青藏高原和內(nèi)蒙古高原典型草地植物葉片腎型和啞鈴型氣孔器氣孔特征及其與環(huán)境的關(guān)系

王媛媛，馬素輝，蔡 瓊，安麗華，吉成均*

(1 北京大學 城市與環(huán)境學院，北京 100871；2 北京大學 醫(yī)藥衛(wèi)生分析中心，北京 100191)

氣孔是植物表面由2個保衛(wèi)細胞圍成的孔隙，在植物體的莖、葉、花、果實和種子等器官的表面均有分布，尤以葉片的上下表面為多[1]。盡管氣孔占植物地上器官表面積的比例不到5%，但植物光合作用所需的CO2和蒸騰作用散失的水分大約有70%是通過氣孔進出的，氣孔在影響全球水和碳循環(huán)方面發(fā)揮著重要作用[1-2]。如陸生植物通過氣孔和角質(zhì)層的全年蒸騰量約7.0×1016kg，相當于陸地全年降水量的64%；而通過氣孔和角質(zhì)層植物每年可以從大氣中固定約1.2×1017g碳[3]。因此，氣孔指標的變化將直接影響水分和CO2的交換速率，進而影響植物光合作用和蒸騰作用的效率，以及植物的生長發(fā)育和全球碳循環(huán)。

作為植物與外界進行水氣交換的主要通道，氣孔對環(huán)境變化較為敏感。前人研究表明：氣孔對環(huán)境改變的響應策略有長期和短期2種，在短期可通過調(diào)控氣孔的開張來完成，而長期響應則靠改變氣孔大小和氣孔密度來實現(xiàn)[2, 4]。關(guān)于氣孔指標與環(huán)境因子的關(guān)系，國內(nèi)外已有大量報道，如氣孔指標與水分[5-6]、溫度[7-8]、CO2濃度[9-11]和海拔[12-14]之間的關(guān)系等，并揭示了氣孔指標隨環(huán)境變化的一般規(guī)律[15-16]。

氣孔和保衛(wèi)細胞合稱氣孔器。根據(jù)保衛(wèi)細胞的形狀，種子植物的氣孔器可以分為2類：啞鈴型氣孔器和腎型氣孔器[1]。啞鈴型氣孔器的保衛(wèi)細胞為啞鈴形，主要存在于禾本科和莎草科等單子葉植物中，氣孔呈帶狀分布；而腎型氣孔器的保衛(wèi)細胞呈腎形，存在于雙子葉植物和除禾草外的單子葉植物中，氣孔多為散生分布[3]。已有的研究表明：啞鈴形保衛(wèi)細胞和腎形保衛(wèi)細胞的細胞壁微纖絲排列方式不同，啞鈴型氣孔器和腎型氣孔器的發(fā)育模式存在明顯區(qū)別，啞鈴型氣孔器的進化程度更高[17]。在對環(huán)境變化的短期響應方面，啞鈴型氣孔器的開閉速度更快，更能適應外界環(huán)境的變化[3]。那么，在短期響應策略上存在差異的2類氣孔器，在氣孔密度和氣孔大小等表征長期氣孔響應策略的指標上是否存在差異？2類氣孔器的這些氣孔指標與環(huán)境因子的關(guān)系是否存在差異？

截至目前，學術(shù)界對2類氣孔器氣孔特征的比較研究還比較少，尚不清楚不同保衛(wèi)細胞形成的氣孔與環(huán)境的關(guān)系是否存在差異，而區(qū)域尺度上對2類氣孔特征的比較研究也鮮有報道。因此，在區(qū)域尺度上研究不同氣孔器類型氣孔特征對環(huán)境因子的長期響應規(guī)律，可以探討氣孔短期響應與長期響應策略的權(quán)衡關(guān)系，深入了解氣孔特征對氣候變化的適應機制，有助于準確預測未來全球氣候變化情景下，陸地生態(tài)系統(tǒng)水和碳循環(huán)的變化特征。

