季节变化对两种绣线菊叶片性状的影响
2023-06-13刘斗南申澜懿张子涵许丽颖
刘斗南 申澜懿 张子涵 许丽颖
摘 要：以金焰绣线菊和珍珠绣线菊为研究对象，采用指甲油印迹法制片，运用成像系统辅助观察两种绣线菊的叶片特征，观察季节变化对两种绣线菊叶片性状的影响.结果表明，金焰绣线菊的叶面积、叶厚度、叶脉密度和气孔的长度和宽度均大于珍珠绣线菊，气孔密度小于珍珠绣线菊；季节变化对金焰绣线菊和珍珠绣线菊的叶性状造成一定的影响，对金焰绣线菊的影响更大.
关键词：金焰绣线菊；珍珠绣线菊；季节变化；叶片性状
[ 中图分类号 ]Q94 [ 文献标志码 ] A
Effects of Leaf Traits of Spiraea x bumalda cv.Gold Flame and
Spiraea thunbergii Bl. to Seasonal
LIU Dounana，SHEN Lanyib，ZHANG Zihanb，XU Lingyingb*
（a.College of Chemistry and Chemical Engineering，Mudanjiang Normal University，Mudanjiang 157011，China；b.College of life science and technology，Mudanjiang Normal University，Mudanjiang 157011，China）
Abstract：To observe the effects of Spiraea x bumalda cv.Gold Flame and Spiraea thunbergii Bl. leaf traits to seasonal， we used the nail polish imprinting legal piece of imaging system to observe the two spiraea leaf characteristics. The results showed that： the Spiraea x bumalda cv.Gold Flame leaf area， leaf thickness， leaf vein density， stomatal length， stomata width were higher than Spiraea thunbergii Bl.， but the stomatal density was opposite.Seasonal changes effected the leaf traits of Spiraea x bumalda cv.Gold Flame and Spiraea thunbergii Bl.， there was a greater effect to Spiraea x bumalda cv.Gold Flame.
Key words： Spiraea x bumalda cv.Gold Flame；Spiraea thunbergii Bl.；Seasonal
changes； Leaf morphology
叶片是植物地上部分获取资源的主要器官，由于长期暴露在外界环境中，其形态性状是能够反映植物对环境響应的重要性状指标.在生长发育各阶段，植物叶片的资源获取不同，导致叶片形态有很大差异.[1]叶片的形态性状主要包括叶大小、面积、厚度、叶脉和气孔性状等，叶片的变化是植物对环境的直观反映.叶厚度影响着叶片中水分的储存与利用，也影响着叶片的光合能力.[2-4]比叶面积与植物对光的利用效率有关，代表植物对资源的综合利用情况.[5-6]气孔和叶脉相互作用共同维持植物体内水分与二氧化碳间的平衡.[7]
绣线菊属（Spiraea）为蔷薇科（ Rosaceae）绣线菊亚科（ Spiraeoideae Agardh） 最原始的属，其生态适应性强，对各种气候都有较强忍耐性，故而在全球广泛分布.绣线菊属中的许多种类具有色彩艳丽的花朵和形状精致的叶片，具有极高的观赏价值.[8-9]我国绣线菊属植物资源十分丰富，但在城市园林绿化方面受重视度有限.深入探究绣线菊属植物对季节变化的敏感性，对于开发绣线菊属植物具有十分重要的现实意义.结合当地的自然条件，对绣线菊属植物展开季节性研究，筛选优质绣线菊属植物，从而为城市经济建设和园林建设服务.[10]本研究选取金焰绣线菊（Spiraea x bumalda cv.Gold Flame，SB）和珍珠绣线菊（Spiraea thunbergii Bl.，ST）为研究对象，测定其在不同季节条件下的叶片性状、叶性状之间的相关关系，探讨季节变化对于两种绣线菊叶片性状的影响，为植物的适应性研究提供依据.
1 材料与方法
1.1 研究地概况
牡丹江师范学院坐落于黑龙江省牡丹江市，位于北温带中部，地理位置为北纬N44°35′14.04″ ，东经E129°33′15.76″，属温带大陆性季风气候，半湿润地区，地处盆地，四周环山，四季分明.东南部毗邻日本海，空气湿润，植被丰茂.
1.2 取样
珍珠绣线菊、金焰绣线菊皆取自牡丹江师范学院校内的园林植物.2019年5月中下旬（日均最高气温21 ℃，日均最低气温7 ℃，平均降水总量54 ㎜）、8月中旬（日均最高气温27 ℃，日均最低气温16 ℃，平均降水总量124 ㎜）、10月中旬（日均最高气温13 ℃，日均最低气温0 ℃，平均降水总量33 ㎜）分批取样测定.5月份采样为研究第一阶段，8月份采样为研究第二阶段，10月采样为研究第三阶段.取样时，每个物种选取3株长势良好的植株取样，每株植物取样5个小枝.在每个小枝上随机取样2片共得10片或10片以上的叶子，对所采集的样本编号，带回研究室后用蒸馏水清洗干净.
