轿子山六种杜鹃花属植物中气孔群的发现

白蕊珠 苏源 赵昌佑 殷根深

摘要：采用印迹法制取叶表皮印迹装片，观察了分布于云南省轿子山国家级自然保护区的6种杜鹃花属（Rhododendron）植物的叶表皮微形态结构，利用IT 2.00软件进行叶表皮形态指标的测量。结果表明，在6种杜鹃花属植物中，气孔成群分布，形成明显的气孔群。在气孔群内，1个气孔群气孔之间的平均距离极显著小于相邻两气孔群之间的平均距离。这是首次在杜鹃花属植物叶片上发现气孔群现象，并对气孔群的生理作用及形成机制进行了初步探讨。

关键词：气孔群;杜鹃花属（Rhododendron）;轿子山;叶表皮

中图分类号：S718.43

文献标识码：A

文章编号：0439-8114（ 2020） 20-0112-04

DOl：10.1408 8/j .cnki.issn0439-8114.2020.20.025

气孔是植物控制气体交换的门户…，气孔通过控制植物的气体交换来调节植物的光合作用和蒸腾作用，因此，其在植物的生命活动中具有重要的作用[2]。气孔通常随机分布在叶表皮上，其分布类型和气孔大小都比较单一[3[，但也存在例外。如在多个小型气孔的中间存在一个大型气孔，即巨型气孔，巨型气孔在芒果（Mangifera indica）[4]、木苹果（Limo-nia acidissima）[4]、杏树（Prunus armeniaca）[5]、夹竹桃科植物（ Apocynaceae）[6]等多个类群中被观察到。气孔群是另外一类特殊的气孔分布类型，是指气孔有规律的群状分布，气孔群在杏树（Prunus armenia-cn）[5]、秋海棠（Begonia pettatifolia）[2，7]、虎耳草（Saxi-fraga sarmentosa）[8]、葡萄（Vitis vinifera）[9]等植物中被报道。目前，研究者认为气孔群可能对植物的抗性生理，尤其是抗旱和抗盐具有重要作用[10]。本研究对云南省轿子山分布的6种杜鹃花属（Rhododen-dron）植物的叶表皮微形态结构进行观察，采用印迹法制取叶表皮印迹装片，利用IT 2.00软件进行了叶表皮形态指标的测量，以期为气孔群的研究提供参考。

1 材料和方法

1.1 试验材料

试验材料均采自于云南省轿子山国家级自然保护区。采用常规方法将6种杜鹃花属植物叶片压制成腊叶标本后，保存在昆明学院农学与生命科学学院植物标本室。试验材料的名称、采集地等信息如表1所示。

1.2 试验方法

1.2.1 制片和气孔数据测量试验材料取自腊叶标本。根据刘明智等[11]的方法，采用印迹法制作叶片下表皮装片，并略有改进。由于部分杜鹃花属植物下表皮具有丰富的毛被（如锈红毛杜鹃），因此需要先去除毛被。具体方法：先用指甲油涂抹于叶片下表皮上，待指甲油完全干燥后，用镊子撕下，此时撕下的指甲油于膜含有大量表皮毛及灰尘，舍弃，重复几次，直至表皮毛去除干净，最后再用指甲油制作印迹干膜，并制成临时装片。在奥林巴斯BX60F-3型光学显微镜下进行镜检，分别在4倍和10倍物镜下拍照。利用IT 2.00软件，对气孔大小、气孔之间的距离等数据进行测量，具体的测量对象为：①气孔的长度和宽度;②气孔群单位内气孔间的距离，即同一个气孔群内，相邻两气孔之间的距离;③气孔群间气孔间的距离，即相邻的2个气孔群之間距离最近的2个气孔之间的距离。每个品种各测量5片叶，每个叶片随机测量10个气孔群的数据。

1.2.2 与其他科植物的气孔数据比较为了判断这6种杜鹃属植物气孔群存在的典型性，从文献中选取了其他科10个种进行比较。这10个种涵盖了维管植物的蕨类植物、裸子植物、被子植物（包括双子叶植物和单子叶植物）。只有图片清晰，并标有准确标尺的文献才用于本研究的比较。

1.3 数据分析

用Excel 2010软件对试验数据进行整理后，用SPSS 22.0软件进行统计学分析，对测得的各项指标进行配对样本T检验（ Paired-samples t-test）;用OriginPro.v 9.0软件进行统计图绘制。

2 结果与分析

2.1 气孔形态特征

6种杜鹃花属植物的下表皮微形态如图l所示。这6种杜鹃花属植物的气孔都只存在于下表皮，上表皮未见气孔分布;此外，它们的气孔都呈规律的群状分布，即气孔群均分布在叶脉所组成的网格中，每个网格中只有1个气孔群，每个气孔群相邻排列（图1）。

