冬瓜杨等几种杨树叶片气孔测量与分析

许焕，付生艳，马明呈，王倩，马琨

(青海大学农牧学院，青海 西宁 810016)

冬瓜杨(Populuspurdomii)是杨柳科杨属青杨组乔木。分布于陕西、甘肃、青海等省份。青海省冬瓜杨分布很广泛，垂直分布平均海拔在1 900～3 000 m，最高可达到3 200 m(麦秀林区)，主要分布于青海省循化孟达林区、大通河谷、祁连山地以及黄河下段的各天然林区，天然林资源丰富，尤其在互助北山林区、同仁县兰采林区有近千亩冬瓜杨林。冬瓜杨极耐土壤贫瘠，自然状态下冬瓜杨自繁能力很强，是高寒地区重要的杨树种质资源[1-2]。气孔是陆生植物与外界环境进行水分和气体交换的主要通道，控制着植物的光合作用和蒸腾过程。杨树叶部气孔是水分蒸腾的重要门户，可以带动地下水分及营养成分的吸收[3]。

本试验通过对冬瓜杨以及其他杨树叶片气孔大小和气孔密度差异的比较，验证冬瓜杨优良无性系气孔与其他杨树气孔之间关联关系。为了有效保护、充分利用青藏高原宝贵的冬瓜杨天然林优势资源，培育优良新品种，丰富我国杨树品种资源，气孔特征可以作为选优选育的指标之一，它的应用不仅能辅助选育出优良的冬瓜杨，还能建立优良的冬瓜杨种质资源库，进而获得更好的经济效益、生态效益和社会效益，必将对青藏高原生态环境建设和林业产业发展起到重要的推动作用[4-5]。

1 材料与方法

1.1 试验材料

1.1.1 植物材料 试验以冬瓜杨初选优树为材料，从2008年开始在互助北山林区选取优良单株选优选育，逐步筛选出长势良好，具有抗性，生长快等明显优势的48株无性系；2015年在青海麦秀，循化孟达、祁连、兰采、互助等地选取优良单株选优选育逐步筛选出长势良好，具有抗性，生长快等明显优势的13株无性系，将这13个无性系于互助北山林区进行扦插繁育，于2017年从这48个和13个冬瓜杨不同无性系中初步确定8个优良无性系H1、H10、H4、H5、HB18、HB19、HB10、HB41，采集其叶片进行电镜观察并记录其气孔数据。除了冬瓜杨外还采集了诺木洪地区新疆杨、河北杨、格尔木地区青杨和胡杨进行电镜观察。

1.1.2 辅助制剂 2.5%戊二醛，0.1 mol·L-1、pH 7.2磷酸钠缓冲液，30%乙醇，50%乙醇，75%乙醇，90%乙醇，无水乙醇，乙酸异戊酯。

1.2 试验方法

1.2.1 取样 用于气孔数据分析的冬瓜杨叶片采自青海互助北山林场，互助北山林场地理坐标 102°20′—102°26′ E，36° 54′—36°55′ N，海拔2 660～3 215 m，年平均气温3.8 ℃；年降水量470 mm。对筛选出的冬瓜杨优树植株叶片进行取样，并用直尺测量叶片的长和宽。随后对叶片进行切片固定并处理叶片扫描电镜。

1.2.2 扫描电镜样品的制备

(1)固定：采集的叶片用针管抽真空后放入2.5%的戊二醛溶液固定，并在4 ℃冰箱过夜保存；固定32 h以上。

(2)脱水：将抽真空的叶片依次在30%、40%、50%、70%、90%、100%乙醇梯度脱水，每次30 min；然后乙酸异戊酯脱水3次。

(3)干燥：将处理好的样本用冷冻干燥机进行干燥2～3 min，并小心取出。

(4)制样：导电胶贴于载物盘上制样，将样片正反面交替整齐摆放，粘贴叶片时注意只用镊子按压叶片四边，不可全叶片按压，以免损伤叶片结构。

(5)喷金：离子溅射仪镀金属膜，大约1 h后，取出样品进行电镜观察，多找几个视野(如在300倍，500倍，3 000视野下)。

(6) 拍照：最后在电镜下拍照，进行数据统计，求出每一组叶片气孔各项指标的平均值。

1.2.3 数据处理

采用Microsoft Excel2007、DPS、SPSS 23.0和Image Pro Plus 6.0处理数据[6]。

气孔密度(SD)计算公式：气孔密度(SD) = 视野内气孔个数/视野面积[8]

