温带季风气候区校园常见灌木的气孔特征——以临沂大学为例

刘 玉，潘玉君，马佳伸

(云南师范大学 地理学部，昆明 650500)

气孔是植物体与外界进行气体、水分交换的重要器官，对植物体的呼吸、光合、蒸腾等生理活动也起着重要的调节作用[1]，对气孔特征进行观察，有助于植物适应性、植物间亲缘关系的研究，也可为种质资源的筛选与评价提供依据[2].目前国内外对于的植物气孔特征的研究大都在农学方面.农学上不少学者对小麦、大豆、玉米等作物及柑橘、葡萄、梨等果树进行研究，王曙光等认为水分条件可以影响气孔密度与气孔长度之间,气孔长度与气孔宽度、气孔导度、光合速率和蒸腾速率之间的相关性[3]；郭丽丽等认为盐胁迫导致赛棚番茄叶片光合速率下降主要是由气孔限制因素引起的[4]；刘佳等发现山桃在碱胁迫条件下，气孔密度增大，表明山桃对碱胁迫具有一定的自我调节能力,以适应不良环境[5]；刘力铭等通过实验证明养分添加对叶片各区域的气孔导度存在显著影响[6]；Sasan Aliniaeifard等认为除了在不同饱和蒸汽压差条件下植物生长过程中气孔特征的差异外，当植物在不同饱和蒸汽压差条件下生长时，气孔关闭对脱水的响应也不同[7]；姚卫杰等发现随着干旱和低温胁迫时间的延长,叶片上、下表皮的气孔密度、气孔与气孔器的长度和宽度均呈显著减小趋势,且与胁迫时间呈极显著负相关关系[8].也有学者对同属不同种植物的气孔特征做了分析比较，王连珍等[9]研究了13种栎属植物叶片的气孔特征，巩乙南[10]对瓦韦属10种植物的气孔器进行了观察，张乃群等[11]对中国稻属5类稻品种的气孔列数、气孔频度、气孔器乳突进行了比较.结果显示:植物叶片的气孔特征具有一定的稳定性,可作为植物组间分类及亲缘关系分析的依据之一.

通过参考国内外相关文献发现，当前对于植物气孔的研究多为对于某一种或同属植物体的研究，尤其以研究环境胁迫如盐、碱、水分、养分、干旱、低温等影响下植物体的气孔特征为主，对不同科属植物体的气孔特征进行综合对比分析的研究相对较少.对于气孔特征是否可以作为鉴别不同科属种亲缘关系远近的依据，目前资料相对较少.本文以校园内的灌木作为研究对象，综合比较分析气孔特征各项指标，可以更好地了解灌木对校园环境的适应性，也可为研究相同科属的校园内灌木之间的亲缘关系提供依据，同时为校园内灌木的气孔及其他生理特征的进一步研究提供基础参考资料.

1 实验材料与方法

1.1 实验材料

样品采集地点为临沂大学校园内，分别从教授花园、国际交流中心、致远楼区、二区宿舍区、锐思楼区、明义楼区、学校南门、高尔夫球场、实验中心、图书馆、弘毅楼区及中央绿地共12片区域采集到了23种灌木，它们分别为栀子花(Gardeniajasminoidesvar.fortuniana(Lindl.)Hara)、多蕊金丝桃(HypericumchoisianumWall.ex N.Robson)、海桐(Pittosporumtobira(Thunb.)Ait.)、蔷薇(RosamultifloraThunb.)、日本女贞(LigustrumjaponicumThunb.)、绣线菊(SpiraeasalicifoliaL.)、石榴(PunicagranatumL.)、小叶黄杨(Buxussinicavar.parvifoliaM.Cheng)、扶芳藤(Euonymusfortunei(Turcz.)Hand.Mazz.)、丁香花(SyringaoblataLindl.)、窄叶火棘(Pyracanthaangustifolia(Franch.)Schneid.)、华中枸骨(IlexcentrochinensisS.Y.Hu)、紫荆(CercischinensisBunge)、球花石楠(PhotiniaglomerataRehd.et Wils.)、南紫薇(LagerstroemiasubcostataKoehne)、腊梅(Chimonanthuspraecox(L.)Link)、矮冬青(IlexlohfauensisMerr.)、连翘(Forsythiasuspensa(Thunb.)Vahl)、金边黄杨(Euonymusjaponicusvar.aurea-marginatusHort.)、金叶女贞(Ligustrum×vicaryiHort.)、迎春花(JasminumnudiflorumLindl.)、金钟花(ForsythiaviridissimaLindl.)及忍冬(LonicerajaponicaThunb.).具体的采集方法为：利用人工采摘的方法，采集树冠中上部向阳方位、发育成熟的健康无虫洞叶片，每个物种选取长势良好的10棵植株，每棵植株选取5片叶子，每种树种共取50个样叶.

