貴州豹皮樟葉表型與解剖結構特性及其與環境因子關系

關鍵詞：豹皮樟葉片；表觀參數；解剖結構參數；環境因子

葉片是植物進行能量轉化和生物量積累的重要器官，其表型特性和功能受生境因子影響顯著[1]。葉片表型與解剖結構作為葉片重要功能性狀，不但能感受生境因子變化并做出響應，而且能長期積累該響應后表現出特有的生存能力和適應策略[2-3]。因此，探究植物葉片表型特性及其與環境因子的關系不僅能明確其適生特性，而且對于特有物種資源保護及定向種質篩選具有重要意義。

植物葉片表觀特性及解剖結構因生境地環境因子不同而表現出特定變異規律，即葉表型變異。例如，干旱條件下，植物葉面積趨于變小，柵欄組織加厚而海綿組織變薄；當降水量增加時，植物比葉面積則趨于增加[4]。高溫環境下葉片細胞質壁分離不明顯，葉肉細胞排列緊密；而低溫下葉片厚度、輸導組織和維管束厚度增加，使得葉片厚度及干物質量均較高[5]。此外，環境中降水量及其季節分布格局的差異也會導致植物葉片功能性狀的改變[6-7]。上述現象是植物對環境因子變化做出的有利響應，并使該物種得以長期生存[8]。因此，闡釋種群間和種群內植物葉片變異特性對于明確物種在異質生境下的生存策略及其可塑性具有重要價值。

豹皮樟Listacoreanavar.sinensis是樟科Lauraceae木姜子屬Litsea常綠小喬木，天然分布區主要位于我國西南部。葉片可制茶，飲用歷史悠久[9]；其葉片富含黃酮、蛋白質、氨基酸等次生代謝物，有解毒、消腫、抗炎及抗氧化特性，極具應用價值[10-11]。貴州省是豹皮樟資源主要分布區之一，目前因過度采摘，種群生長勢差，無法結實及幼苗更新，處于瀕危狀態[12]，亟需加強保護。以往學者們對豹皮樟的研究主要集中在資源分布及利用價值等方面[9-13]，而對豹皮樟葉器官生物學特性研究較少。因此，有關豹皮樟在異質生境的生存偏好及表型特性仍不清楚，導致無法確定有針對性的保護措施。本研究擬采集貴州省不同分布區豹皮樟成年植株葉片，通過石蠟切片觀察和相關分析探討不同豹皮樟種群葉片表型特性及其與環境因子的關系，為進一步明確該物種生存特性及實施有效的保護與管理提供科學依據。

1材料與方法

1.1研究區概況

研究區位于貴州省5個縣域，地形起伏大且地貌類型多樣，海拔高度為650～870m。植被以馬尾松林Pinusmassoniana、常綠闊葉林和竹林等類型為主。該區域屬亞熱帶濕潤季風氣候，雨熱月份相同；年均氣溫約15.0℃，平均氣溫1月最低，約1.0℃，而7月最高，約28.0℃；年均降水量1255mm，無霜期約為300d；土壤以山地黃壤為主。

根據前期踏查貴州省豹皮樟資源分布情況，本研究選擇5個豹皮樟分布較為集中的縣進行采樣，分別為遵義市的習水縣、正安縣、湄潭縣、道真縣和貴陽市的開陽縣。在這5個縣采集的種群分別命名為習水種群（簡稱：XS）、正安種群（簡稱：ZA）、湄潭種群（簡稱：MT）、道真種群（簡稱：DZ）和開陽種群（簡稱：KY）。材料采集地位置及生境概況見表1。

1.2樣品采集

在每個種群選取生長良好的成年個體20株，在每個樣株上按樹冠的東、南、西、北向采集完整、生長正常的當年生葉40片，均分為2份。1份放入保鮮袋帶回實驗室用于表型測定；1份立刻放入FAA固定液中保存，帶回實驗室制作切片。

1.3試驗方法

葉片表觀參數測定：使用葉面積儀（AM350）測定葉長、葉寬及葉面積；使用精度為0.01mm的游標卡尺測定葉柄長；使用SPAD502葉綠素儀測定葉綠素值；用精度為0.01g電子天平測定單葉鮮質量，后將其于80℃烘箱烘干至恒定質量，測量其干質量[14]。同步計算葉形指數、葉干物質量及比葉面積等參數。