青藏高原和內(nèi)蒙古高原草地是中國2種較為典型的草地生態(tài)系統(tǒng)，草地植物的種類和數(shù)量繁多，分布著大量單子葉植物和雙子葉植物。由于地理位置、氣候條件的不同，2個地區(qū)植物的生長受到不同因素的限制。青藏高原海拔高，并受西南季風控制，環(huán)境相對濕潤，但生長季溫度較低，因而低溫是植物生長的主要限制因子；內(nèi)蒙古高原受溫帶大陸季風氣候影響，環(huán)境干旱，生長季溫度較高，植物生長主要受到降水的限制[18-19]。2個地區(qū)顯著的環(huán)境差異，為啞鈴型氣孔器和腎型氣孔器的比較研究提供了得天獨厚的條件，也為在區(qū)域尺度上研究2類氣孔器的氣孔特征及其對環(huán)境因子的響應提供了理想材料。

本研究以青藏高原和內(nèi)蒙古高原草地常見種或優(yōu)勢種植物的葉片為研究對象，通過比較啞鈴型氣孔器和腎型氣孔器的特征，揭示2類氣孔器氣孔特征的異同及其對環(huán)境因子的響應規(guī)律。基于以往的文獻分析，在面對外界環(huán)境的變化時，氣孔對環(huán)境的短期響應和長期響應可能相互權(quán)衡，互為補充[3]。短期響應較快的植物，長期響應的程度較小，即氣孔指標變化較小，與環(huán)境因子的關(guān)系較弱；反之亦然。故啞鈴型和腎型氣孔器氣孔指標的變化程度和與環(huán)境因子的關(guān)系可能有所差別。此外，高寒環(huán)境會使植物表皮細胞的體積增大[19]，而氣孔的大小和數(shù)量之間本身存在內(nèi)部的權(quán)衡關(guān)系，故2類氣孔器的大小和數(shù)量在2個地區(qū)也可能存在差異。因此，我們提出以下3個科學假設：1)啞鈴型氣孔器氣孔指標的變異系數(shù)小于腎型氣孔器；2)啞鈴型氣孔器氣孔指標與環(huán)境氣候指標的關(guān)系弱于腎型氣孔器；3)兩地兩類氣孔器的氣孔指標存在差異，內(nèi)蒙古高原的氣孔長度低于青藏高原，而內(nèi)蒙古高原的氣孔密度高于青藏高原。

1 材料和方法

1.1 研究區(qū)域

研究區(qū)域為內(nèi)蒙古高原(107.26～120.06°E，38.41～49.51°N)和青藏高原(80.25～102.89°E，31.10～37.43°N)，包括內(nèi)蒙古、甘肅、青海和西藏4個省份。內(nèi)蒙古高原受典型溫帶大陸性季風的影響，冬季寒冷漫長，夏季溫暖干旱，溫度自西南向東北呈遞減趨勢，降水從西南向東北呈遞增趨勢[20]；研究區(qū)域海拔588～1 458 m，年平均溫度-2.5～7.9℃，年平均降水量150.2～426.6 mm。青藏高原地區(qū)海拔較高，溫度較低且季節(jié)差異明顯，降水主要受西南季風控制，自東南向西北方向逐漸減少，降水的季節(jié)分配極不均勻，雨季和旱季差異明顯[21]；研究區(qū)域海拔2 984～5 249 m，年平均溫度-5.2～3.5℃，年平均降水量69.3～624.4 mm。

圖1 青藏高原和內(nèi)蒙古高原草地樣地分布圖Fig.1 Locations of sites sampled across the grasslands on the Tibetan Plateau and Inner Mongolian Plateau

