海拔對珍稀瀕危植物珙桐葉片特征的影響

吳尚明，李 曲，蔣玉林，沙正局，李 艷

(生態(tài)安全與保護(hù)四川省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室/綿陽師范學(xué)院，四川 綿陽 621000)

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海拔對珍稀瀕危植物珙桐葉片特征的影響

吳尚明，李 曲，蔣玉林，沙正局，李 艷＊

(生態(tài)安全與保護(hù)四川省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室/綿陽師范學(xué)院，四川 綿陽 621000)

本研究分析了珙桐分布區(qū)龍蒼溝國家森林公園內(nèi)不同海拔(1400，1580，1720m)梯度珙桐葉片的葉綠素含量，碳氮特征及超微結(jié)構(gòu)，探討其對海拔梯度的適應(yīng)機(jī)制。結(jié)果表明，珙桐不同海拔種群與光合特性相關(guān)的光合色素含量隨著海拔梯度的升高而下降；葉綠體結(jié)構(gòu)隨著海拔的升高無顯著差異，但葉綠體中淀粉積累增加；與中等海拔相比，高海拔和低海拔種群的碳氮比均降低，但差異未達(dá)到顯著水平。

珙桐；海拔梯度；葉綠素；超微結(jié)構(gòu)

海拔會(huì)影響植物的生長發(fā)育、葉片結(jié)構(gòu)等，是影響植物分布的重要生態(tài)因素之一[1-2]。隨著海拔的升高，環(huán)境因子如溫度、光強(qiáng)、紫外線強(qiáng)度、氣壓、氧飽和量、CO2分壓等都會(huì)發(fā)生變化，而這些因素對植物的發(fā)育等都有重要影響[3]。葉片作為重要的功能器官，與光合和呼吸作用密切相關(guān)。由于其與環(huán)境因子密切接觸，受環(huán)境因子影響可塑性大，可作為環(huán)境因子與植物自身適應(yīng)性的反映，為葉片生理生態(tài)功能研究奠定基礎(chǔ)[4-6]。

珙桐為1000萬年前新生代第三紀(jì)留下的孑遺植物，在第四紀(jì)冰川時(shí)期大部分地區(qū)的珙桐相繼滅絕，野生中僅存于中國西南四川省和中部湖北省和周邊地區(qū)。

其分布海拔主要在1500～2200m的濕潤常綠闊葉落葉混交林中[7]。本研究旨在通過研究珙桐葉片特征，分析其光合影響因子，葉片結(jié)構(gòu)，營養(yǎng)積累等在海拔梯度上的差異性，這對揭示其適生環(huán)境有重要意義，并且探討珙桐葉片特征與海拔的相互關(guān)系對認(rèn)識(shí)其環(huán)境適應(yīng)性有重要理論價(jià)值。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況

研究區(qū)位于四川盆地西部邊緣、雅安市中部龍蒼溝國家森林公園內(nèi)。地理位置為102°49′22″E～102°55′56″E，29°31′5″N～29°38′65″N，屬峨眉中山區(qū)，地貌位置屬龍門山地褶皺帶的南端，大相嶺的東段余脈的北側(cè)。其地勢南高北低，最高海拔2949.6m，最低海拔1460m，主要植被類型為亞熱帶常綠闊葉林。

1.2 研究材料

供試葉片為采自龍蒼溝國家森林公園內(nèi)不同海拔(1400,1580,1720m)梯度的珙桐葉片。于2014年7月上旬在龍蒼溝保護(hù)區(qū)內(nèi)采集珙桐葉片，設(shè)置1400m,1580m,1720m3個(gè)采樣點(diǎn)，每個(gè)采樣點(diǎn)選取若干株(n>5)長勢相當(dāng)、無病蟲害的成熟樹，本別采集其葉片。采樣時(shí)在樹冠下部東、南、西、北4個(gè)方向采摘相同葉位葉片。