葉片解剖結構參數觀測與分析：剪取葉片中部橫切部分，經酒精脫水，用二甲苯透明處理后石蠟包埋、切片，染色和脫水處理后用樹膠封片，放于光學顯微鏡（LeicaDM2500）下拍照保存。利用ImageJ軟件觀察和測量葉片上角質層厚度、上表皮厚度、柵欄組織厚度、海綿組織厚度、下表皮厚度、下角質層厚度和主脈厚度[14]，并計算柵海比（柵欄組織厚度/海綿組織厚度）。

1.4環境因子數據獲取

氣候作為重要環境因子，數據來源于WorldClimV2.0（http：//www.worldclim.org）。根據采樣點地理信息，利用R語言（4.3）Raster軟件包對植物采樣點對應環境因子變量進行提取，共獲取19個環境因子變量（1970—2000年），去除各強相關性因子（r2≥0.9）后，最終確定11個相對獨立的變量因子[14]，分別為年平均氣溫，晝夜溫差月均值，等溫性，氣溫季節性變動系數，年均溫差，年均降水量，最濕月份降水量，降水量季節性，最濕季度降水量，最暖季度降水量，最冷季度降水量（圖1）。

1.5數據處理與分析

采用SPSS22.0軟件進行數據統計，計算各參數變異系數（CV），使用嵌套式方差分析計算葉表型分化系數（Vst）[14]。計算公式為：

使用Origin2024b進行RDA計算并繪圖，篩選影響葉表型和解剖結構參數的主要環境因子。

2結果與分析

2.1葉片表觀特性參數及變異性分析

統計豹皮樟不同種群葉片表觀特性參數（表2），發現各種群間葉片表觀特性參數均存在極顯著的差異性。如，XS種群和KY種群葉片寬大，而XS種群葉呈狹長形且干物質量最低，而KY種群葉片較寬闊；ZA種群葉片較小，且比葉面積與葉綠素相對值均較低；MT及DZ種群葉片表觀參數居于中等，但DZ種群較MT種群葉片更狹長。豹皮樟葉片表型參數的變異系數介于8.59%～17.55%，說明豹皮樟種群具有一定的變異和表型多樣性。

由表3可知，豹皮樟種群葉片表觀參數在種群間和種群內均存在極顯著差異。種群間和種群內的方差變異分量分別占總變異量的48.48%和27.19%；表型分化系數的變化區間為29.41%～86.18%，其中葉面積（86.18%）、葉寬（85.78%）和比葉面積（82.66%）分化系數較大，而葉綠素相對值（29.41%）、葉干物質量（30.20%）和葉柄長（32.35%）分化系數較小。豹皮樟葉片表觀性狀在種群間表型分化系數為59.51%，說明豹皮樟葉片表觀性狀的變異約60%來自種群間。由此可見，豹皮樟種群間的變異是造成該物種葉片表觀參數變異的主要因素。

2.2葉片解剖結構特性及其變異性分析

豹皮樟葉片為異面葉（圖2），其解剖結構由角質層、表皮、柵欄組織和海綿組織組成，葉脈結構完整；柵欄組織細胞排列緊密，而海綿組織細胞稀疏且厚度較大[15]。

由表4可知，不同種群葉片解剖結構參數均值中，KY種群葉片解剖結構較發達，除下表皮細胞厚度值外，其余各參數均最大；而XS種群下角質層厚度和柵海比，ZA種群上角質層厚度、柵欄組織厚度和主脈厚度，MT種群海綿組織厚度和DZ種群的上表皮細胞厚度、下表皮細胞厚度值均最小。豹皮樟各解剖結構參數變異系數為6.70%～16.81%，其中下角質層厚度變異系數最大，主脈厚度變異系數最小。

由表5可知，在種群間和種群內8個解剖結構參數均差異極顯著（P＜0.01）；各參數在種群間方差分量占總變異的57.92%，種群內占比為23.83%；表型分化系數變化幅度為49.28%～89.60%，其中下表皮厚度（89.60%）和上角質層厚度（88.99%）的表型分化系數較大，而下角質層厚度（49.28%）、主脈厚度（58.60%）和柵海比（58.31%）的表型分化系數較小。各參數種群間平均表型分化系數為69.55%，說明豹皮樟葉片解剖結構參數的變異約70%來自種群間。該結果表明葉片解剖結構參數變異主要來源于種群間。

