五种乔木叶片解剖结构对停车场环境的适应性研究

杨依晴 招礼军 朱栗琼

五种乔木叶片解剖结构对停车场环境的适应性研究

杨依晴 招礼军 朱栗琼

（广西大学林学院 广西南宁 530004）

采用表皮离析和石蜡切片技术对广西大学停车场内粉花山扁豆、宫粉羊蹄甲、红花羊蹄甲、假苹婆和中国无忧花的叶片解剖结构进行显微观测，并运用主成分与隶属函数法综合分析其环境适应性，以期为停车场绿化选种提供理论依据。结果表明：5种乔木在叶片上的适应策略与能力有所不同，（1）在表皮特征上，无表皮毛的中国无忧花和表皮毛稀疏的假苹婆叶表皮有结晶分布，其余3种密被表皮毛但无结晶；红花羊蹄甲和假苹婆分别在气孔长度和密度上最小；（2）在横切结构上，主脉维管束面积、叶片和角质层厚度最大的均是中国无忧花，其次为叶表皮最厚的假苹婆，其还具复表皮结构，而叶厚及主脉维管束面积最小的粉花山扁豆栅栏组织/海绵组织厚度最大；（3）抗逆性大小为中国无忧花>假苹婆>宫粉羊蹄甲≈红花羊蹄甲>粉花山扁豆，前两者优势明显，建议在类似环境中大力推广使用。

停车场；绿化乔木；叶片解剖结构；环境适应性

种植在停车场的植物遭受着来自多方面的环境胁迫，例如，其中的硬质化地表相比自然土壤存在更高的吸热性、导热性和储热性，同时根系补水受阻，进而引发树木根系在树池内遭受高温和干旱胁迫[1-2]；汽车排放出的CO、NOx和SO2等物质通过气孔进入叶片后会导致抗氧化系统受损、光合速率和叶绿素含量下降等现象[3]，抑制植物生长。植物对环境变迁和不良环境有足够的适应性和抵抗能力，这种抗逆性既受其系统发育的遗传基因控制，又受其个体发育中的生理生态制约[4]。因此，选择适应性强的树种是维持停车场绿化功能的关键。叶片与环境联系紧密，是响应环境变化最灵敏的器官，其结构特征能够反映植物适应环境所形成的生存对策[5]。前人已经就叶片结构与环境适应性的关系开展了大量研究，发现叶片结构的适应性特征主要通过调节叶形、蒸腾强度、光合效率、贮水能力和水分利用效率等方面表现[6-8]，抗逆性强的植物通常具有较小的气孔、较多的表皮毛、较厚的叶片和表皮、发达的角质层和栅栏组织等结构[9-11]。植物对环境的适应性往往通过可度量的抗逆性状进行评价，由于不同植物在叶片结构的适应策略上存在差异，性状指标间存在交互作用，故需要综合分析以获得较科学的结论。

目前，关于植物叶片解剖结构对停车场环境的适应性研究较少，本研究以广西大学停车场内的5种乔木为研究对象，对其成熟叶片解剖结构进行观测，运用主成分和隶属函数法对其环境适应性进行综合性分析，以期为停车场的绿化选种提供科学依据。

1 材料与方法

1.1 材料

1.1.1 试材 生长成熟的粉花山扁豆()、宫粉羊蹄甲()、红花羊蹄甲()、假苹婆()、中国无忧花()。

1.1.2 样地概况 试验材料采自广西大学，其所在地南宁市介于107°45¢～108°51¢E，22°13¢～23°32¢N，属季风气候，年均气温21.7℃，年均降水量1 304.2 mm，雨热同季，春秋两季不分明，冬季低温干燥。

1.2 方法

1.2.1 采样 于2021年10月在广西大学停车场选取生境相似、生长成熟的粉花山扁豆、宫粉羊蹄甲、红花羊蹄甲、假苹婆、中国无忧花各5株，采集树冠中上部东南西北面外侧见光的各3片成熟健康叶片，并置于FAA溶液中固定保存。

1.2.2 制片

1.2.2.1 叶片表皮特征观测 剪取主脉两侧近中部约1 cm×1 cm小块样品，将其浸泡于体积比为1:1的30%过氧化氢溶液和醋酸的混合液中，置于60℃水浴锅恒温加热至叶片完全变白后取出，蒸馏水漂洗后再浸泡于次氯酸钠溶液中离析至透明，最后漂洗干净，用镊子撕取表皮，并用番红-固绿染液染色，制成临时装片，置于Nikon E 200光学显微镜下观察并拍照。用ImageJ统计视野内200 μm×200 μm区域的所有气孔个数，并测量气孔长（孔径）。每种植物至少取30个视野拍照，各指标测定30个观测值，以平均值作为统计值。