1.3 研究方法

1.3.1 葉綠素分析 采用Lichtenthaler的方法由打孔器(直徑為0.8cm)從葉片的中部取得的10個(gè)小圓片放入80%丙酮中避光浸提至葉片變白[8]。在分光光度計(jì)(Unican UV-330,USA)中讀取上清液在663nm、646nm下的吸收值。所有的測定重復(fù)3次，計(jì)算葉綠素濃度。

1.3.2 葉片結(jié)構(gòu)分析 超微結(jié)構(gòu)分析采用Zhao方法。包埋后的材料經(jīng)過聚合、染色后于透射電鏡下進(jìn)行觀察拍照[9]。

1.3.3 葉片元素含量分析 將葉片混勻，105℃殺青1h，后80℃烘干至恒重。樣品磨粉后過100目篩用于元素測定。測定方法參考Mitchell方法[10]，測量單位為中國科學(xué)院南京土壤研究所。

1.4 統(tǒng)計(jì)分析

采用SPSS19.0統(tǒng)計(jì)分析軟件進(jìn)行一元方差分析，分析海拔梯度上參數(shù)差異，平均數(shù)間的多重比較采用Duncan’s檢驗(yàn)方法，p<0.5時(shí)差異顯著。

2 結(jié)果與分析

2.1 海拔對珙桐葉片葉綠素特征的影響

從表1可以看出，海拔梯度對葉綠素a，葉綠素b，類胡蘿卜素及總?cè)~綠素的影響都達(dá)到了顯著水平。隨著海拔梯度的上升，葉綠素a，葉綠素b，總?cè)~綠素和類胡蘿卜素都下降，其中葉綠素a和類胡蘿卜素在中海拔梯度的時(shí)候下降程度就達(dá)到了顯著水平，葉綠素b和總?cè)~綠素含量在高海拔梯度的時(shí)候下降程度達(dá)到顯著水平。在中等海拔到高海拔的過度區(qū)域，除了葉綠素b顯著降低外，其它指標(biāo)都無顯著差異。

表1 不同海拔下珙桐葉片的光合色素含量(平均值±標(biāo)準(zhǔn)誤)

注：LL,低海拔；ML，中海拔；HL，高海拔；Chla，葉綠素a，Chlb，葉綠素b；TC，總?cè)~綠素；Caro，類胡蘿卜素。

2.2 海拔對珙桐葉片碳氮比的影響

碳氮利用效率也能反應(yīng)植物的生長狀況。與中等海拔相比，高海拔和低海拔葉片中碳氮比均降低；但隨著海拔梯度的變化，珙桐葉片中的碳氮比并無顯著變化(圖1)。

圖1 不同海拔下珙桐葉片的碳氮比

2.3 海拔對珙桐葉片超微結(jié)構(gòu)的影響

圖2 不同海拔梯度下珙桐葉片葉綠體細(xì)胞超微結(jié)構(gòu)

從葉片結(jié)構(gòu)來看，低海拔珙桐葉片中葉綠體結(jié)構(gòu)較完整，少數(shù)葉綠體中存在體積較小的淀粉顆粒；隨著海拔的升高，中海拔珙桐葉片中，葉綠體結(jié)構(gòu)也較完整，但淀粉粒數(shù)量明顯比低海拔葉片中的多，但顆粒也比較??；高海拔地區(qū)的珙桐葉片中葉綠體基粒和基粒片層排列整齊、葉綠體結(jié)構(gòu)都較完整，但淀粉顆粒明顯比低海拔和中海拔葉片中的大，體積占到了葉綠體的約一半大小(圖2)。