2 结果与分析

对确定的8个优良无性系H1、H10、H4、H5、HB18、HB19、HB10、HB41，共8株冬瓜杨进行气孔分析。随机选取8株冬瓜杨叶片样品(叶片大小适中)，采集叶片时每株随机采取5个叶片，共计40个样品。采取新疆杨、河北杨、青杨、胡杨叶片，每一样品随机选取5个样本，共计20个样品。

2.1 冬瓜杨叶片长、宽分析

由表1可知，8组冬瓜杨优树，树叶长度差异极显著、树叶宽差异为显著，无性系间的分化明显，可以进行进一步的优良无性系筛选。

表1 冬瓜杨叶片长、宽方差分析

2.2 冬瓜杨气孔平均长分析

由表2可知，8组冬瓜杨优树的叶片平均气孔长差异不显著(大于0.05)，无性系间的分化不明显。

表2 冬瓜杨气孔平均长方差分析

2.3 冬瓜杨气孔平均宽分析

由表3可知，8组冬瓜杨优树的叶片平均气孔宽差异显著，无性系间的分化明显，可以进行进一步的优良无性系筛选。

表3 冬瓜杨气孔平均宽方差分析

2.4 冬瓜杨气孔密度分析

由表4可知，8组冬瓜杨优树的叶片平均气孔密度呈显著或极显著差异，无性系间的分化明显，可以进行进一步的优良无性系筛选。

经分析，平均气孔长不显著，平均气孔宽最大的是H4和H5，H1、H10、H5气孔密度最小。由表5可知，同一视野下胡杨的平均气孔密度为最小(其中河北杨、新疆杨叶背气孔被白毛覆盖，经过两次实验补救还是呈现极少气孔)。

表4 冬瓜杨气孔密度方差

2.5 其他杨树气孔分析结果

表5 其他杨树气孔特征

3 讨论与结论

长期实践证明，充分挖掘乡土杨树种质资源，积极培育适生杨树新无性系具有重大意义。运用综合评价分析各无性系生长差异，从冬瓜杨不同无性系中初步确定8个优良无性系H1、H10、H20、H4、HB18、HB19、HB14、HB42。

分别对8个优良无性系叶片做电镜观察得出气孔的长和宽以及气孔密度，通过方差分析得出这些冬瓜杨气孔长和宽、密度都有显著差异。与胡杨气孔密度作对比，再选出气孔密度小，抗旱性强的更优种质资源。进行进一步的筛选，结果为H1和H5作为最优无性系。要想验证这两株苗木的种质资源还有待做大量后期工作和其他方面指标的分析。

目前冬瓜杨气孔测定分析在林木育种这个领域中尚未得到应用过，因此关于冬瓜杨叶片气孔分析尚不成熟，还需要经过反复的试验操作，通过与胡杨气孔对比(胡杨气孔密度小，抗旱性强)，本试验得到了初步验证，也满足了长势优良的冬瓜杨气孔较大、密度较小、较抗旱的需求。

有研究证明水分与气孔密度的相关关系也体现在植物单个叶片上，高蒸腾速率或水分吸收困难的部位气孔密度较高[7]。冬瓜杨是否由于自身优良基因控制，或者由于气孔大小、密度的原因对外界抗性比普通树种较强；还是由于叶片内部气孔较大密度较小水分吸收良好，所以长势优良，对外界抗性也就比普通树种较强。还是因为其他原因，后面可以从多株冬瓜杨不同控制的条件下(如户外控光控温)[8]气孔扫描电镜数据大量的验证，但由于数据不充分，树木长势优良缘于气孔密度，还是由于优树自身优良基因控制，还有待于大量的实验验证。