2.3葉片表型和解剖結構與環境因子關系分析

豹皮樟葉表型和解剖結構與環境因子間存在顯著相關性。由圖3（a）可知，第一主成分和第二主成分兩個主成分能解釋環境因子對豹皮樟葉表型參數影響力的82.70%，其中葉表型參數中葉長、比葉面積、葉面積和葉寬與降水量季節性變化、年均降水量、等溫性等環境因子間存在顯著正相關關系，而與氣溫季節性變動系數和最冷季度降水量等環境因子間存在顯著負相關關系。由圖3（b）可知，第一主成分和第二主成分兩個主成分能解釋環境因子對豹皮樟葉片解剖結構參數影響力的81.56%，其中下表皮厚度、上表皮厚度、下角質層厚度、柵海比等解剖結構參數與降水量季節性變化存在顯著正相關關系，而與氣溫季節性變動系數、年均溫差間呈顯著負相關關系。

3討論

3.1葉片表觀參數變異性度及成因分析

植物天然種群表觀參數變異性分析不僅反映了其變異度和變異來源，而且可作為資源鑒定、保存、篩選與利用的基本依據[16-17]。豹皮樟葉片表觀參數在種群間和種群內均為極顯著差異，說明豹皮樟在種群內和種群間均有高度特異性。該特性與火棘Pyracanthafortuneana[18]變異特性類似。從分化程度看，豹皮樟平均分化系數為62.36%，高于格木Eredphleumfordii（21.86%）[19]，但低于云南黃連Coptisteeta（74.41%）[20]和夏蠟梅Sinocalycanthuschinensis（89.30%）[21]。綜上來看，貴州豹皮樟種群葉片表觀參數總體處于中等分化水平，也具有明顯的環境選擇性。

植物葉片表觀參數是在長期進化和生境適應中逐漸積累的結果。葉面積和長寬比會影響植物對光合有效輻射的接受能力以應對溫度變化[22]；比葉面積代表植物從外界獲取碳的能力[23]；葉柄長度能夠讓植物改變葉片伸展度以調節受光量[22]，從而控制光合效率；葉綠素含量決定植物光能轉換的能力，是葉片光能利用效率的最直接因素；而葉干物質量代表植物利用資源的能力及對不利生境的適應性[24]。本研究發現，豹皮樟葉片葉長、葉寬、葉形指數、葉面積和比葉面積為高度分化（Vst＞60%），僅有葉柄長、葉綠素相對值和葉干物質量為低度分化（Vst＜40%）。這說明該物種葉片具有顯著的表型可塑性，該特性使得物種生存偏好特定的生境。已有研究發現，豹皮樟主要喜蔭蔽生境[9，12]，造成葉柄長和葉綠素低分化度低。然而，植物偏好特定生境對于該物種分布區擴張和應對分布區生境改變是極其不利的。實際踏查中發現，野生豹皮樟幼苗一旦被村民發現，就會被移栽至自家房前屋后，這極易造成幼苗死亡，這也是造成豹皮樟野生資源瀕危的重要因素之一。

豹皮樟葉片表觀參數變異首先源自種群間，其次為種群內，這與云南松P.yunnanensis表觀多樣性變異特性一致[25]。一方面說明豹皮樟對環境壓力表現出一定的適應性，即種群間表型分化水平與種群對環境的適應能力成正比；另一方面與物種繁殖特性有關[14]。分析原因如下：研究區屬于高原山地，多變的氣候和復雜的生境條件使得豹皮樟形成了特定的適應性并得以長期維持。同時，由于生境區破碎化程度高，使得各種群間基因交流困難，容易造成地理和生殖上的隔離[26-27]，由此導致種群間表觀變異較高。

3.2葉片解剖結構參數變異性來源分析

植物葉片解剖結構參數因生境不同而導致顯著差異分化[28]。豹皮樟葉片解剖結構參數在種群間和種群內均呈極顯著差異，其種群間的方差分量為57.92%。這不僅表明其變異主要來源自種群間，而且進一步說明了豹皮樟葉片對環境因子變化較敏感。在不同的生境條件下形成了特有的適應類型，并最終表現為解剖結構參數的差異性。因此，研究豹皮樟葉片解剖結構特征也可為野生資源收集、良種選育等提供重要參考[29]。