采摘叶片用纱布擦拭干净后立即放入盛有FAA固定液的丝口样品瓶中，当场固定，并在瓶身贴好标签注明样品种类及采样人，并用胶带固定标签以防损坏.固定时要使叶片完全沉浸在固定液里，小且轻的叶片如小叶黄杨会漂浮在固定液上，则需用玻璃棒搅拌或真空干燥箱抽气10～20 min至叶片完全没入固定液中[12].

1.2 研究方法

样品的制备方法为印记法与徒手制片法，主要步骤为：将叶片从固定液中取出，立即用蒸馏水冲洗，冲洗干净后放在通风橱下晾干或用吹风机吹干；晾干后在叶片下表面选取适当位置均匀地涂一层透明的指甲油,放在通风橱下完全风干(约1～2 h)，对于有毛叶片，先用刀片轻轻刮去表皮毛,注意不要损伤叶片，再取印记；用滴管在载玻片上滴一滴清水，用无色透明胶布取下指甲油印记置于载玻片上的清水中，盖好盖玻片制成临时装片，放在尼康光学显微镜下，对气孔的形状、大小及分布情况进行观察，并统计、拍照.

在相同倍数下(目镜10×,物镜40×)下，每个样品选取10个视野，避开叶脉，先用低倍镜选视野，然后用高倍镜放大观察.每个树种的气孔都要有一个完整的照片，照片选取比例尺一致；用尼康NIS-Elements D软件随机测量10个视野内20个气孔的气孔器长度(μm)、气孔器宽度(μm)、气孔长度(μm)、气孔宽度(μm)、气孔周长(μm)及气孔面积(μm2)，取其平均值.统计10视野内的气孔数目(个)，用单位面积的气孔数除以对应的视野面积来计算气孔密度(个/mm2)，并取平均值.

2 结果与分析

2.1 气孔形态特征

双子叶植物的气孔一般分为四种类型：无规则型(毛茛型)、平列型(茜草型)、不等型(十字花型)和横列型[13].通过对23种校园常见灌木气孔形态的观察，发现在采集到的样品中，大部分树种的气孔类型为无规则型，栀子花、腊梅、海桐的气孔类型为平列型，多蕊金丝桃的气孔类型为不等型.就气孔形状来说，一般有圆形、近圆形、椭圆形及细长型等类型.在观察到的样品中，大部分树种的气孔形状为椭圆形，金钟花、栀子花和多蕊金丝桃的气孔形状为细长型，而金边黄杨、扶芳藤及矮冬青的气孔形状则为近圆形.表1为显微镜下各个树种的形态特征.

表1 显微镜下临沂大学校园内灌木的气孔形态特征表

2.2 气孔的数量特征

2.2.1 气孔数目

对每个样品随机取得的10个视野的气孔数目进行统计，结果如下：蔷薇科4个树种的气孔数目相对较多，绣线菊视野内的气孔数最高可达71；木犀科6个树种的气孔数目相对较少，均值在17.4～25个之间，日本女贞视野内的气孔数最少只有12个；卫矛科和冬青科4个树种视野内的气孔数目相近，大都在15～30个之间；忍冬科、茜草科、藤黄科、千屈菜科和石榴科5个树种视野内的气孔数目相对较多，均值在30～40个之间；海桐科、豆科2个树种气孔数目相对较少，均值在20～30个之间；腊梅科腊梅的气孔数目较多，均值为40个左右；黄杨科小叶黄杨视野内的气孔数目最少，最低只有10个.图1为各个样品的气孔数目,图中各树种名为简称，说明如下：窄叶火棘(Pyr.ang.)、球花石楠(Pho.glo.)，绣线菊(Spi.sal.)、蔷薇(Ros.mul.)、日本女贞(Lig.jap.)、金叶女贞(Lig.vic.)、连翘(For.sus.)、金钟花(For.vir.)、丁香花(Syr.obl.)、迎春花(Jas.nud.)、金边黄杨(Euo.jap.)、扶芳藤(Euo.for.)、华中枸骨(Ile.cen.)、矮冬青(Ile.loh.)、忍冬(Lon.jap.)、栀子花(Gar.jas.)、小叶黄杨(Bux.sin.)、腊梅(Chi.pra.)、多蕊金丝桃(Hyp.cho.)、南紫薇(Lag.sub.)、海桐(Pit.tob.)、紫荆(Cer.chi.)、石榴(Pun.gra.)，该简称同样适用于图2至图8.

