5种楠属植物的叶片形态特征及其金属元素含量的比较*

黄承石 张 银 费 越 胡 蝶

(长江大学楠木种质资源评价与创新中心，湖北 荆州 434025)

本研究分别以5种楠属植物白楠 (Phoebeneurantha)、紫楠 (P.sheareri)、桢楠 (P.zhennan)、浙江楠 (P.chekiangensis)、闽楠 (P.bournei) 叶片为研究对象，在涂铭等[13]的研究基础上，通过观察比较叶片外部形态特征，测量其单叶片及其单位面积的金属元素Pb、Cr、Fe、Cu、Cd含量，并且测量了叶片上下表皮细胞的大小，多角度分析5种楠属植物叶片的滞尘能力。以期充分挖掘楠属植物在园林应用中的市场价值和生态价值,对其综合开发利用具有现实指导意义。

1 材料和方法

1.1 研究对象及采样方法

供试的5种楠属植物叶片均于同一时间段采自于长江大学楠木苗圃基地 (112°20′N, 30°33′E)，于晴天采取各种植物叶片30片，均采自于冠层顶部，采样时用镊子和枝剪轻轻将叶片剪落并放置自封袋中，设置3个重复。

1.2 观察及测定方法

1.2.1叶片形态特征观察及测定

将5种楠属植物叶片样本放于DFC550体式显微镜 (北京冠普佳科技有限公司，中国) 下观察其叶片外观形态特征，并拍照整理；用光学显微镜 (宁波舜宇仪器有限公司，中国) 观察5种楠属植物叶片表皮细胞的形状及其排列方式，并用显微测微尺 (株洲卡特光电仪器有限公司，中国，精度为0.1 μm) 测量其大小。

用Scanmaker i800 plus扫描仪 (中晶科技有限公司，中国，分辨率300 dpi) 对叶片进行扫描，然后用imageJ电脑软件换算测定其叶片的长、宽和面积[14]。计算公式如下：

实际叶片长度 (cm)=测得的长度像素点数 × (2.54/扫描仪分辨率)

实际叶片宽度 (cm)=测得的宽度像素点数 ×(2.54/扫描仪分辨率)

实际叶片面积 (cm2)=(2.54/扫描仪分辨率)2 × 测得的像素点个数

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1.2.2叶片滞尘液的pH值、EC值以及金属元素含量的测定

将5组叶片样本分别装入5个大烧杯中，每个烧杯各倒入200 mL蒸馏水，叶片浸泡2 h后用镊子将叶片夹出，所剩浸洗液即为滞尘待测液。首先，用pH 6.86和pH 9.18的pH标准溶液调节pHS-3e型酸度计 (武汉中核仪器有限公司，中国)，2个数值一直重复，使得数值稳定，不会再随意改变，然后将复合玻璃电极插入待测液测定其pH；其次，用去离子水调试仪器，使指示针指向0，温度调为25 ℃，再将电导仪电极插入待测液测定其EC值；最后，用原子吸收分光光度法[15]分别对5种楠属植物叶片滞尘液中重金属元素Fe、Cu、Pb、Cr、Cd的含量进行测定。

1.3 分析方法

运用Excel表统计数据，用SAS数据处理系统进行方差分析，并用SSR法对5种楠属植物叶片待测液种的pH值、EC值、重金属元素含量、叶表皮细胞大小进行多重比较其差异显著性。

2 结果与分析

2.1 5种楠属植物叶片形态特征比较

2.1.15种楠属植物叶片的外部特征比较

由表1可知，5种楠属植物的叶片形态各有差异，叶片均为革质，叶形为披针形或倒卵形。叶尖先端渐尖，中脉均下陷，两边侧面的条数不等。叶片上表面均无毛，下表面附着短柔毛或长柔毛。

2.1.25种楠属植物叶片的面积大小比较

由表2可知，叶面积从大到小依次为紫楠 > 白楠 > 浙江楠 > 闽楠 > 桢楠，其中紫楠叶面积平均值为64.960 cm2，桢楠叶面积平均值为20.331 cm2；叶片长度紫楠最大，平均长14.992 cm，桢楠最小，平均长10.121 cm；叶片宽度紫楠最大，平均宽6.215 cm，闽楠最小，平均宽3.036 cm。从方差分析结果来看，紫楠、白楠、桢楠、浙江楠、闽楠之间叶片面积均存在显著差异 (P< 0.05)。紫楠和白楠叶片长度无显著差异，但与浙江楠、闽楠、桢楠均存在显著差异 (P< 0.05)。白楠和浙江楠叶片宽度无显著差异，闽楠和桢楠叶片宽度也无显著差异，但与紫楠有显著差异 (P< 0.05)。

表1 5种楠属植物叶片形态比较Table 1 Comparison of leaf morphology of 5 species of Phoebe

表2 5种楠属植物叶片面积比较Table 2 Comparison of leaf area of 5 species of Phoebe

2.1.35种楠属植物叶片的上表皮细胞比较

由图1可知，这5种楠属植物叶片上表皮细胞均呈镶嵌式结构无序排列，形状不一。由表3可知，浙江楠的上表皮细胞较长且较宽，桢楠较短较小。它们从大到小排列依次为浙江楠 > 白楠 > 闽楠 > 紫楠 > 桢楠。

