光照和施肥对青钱柳幼苗叶片性状与解剖结构的影响

尚旭岚 李琼琼 邓 波 方升佐

(南京林业大学林学院，江苏 南京 210037)

光照和施肥对青钱柳幼苗叶片性状与解剖结构的影响

尚旭岚 李琼琼 邓 波 方升佐

(南京林业大学林学院，江苏 南京 210037)

以青钱柳1年生幼苗为对象，研究光照和施肥对其复叶性状、气孔特征和叶片解剖结构的影响。结果表明，光照及光照和施肥2因子的交互作用对叶片性状和解剖结构各指标有显著或极显著影响，施肥仅对叶片厚度有显著影响；全光照下青钱柳叶面积最小，叶片较厚，栅栏组织和海绵组织排列紧密，叶片气孔小而密；光照强度减弱使叶片面积增加，叶片变薄，比叶质量下降，气孔密度减小，气孔变长变宽；全光照下，复叶面积、复叶干质量和比叶质量随施肥量增加而增加，叶片厚度也有一定的增加。中等光照下施肥20 g/株处理的复叶面积和复叶干质量最大，说明中等光照且适量施肥是青钱柳幼苗生长的最佳条件。

青钱柳；光强；施肥；叶片性状；解剖结构；气孔特征

青钱柳(Cyclocaryapaliurus(Batal.)Iljinskaja)，又名青钱李、摇钱树，系胡桃科青钱柳属，是我国特有的单种属植物，也是国家保护的濒危树种之一[1]。青钱柳是一种集药用、保健、材用和观赏价值为一身的珍贵树种，具有很高的保护与开发应用前景。研究人员现已从青钱柳叶中提取分离并鉴定出生物活性物质超过70种[2]。经临床与药理研究证明，青钱柳叶具有降血糖[3-4]、降血脂[3,5]、降血压[6]、抗肿瘤[7]、抗氧化[8]等功效。20世纪90年代开始，以青钱柳叶片为主要原料的保健品开始上市，现已远销美国，俄罗斯，德国，法国及东南亚等国家。随着人们对其药用保健价值认识的加深，市场需求量不断增大，导致野生资源被无节制采收，破坏非常严重。为了保护野生资源，满足市场需要，实现青钱柳的产业化，亟待进行青钱柳人工叶用林栽培研究。目前，对不同种源的青钱柳生长和次生代谢物质的变化规律已进行了较深入的研究[9-10]，但有关栽培措施对其生长及次生代谢物质影响的研究甚少[11]。

药用植物生长发育动态及形态特征是其生物学特性和环境因素互作的结果，生境的改变，其形态特征及有效成分组成会产生相应的变化[12]。光照和施肥是影响植物生长最主要的2个栽培因素。光照不仅能够通过光合作用为植物的生长提供能量，而且还作为植物光形态建成的信号强烈地影响着植物的初生代谢和次生代谢[13]。矿质营养也是植物形态建成和各种代谢活动的物质基础。现已有很多通过控制光照和施肥条件来提高药材目标化合物产量的报道，如李锡龙[13]探讨了不同光照条件和氮素对长春花(Catharanthusroseus)个体生长及生物碱合成累积等生理过程的影响。黎蕾[14]研究了不同光照和施肥对催吐萝芙木(Rauvolfiavomitoria)的生长、光合特性及其利血平含量的影响，确定高光强、中度施肥处理是最优光强和施肥组合。本试验通过探讨不同光照和施肥处理对青钱柳叶片性状、气孔特征和叶片解剖结构的影响，可进一步为青钱柳的苗木生长和次生代谢研究提供理论基础，并为其规范化栽培提供参考依据。

1 试验地概况

试验地设在南京林业大学江苏镇江苗圃基地，此地地处北纬32°16′40″、东经119°32′52″，海拔20 m，位于北亚热带湿润季风区，雨热同季，气候温暖，光照充足，热量富裕。年降水量为 1 000 mm，降水主要集中在6—9月，占全年降水量的60%左右；年平均温度为14.1 ℃，无霜期为220 d；土壤类型为砂壤土，有机质含量为1.77%，水解氮、有效磷、速效钾含量分别为77.0、14.9、132.6 mg/kg。

2 材料与方法

2.1 材料处理

青钱柳种子于2009年10月采收，采用浓硫酸腐蚀、GA3浸种后再进行层积催芽处理，待种子萌发后，播入容器中进行育苗，2010年5月移栽至大田，株行距为40 cm×50 cm。1个月后进行处理。