气孔密度（个/mm2）=气孔个数/测定范围面积

1.2.2.2 叶片横切面结构观测 叶的横切面用石蜡制片法[12]，取叶近中部主脉及两侧各0.5 cm材料，酒精梯度脱水，TO生物制片剂透明，切片厚10～15 μm，番红-固绿对染，加拿大树胶封藏。将制片置于Nikon E200光学显微镜下观察并拍照，用ImageJ测定叶片各横切结构指标。采集视野及观测值样本量同1.2.2.1节。

栅海比=栅栏组织厚度/海绵组织厚度

叶片结构紧密度=(栅栏组织厚度/叶片厚度)´100%

叶片结构疏松度=(海绵组织厚度/叶片厚度)´100%

1.2.3 数据处理 采用Excel 2010对试验数据进行统计，使用SPSS 22.0进行单因素方差分析、Duncan多重比较和主成分分析，并计算各指标的隶属函数值。

与抗逆性呈正相关的指标函数值计算公式[13]：

(X)=(X‒X)/(X‒X)

与抗逆性呈负相关的指标函数值计算公式：

(X)=1‒(X‒X)/(X‒X)

式中，(X)为隶属函数值；X表示第个指标数据；X与X分别表示第个指标最大值与最小值。

2 结果与分析

2.1 叶片表皮特征

由表1和图1可知，5种乔木叶片的上下表皮细胞排列紧密，胞间界限明显，下表皮均有气孔分布。其中，2种羊蹄甲叶片上下表皮均有气孔分布，粉花山扁豆上下表皮均密被表皮毛。无表皮毛的中国无忧花和下表皮被稀疏星状毛的假苹婆叶表皮有结晶分布，其余3种密被下表皮毛但无结晶。

气孔最长的是粉花山扁豆，其次为中国无忧花，二者无显著差异（>0.05，下同）；最短的是宫粉羊蹄，其次为红花羊蹄甲，二者无显著差异；假苹婆与其他4种间均存在显著差异（<0.05，下同）。气孔密度最大的是粉花山扁豆，最小的是假苹婆，其余3种差异不大。

表1 五种乔木叶片的表皮特征

注：表中数据为（平均值±标准差）；不同小写字母表示同列数据在0.05水平差异显著。下同。

A. 粉花山扁豆，B. 宫粉羊蹄甲，C. 红花羊蹄甲，D. 假苹婆，E. 中国无忧花；

2.2 叶片横切面结构对比分析

从表2和图1可知，5种绿化乔木叶片均为异面叶，由角质层、表皮细胞、栅栏组织和海绵组织四部分组成，栅栏组织细胞为长柱型，排列紧密，颜色较深，2种羊蹄甲和中国无忧花的栅栏组织为两层，粉花山扁豆和假苹婆为一层，主脉均为外韧维管束。

中国无忧花的主脉维管束面积、叶片、角质层、栅栏组织和海绵组织厚度均显著大于其他4种；假苹婆叶片除栅栏组织最薄外，其余仅次中国无忧花，且其具有复表皮结构，表皮厚度显著大于其他4种；粉花山扁豆的主脉维管束面积、叶片和海绵组织厚度均最小；宫粉羊蹄甲角质层和表皮厚度均最小，其次为红花羊蹄甲，二者差异不显著；假苹婆的栅海比和叶片结构紧密度均显著小于其余4种，红花羊蹄甲次之，其具最大的叶片结构疏松度，其余3者的结构比值差异均较小。

表2 五种乔木叶横切面结构特征

2.3 指标表达式的确定

对上述所测13个指标运用主成分分析法进行降维浓缩，共提取出3个主成分，累积贡献率达86.84%，可代表原有指标分析5种绿化乔木的抗逆性差异，各主成分的因子载荷值和贡献率见表3。用因子载荷值分别除以各主成分对应特征值的算术平方根得到3个主成分表达式的系数矩阵，并对其进行加权平均，可得指标表达式D，1～13依次为表4中排列的指标：= 0.241+ 0.072+0.223+0.224+0.225+0.036+0.247+0.178+0.059+0.1810+0.1711+0.1412‒0.113

2.4 综合评价结果

由于各指标在植物抗性大小上的贡献程度不同，故采用平均隶属函数值进行评价仍然存在局限性，因此根据上述主成分指标表达式，将各指标的隶属函数值代入，求得综合得分值，据此对5种绿化乔木的抗逆性由大到小进行排序。由表4可知，中国无忧花的抗性综合得分值最大，其次为假苹婆，两种羊蹄甲得分值十分相近，粉花山扁豆最小，下降幅度为55.6%。

