修剪對蠟梅光合作用和葉片解剖特征的影響

宋碧玉，周蘭英，蒲光蘭，蔣天儀，余婷，范元英

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修剪對蠟梅光合作用和葉片解剖特征的影響

宋碧玉1,2，周蘭英1*，蒲光蘭1，蔣天儀3，余婷4，范元英2

(1.四川農(nóng)業(yè)大學林學院，四川成都 611130；2.蒼溪縣國家森林公園管理局，四川蒼溪628400；3.成都農(nóng)業(yè)科技職業(yè)學院，四川成都 611130；4.重慶市涪陵區(qū)園林綠化管理處，重慶408000)

以6年生蠟梅為試材，研究修剪對蠟梅光合作用和葉片解剖特征的影響。在蠟梅生長旺盛期，測定蠟梅光合參數(shù)，觀察葉片解剖結(jié)構(gòu)。結(jié)果表明：修剪組蠟梅葉片的凈光合速率、氣孔導度和蒸騰速率日均值顯著高于對照，表觀葉肉導度極顯著高于對照，胞間二氧化碳濃度顯著低于對照；修剪組葉片的葉綠素a和葉綠素總量均顯著高于對照，葉綠素a與葉綠素b的比值和氣孔寬度極顯著大于對照，氣孔長、氣孔開度寬、氣孔密度均顯著大于對照；修剪組葉片厚度和柵欄組織厚度均顯著大于對照，柵海比極顯著大于對照；相關(guān)分析結(jié)果表明，與、、、、葉綠素a與葉綠素b的比值、比葉重、氣孔長、氣孔寬、氣孔開度寬均呈顯著正相關(guān)；因此，修剪可改變蠟梅葉片形態(tài)特征和提高蠟梅的光合效率，有利于蠟梅生長。

蠟梅；修剪；光合作用；葉綠素；氣孔；葉片解剖結(jié)構(gòu)

蠟梅()為中國傳統(tǒng)名花，集藥用和觀賞于一體[1]。蠟梅如長期未修剪，容易出現(xiàn)花朵和枝條質(zhì)量下降現(xiàn)象，嚴重影響切花枝的產(chǎn)量、品質(zhì)和株型[2]。在實際栽培管理和觀賞應(yīng)用中，蠟梅需要定期修剪。目前，有關(guān)蠟梅科植物的研究多集中在資源分類[3]、栽培技術(shù)[4]等方面，光合生理方面的研究主要集中在夏蠟梅(Cheng et S. Y. Chang)[5–6]和柳葉蠟梅(Hu)[7]。盧毅軍等[8]對杭州植物園的3種蠟梅作了比較，認為3種蠟梅均較耐蔭，且蠟梅的耐蔭性強于浙江蠟梅和柳葉蠟梅。李菁等[9–10]研究發(fā)現(xiàn)蠟梅凈光合速率日變化曲線呈雙峰型，蒸騰速率日變化曲線呈單峰型，并認為其光合能力較強，和溫度是限制凈光合速率和蒸騰速率的主要因素。而有關(guān)修剪對蠟梅光合能力、葉片解剖結(jié)構(gòu)影響方面的研究尚鮮見報道。筆者以蠟梅為試材，研究修剪后蠟梅的光合能力、葉片解剖結(jié)構(gòu)的變化，現(xiàn)將結(jié)果報道如下。

1　試驗區(qū)概況

試驗區(qū)位于成都農(nóng)業(yè)科技職業(yè)學院內(nèi)(E103°48′54′′，N30°41′54′′)，海拔580 m，年均溫15.7 ℃，年日照時數(shù)1 104.5 h，年均降水量942.5 mm，全年無霜期281 d，屬亞熱帶濕潤氣候。

2　材料與方法

2.1　材料

供試材料為6年生蠟梅。

2.2　試驗設(shè)計

試驗于2015年春季進行。將園區(qū)內(nèi)蠟梅縱向等分為4個區(qū)域。每個區(qū)域選取40株長勢相近且生長良好的植株，其中20株進行修剪，另外20株不修剪(對照)。株行距為2 m×3 m。每個區(qū)域為1個重復。由于植株生長枝條均較繁蕪，株叢緊湊，修剪時采用短截、疏剪、修枝和重剪相結(jié)合的方式，使蠟梅株叢達到通風透光條件。

