修剪对蜡梅光合作用和叶片解剖特征的影响

宋碧玉，周兰英，蒲光兰，蒋天仪，余婷，范元英



修剪对蜡梅光合作用和叶片解剖特征的影响

宋碧玉1,2，周兰英1*，蒲光兰1，蒋天仪3，余婷4，范元英2

(1.四川农业大学林学院，四川成都 611130；2.苍溪县国家森林公园管理局，四川苍溪628400；3.成都农业科技职业学院，四川成都 611130；4.重庆市涪陵区园林绿化管理处，重庆408000)

以6年生蜡梅为试材，研究修剪对蜡梅光合作用和叶片解剖特征的影响。在蜡梅生长旺盛期，测定蜡梅光合参数，观察叶片解剖结构。结果表明：修剪组蜡梅叶片的净光合速率、气孔导度和蒸腾速率日均值显著高于对照，表观叶肉导度极显著高于对照，胞间二氧化碳浓度显著低于对照；修剪组叶片的叶绿素a和叶绿素总量均显著高于对照，叶绿素a与叶绿素b的比值和气孔宽度极显著大于对照，气孔长、气孔开度宽、气孔密度均显著大于对照；修剪组叶片厚度和栅栏组织厚度均显著大于对照，栅海比极显著大于对照；相关分析结果表明，与、、、、叶绿素a与叶绿素b的比值、比叶重、气孔长、气孔宽、气孔开度宽均呈显著正相关；因此，修剪可改变蜡梅叶片形态特征和提高蜡梅的光合效率，有利于蜡梅生长。

蜡梅；修剪；光合作用；叶绿素；气孔；叶片解剖结构

蜡梅()为中国传统名花，集药用和观赏于一体[1]。蜡梅如长期未修剪，容易出现花朵和枝条质量下降现象，严重影响切花枝的产量、品质和株型[2]。在实际栽培管理和观赏应用中，蜡梅需要定期修剪。目前，有关蜡梅科植物的研究多集中在资源分类[3]、栽培技术[4]等方面，光合生理方面的研究主要集中在夏蜡梅(Cheng et S. Y. Chang)[5–6]和柳叶蜡梅(Hu)[7]。卢毅军等[8]对杭州植物园的3种蜡梅作了比较，认为3种蜡梅均较耐荫，且蜡梅的耐荫性强于浙江蜡梅和柳叶蜡梅。李菁等[9–10]研究发现蜡梅净光合速率日变化曲线呈双峰型，蒸腾速率日变化曲线呈单峰型，并认为其光合能力较强，和温度是限制净光合速率和蒸腾速率的主要因素。而有关修剪对蜡梅光合能力、叶片解剖结构影响方面的研究尚鲜见报道。笔者以蜡梅为试材，研究修剪后蜡梅的光合能力、叶片解剖结构的变化，现将结果报道如下。

1　试验区概况

试验区位于成都农业科技职业学院内(E103°48′54′′，N30°41′54′′)，海拔580 m，年均温15.7 ℃，年日照时数1 104.5 h，年均降水量942.5 mm，全年无霜期281 d，属亚热带湿润气候。

2　材料与方法

2.1　材料

供试材料为6年生蜡梅。

2.2　试验设计

试验于2015年春季进行。将园区内蜡梅纵向等分为4个区域。每个区域选取40株长势相近且生长良好的植株，其中20株进行修剪，另外20株不修剪(对照)。株行距为2 m×3 m。每个区域为1个重复。由于植株生长枝条均较繁芜，株丛紧凑，修剪时采用短截、疏剪、修枝和重剪相结合的方式，使蜡梅株丛达到通风透光条件。

2.3　测定项目和方法

1) 环境因子和光合参数的测定。修剪2个月后，蜡梅进入生长旺季，在某一晴天，采用Li–6400便携式光合仪分别于08:00、10:00、12:00、14:00、16:00、18:00测定环境因子和光合指标。环境因子包括光合有效辐射()、大气相对湿度()、大气二氧化碳浓度()和大气温度()；光合参数指标包括净光合速率()、气孔导度()、胞间CO2浓度()、蒸腾速率()等，并计算气孔限制值()、表观叶肉导度()、水分利用效率()等。每个处理测定4株。每株随机选取中上层的3片成熟功能叶(从枝条顶端往下数的第4片左右位置)进行测定，并挂牌标记。测定时保持叶片自然生长角度不变。