1.3 实验方法
叶面积测定 同步选取叶编号1～30的叶片，将叶子放在一张白纸上，标记1 ㎝?的正方形区域，照相.在Photoshop CS6版本下测量叶面积，取所有叶面积的平均值.
叶片厚度测定 将测完叶片面积的30片叶子分为5组*6片，采用游标卡尺测量法[5] ，选用精度为0.02 ㎜的游标卡尺测量叶片厚度.测量过程中，尽量避开叶片的主脉及主脉两侧的次级叶脉.每组测量3次，取平均值，代表每组叶片的厚度，测量5组，依次记为T1，T2，T3，T4，T5.叶片厚度（LT）=（T1+T2+T3+T4+T5）/30.
气孔测定 使用“指甲油撕取法”制作装片[6]进行气孔测定.从采集的叶片里选取15片叶子，取1片叶片，用刀具将其切成1 ㎝×1 ㎝大小的片，在叶片的下表面涂上透明的指甲油，等到指甲油完全干透后，用镊子轻轻撕下凝固的指甲油层，放到载玻片上，并滴上甘油或蒸馏水，轻轻盖上盖玻片，用牙签压实，不出现气泡后用中性樹脂封片.在40倍显微镜下拍摄气孔照片，每片叶子拍摄3个清晰的视野，保存照片.用Motic Images Plus 2.0测量气孔大小，每张照片任选3个清晰的气孔测量其长度和宽度，平均值作为每片叶子的气孔长度和宽度.计算15片叶子气孔长度和宽度的平均值，记录每张照片上的气孔数量，计算图片面积，再计算15片叶子气孔密度的平均值.气孔密度=气孔数量/图片面积.
叶脉测定 从采集的叶片里选取5片叶子，切成1 ㎝×1 ㎝大小的方形，再用5% NaOH溶液浸泡4-5天（每天更换浸泡液），当发现叶片变得透明时，取出叶片放在载玻片上，制成临时装片.在电子显微镜上观察，10倍显微镜下拍摄3组清晰的叶脉照片，保存照片.用Motic Images Plus 2.0测量每张图片上的叶脉长度，3组叶脉长度的平均值为每片叶子的叶脉长度，再计算5片叶子叶脉长度的平均值.叶脉密度=叶脉长度/图片面积.
1.4 数据分析
采用OLYMPUS BX-51（日本东京）生物显微镜观察装片，用Motic 3000 CCD数码成像系统拍照，并用对应Motic软件测量数据.用DPS（7.05）软件进行方差分析，用Duncan新复极差法进行差异显著性分析.采用Microsoft Office Excel 2016处理数据并作图，所有数据用平均值±标准差表示.
2 结果与分析
2.1 季节变化对两种绣线菊叶面积的影响
随着季节的变化，金焰绣线菊和珍珠绣线菊的叶面积表现出不同的变化趋势（图1）.金焰绣线菊的叶面积均大于珍珠绣线菊.季节变化下，金焰绣线菊第一到第二阶段叶面积上升幅度较大，增幅为50.06%；第二到第三阶段增幅为7.46%，且两个阶段均与第一阶段差异显著.珍珠绣线菊第一到第二阶段叶面积不增反降，降幅为18.09%；第二到第三阶段叶面积降幅为21.49%，第三阶段与第一阶段相比差异显著.季节变化对于金焰绣线菊叶面积的影响大于珍珠绣线菊.
2.2 季节变化对两种绣线菊叶厚度的影响
随着季节的变化，金焰绣线菊和珍珠绣线菊的叶厚度也表现出不同的变化趋势（图2）.图2中，不同小写字母代表不同阶段差异显著（P<0.05）（下同）.各阶段金焰绣线菊的叶面积>珍珠绣线菊的叶面积.金焰绣线菊第一到第二阶段叶厚度的上升幅度较大，增幅为153.38%；第二到第三阶段增幅略有降低，增幅为5.00%，但后两个阶段与第一阶段相比差异显著.从第一至第二阶段珍珠绣线菊的叶厚度稍有增加，增幅为29.09%；第二至第三阶段叶厚度降低，降幅为22.42%，各阶段差异均不显著.季节变化对于金焰绣线菊叶厚度的影响大于珍珠绣线菊.
2.3 季节对两种绣线菊叶脉密度的影响
两种绣线菊各阶段的叶脉密度均表现为金焰绣线菊>珍珠绣线菊.第一至第二阶段和第二至第三阶段，两种绣线菊的叶脉密度变化趋势不一致（图3），金焰绣线菊先升后降，各阶段之间的变化幅度分别为+1.48%和-39.03%，第三阶段与第一和第二阶段差异显著；珍珠绣线菊的叶脉密度逐渐降低，变化幅度分为6.77%和22.17%，三个阶段差异均不显著.
2.4 季节变化对两种绣线菊气孔参数的影响
图4中，图A，B，C为10×目镜下观察到的金焰绣线菊三个阶段的气孔形态；图D，E，F为10×目镜下观察到的珍珠绣线菊三个阶段的气孔形态.从图4中可以看出，金焰绣线菊和珍珠绣线菊的气孔形态基本一致，呈现为较为圆润的不规则椭圆形.