2.3　測定項目和方法

1) 環(huán)境因子和光合參數(shù)的測定。修剪2個月后，蠟梅進入生長旺季，在某一晴天，采用Li–6400便攜式光合儀分別于08:00、10:00、12:00、14:00、16:00、18:00測定環(huán)境因子和光合指標。環(huán)境因子包括光合有效輻射()、大氣相對濕度()、大氣二氧化碳濃度()和大氣溫度()；光合參數(shù)指標包括凈光合速率()、氣孔導度()、胞間CO2濃度()、蒸騰速率()等，并計算氣孔限制值()、表觀葉肉導度()、水分利用效率()等。每個處理測定4株。每株隨機選取中上層的3片成熟功能葉(從枝條頂端往下數(shù)的第4片左右位置)進行測定，并掛牌標記。測定時保持葉片自然生長角度不變。

2) 葉綠素含量的測定。光合測定后第2天，隨機采取各區(qū)域植株枝條頂端從上往下數(shù)的第4、5片成熟葉(20片)用于測定葉綠素含量。參照文獻[11]的方法，采用URA13L0004–A360分光光度計于664、630、750、647 nm下測定吸光值，計算葉綠素含量。

3) 氣孔數(shù)目的統(tǒng)計。于修剪后第75天進行測定。采用指甲油印跡法[12]，具體操作如下：將指甲油均勻地涂在蠟梅葉片下表面，自然晾干后輕輕擠壓指甲油涂層，使其與蠟梅葉片表皮充分接觸。隨后用鑷子夾住指甲油膜并撕下來，平展在滴有碘化鉀溶液的載玻片上，蓋上蓋玻片，自然晾干，于100倍Olympus T視鏡下觀察并拍照。每張玻片隨機選擇10個視野進行觀察，統(tǒng)計單位視野內(nèi)的氣孔數(shù)目，計算氣孔密度，并測量氣孔長、氣孔寬和氣孔開度的長度與寬度。重復4次。結(jié)果取平均值。

4) 葉片解剖結(jié)構(gòu)的觀察。采用石蠟切片法，于修剪后第135天進行。操作如下：取0.5 cm×0.5 cm成熟葉片中央部分(保留主脈)，用FAA液固定24 h，梯度乙醇脫水，二甲苯透明，石蠟包埋，番紅–固綠對染，中性樹膠封片，于100倍Olympus T視鏡下觀察、測微并拍照。觀測指標包括葉片厚度、柵欄組織厚度、海綿組織厚度、葉脈直徑、上表皮厚度、下表皮厚度等，計算葉脈突起度(葉脈直徑與葉片厚度之比)和柵海比(柵欄組織厚度與海綿組織厚度之比)。

2.4　數(shù)據(jù)處理

采用Excel 2010整理數(shù)據(jù)；采用SPSS 20.0進行相關(guān)性和差異顯著性分析；運用LSD法進行多重比較。

3　結(jié)果與分析

3.1　修剪對蠟梅光合作用日變化的影響

3.1.1修剪對環(huán)境因子的影響

如表1所示，對照組和修剪組的光合有效輻射()均呈先升高后降低趨勢，08:00—14:00對照組高于修剪組，12:00兩組均達到最大值；兩組大氣相對濕度均呈先降低后升高趨勢，修剪組全天高于對照組；兩組大氣二氧化碳濃度均表現(xiàn)為08:00最高，隨后逐漸下降；大氣溫度均呈先升高后下降趨勢，且對照組高于修剪組。

表1　蠟梅葉片的環(huán)境因子光合日變化

3.1.2修剪對蠟梅光合參數(shù)的影響

由表2可知，修剪組和對照組蠟梅葉片的在12:00出現(xiàn)“光合午休”現(xiàn)象，10:00達最大值；修剪組和對照組的日均值分別為4.46、3.41 mmol/ (m2·s)，日均值分別為0.21、0.09 mmol/(m2·s)，修剪組的和日均值大于對照。修剪組和對照組的均表現(xiàn)為08:00最高，隨后逐漸下降，午后又開始升高，修剪組的日均值低于對照組；修剪組和對照組的的最大值均出現(xiàn)在12:00；修剪組和對照的表現(xiàn)為10:00開始升高，12:00達最大值，隨后逐漸下降；修剪組的和日均值大于對照組，均呈先升高后降低趨勢。