2) 叶绿素含量的测定。光合测定后第2天，随机采取各区域植株枝条顶端从上往下数的第4、5片成熟叶(20片)用于测定叶绿素含量。参照文献[11]的方法，采用URA13L0004–A360分光光度计于664、630、750、647 nm下测定吸光值，计算叶绿素含量。

3) 气孔数目的统计。于修剪后第75天进行测定。采用指甲油印迹法[12]，具体操作如下：将指甲油均匀地涂在蜡梅叶片下表面，自然晾干后轻轻挤压指甲油涂层，使其与蜡梅叶片表皮充分接触。随后用镊子夹住指甲油膜并撕下来，平展在滴有碘化钾溶液的载玻片上，盖上盖玻片，自然晾干，于100倍Olympus T视镜下观察并拍照。每张玻片随机选择10个视野进行观察，统计单位视野内的气孔数目，计算气孔密度，并测量气孔长、气孔宽和气孔开度的长度与宽度。重复4次。结果取平均值。

4) 叶片解剖结构的观察。采用石蜡切片法，于修剪后第135天进行。操作如下：取0.5 cm×0.5 cm成熟叶片中央部分(保留主脉)，用FAA液固定24 h，梯度乙醇脱水，二甲苯透明，石蜡包埋，番红–固绿对染，中性树胶封片，于100倍Olympus T视镜下观察、测微并拍照。观测指标包括叶片厚度、栅栏组织厚度、海绵组织厚度、叶脉直径、上表皮厚度、下表皮厚度等，计算叶脉突起度(叶脉直径与叶片厚度之比)和栅海比(栅栏组织厚度与海绵组织厚度之比)。

2.4　数据处理

采用Excel 2010整理数据；采用SPSS 20.0进行相关性和差异显著性分析；运用LSD法进行多重比较。

3　结果与分析

3.1　修剪对蜡梅光合作用日变化的影响

3.1.1修剪对环境因子的影响

如表1所示，对照组和修剪组的光合有效辐射()均呈先升高后降低趋势，08:00—14:00对照组高于修剪组，12:00两组均达到最大值；两组大气相对湿度均呈先降低后升高趋势，修剪组全天高于对照组；两组大气二氧化碳浓度均表现为08:00最高，随后逐渐下降；大气温度均呈先升高后下降趋势，且对照组高于修剪组。

表1　蜡梅叶片的环境因子光合日变化

3.1.2修剪对蜡梅光合参数的影响

由表2可知，修剪组和对照组蜡梅叶片的在12:00出现“光合午休”现象，10:00达最大值；修剪组和对照组的日均值分别为4.46、3.41 mmol/ (m2·s)，日均值分别为0.21、0.09 mmol/(m2·s)，修剪组的和日均值大于对照。修剪组和对照组的均表现为08:00最高，随后逐渐下降，午后又开始升高，修剪组的日均值低于对照组；修剪组和对照组的的最大值均出现在12:00；修剪组和对照的表现为10:00开始升高，12:00达最大值，随后逐渐下降；修剪组的和日均值大于对照组，均呈先升高后降低趋势。

表2　蜡梅叶片的光合参数日变化

各光合参数相关性分析结果显示，与、、、、均呈显著正相关，相关系数分别为0.817、0.904、0.864、0.819、0.861，与呈显著正相关(0.823)，与呈极显著正相关(=0.954)，和呈显著正相关(0.873)，表明蜡梅叶片的、、和之间具有较好的协同响应特征，气孔和叶肉细胞以及环境因子对蜡梅光合作用均起着重要作用。与、、、均呈显著负相关，相关系数分别为–0.840、–0.844、–0.870、–0.818，与呈极显著负相关(–0.959)。与、均呈显著正相关，相关系数分别为0.868、0.826，与、均呈极显著正相关，相关系数分别为0.932、0.951；和呈显著正相关(0.830)。