图15种楠属植物上表皮细胞
Fig.1 Epidermal cells of 5 species ofPhoebe

2.2 5种楠属植物叶片滞尘液的pH和EC值比较

由表4可知，紫楠叶片滞尘液的pH值最大，约为7.38，闽楠最小，约为7.19；桢楠叶片滞尘液的EC值最大，约为78 μS/cm，紫楠最小，约为49 μS/cm。桢楠与浙江楠的pH值无显著差异，白楠和闽楠的pH值也无显著差异，但紫楠、桢楠、白楠均有显著差异 (P< 0.05)。就EC值而言，闽楠和浙江楠无显著差异，但与白楠、紫楠、桢楠和浙江楠均有显著差异 (P< 0.05)。

表3 5种楠属植物叶片表皮细胞大小的比较Table 3 Comparison of leaf epidermal cell size of 5 species of Phoebe μm

表45种楠属植物叶片滞尘液的pH、EC值
Table 4 The pH and EC value of leaves′ dust liquid of 5 species ofPhoebe

树种pHEC值/(μS·cm-1)白楠7.20±0.721c71±0.413b紫楠7.38±0.754a49±0.647d桢楠7.26±0.812b78±0.532a闽楠7.19±0.755c55±0.573c浙江楠7.24±0.832b57±0.442c

2.3 5种楠属植物叶片滞尘液中的重金属元素比较

由表5可知，5种楠属植物叶片的滞尘液中重金属元素Pb和Cr含量均存在显著差异 (P< 0.05)，Pb含量从大到小依次为桢楠 > 闽楠 > 浙江楠 > 白楠 > 紫楠，Cr含量从大到小依次为桢楠 > 闽楠 > 紫楠 > 白楠 > 浙江楠。桢楠叶片滞尘液的Fe含量最高，平均27.591 mg/cm2；闽楠最低，平均8.574 mg/cm2。白楠和闽楠滞尘液中Fe含量无显著差异，但与紫楠、桢楠、浙江楠都存在显著差异 (P< 0.05)；桢楠滞尘液的Cu含量最高，平均0.302 mg/cm2，紫楠最低，平均0.118 mg/cm2。其中白楠和紫楠滞尘液中含Cu量无显著差异，但与桢楠、闽楠、浙江楠都存在显著差异 (P< 0.05)；桢楠滞尘液的Cd含量最高，平均0.196 mg/cm2，紫楠最低，平均0.054 mg/cm2。其中白楠和紫楠滞尘液中含Cd量无显著差异，但与桢楠、闽楠、浙江楠均存在显著差异 (P< 0.05)。从总的情况来看，这5种不同楠属植物所含的5种不同重金属之和最多的是桢楠，其次是浙江楠和紫楠，而白楠和闽楠含量最少。

表5 5种楠属植物叶片粉尘中各重金属元素含量比较Table 5 Comparison of the contents of heavy metals in the dust of 5 species of Phoebe mg/cm2

3 结论与讨论

滞尘能力的测定与比较研究表明，树种间滞尘能力与其叶片的形态结构特征有一定的关系[16]，附着在上下叶面毛的形状、疏密程度，分泌物等因素是造成滞尘能力强弱的原因。石辉等[17]的研究显示叶面的粗糙度可以影响细小颗粒物的滞留。从这5种楠属植物的叶片外部形态特征来看，叶均革质，叶片上表面均少毛或无毛，白楠、紫楠、闽楠叶片下表面有短柔毛，而桢楠和浙江楠叶片下表面有较密的长柔毛，较容易附着细小颗粒物。

叶片表皮细胞排列无序，气孔等组织突起，会增加叶表的粗糙程度，增加叶片与粉尘的接触面积，从而提高植物叶片滞尘能力[18]。FreerSmith等[19]、李海梅等[20]和余曼等[21]研究表明颗粒物更容易深藏在凹凸不平具有沟状组织，保卫细胞与周围角质突起的连接区形成具网格形纹饰的植物叶片上。而从5种楠属植物上表皮细胞的观察来看，它们形状大小不一，白楠和浙江楠细胞间隙较大，而闽楠、紫楠和桢楠细胞排列较密，这可作为比较其滞尘能力的参考条件。

任乃林等[22]研究发现重金属在植物叶片中的含量与大气粉尘中重金属污染程度呈正相关关系。植物的叶片在光合作用和呼吸作用的过程中，会通过气皮孔吸收一部分含重金属元素的粉尘[23]。从本测试结果来看，发现在单位面积内5种楠属植物各金属元素含量总和从大到小依次为桢楠 > 浙江楠 > 紫楠 > 白楠 > 闽楠，而这一结果也和它们叶片滞尘液的EC值是相吻合的。

在综合了5种楠属植物叶片的外部形态特征和叶表皮细胞的微观结构及其叶片滞尘液中的重金属元素含量、EC值等指标，可初步判断它们的滞尘能力从强到弱依次为桢楠 > 浙江楠 > 白楠 > 紫楠 > 闽楠。总之，在园林植物滞尘效益方面进行系统全面的研究对改善城市空气污染问题具有一定的现实意义，同时也能为楠属植物在园林绿化中的应用提供参考。