表2　蠟梅葉片的光合參數(shù)日變化

各光合參數(shù)相關(guān)性分析結(jié)果顯示，與、、、、均呈顯著正相關(guān)，相關(guān)系數(shù)分別為0.817、0.904、0.864、0.819、0.861，與呈顯著正相關(guān)(0.823)，與呈極顯著正相關(guān)(=0.954)，和呈顯著正相關(guān)(0.873)，表明蠟梅葉片的、、和之間具有較好的協(xié)同響應(yīng)特征，氣孔和葉肉細胞以及環(huán)境因子對蠟梅光合作用均起著重要作用。與、、、均呈顯著負相關(guān)，相關(guān)系數(shù)分別為–0.840、–0.844、–0.870、–0.818，與呈極顯著負相關(guān)(–0.959)。與、均呈顯著正相關(guān)，相關(guān)系數(shù)分別為0.868、0.826，與、均呈極顯著正相關(guān)，相關(guān)系數(shù)分別為0.932、0.951；和呈顯著正相關(guān)(0.830)。

3.2　修剪對蠟梅葉片形態(tài)和葉綠素含量的影響

由表3可知，修剪組葉片的葉綠素a含量和葉綠素總量均顯著大于對照(﹤0.05)，葉綠素a與葉綠素b的比值極顯著大于對照(﹤0.01)；修剪組葉片的比葉重極顯著大于對照(﹤0.01)，葉面積和葉寬均顯著小于對照(﹤0.05)，葉長顯著大于對照(﹤0.05)。表明修剪后蠟梅葉片葉綠素含量增大，葉面積減小，葉片變得更細長，比葉重增大。

表3　蠟梅葉片的形態(tài)參數(shù)和葉綠素含量

“*”“**”表示與對照相比差異達顯著或極顯著水平。

葉片形態(tài)參數(shù)、葉綠素含量與光合參數(shù)之間的相關(guān)性分析結(jié)果表明，蠟梅葉片葉綠素a與葉綠素b的比值和呈顯著正相關(guān)(=0.679)，和呈極顯著負相關(guān)(=–0.890)；比葉重和葉綠素a與葉綠素b的比值呈顯著正相關(guān)(=0.773)，與呈極顯著正相關(guān)(=0.880)，與葉面積和分別為顯著、極顯著負相關(guān)，相關(guān)系數(shù)分別為–0.793、–0.875。表明修剪后蠟梅葉片比葉重和葉綠素a與葉綠素b比值增大，有利于提高葉片的。

3.3　修剪對氣孔參數(shù)的影響

由圖1可知，蠟梅氣孔為橢圓形或長圓形，2個副衛(wèi)細胞完全包圍保衛(wèi)細胞，副衛(wèi)細胞大小不等，與保衛(wèi)細胞的長軸平行，保衛(wèi)細胞為腎形。蠟梅氣孔器均分布在葉片下表皮，均為平列型，表明蠟梅上表皮水分蒸發(fā)量小，具有一定的耐旱性。

A 對照組；B 修剪組；St 氣孔器；Sc 副衛(wèi)細胞。

由表4可知，修剪組氣孔長、開度寬和密度均顯著大于對照(﹤0.05)，氣孔寬極顯著大于對照(﹤0.01)，表明修剪后蠟梅葉片氣孔器增大，單位面積氣孔數(shù)量增多，氣孔分布更密。

表4　蠟梅葉片下表皮的氣孔形態(tài)特征參數(shù)和密度

“*”“**”表示與對照相比差異達顯著或極顯著水平。

由表5可知，氣孔長與氣孔寬、均呈極顯著正相關(guān)，與開度寬和均呈顯著正相關(guān)；氣孔寬與開度寬、、均呈極顯著正相關(guān)；開度寬與、均呈顯著正相關(guān)。表明氣孔是影響的一個關(guān)鍵因素。