表型變異系數不但反映植物葉片表型性狀的變異程度，而且反映資源表型的豐富度[30]。本研究中豹皮樟葉解剖結構參數平均變異幅度為6.70%～16.81%，與板栗（9.81%～15.60%）和閩楠（3.73%～32.28%）的變異系數值差異不大[31]。這說明豹皮樟葉片解剖結構各參數總變異度較低。學者們研究發現，變異系數值也是植物表型結構的生態適應參數；若變異系數小于50%，則認為其表現結構相對穩定，相反則為不穩定[32]。綜上可知，豹皮樟葉片解剖結構參數雖有一定變異性和豐富度，但總體仍為穩定型。該特性對于維持物種自身生理穩定是有利的，這也是植物適應復雜生境的重要生存策略之一。

3.3葉片表型參數與環境因子的關系分析

葉片表觀參數是基因和環境互作的結果[33]，物種在不同環境中因適應機制和環境敏感性的差異形成了特定的地理變異規律[27-28]。本研究發現，豹皮樟葉片表型參數中葉長、葉寬、葉面積和比葉面積與環境因子中的等溫性、年均降水量和降水量季節性變化呈顯著正相關，而與氣溫季節性變動系數和最冷季度降水量間存在顯著負相關。這說明年均氣溫波動小，氣候溫暖、雨水充沛的氣候條件更利于豹皮樟葉片發育，并形成寬大的葉片，而明顯的季節性溫度變化和冷季降雨對葉片發育是不利的。曾維軍等[34]研究發現，豹皮樟碳光合作用與環境濕度和溫度關系密切，而干旱條件下其凈光合速率會顯著降低。這也說明適宜的水分和溫度條件有助于豹皮樟葉片維持較高光合效率，積累大量的營養物質來促進葉原基細胞的分裂和數量增加，使得葉邊緣和頂端快速生長，最終形成寬闊的葉片[35]。因此，本研究中XS和KY種群發達的葉表型參數與其生境區氣候條件密切相關。由此可見，生境區溫暖、濕潤的氣候條件更有利于豹皮樟形成寬大的葉片。

植物葉片微觀結構與環境因子關系密切，后者通過影響葉片微觀結構導致葉片厚度分異[36]。本研究中，豹皮樟下表皮厚度、上表皮厚度、下角質層厚度、柵海比等解剖結構參數與降水量季節性變化存在顯著正相關，而與氣溫季節性變動系數、年均溫差呈顯著負相關。這說明季節性降水充足有利于豹皮樟葉表皮細胞發育，同時形成發達的柵欄組織，導致葉片厚度增加；而氣溫大幅度波動，如氣溫的季節性變化和年均溫度較大，則會阻礙葉肉組織發育。在本研究中，豹皮樟生境地均為亞熱帶氣候區，降雨多集中在4—6月份，此時正值植物葉片由幼嫩轉向成熟的過渡期，充足的水分和相對較高的氣溫極有利于植物細胞增殖，從而形成厚實的葉片。此外，由于柵欄組織含有豐富的葉綠體，能促進植物高效吸收和轉化光能，完成能量轉化和養分積累[33]，這對于植物更好利用光能和適應蔭生環境都具有積極意義。

4結論

豹皮樟習水和開陽種群葉片較寬大；葉片表觀參數變異度為種群間高于種群內；葉片解剖結構為異面葉，其中開陽種群解剖結構較發達。環境因子中，夏季降水和一定的溫度條件是影響豹皮樟葉片表型和解剖結構參數的主要環境因子。開展資源保護時，建議首選開陽種源；人工栽培時應選擇降水充沛且氣溫較高的區域，以利于豹皮樟葉片發育和植株生長。本研究闡明了貴州豹皮樟種群葉片表型基本特性，相關結論可為有效保護豹皮樟資源及高效種植提供一定科學依據。但是，由于研究區環境因子多樣性和氣候因素復雜性，有關豹皮樟生理特性研究仍需進一步深入和完善。