2.2 试验设计

采用裂区试验设计，以光照为主区，施肥为副区。光照设置3个水平：全光照(不遮荫，100%光照强度)、中度光照(在苗木上方2 m处搭设一层遮光率为70%的黑色尼龙遮阳网，约为50%的光照强度)、低光照(在苗木上方2 m处搭设2层遮光率为70%的黑色尼龙遮阳网，约为15%的光照强度)，布置试验时安装TOP农业环境监测仪(TNHY-7)，连续监测处理过程中的光量子通量密度，并分别换算成全光照的百分率。施肥量(复合肥成分N、P2O5、K2O比例为15∶15∶15)设置3个水平：0(不施肥)、20、40 g/株。第1次施肥时间为2010年6月21日，在苗木一侧距离苗木10 cm处施入总量的50%，第2次施肥时间是2010年7月25日，在苗木的另一侧距离苗木10 cm处施入总量的50%。每处理20株苗木，3次重复。处理120 d时取样对各指标进行测定。

2.3 测定指标及测定方法

2.3.1 复叶性状测定 从每个处理中选择青钱柳苗木3株，在上、中、下3个部位分别取3片复叶，并对全株的叶片数量进行统计。用WINDENDRO叶面积仪分析系统测叶片面积(精度0.1 cm2)，测定结束后将叶片置于105 ℃烘箱中烘干，称其干质量，计算比叶质量(g/cm2)。

2.3.2 气孔特征观察和测定 参考吕晋慧等[15]的方法，每处理选取新鲜、无病虫害、位于植株中部小枝第3、4复叶上的第2、3、4片功能小叶，采用指甲油印膜法将青钱柳叶下表皮取下，制成临时封片。于NikonYS 100光学显微镜(放大100倍)下统计视野内的气孔数目。每个处理取3株苗木，每株苗木选 3片小叶制片，每个封片各取3个视野进行统计，计算气孔密度(个/mm2)。另在每个视野内，应用 DT2000图像分析软件V2.0，通过计算机视觉系统采集图象(放大100倍)，观察气孔器形态结构，并用鼠标点测法测量气孔纵轴长、横轴长、气孔开度(即气孔开放时气孔内壁的宽度)。

2.3.3 叶片解剖结构观察和测定 参考吕晋慧等[15]的方法，按2.3.2叶片选择标准取采下的叶片，经简单清洁处理后，在主脉两侧取4 mm×6 mm的小块，投入50% FAA 固定液中保存备用。用常规石蜡切片法制片，番红-固绿对染，中性树胶封片。叶片厚度、栅栏组织厚度和海绵组织厚度的观察和测量方法同2.3.2，最后计算出栅栏组织厚度与海绵组织厚度的比值。

2.4 数据分析

采用SPSS 13.0统计软件对试验数据进行方差分析、差异显著性分析和相关性分析。

3 结果与分析

3.1 光照和施肥对复叶性状的影响

光照和施肥对青钱柳复叶面积、复叶干质量和比叶质量的影响结果见表1。

表1 光照和施肥对青钱柳复叶性状影响的方差分析

注：*P<0.05；**P<0.01。

由表1可以看出，光照对青钱柳复叶性状3个指标均有显著或极显著影响，施肥对各指标的影响均不显著，但是光照和施肥2个因子的交互作用对3个指标的影响均达到极显著水平。

由图1可知，全光照下不施肥处理复叶面积最小，仅为191.74 cm2，但随施肥量增加复叶面积和复叶干质量增加，比叶质量也有所提高。中等光照(50%光照强度)下施肥量为20 g/株时，复叶面积和复叶干质量均达到最大值(584.94 cm2和2.09 g)，分别为最低处理的3.05倍和3.09倍。不施肥情况下，随光照强度的减弱，复叶面积有显著的增加。无论施肥与否，比叶质量均随着光照强度的减弱显著降低。其中，低光照下施肥量为20 g/株处理的比叶质量最小，仅为全光照下施肥量为20 g/株处理的46.17%。单因素方差分析结果表明，不同处理青钱柳复叶性状差异达到显著或极显著水平。多重比较结果显示，中等光照下施肥量为20 g/株处理的复叶面积和复叶干质量与其他处理均达到显著水平。