3 討論

本實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，在珙桐分布區(qū)的低海拔、中等海拔和高海拔區(qū)域，隨著海拔的升高珙桐葉片的葉綠素含量會(huì)降低，并且高海拔地區(qū)的光合色素含量降低的程度更大。光合色素是植物進(jìn)行光合作用的重要物質(zhì)，光合色素的含量也會(huì)影響到植物光合作用的強(qiáng)弱。因此對珙桐來說，隨著海拔的升高，由光合色素降低引起的光合作用的下降可能會(huì)逐步加強(qiáng)。從葉綠體結(jié)構(gòu)來看，不同海拔梯度下，珙桐葉片葉綠體結(jié)構(gòu)并無顯著差異，葉綠體基質(zhì)、基粒片層等都排列規(guī)則，但隨著海拔的升高，葉綠體中淀粉顆粒的數(shù)量和大小都有所增加，因此從外觀來看，低海拔地區(qū)葉片的葉綠體形態(tài)與高海拔地區(qū)相比較更規(guī)則，這可能是由于淀粉顆粒擠壓葉綠體而引起高海拔地區(qū)葉綠體形態(tài)稍微有些不規(guī)則。另外過多的淀粉顆粒積累也可能是導(dǎo)致色素含量降低的原因。從碳氮代謝來看，各海拔間并無顯著差異。這也說明海拔差異并未影響珙桐在生長過程中的碳氮代謝，但這種不顯著的差異也可能是由于珙桐分布區(qū)海拔梯度范圍較窄引起的。

因此，基于本實(shí)驗(yàn)的結(jié)果，珙桐在不同海拔梯度下的生長生理狀況主要表現(xiàn)為：①與光合特性相關(guān)的光和色素含量隨著海拔梯度的升高而下降。②葉綠體結(jié)構(gòu)隨著海拔的升高無顯著差異，但淀粉積累增加。③碳氮代謝并未隨海拔的升高而顯著改變。

[1]康華靖，劉鵬，徐根娣，等.大盤山自然保護(hù)區(qū)香果樹對不同海拔生境的生理生態(tài)響應(yīng)[J].植物生態(tài)學(xué)報(bào)，2008，32(4):865-872.

[2]吳棟棟，周永斌，于大炮，等.不同海拔長白山岳樺的生理變化[J].生態(tài)學(xué)報(bào)，2009，29(5):2279-2285.

[3]姜永雷，鄧?yán)蛱m，黃曉霞.不同海拔川滇高山櫟葉片的解剖結(jié)構(gòu)特征[J].江蘇農(nóng)業(yè)科學(xué)，2015，43(1):195-198.

[4]劉全宏，王孝安，田先華，等.太白紅杉(Larixchinensis)葉的形態(tài)解剖學(xué)特征與環(huán)境因子的關(guān)系[J].西北植物學(xué)報(bào)，2001，21(5):885-893.

[5]高建平，王彥涵，陳道峰.不同產(chǎn)地華中五味子葉表皮結(jié)構(gòu)和導(dǎo)管分子的解剖結(jié)構(gòu)特征及其與環(huán)境因子的關(guān)系[J].西北植物學(xué)報(bào)，2003，23(5):715-723.

[6]王勛陵，王靜.植物的形態(tài)結(jié)構(gòu)與環(huán)境[M].蘭州：蘭州大學(xué)出版社，1989.

[7]黎云祥.珙桐生物學(xué)研究現(xiàn)狀與展望[J].西華師范大學(xué)學(xué)報(bào)，2003，24(3):269-275.

[8]Lichtenthaler HK. Chlorophylls and carotenoids: pigments of photosynthetic biomembranes[J].MethodEnzymol， 1987, 148: 350-382.

[9] Zhao HX, Xu X, Zhang YB,etal. Nitrogen deposition limits photosynthetic response to elevated CO2 differentially in a dioecious species[J].Oecologia,2011, 165:41-54.

[10]Mitchell AK .Acclimation of Pacific yew (Taxusbrevifolia) foliage to sun and shade[J].TreePhysiology,1998,18：749-757.

2017-05-20

國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目(31200251)；綿陽師范學(xué)院校級(jí)科研平臺(tái)項(xiàng)目(2013A07)。

吳尚明(1993-)，男，四川巴中人，本科生在讀。*為通訊作者。