2.2 气孔数量特征的差异性分析

2.2.1 气孔数量特征6种杜鹃花属植物的气孔数量特征如表2所示，从气孔群内气孔之间的平均距离来看，这6个种的叶片气孔群内气孔之间的平均距离为（6.72+1.75）μm，其中，露珠杜鹃的最小，为（5.95±0.52） μm，锈红毛杜鹃的最大，为（7.14±0.45）μm（表2）;从相邻两气孔群间气孔之间的距离来看，平均值为（25.51+9.39） μm，其中，乳黄杜鹃的最小，为（21.02+13.29） μm，毛脉杜鹃的最大，为（34.90+17.86）μm;从气孔长度、宽度来看，6种杜鹃花属植物叶片气孔群内气孔长度平均值为（5.27±0.35） μm，露珠杜鹃的最小，为（4.92+0.10） μm，马缨花的最大，为（5.60+0.35）μm;气孔宽度平均值为（3.76+0.38） μm，乳黄杜鹃的最小，为（3.38+0.04）μm，毛脉杜鹃的最大，为（3.98+1.09） μm（表2）。2.2.2 6种杜鹃花属植物与其他10种植物叶片气孔数量特征的比较由图2、表3可知，来自文献的10种植物气孔之间的平均距离最小为29.56μm，而本研究测量到的杜鹃花属植物气孔群内气孔之间的平均距离最大仅为7.14μm，远小于其他种植物气孔之间的距离。这一现象有力地说明杜鹃花属植2.2.3 6种杜鹃花属植物叶片气孔数量特征的差异性分析对轿子山6种杜鹃花属植物叶片气孔群内气孔之间的距离和相邻气孔群间气孔之间的距离进行配对样本T检验分析，结果表明，6种植物叶片的气孔群内气孔之间的距离和相邻气孔群间气孔之间的距离均具有极显著差异（P<0.01）。3小结和讨论3.1 气孔群的确定

6种杜鹃花属植物叶片气孔群内气孔之间的平均距离差距都不大（5.95-7.14 μm），而远小于其他种植物叶片气孔之间的距离（29.56-114.70 μm），充分说明杜鹃花属植物叶片气孔排列非常紧密，且气孔群内与相邻气孔群间气孔之间的平均距离差距较大。每一个种气孔群内与气孔群间气孔之间的距离都具有极显著差异。以上分析表明，6种杜鹃花属植物叶片气孔确实是以气孔群形式排列的。3.2气孔群可能的生理作用

气孔是植物适应外界多变环境的重要结构，可调节控制植物的呼吸作用、光合作用和蒸腾作用等生理过程，有利于植物保存水分，最大限度地提高水分利用效率。气孔群作为一种特殊的气孔排列方式，一般认为可能和植物的抗逆性有关，如在秋海棠属植物中，可能和抗涝性有关[22]，在泽米苏铁科植物中，可能和抗旱性有关[23]。本研究的6种杜鹃花属植物，分布于轿子山南坡的3 050-3 800 m的海拔范围内，年降水量为1 104.2 mm，降水丰富[24]，但又不受涝害的影响。其主要的逆境可能是高山气候，即受到低温和射线的影响。

3.3 气孔群可能的形成机制

气孔群现象并不常见。杜鹃花属植物气孔群现象的形成可能和海拔有关，在以往对杜鹃花属植物的研究中，并没有明确提出气孔群的现象。因此，本研究还观察测量了几种低海拔杜鹃花属植物的叶表皮气孔形态，分别是爆仗杜鹃（R spinuliferum）、睫毛萼杜鹃（R ciliicalyx、锦绣杜鹃（R.putchrum）和映山紅（R.szrnsrr）。测量数据表明，这4种低海拔杜鹃叶片气孔之间的平均距离分别为38.55、14.35、31.37、38.86 μm，均大于本研究中来自较高海拔的6种杜鹃花属植物气孔之间的平均距离，且并没有出现气孔群现象。因此，海拔可能影响气孔群的形成。

在王玉国等[25]对中国杜鹃花属植物叶表皮特征的研究中，采自云南省嵩明的露珠杜鹃的气孔形态特征与本研究采自轿子山的露珠杜鹃所观察到的气孔形态特征一致。同时，对来自轿子山同一生境的急尖长苞冷杉的研究中[13]，其气孔不存在成群现象。因此，气孔群的形成可能还和植物的遗传因素有关。气孔群形成的其他原因和可能存在的其他作用，还有待进一步研究。

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作者简介：白蕊珠（1997-），女，云南曲靖人，在读硕士研究生，主要从事植物学研究，（电话）15752243220（电子信箱）3195842079@qq.com;通信作者，殷根深（1985-），男，讲师，博士，主要从事植物学研究，（电子信箱）yingenshen@126.com。