1.2 采集方法和測量指標

樣品采集時間分別為2014和2015年7～8月。選取地勢平坦、受人為干擾和放牧影響較小、有代表性的群落類型設置樣地。其中，內(nèi)蒙古高原共設置有114個樣地，青藏高原共設置109個樣地(圖1)。每個樣地選取分布較廣且具有比較意義的常見種或優(yōu)勢種進行取樣，每種植物選取3～5株成熟植株，采集發(fā)育程度相近、位置相同的成熟健康葉片，在野外立即用FAA固定液固定，并記錄各采集地點的海拔、經(jīng)緯度和樣地信息。

采用指甲油印跡法和鉻酸離析法[22]進行制片。指甲油印跡法：在距葉尖約2/3處的葉片下表面均勻涂抹1層指甲油，于室溫自然晾干，用透明膠帶粘取葉片下表皮印記后粘在載玻片上，制成臨時裝片。鉻酸離析法：將葉片剪下約1 cm小段(均在距葉尖約2/3處)，用10%鉻酸溶液(三氧化鉻∶水=1∶10)浸泡約16 h，待表皮層與葉肉細胞分開后將表皮展平在滴有蒸餾水的載玻片上，制成臨時裝片。Motic B5顯微成像系統(tǒng)進行拍照及測量。

氣孔指標測量方法和計算方法：

1) 氣孔長度(SL)。每個樣品隨機選取10個大小約為0.1 mm2的視野，每個視野隨機選取5個氣孔，測量組成氣孔的2個保衛(wèi)細胞的長度(μm)。

2) 氣孔密度(SD)。每個樣品隨機選取10個大小約為0.1 mm2的視野，測量視野面積并統(tǒng)計視野內(nèi)的氣孔數(shù)量，換算為單位面積的氣孔數(shù)，即為氣孔密度(個·mm-2)。

3) 氣孔指數(shù)(SI)。每個樣品隨機選取10個大小約為0.1 mm2的視野，統(tǒng)計視野內(nèi)的氣孔數(shù)量和表皮細胞數(shù)量，計算氣孔指數(shù)，計算公式為：

4) SPI指數(shù)。近似理解為單位面積內(nèi)的總氣孔面積，計算公式為：

SPI(%)=SL2×SD×10-4

其中SL為氣孔長度(μm)，SD為氣孔密度(個·mm-2)。

1.3 氣候數(shù)據(jù)來源

研究所用海拔(Elevation)數(shù)據(jù)來自實測數(shù)據(jù)，年均溫(MAT)和年降水(MAP)數(shù)據(jù)來自世界氣候數(shù)據(jù)網(wǎng)站(http://www.worldclim.org)，通過克里格插值法獲取。

1.4 數(shù)據(jù)分析

利用t檢驗分析2類氣孔器氣孔指標的差異(α= 0.05)，以及內(nèi)蒙古高原和青藏高原2類氣孔器氣孔指標的差異(α= 0.05)；利用簡單線性回歸分析海拔、MAT和MAP對葉片氣孔指標的影響；利用多元回歸分析海拔、MAT和MAP對葉片氣孔指標的解釋率。本研究中的統(tǒng)計分析利用SPSS 22.0和Excel 2016軟件完成，圖表繪制由Sigmaplot 11.0和Excel 2016軟件完成。

2 結(jié)果與分析

本研究在青藏高原和內(nèi)蒙古高原的223個樣地中共采集草地植物120種，內(nèi)蒙古高原54種，青藏高原72種，隸屬于25個科，60個屬，其中2地共有種有6種。采集的草地植物中，具啞鈴型氣孔器的植物有39種，主要分布于禾本科(Gramineae)和莎草科(Cyperaceae)，具腎型氣孔器的植物有81種，以豆科(Fabaceae)和菊科(Asteraceae)最多。由于青藏高原和內(nèi)蒙古高原6個共有種植物的樣地較少，代表性不足。因此，未對2地共有種進行單獨的比較分析。