3.2 光照和施肥对叶片气孔特征的影响

光照和施肥对青钱柳叶片气孔密度、纵轴长、横轴长和开度的影响结果见表2。

表2 光照和施肥对青钱柳气孔特征影响的方差分析

注：*P<0.05；**P<0.01。

由表2可知，光照对青钱柳气孔4个特征指标均有极显著的影响，施肥仅对气孔开度有显著影响，光照和施肥两因子的交互作用对4个指标的影响均达到显著或极显著水平。

由图2可以看出，全光照条件下不施肥处理的气孔密度最大，为42.40个/mm2。随着光照强度的减弱，施肥与不施肥情况下气孔密度大多呈现逐渐降低的趋势。低光照条件下不施肥处理和施肥量为40 g/株的气孔密度最小(约15个/mm2)，仅为气孔密度最大处理的1/3。全光照下不施肥处理的气孔纵轴长最小，为24.70 μm。随着光照强度的减弱，各处理气孔纵轴长有明显的增加，最大可达到30 μm左右。全光下不施肥处理的气孔横轴长最小，仅为17.71 μm。中等光照强度下3个处理的气孔横轴长较大，均在20 μm以上。由图2还可知，中等光照强度下施肥处理和低光照下所有处理的气孔开度较全光照均有明显的降低。其中，低光强下施肥量为40 g/株处理的气孔开度最小。单因素方差分析结果表明，各处理气孔密度、气孔纵轴长、气孔横轴长和气孔开度均有显著差异。结合图3也可看出，全光照下气孔表现为小而密，气孔开度相对较大，遮荫条件下气孔表现为大而稀，开度较小。

3.3 光照和施肥对叶片解剖结构的影响

光照和施肥对青钱柳叶片厚度、栅栏组织厚度、海绵组织厚度和栅栏组织/海绵组织的影响结果见表3。由表3可以看出，光照和施肥对青钱柳叶片厚度、栅栏组织厚度和海绵组织厚度均有极显著的影响。光照和施肥两因子的交互作用除对海绵组织厚度影响的差异不显著外，对叶片厚度、栅栏组织厚度以及栅栏组织与海绵组织厚度的比值均有极显著的影响。

由图3可看出，全光照下青钱柳叶片最厚，而且栅栏组织和海绵组织排列更紧密。结合图4数据可知，随着光照强度的减弱，施肥与不施肥处理的叶片厚度、栅栏组织厚度和海绵组织厚度均有显著的降低。相同光照条件下，施肥量为20 g/株处理的叶片厚度、栅栏组织厚度和海绵组织厚度均最大。其中，全光下施肥为20 g/株处理的叶片厚度最大，达到133.04 μm，而低光照不施肥处理叶片的厚度最小，仅为52.53 μm，后者是前者的42.27%。海绵组织随光照强度的减弱比栅栏组织降低更为明显。低光照不施肥处理的海绵组织厚度最小，仅为全光照下施肥为20 g/株处理的32.13%。

表3 光照和施肥对青钱柳叶片解剖结构影响的方差分析

注：*P<0.05；**P<0.01。

3.4 叶片性状和结构的相关性分析

对青钱柳复叶性状和叶片结构指标的相关性进行Pearson Correlation检验，结果见表4。

从表4可以看出，复叶面积与复叶干质量呈现极显著正相关，与比叶质量、气孔密度、叶片厚度和海绵组织厚度均呈现显著或极显著负相关。比叶质量与叶片厚度、栅栏组织厚度和海绵组织厚度均呈现极显著正相关，与栅栏组织厚度/海绵组织厚度呈显著负相关。气孔密度与叶片厚度、栅栏组织厚度和海绵组织厚度呈现极显著正相关。叶片厚度与栅栏组织厚度和海绵组织厚度呈极显著正相关。