表5　蠟梅葉片氣孔參數(shù)與光合參數(shù)的相關(guān)性

“*” “**”分別示相關(guān)性達顯著或極顯著水平。

3.4　葉片解剖結(jié)構(gòu)比較

由圖2可知，蠟梅葉片為典型異面葉，從葉的橫切面來看，主要由表皮、葉肉和維管組織3部分組成。上下表皮均由1層細胞組成，且排列整齊緊密。葉肉細胞包括柵欄組織和海綿組織：柵欄組織由2層排列整齊的柱狀細胞組成；海綿組織由3~6層排列疏松的細胞組成。

A　對照組；B　修剪組；Eu　上表皮；El　下表皮；Pt　柵欄組織；St　海綿組織。

由圖3可知，葉片維管束組織主要分布在葉脈中，葉片主脈橫切面維管束呈圓環(huán)狀，主脈兩面都突起形成脊。

A　對照組；B　修剪組；Xy　木質(zhì)部；Ph　韌皮部。

由表6可知，修剪組葉片厚度和柵欄組織厚度均顯著大于對照(﹤0.05)，柵海比極顯著大于對照(﹤0.01)，修剪組和對照組的海綿組織厚度、上下表皮厚度和葉脈突起度差異不顯著，表明修剪可增加蠟梅葉片厚度和柵欄組織厚度及柵海比。

表6　蠟梅葉片的解剖結(jié)構(gòu)參數(shù)

“*”“**”表示與對照相比差異達顯著或極顯著水平。

蠟梅葉片的解剖結(jié)構(gòu)參數(shù)與其他參數(shù)相關(guān)性分析結(jié)果表明，柵欄組織厚度與上表皮厚度、均呈顯著正相關(guān)，相關(guān)系數(shù)分別為0.785、0.668，與呈顯著負相關(guān)(=–0.729)；葉片厚度與比葉重呈顯著正相關(guān)(=0.726)；柵海比與葉綠素a和葉綠素b的比值、分別呈極顯著、顯著正相關(guān)，相關(guān)系數(shù)分別為0.861、0.657，與呈極顯著負相關(guān)(=–0.831)；表明柵欄組織厚度與葉片厚度、比葉重成正比關(guān)系，且柵欄組織越厚，葉綠素a值越大；柵欄組織厚度和柵海比越大，則越大，越小。

4　結(jié)論與討論

植物與其生長的環(huán)境構(gòu)成一個整體，逆境時植物的光合作用[13]、葉綠素含量[14]、器官結(jié)構(gòu)特征[15]等會產(chǎn)生一定的適應(yīng)性變化。葉片對環(huán)境變化非常敏感，且變異性和可塑性較大[16]。本研究結(jié)果表明，修剪顯著提高了蠟梅葉片的凈光合速率、氣孔導度和蒸騰速率，顯著降低了葉片細胞間CO2濃度，這與李明霞等[17]對蘋果枝條修剪的研究結(jié)果一致。蠟梅葉片下表皮氣孔器和氣孔密度均增大，說明修剪后等環(huán)境因子發(fā)生變化，有利于光合速率的提高。蠟梅葉片下表皮氣孔器和氣孔密度的增大，提高了氣孔導度和蒸騰速率，使蠟梅更加適應(yīng)強光和高溫。本研究結(jié)果表明，修剪顯著提高了蠟梅葉片的葉綠素總量和比葉重等，這與王開良等[18]對油茶的研究結(jié)果一致。柵欄組織是蠟梅葉片光合作用的重要場所。本研究結(jié)果表明，修剪后蠟梅葉片的葉綠素a與葉綠素b的比值、柵欄組織厚度、柵海比和均增大，而比葉重增大是柵海比、葉片厚度增大和光合有機物積累的結(jié)果。本研究結(jié)果表明，修剪后蠟梅葉片厚度增大，促進葉片吸收更多的光能，彌補因修剪造成葉面積減小的缺陷，提高了葉片的光能利用率，這與呂晉慧等[19]的研究結(jié)果一致。

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責任編輯：尹小紅

英文編輯：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

國家自然科學基金項目(41371230)

宋碧玉(1992—)，女，四川簡陽人，碩士研究生，主要從事園林植物生理生態(tài)研究，731626577@qq.com；*通信作者，周蘭英，教授，主要從事林木遺傳育種和園林植物研究，949460359@qq.com

投稿網(wǎng)址：http://xb.hunau.edu.cn