2.1 啞鈴型氣孔器和腎型氣孔器氣孔特征的比較

對氣孔器的4個氣孔指標進行獨立樣本t檢驗，在總體水平上，除了氣孔密度之外，啞鈴型氣孔器的氣孔長度(t= 30.65,P< 0.001)、氣孔指數(shù)(t= 2.85,P= 0.004)和SPI指數(shù)(t= 25.63,P< 0.001)均顯著大于腎型氣孔器(圖2)。進一步區(qū)分葉片上下表面進行分析，可以發(fā)現(xiàn)，上表面的4個氣孔指標在兩類氣孔器間均存在顯著差異，啞鈴型氣孔器的氣孔長度(t= 19.51,P< 0.001)、氣孔密度(t= 4.63,P< 0.001)、氣孔指數(shù)(t= 2.76,P= 0.006)和SPI指數(shù)(t= 30.08,P< 0.001)均顯著大于腎型氣孔器；而下表面僅氣孔長度和SPI指數(shù)在2類氣孔器間存在顯著差異，啞鈴型氣孔器的氣孔長度(t= 23.99,P< 0.001)和SPI指數(shù)(t= 14.09,P< 0.001)均顯著大于腎型氣孔器(圖2)。

在氣孔指標的變異系數(shù)方面，4個氣孔指標的變異系數(shù)均是腎型氣孔器大于啞鈴型氣孔器。在兩類氣孔器中，氣孔長度都是4個指標中穩(wěn)定性最高(表1)。

無論是啞鈴型氣孔器還是腎型氣孔器，其各氣孔指標之間存在顯著的相關(guān)關(guān)系。無論是總體水平上，還是區(qū)分上下表面，2種氣孔器類型中，氣孔長度和氣孔密度均呈現(xiàn)顯著的負相關(guān)(P<0.001)；氣孔密度和氣孔指數(shù)(P<0.001)、氣孔密度和SPI指數(shù)(P< 0.001)、氣孔指數(shù)和SPI指數(shù)(P< 0.001)則呈現(xiàn)顯著的正相關(guān)(圖3～5)。啞鈴型氣孔器的氣孔長度和氣孔指數(shù)存在顯著的負相關(guān)(P< 0.001)，而腎型氣孔器的氣孔長度和氣孔指數(shù)的關(guān)系不顯著(圖3～5)。

不同字母表示啞鈴型氣孔器和腎型氣孔器有顯著差異(P < 0.05)圖2 2類氣孔器氣孔指標的比較Different letters indicate significant difference (P < 0.05)Fig.2 Comparison of stomatal characters between two types of stomata apparatus

表1 啞鈴型氣孔器和腎型氣孔器總體及上下表面的氣孔特征比較

注：同行不同字母表示啞鈴型氣孔器和腎型氣孔器有顯著差異(P< 0.05)，下同Note: The different letters indicate significant difference (P< 0.05). The same as below

圖3 總體水平上2類氣孔器氣孔特征之間的關(guān)系Fig.3 The relationships between stomatal characters of two types of stomata apparatus on the overall level

2.2 啞鈴型氣孔器和腎型氣孔器對環(huán)境因子的響應

2類氣孔器的氣孔特征對環(huán)境因子的響應存在不同。在總體水平上，啞鈴型氣孔器的氣孔特征對海拔和年降水的響應較為顯著，對年均溫的響應相對較弱；而腎型氣孔器的氣孔則主要對海拔和年均溫的響應較為顯著，對年降水無顯著響應(表2)。如果區(qū)分葉片上下表面進行分析，可以看出，上下表面的啞鈴型氣孔器，其氣孔特征對環(huán)境因子的響應存在不同，上表面的氣孔對年降水的響應并不顯著，而下表面的氣孔對年降水的響應較為顯著；而對于上下表面的腎型氣孔器而言，其氣孔特征對環(huán)境因子的響應一致(表2)。

圖4 葉片上表面2類氣孔器氣孔特征之間的關(guān)系Fig.4 The relationships between stomatal characters of two types of stomata apparatus on the adaxial surface

圖5 葉片下表面2類氣孔器氣孔特征之間的關(guān)系Fig.5 The relationships between stomatal characters of two types of stomata apparatus on the abaxial surface