两种绣线菊在不同研究阶段，气孔的长度、宽度、数量和气孔密度四项特征各有特点，但变化趋势较一致.如表1所示，金焰绣线菊和珍珠绣线菊的气孔长度和宽度表现出了同步增长的趋势，二者在第一阶段气孔的长宽近乎相等，气孔近圆形.金焰绣线菊在第二阶段气孔显著变长变宽，变化幅度为55.58%和11.04%，而到第三阶段气孔继续变长变宽，气孔长度增幅较大，后两个阶段气孔长度和宽度均与对照差异显著.珍珠绣线菊的气孔长度在第二阶段和第三阶段比第一阶段显著增加，增幅为37.17%和38.14%，各阶段的气孔宽度变化并不明显，但均降低.在气孔密度方面，各阶段金焰绣线菊的气孔密度均小于珍珠绣线菊.随着季节的变化，二者呈现的变化趋势不一致，金焰绣线菊的气孔密度逐渐减小，而珍珠绣线菊的气孔密度先升后降，第一和第三阶段气孔密度相近.季节变化对金焰绣线菊气孔密度影响较大.
3 讨论
叶性状是植物功能性状的二级性状，体现了植物为获得最大化能量收获所采取的生存适应策略.[11]本研究结果表明，金焰绣线菊和珍珠绣线菊叶片各性状在不同阶段存在一定的差异，总体来说金焰绣线菊的叶面积、叶厚度、叶脉密度和气孔的长度和宽度均大于珍珠绣线菊，而气孔密度小于珍珠绣线菊.季节变化对金焰绣线菊和珍珠绣线菊的叶性状造成一定的影响，但两个物种的变化趋势不一致，对金焰绣线菊的影响更大.
两种植物的叶性状随季节变化呈现出不同的变化趋势.金焰绣线菊在第一阶段至第二阶段的叶面积和叶厚度均明显增加，第二阶段至第三阶段增长趋于平缓，略有上升.珍珠绣线菊的叶厚度和叶面积的变化趋势并不完全一致，在第二阶段有小幅度增长，属于正常生长变化；第三阶段小幅下降，数值上与第一阶段基本相同.出现此种变化趋势可能是因为第一、二阶段内的温度趋于平稳，数据在误差范围内小幅波动，而第二阶段到第三阶段与之前相比，气温明显降低，新叶的增长速度明显减缓，导致取样的叶片大小与第一、二阶段有较大偏差.叶脉类型相同的物种中，叶片越小，叶脉密度就相对越大，抵抗叶脉损伤时造成的水压崩溃的能力也越强.[12-13]本研究气叶脉密度的变化趋势遵循了此变化规律.
叶脉的生长发育与叶片的生长有着直接关系，在植物总体生长发育过程中起着为叶片提供运输水分和养分、支撑叶片的重要作用.决定叶脉发育进程的因素主要有两个：一是外界的环境因素，二是植物体内严格的遗传调控.但这两方面因素并不相互独立，而是互相影响，共同干涉着叶片的生长发育.[14]本研究主要探究的是第一方面.相比较而言，两种绣线菊的叶脉密度变化趋势保持一致，金焰绣线菊第一阶段至第二阶段的叶脉长度和密度变化不大，略有增加；第二阶段至第三阶段，两种数据下降幅度较大.推测由于本次测量第一阶段与第二阶段的温度相差不大，处于金焰绣线菊适宜的生长温度内，第三阶段明显降低，导致新叶生长缓慢，继而使得金焰绣线菊的叶脉长度和密度在第三阶段大幅下降.而珍珠绣线菊因其叶片对三个阶段的季节因素不敏感，所以在第三阶段虽然也有数据下降的趋势，但幅度不大，总体来说较为平稳.
尹秀玲[15]等的研究表明，蔷薇科植物的气孔密度的范围在（117.812～360.449）No./mm2.金焰绣线菊和珍珠绣线菊皆为蔷薇科绣线菊属植物，第一、二阶段内，两种植物的气孔密度均在此范围之内.第三阶段，金焰绣线菊气孔密度显著降低，造成这样结果的原因可能有以下几点：一是可能由环境因素造成，植物生长环境的温度、水分和光照条件等均影响植物的光合速率和蒸腾作用，进而对植物的叶表面积、气孔的密度造成影响，气孔的长宽度等相關性状也可能增大或减小；二是品种的选择问题，本研究的品种种类不够多，并且不同品种气孔的相关性状差异较大，气孔的长宽度也有差异；三是不同品种的取样方法不同，在测定时造成误差.
本研究表明，金焰绣线菊的叶面积、叶厚度、叶脉密度和气孔的长度和宽度均大于珍珠绣线菊，而气孔密度小于珍珠绣线菊.季节变化对金焰绣线菊和珍珠绣线菊的叶性状造成一定的影响，但两个物种的变化趋势不一致，对金焰绣线菊的影响更大.
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编辑：琳莉
