繡線菊繁殖技術[J].林業科技， 2005（06）： 13-16.

[11]楊牟. 縉云山黃岑屬（Scutellaria Linn0）植物的細胞學與葉表皮微形態分析[D].重慶：西南大學， 2015.

[12]孫素靜，李芳蘭，包維楷.葉脈網絡系統的構建和系統學意義研究進展[J].熱帶亞熱帶植物學報， 2015， 23（03）：353-360.

[13]Scoffoni C， Rawls M， McKown A， et al. Decline of leaf hydraulic conductance with dehydration： Relationship to leaf size and venation architecture [J]. Plant Physiology， 2011， 156（2）： 832–843.

[14]Beerling DJ， Woodward FI. Changes in land plant function over the Phanerozoic： reconstructions based on the fossil record[J]. Botanical Journal of the Linnean Society， 1997， 124（2）： 137-153.

[15]尹秀玲，溫靜，劉欣，等.薔薇科12屬代表植物葉片氣孔密度研究[J].北方果樹， 2008 （01）：4-6.

編輯：琳莉