2.3 青藏高原和內(nèi)蒙古高原兩類氣孔器氣孔特征的比較

本研究中，2個地區(qū)物種本身對氣孔特征存在較大影響，不同物種的氣孔特征也存在顯著差異。本研究重點關(guān)注2類氣孔器類型之間的比較分析，未顯示物種對氣孔特征的影響。

啞鈴型氣孔器和腎型氣孔器的氣孔特征在不同地區(qū)也存在差異。對內(nèi)蒙古高原和青藏高原2個地區(qū)的氣孔特征進行t檢驗，結(jié)果(表3)顯示，無論是啞鈴型氣孔器還是腎型氣孔器，內(nèi)蒙古高原的氣孔長度(啞鈴型t=-3.75,P<0.001；腎型t=-12.74,P< 0.001)顯著低于青藏高原，內(nèi)蒙古高原的氣孔密度(啞鈴型t=3.39,P=0.001；腎型t=7.01,P< 0.001)顯著高于青藏高原(表3)。然而，對于氣孔指數(shù)和SPI指數(shù)而言，啞鈴型氣孔器和腎型氣孔器的地區(qū)差異存在不同。對于啞鈴型氣孔器的氣孔指數(shù)，內(nèi)蒙古高原大于青藏高原(t= 6.76,P< 0.001)，而腎型氣孔器的氣孔指數(shù)在2個地區(qū)無顯著差異。SPI指數(shù)則剛好相反，腎型氣孔器的SPI指數(shù)內(nèi)蒙古高原低于青藏高原(t= -5.58,P< 0.001)，而啞鈴型氣孔器的SPI指數(shù)在2個地區(qū)無顯著差異(表3)。

表2 氣孔特征與環(huán)境因子的Pearson相關(guān)系數(shù)

注：表中**表示P< 0.01，*表示P< 0.05Note: ** meanP< 0.01, * meansP< 0.05

表3 青藏高原和內(nèi)蒙古高原兩類氣孔器氣孔特征的比較

注：不同字母表示不同地區(qū)同一指標差異顯著(P< 0.05,t檢驗)Note: different letters indicate significant difference (P< 0.05,ttest)

表4 青藏高原和內(nèi)蒙古高原啞鈴型氣孔器和腎型氣孔器氣孔特征與環(huán)境因子的Pearson相關(guān)系數(shù)

注：表中**表示P< 0.01，*表示P< 0.05Note: ** meanP< 0.01, * meansP< 0.05

在內(nèi)蒙古高原和青藏高原，2種類型氣孔器的氣孔特征對環(huán)境因子的響應也存在不同。在2個地區(qū)，相比于啞鈴型氣孔器，腎型氣孔器的氣孔特征與環(huán)境因子的關(guān)系更為密切(表4)。在內(nèi)蒙古高原，啞鈴型氣孔器的氣孔特征對環(huán)境因子無顯著響應，腎型氣孔器的氣孔指標對環(huán)境因子的響應更為顯著(表4)。在青藏高原，啞鈴型氣孔器的氣孔特征對年降水的響應更為顯著，而腎型氣孔器的氣孔特征對海拔和年均溫的響應更為顯著(表4)。