表4 青钱柳叶片性状和解剖结构的相关性分析

注：*P<0.05；**P<0.01。

4 结论与讨论

叶片是植物进化过程中对环境变化比较敏感且可塑性较大的器官，环境变化常导致叶的长、宽及厚度，叶表面气孔、表皮细胞及附属物，叶肉栅栏组织、海绵组织等形态解剖结构的响应与适应[16]。研究普遍认为，叶片小而厚，表皮角质膜和毛被等附属物发达，叶肉栅栏组织发达、细胞长柱形及海绵组织排列紧密等特征是植物对强光生境的适应[17]。而弱光环境中的植物叶片大而薄、比叶质量小、柔软且叶柄较长[18]，栅栏组织厚度减小，气孔密度降低[19]。本研究中，青钱柳复叶面积与复叶干质量呈现极显著正相关，但与气孔密度、叶片厚度、栅栏组织厚度和海绵组织厚度均呈现极显著负相关(表4)。说明随着光照强度的减弱，虽然叶片变得更薄，但由于复叶面积增加更为显著，因此复叶干质量也会有所增加。综合所有数据可知，全光照下青钱柳叶面积最小，叶片较厚，栅栏组织和海绵组织排列紧密，叶片气孔小而密；而随着光照强度的减弱，比叶质量下降，叶片面积增加，叶片变薄，而叶片变薄则导致单位面积内的气孔密度减小，气孔变长变宽。这说明青钱柳幼苗叶片在全光、高温低湿的生境中具有明显的旱生叶特征，而在遮荫条件下又具有一定的阴生叶特性，对不同光环境表现出较高的可塑性，这与不同光环境下枫香(Liquidambarformosana)幼苗的叶片解剖结构变化相似[19]。

本研究中，中等光照(50%光照)施肥20 g/株处理的叶面积和叶干质量最大，而低光照(15%光照)施肥与不施肥处理的叶干质量和比叶质量均较低。吴能表等[20]研究发现，适度的遮荫可避免高光强对少花桂(Cinnamomumpauciflorum)幼苗生长造成的抑制，但过度的遮荫也不利于物质的生产和积累。对于青钱柳幼苗来说，以适度遮荫和适当施肥处理下的生长最佳。这与Deng等[11]得出的中等光照和适度施肥处理下青钱柳生物量最大的结论是吻合的。但Deng等[11]的研究也指出，叶片中黄酮化合物含量与光照和施肥呈现极显著负相关关系。次生代谢物的最佳防御理论[21]认为，次生代谢物的产生是植物自身防御功能的体现，次生代谢物的产生是植物以降低其生长为代价的。植物在遭遇逆境时次生代谢物的产生会增加；反之会减少。如杨逢建等[22]研究认为，46.4%遮荫网遮光条件不利于南方红豆杉(Taxuswallichianavar.mairei)的生长，但这种对其形成胁迫的生长环境，更有利于南方红豆杉中紫杉醇的合成。本研究只是对光照和施肥条件下青钱柳叶片性状和解剖结构的初步研究，对于叶用林培育来说，还应对青钱柳初生代谢与次生代谢的关系展开更深入的研究。

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(责任编辑 张 坤)

Effects of Light Intensity and Fertilization on Leaf Traits and Anatomical Structure ofCyclocaryapaliurus

SHANG Xu-lan, LI Qiong-qiong, DENG Bo, FANG Sheng-zuo

(College of Forestry, Nanjing Forestry University, Nanjing Jiangsu 210037, China)

One-yearCyclocaryapaliurusseedling was selected as material to analyze the effects of light intensity and fertilization on compound leaf traits, stomata characteristics and anatomical structure. The results showed that shading and interaction of shading and fertilization significantly affected all indices. However fertilization had only significant effect on leaf thickness. Without shading, the leaf area was smaller, but was thicker. In addition, the palisade tissue and spongy tissue of the leaf were compact under 100% sunlight condition, and the leaf had smaller and denser stomata. As the light intensity decreased, leaf area increased, and leaf thickness, leaf mass per area (LMA) and stomata density decreased. Accordingly, the stomata became longer and wider. Under 100% sunlight condition, fertilization resulted in the increase of the leaf area, leaf weight, LMA and leaf thickness. The greatest leaf area and weight were achieved in intermediate shading and 20.0 g/plant fertilizer. It was suggested that intermediate shading and fertilization was the optimal condition for the growth ofC.paliurusseedlings.

Cyclocaryapaliurus; light intensity; fertilization; leaf traits; anatomical structure; stomata characteristics

2014-08-12

国家自然科学基金项目(31270673)资助；南京林业大学高学历人才基金(X09-010-4)资助。

方升佐(1963—)，男，博士，教授。研究方向：人工林定向培育。Email：fangsz@njfu.edu.cn。

10.3969/j.issn.2095-1914.2014.06.002

S723.1

A

2095-1914(2014)06-0009-07

第1作者：尚旭岚(1978—)，女，博士，讲师。研究方向：人工林定向培育。Email：shangxulan@njfu.edu.cn。