图1 气孔数目

2.2.2 气孔大小

通过统计观察，结果表明：不同科属树种间气孔大小差异较大.在所观察的树种中，黄杨科黄杨属小叶黄杨的气孔最大，气孔面积达154.67 μm2,石榴科石榴属石榴的气孔最小，面积仅为7.31 μm2.同科不同属树种之间气孔大小也有差异，但差异不大；蔷薇科4种不同属的树种的气孔器宽度(8～13 μm)及气孔宽度(3～6 μm)差异不大；木犀科6个树种之间气孔大小差异也不大.同属不同树种的气孔大小差异较小，女贞属的日本女贞和金叶女贞气孔器长度、宽度，气孔长度、宽度数据基本一致；连翘属的连翘和金钟花的气孔器长度、气孔长度及气孔周长的差值也很小；卫矛属的金边黄杨和扶芳藤的气孔长度、宽度及气孔周长差值很小；冬青属的华中枸骨和矮冬青的气孔器长度、气孔长度及气孔周长差值也很小.图2～图7为临沂大学校园内灌木的气孔大小数据统计表.

图2 气孔长度

图3 气孔宽度

图4 气孔器长度

图5 气孔器宽度

图6 气孔面积

图7 气孔周长

图8 气孔密度

2.2.3 气孔密度

通过统计10视野内的气孔数目(个)，用单位面积的气孔数除以对应的视野面积得到气孔密度(个/mm2)，取平均值，结果见图8.由图8分析可得不同科的树种气孔密度差异较大，蔷薇科绣线菊的气孔密度最大(1 104个/mm2)，小叶黄杨的气孔密度最小(212个/mm2).同科不同属的树种气孔密度也有差异，但在不同科的树种之间表现不同，例如蔷薇科4个不同树种的气孔密度差异较大，而木犀科6个不同树种的气孔密度差异较小.同属的不同树种的气孔密度差异相对来说比较小.由标准差可以看出，气孔密度较其他气孔特征数据稳定性较差.

2.2.4 气孔面积与气孔密度的关系

运用相关分析，可得出气孔面积大小与气孔密度有着负相关关系(R=-0.550 5),也就是说气孔面积越小，气孔密度越大；反之，气孔面积越大，气孔密度则越小.气孔分布所呈现的负相关关系可能受到多种因素的影响，如水分、养分、光照、温度等环境因素，这也在一定程度上体现了各树种适应环境的生态权衡策略.图9为气孔面积与气孔密度的相关关系图.

图9 气孔面积与气孔密度的相关关系

3 结果与讨论

本文通过光学显微镜对临沂大学校园内的23种灌木进行了观察与分析统计，得到了关于气孔特征的一些基础数据，这些数据表明：(1)在所观察的树种中，各个树种的气孔形态大同小异，多数树种的气孔形状为椭圆形，少数为近圆形，极个别为细长型，且大部分的气孔类型为无规则型，少数为平列型，仅一种为不等型.(2)不同科属树种的气孔数目有明显差异，蔷薇科4个树种相较于木犀科6个树种气孔数目差异大，蔷薇科里绣线菊视野内的气孔数目可达67.7个，而蔷薇只有14.8个，剩余树种中腊梅的气孔数目最多(41.8个)，小叶黄杨的气孔数目最少(13个).(3)不同科树种间气孔大小差异较大；同科不同属树种之间气孔大小也有差异，但差异不大；同属不同树种的气孔大小差异较小.(4)不同科的树种气孔密度差异较大，蔷薇科绣线菊的气孔密度可达1 104个/mm2，而小叶黄杨的气孔密度仅为212个/mm2；同科不同属的树种气孔密度也有差异，但在不同科的树种之间表现不同；同属的不同树种的气孔密度差异相对来说比较小.(5)气孔面积大小与气孔密度有着负相关关系(R=-0.550 5).

本文选用气孔形状，气孔类型，气孔数目，气孔器长度、宽度，气孔长度、宽度，气孔周长，气孔面积及气孔密度共10种指标来表述校园内灌木的气孔特征，具有一定的参考意义.实验结果中气孔面积与气孔密度所呈现的负相关关系体现了植物适应环境的生态权衡策略.另外，从数据分析得出的结论来看，气孔的形态特征如气孔形状和气孔类型很难作为所实验树种分类的依据，而气孔的数量特征如气孔数目，气孔器长度、宽度，气孔长度、宽度，气孔周长则具有较大的稳定性，可以作为不同科属树种的分类依据，这就为证实相同科属间的亲缘关系提供了参考.由于所采集的样品数量有限，且分类比较繁杂，所以得到的结论仅具有一定的参考意义，对于气孔特征的分类价值，有待进一步的研究.