3 討 論

3.1 啞鈴型氣孔器與腎型氣孔器的氣孔特征

本研究中，啞鈴型氣孔器的氣孔長度、氣孔指數(shù)和SPI指數(shù)均顯著大于腎型氣孔器，而兩者的氣孔密度無顯著差異。我們認為啞鈴型氣孔器的氣孔長度大于腎型氣孔器，可能與兩者的保衛(wèi)細胞特征和葉結(jié)構(gòu)特點等有關(guān)。具啞鈴型氣孔器的葉片均為平行脈，葉表皮細胞有長細胞和短細胞的分化，氣孔器均分布在長細胞一列，因而保衛(wèi)細胞沿葉片長軸的伸展阻力相對較小。也有研究表明啞鈴形保衛(wèi)細胞細胞壁微纖絲排列方式與腎形保衛(wèi)細胞不同(腎形保衛(wèi)細胞纖維素微纖絲從孔向周圍呈輻射狀定向, 禾本科植物啞鈴形保衛(wèi)細胞球狀部分纖維素微纖絲從孔向外放射)，其細胞膨壓增加可以使氣孔的孔徑開張程度更大[23]，開閉速度更快，因而氣體交換效率也更高，更能適應外界環(huán)境的變化[3]。SPI指數(shù)可間接表征光合效率，SPI指數(shù)在一定程度上代表葉片上氣孔總面積，當葉片的SPI指數(shù)較高時，葉片在單位面積上的光合能力也比較強[24]。因而，相比腎型氣孔器，啞鈴型氣孔器的光合和蒸騰效率更高，是一種進化的類型，更能適應環(huán)境脅迫。

本研究發(fā)現(xiàn)，腎型氣孔器的氣孔特征變異系數(shù)較大，而啞鈴型氣孔器的氣孔特征變異系數(shù)較小。盡管在整體水平上，2類氣孔器的氣孔特征與環(huán)境因子均存在相關(guān)關(guān)系，但對兩地區(qū)的比較可以看出：前者與環(huán)境的關(guān)系整體相對密切，而后者與環(huán)境的關(guān)系相對較弱。這說明相較于腎型氣孔器，啞鈴型氣孔器的特征更穩(wěn)定。以往的研究表明，氣孔對葉片光合作用和蒸騰作用的調(diào)控，是通過短期的開閉行為和長期的形態(tài)、分布和數(shù)量的變化來共同實現(xiàn)的[15, 25]。正如氣孔器可通過SD和SL的內(nèi)部權(quán)衡來對外界環(huán)境進行響應[3, 26]，我們認為，氣孔器對環(huán)境的瞬時響應和長期響應也存在一種內(nèi)在關(guān)系，相互權(quán)衡與補充，共同應對外界環(huán)境變化。短期響應策略中反應較快或程度較大的植物，長期反應程度減小，表現(xiàn)為指標變化較小，反之亦然，短期和長期響應互為因果，共同應對環(huán)境脅迫。啞鈴型氣孔器的保衛(wèi)細胞較長，能夠迅速對外界環(huán)境的瞬時變化做出響應，使植物在應對環(huán)境短期變化時占優(yōu)勢[3]；而腎型氣孔器的孔徑較小，氣孔開閉速度較慢，無法對外界環(huán)境的瞬時變化做出快速反應，因此在長期條件下，氣孔特征需對環(huán)境變化做出響應。我們猜測，正是由于這個原因，腎型氣孔器與環(huán)境因子的關(guān)系比啞鈴型氣孔器更為密切。此外，啞鈴型氣孔器僅見于禾本科和莎草科2個葉結(jié)構(gòu)類似、親緣關(guān)系較近的科，而腎型氣孔器分布于雙子葉植物和除禾草外的單子葉植物。具有腎型氣孔器的植物，其遺傳特征差異大、葉結(jié)構(gòu)復雜，這可能也是2類氣孔器各氣孔指標變異系數(shù)存在差異的原因之一。