3 讨论与结论

叶表皮毛能够吸收露水，促使叶片复水化[14]，还可以阻碍叶表面空气流动并反射阳光[15]，角质层具有不透水性和折光性[16]，二者对于增强水分利用效率、减少水分流失以及防止灼伤等方面都有着重要作用。前人研究还发现，生长在空气污染区的植物比清洁区的具有更厚的角质层[17]，说明角质层朝着抵御污染物的方向上发展。含晶细胞具有较高的渗透势以增强叶片的吸水和贮水能力，这一特征也是植物在干旱和盐碱环境中的一种典型适应性[18]。虽然中国无忧花和假苹婆叶表皮毛较其余稀疏，但二者的角质层厚度依次显著大于其他乔木，且表皮均分布有含晶细胞，表明5种乔木叶片均能通过增加表皮附属物或角质层来适应干旱、强光和空气污染的环境。小的气孔开闭迅速，对逆境的响应更快，并且通常与更高的密度协同适应[19]，因为小而密的气孔能够相互弥补各自缺陷，使蒸腾和光合速率得到合理调控，以维持生长代谢需求[20]。宫粉羊蹄甲和红花羊蹄甲的气孔长度显著小于其余植物，且具有较大的气孔密度，表明这2种羊蹄甲叶片的气孔调节能力较强，能对环境变化做出更快的响应。

表3 主成分分析结果

表4 五种乔木叶片各指标的隶属函数值及抗逆性排序

前人研究认为，叶片及其表皮厚度与储水能力相关[21]。叶片最厚的中国无忧花和叶表皮最厚的假苹婆都能储存较多水分，其叶片不易脱水，能对干旱和高温环境表现出较好适应性。主脉维管束与水分和养分的输导效率正相关[22]，栅栏组织越厚，排列越紧密，可容纳的叶绿体越多，外界污染物对叶绿体的破坏就相对较小[23]。具主脉维管束面积和栅栏组织厚度最大值的均为中国无忧花，说明其能够稳定光合效率以适应空气污染环境，同时加快光合产物从叶片转出以适应逆境。此外，栅海比和叶片结构紧密度是评价植物对水分和光能利用率的重要指标，二者增大有利于植物适应强光并减少水分流失[24]。叶片最薄的粉花山扁豆的栅海比最大，叶片结构疏松度最小，说明其主要通过提高栅栏组织占比弥补在叶片厚度上的劣势以适应逆境。

综上可知，5种乔木在叶片上的适应策略有所不同，在对植物叶片解剖结构与抗逆性关系的相关研究中，前人多使用筛选典型指标并使用平均隶属函数法进行抗逆性评价[25]。由于各指标对植物抗逆性与适应性的影响大小不同，本研究将各指标的隶属函数值代入主成分指标表达式，以得分值作为评价的依据。结果显示，中国无忧花的抗逆性最强，假苹婆次之，二者优势明显，可在停车场及类似环境中大力推广使用；亲缘关系相近的两种羊蹄甲的抗逆性相近，适应策略也相差不大，都密被表皮毛并均有小而密的气孔，区别在于宫粉羊蹄甲的叶厚小于红花羊蹄甲，但其在栅海比上弥补了不足；而粉花山扁豆在气孔调节能力和叶片贮水与输导能力上劣势较大，适应性最差。本研究仅从叶片微观结构特征上进行评价，未进行生理指标测定以及相关环境的处理与对照，具有局限性，后续研究应加以补充，以获得更准确的评价结果。

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Adaptability of Leaf Anatomical Structure of Five Trees to Parking Lot Environment

YANG Yiqing ZHAO Lijun ZHU Liqiong

(College of Forestry, Guangxi University, Nanning, Guangxi 530004, China)

Anatomical observation was made on the leaves of,,,andin the parking lot of Guangxi University by epidermal isolation and paraffin sectioning. The comprehensive analysis of environmental adaptability was carried out by principal component method and subordinate function as to provide theoretical basis for parking lot greening tree species selection. The results showed that the adaptation strategies and abilities of five trees were different on leaves, (1) In terms of epidermal features,without surface fur andleaves with sparse surface fur had crystal distribution, while other three species were densely covered with surface fur but without crystals;andhad minimum stomata length and density respectively; (2) In terms of cross-cutting structure,had the largest vascular bundle area, leaf and cuticle thickness, followed bywith the thickest leaf epidermis and a multi-epidermis structure, whilewith the smallest leaf thickness and main vascular bundle area had the largest P/S. (3) The resistance order was>>≈>. The first two had obvious advantages and were recommended to be strongly promoted in similar environments.

the parking lot; green trees; leaf of anatomical structure; environmental adaptability

Q944.56；S688

A

10.12008/j.issn.1009-2196.2022.10.016

2022-05-19；

2022-05-26

国家自然科学基金（No.31560061）；广西林业厅“木本香花植物资源收集和研究示范”项目（No.BB33600230）。

杨依晴（2000—），女，硕士研究生，研究方向为园林植物与应用，E-mail：2232514183@qq.com。

朱栗琼（1969—），女，硕士，副教授，研究方向为植物形态结构和植物生理生态，E-mail：liqiongzhu@163.com。

（责任编辑 龙娅丽）