3.2　修剪对蜡梅叶片形态和叶绿素含量的影响

由表3可知，修剪组叶片的叶绿素a含量和叶绿素总量均显著大于对照(﹤0.05)，叶绿素a与叶绿素b的比值极显著大于对照(﹤0.01)；修剪组叶片的比叶重极显著大于对照(﹤0.01)，叶面积和叶宽均显著小于对照(﹤0.05)，叶长显著大于对照(﹤0.05)。表明修剪后蜡梅叶片叶绿素含量增大，叶面积减小，叶片变得更细长，比叶重增大。

表3　蜡梅叶片的形态参数和叶绿素含量

“*”“**”表示与对照相比差异达显著或极显著水平。

叶片形态参数、叶绿素含量与光合参数之间的相关性分析结果表明，蜡梅叶片叶绿素a与叶绿素b的比值和呈显著正相关(=0.679)，和呈极显著负相关(=–0.890)；比叶重和叶绿素a与叶绿素b的比值呈显著正相关(=0.773)，与呈极显著正相关(=0.880)，与叶面积和分别为显著、极显著负相关，相关系数分别为–0.793、–0.875。表明修剪后蜡梅叶片比叶重和叶绿素a与叶绿素b比值增大，有利于提高叶片的。

3.3　修剪对气孔参数的影响

由图1可知，蜡梅气孔为椭圆形或长圆形，2个副卫细胞完全包围保卫细胞，副卫细胞大小不等，与保卫细胞的长轴平行，保卫细胞为肾形。蜡梅气孔器均分布在叶片下表皮，均为平列型，表明蜡梅上表皮水分蒸发量小，具有一定的耐旱性。

A 对照组；B 修剪组；St 气孔器；Sc 副卫细胞。

由表4可知，修剪组气孔长、开度宽和密度均显著大于对照(﹤0.05)，气孔宽极显著大于对照(﹤0.01)，表明修剪后蜡梅叶片气孔器增大，单位面积气孔数量增多，气孔分布更密。

表4　蜡梅叶片下表皮的气孔形态特征参数和密度

“*”“**”表示与对照相比差异达显著或极显著水平。

由表5可知，气孔长与气孔宽、均呈极显著正相关，与开度宽和均呈显著正相关；气孔宽与开度宽、、均呈极显著正相关；开度宽与、均呈显著正相关。表明气孔是影响的一个关键因素。

表5　蜡梅叶片气孔参数与光合参数的相关性

“*” “**”分别示相关性达显著或极显著水平。

3.4　叶片解剖结构比较

由图2可知，蜡梅叶片为典型异面叶，从叶的横切面来看，主要由表皮、叶肉和维管组织3部分组成。上下表皮均由1层细胞组成，且排列整齐紧密。叶肉细胞包括栅栏组织和海绵组织：栅栏组织由2层排列整齐的柱状细胞组成；海绵组织由3~6层排列疏松的细胞组成。

A　对照组；B　修剪组；Eu　上表皮；El　下表皮；Pt　栅栏组织；St　海绵组织。

由图3可知，叶片维管束组织主要分布在叶脉中，叶片主脉横切面维管束呈圆环状，主脉两面都突起形成脊。

A　对照组；B　修剪组；Xy　木质部；Ph　韧皮部。

由表6可知，修剪组叶片厚度和栅栏组织厚度均显著大于对照(﹤0.05)，栅海比极显著大于对照(﹤0.01)，修剪组和对照组的海绵组织厚度、上下表皮厚度和叶脉突起度差异不显著，表明修剪可增加蜡梅叶片厚度和栅栏组织厚度及栅海比。