3.2 氣孔特征對環(huán)境因子的響應存在不同

本研究發(fā)現(xiàn)，對于同一氣孔器類型的草地植物而言，上下表面的氣孔特征對環(huán)境因子的響應也可能存在差異。擁有腎型氣孔器的草地植物，上下表面的氣孔特征與環(huán)境因子的關(guān)系基本一致；而擁有啞鈴型氣孔器的草地植物，上下表面的氣孔特征對環(huán)境因子的響應存在差異，上表面的氣孔特征對降水無顯著響應，而下表面的氣孔特征對降水的響應較為顯著。我們認為，這主要與擁有啞鈴型氣孔器的植物上表面的泡狀細胞有關(guān)系。泡狀細胞是分布于禾本科和莎草科植物葉片的一種特殊的大型薄壁細胞，其收縮可以使葉片近軸面內(nèi)卷，幫助植物在一定程度上抵抗干旱，本研究發(fā)現(xiàn)所有啞鈴型氣孔器的植物，其上表面均具有泡狀細胞(未發(fā)表結(jié)果)。當水分缺乏時，泡狀細胞失水，體積減小，葉片向上卷起呈筒狀，降低水分喪失；當水分充足時，泡狀細胞吸水膨脹，葉片展平。這種內(nèi)部調(diào)節(jié)在一定程度上可以緩解植物所受到的干旱脅迫，因此，擁有啞鈴型氣孔器的草地植物，葉片上表面氣孔特征對水分的響應并不顯著。與此同時，草地植物下表面無泡狀細胞分布，植物需要通過改變氣孔特征來適應外界環(huán)境的水分變化。因此，位于葉片下表面的啞鈴型氣孔器，其氣孔特征對水分的響應較為顯著。

此外，我們還發(fā)現(xiàn)，腎型氣孔器的氣孔特征對溫度存在響應。當溫度升高時，葉片的氣孔導度和蒸騰速率加強，而較高的氣孔密度與較高的氣孔導度和光合速率之間存在正相關(guān)關(guān)系[3, 10]。因此，氣孔密度隨溫度的升高而增大。氣孔器內(nèi)部SD和SL的權(quán)衡，則使氣孔長度隨溫度的升高而減小。

在總體水平上，海拔對2種類型氣孔器的氣孔特征存在影響，這也與之前的研究相一致[12-14]。而啞鈴型氣孔器和腎型氣孔器對溫度和降水的響應則不同，啞鈴型氣孔器的氣孔特征與降水的關(guān)系更為密切。腎型氣孔器的氣孔特征與溫度的關(guān)系更為密切，這種現(xiàn)象是否具有普適性，尚需大量的實驗數(shù)據(jù)和進一步的整合分析來驗證。另外，也可通過開展室內(nèi)控制實驗等方法，從機理上探討和分析2類氣孔器氣孔特征與溫度和降水的關(guān)系，為該規(guī)律的解釋提供依據(jù)。

3.3 兩地區(qū)氣孔指標存在差異

本研究發(fā)現(xiàn)，無論是腎型氣孔器還是啞鈴型氣孔器，青藏高原的氣孔長度均顯著大于內(nèi)蒙古高原，氣孔密度顯著小于內(nèi)蒙古高原。也就是說，青藏高原草地植物的氣孔大而疏，內(nèi)蒙古高原草地植物的氣孔小而密。之前有研究提出，低溫會對芽原基中的幼葉分生組織細胞產(chǎn)生影響，使其發(fā)育為體積較大的表皮細胞[28]，而馬建靜等也通過實驗證實，青藏高原草地植物的表皮細胞體積大于內(nèi)蒙高原草地植物[19]。因而低溫可能是導致青藏高原草地植物氣孔長度大于內(nèi)蒙古高原的原因之一。

此外，由于空氣稀薄，高山植物具有發(fā)達的貯氣組織，植物葉片中具有較大的細胞間隙[28-29]，導致單位面積內(nèi)的細胞數(shù)量減少，氣孔密度減少。

從結(jié)構(gòu)對功能的適應性的角度考慮，內(nèi)蒙古高原草地植物氣孔特征小而密的特點，可以更加快速、有效地利用水分，幫助植物更好的抵抗干旱脅迫，適應干旱環(huán)境。青藏高原草地植物氣孔特征大而疏，葉片建成投資中可以減少氣孔形成過程的能量投資，這樣可以將更多的能量用于抵抗低溫脅迫，適應低溫環(huán)境。

致謝：感謝北京大學青藏高原考察隊、北京大學內(nèi)蒙古考察隊中各位老師同學在野外調(diào)查和樣品采集過程中的協(xié)助，感謝丁金枝、寇丹等同學在數(shù)據(jù)分析中給予的幫助。