表6　蜡梅叶片的解剖结构参数

“*”“**”表示与对照相比差异达显著或极显著水平。

蜡梅叶片的解剖结构参数与其他参数相关性分析结果表明，栅栏组织厚度与上表皮厚度、均呈显著正相关，相关系数分别为0.785、0.668，与呈显著负相关(=–0.729)；叶片厚度与比叶重呈显著正相关(=0.726)；栅海比与叶绿素a和叶绿素b的比值、分别呈极显著、显著正相关，相关系数分别为0.861、0.657，与呈极显著负相关(=–0.831)；表明栅栏组织厚度与叶片厚度、比叶重成正比关系，且栅栏组织越厚，叶绿素a值越大；栅栏组织厚度和栅海比越大，则越大，越小。

4　结论与讨论

植物与其生长的环境构成一个整体，逆境时植物的光合作用[13]、叶绿素含量[14]、器官结构特征[15]等会产生一定的适应性变化。叶片对环境变化非常敏感，且变异性和可塑性较大[16]。本研究结果表明，修剪显著提高了蜡梅叶片的净光合速率、气孔导度和蒸腾速率，显著降低了叶片细胞间CO2浓度，这与李明霞等[17]对苹果枝条修剪的研究结果一致。蜡梅叶片下表皮气孔器和气孔密度均增大，说明修剪后等环境因子发生变化，有利于光合速率的提高。蜡梅叶片下表皮气孔器和气孔密度的增大，提高了气孔导度和蒸腾速率，使蜡梅更加适应强光和高温。本研究结果表明，修剪显著提高了蜡梅叶片的叶绿素总量和比叶重等，这与王开良等[18]对油茶的研究结果一致。栅栏组织是蜡梅叶片光合作用的重要场所。本研究结果表明，修剪后蜡梅叶片的叶绿素a与叶绿素b的比值、栅栏组织厚度、栅海比和均增大，而比叶重增大是栅海比、叶片厚度增大和光合有机物积累的结果。本研究结果表明，修剪后蜡梅叶片厚度增大，促进叶片吸收更多的光能，弥补因修剪造成叶面积减小的缺陷，提高了叶片的光能利用率，这与吕晋慧等[19]的研究结果一致。

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责任编辑：尹小红

英文编辑：梁和

Effects of pruning on photosynthesis and leaf anatomical characteristics of

SONG Biyu1,2, ZHOU Lanying1*, PU Guanglan1, JIANG Tianyi3, YU Ting4, FAN Yuanying2

(1.College of Forestry, Sichuan Agricultural University, Chengdu 611130, China; 2.National Park Service of Cangxi, Cangxi, Sichuan 628400, China; 3.Chengdu Agricultural College, Chengdu 611130, China; 4. Landscaping Management Office of Chongqing Fuling, Chongqing 408000, China)

Theof six years old was used as material to study the effects of pruning on photosynthesis and leaf anatomical structure. The photosynthetic parameters were measured and anatomic characteristics was observed in vigorous growth period of the leaf. The results showed that the pruning significantly increased the average of diurnal variation of net photosynthetic rate (), stomata conductance () , transpiration rate () ofleaf , the apparent mesophyll conductance (), the chlorophyll a , total chlorophyll content , the ratio of chlorophyll a to chlorophyll b , width of stoma , the length of stoma, width of stomata aperture, stomata density , the thickness of leaf , palisade tissue , the thickness rate of palisade and sponge tissue , however, significantly decreased the intercellular CO2concentrations(). Correlation analysis showed that the net photosynthetic rate was significantly positively correlated with,,,,, the ratio of chlorophyll a to chlorophyll b, the specific leaf weight, the width of stoma, the length of stoma and width of stomata aperture. In conclusion, the pruning could change the leaf morphological characteristics and anatomical structure characteristics and photosynthetic efficiency of the leaves, which were beneficial to the growth of.

;pruning; photosynthesis; chlorophyll; stoma; leaf anatomical structure

S685.99

A

1007-1032(2017)05-0533-06

2016–11–13

2017–09–14

国家自然科学基金项目(41371230)

宋碧玉(1992—)，女，四川简阳人，硕士研究生，主要从事园林植物生理生态研究，731626577@qq.com；*通信作者，周兰英，教授，主要从事林木遗传育种和园林植物研究，949460359@qq.com

投稿网址：http://xb.hunau.edu.cn