楸樹葉片功能性狀在無性系和樹冠部位的分析比較及與生長(zhǎng)關(guān)聯(lián)

李世霞

（湟源縣園林站，青海 湟源 812100）

楸樹是紫葳科梓樹屬高大落葉喬木，是我國(guó)生態(tài)幅度較大的優(yōu)良鄉(xiāng)土樹種、特有的優(yōu)質(zhì)珍貴用材樹種和著名園林觀賞樹種。近年來，對(duì)楸樹較為系統(tǒng)的研究主要集中于生物學(xué)特性、種質(zhì)資源收集、繁育技術(shù)、優(yōu)良新品種選育等方面，并取得了可喜的成果。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

樣地位于天水市麥積區(qū)甘肅省林業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院內(nèi)，材料是2006年?duì)I造的楸樹無性系試驗(yàn)林，采用2m×1.5m的株行距進(jìn)行栽植，包括29個(gè)無性系。其中選擇生長(zhǎng)良好的25個(gè)無性系，每個(gè)無性系設(shè)置3個(gè)單株重復(fù)，對(duì)每株樹冠上、下2個(gè)部位進(jìn)行取樣，每個(gè)部位取樣30個(gè)生長(zhǎng)正常的葉片，10個(gè)葉片為1個(gè)重復(fù)，共3個(gè)重復(fù)。

試驗(yàn)于2014年7月底～8月底進(jìn)行，此時(shí)期樹木生長(zhǎng)量達(dá)到最高，測(cè)定的葉片功能性狀形態(tài)指標(biāo)有∶葉長(zhǎng)、葉寬、葉柄長(zhǎng)、比葉面積、葉干物質(zhì)含量、葉面積、葉周長(zhǎng)、長(zhǎng)寬比、形態(tài)指數(shù)、松散度。所有采集樣品裝入塑料密封袋，置于低溫冰柜冷藏保存。

1.2 指標(biāo)測(cè)定及方法

1.2.1 葉片形態(tài)指標(biāo)測(cè)定。（1）葉長(zhǎng)∶用直尺測(cè)量葉片基部到葉尖的最長(zhǎng)軸長(zhǎng)度（精確到0.1cm），葉寬為垂直于主脈的最大寬度（精確到0.1cm）。（2）葉柄長(zhǎng)∶從葉片基部到葉柄基部的長(zhǎng)度（精確到0.1cm），長(zhǎng)寬比=葉片長(zhǎng)度/葉片寬度；松散度=葉片周長(zhǎng)2/葉片面積；形態(tài)指數(shù)=4π×葉面積/葉片周長(zhǎng)2。其中利用數(shù)碼相機(jī)拍照法，經(jīng)過CAD圖像處理，獲得楸樹的葉面積（精確到0.01cm2）和葉周長(zhǎng)（精確到0.01cm）數(shù)據(jù)。

1.2.2 葉片比葉面積和葉干物質(zhì)含量的測(cè)定。將采集的葉片，每10片為1組，放在電子天平稱重（飽和鮮重，精確到0.001g），然后將葉片放入70℃烘箱內(nèi)烘干至恒重后稱重（干重）。最后計(jì)算比葉面積（SLA）∶

式中，Wd為樣品干重，W為樣品鮮重，單位mg/g。

1.3 數(shù)據(jù)處理

采用spssl6.0統(tǒng)計(jì)軟件對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行Pearson相關(guān)分析、方差分析和多重比較、通徑分析和主成分分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 葉片功能性狀無性系間和部位間的遺傳變異

2.1.1 葉片功能性狀在無性系間的遺傳差異。經(jīng)方差分析，測(cè)定的10個(gè)葉片性狀（葉長(zhǎng)、葉寬、葉柄長(zhǎng)、SLA、LDMC、葉面積、葉周長(zhǎng)、長(zhǎng)寬比、形態(tài)指數(shù)、松散度）在25個(gè)系（2-8、008-1、02、015-1、2-2、004-1、01、1-2、6523、9-1、1-4、9-2、2-6、1-3、2-7、001-1、1-1、002-1、1-1、002-1、013-1、灰 3/038、080、光葉楸、大葉金絲和小葉金絲）間均為極顯著差異（p＜0.05）。進(jìn)一步對(duì)性狀進(jìn)行多重比較，結(jié)果表明，灰3的葉面積最大為109.39cm2，小葉金絲的葉面積最小為69.36cm2，9-1的葉長(zhǎng)最大（16.8cm）。最小的為015-1（12.8cm），灰3的葉寬最大（11.4cm），015-1最小（8.5cm）。系號(hào) 001-1的葉柄長(zhǎng)最大（9.3cm），而 1-3的最小 （6.3cm），2-8的 SLA 值最大為147.234cm2/g，最小的是小葉金絲（92.791cm2/g）。

在LDMC的比較中，小葉金絲最大（470.126mg/g），02最?。?09.803mg/g）。002-1的SPAD最大（42.927），2-8的值最小（32.784），形態(tài)指數(shù)和松散度最大的無性系分別是038（0.687）和 008-1（26.994），最小的是 008-1（0.531）和 01（17.681）。8 個(gè)葉片功能指標(biāo)的表型變異系數(shù)處于10.8%～30%。

2.1.2 冠層上、下部位葉片功能性狀的差異比較。綜合25個(gè)無性系葉片性狀隨冠層高度的變化，發(fā)現(xiàn)比葉面積、葉面積、葉長(zhǎng)和葉寬在冠層上下部位有極顯著的差異，葉干物質(zhì)含量有顯著差異，SLA隨高度的變化呈遞減趨勢(shì)，而LDMC的變化趨勢(shì)與之相反。比葉面積在系號(hào)和部位的交互作用下差異性顯著。

2.2 葉片功能性狀間的相關(guān)關(guān)系

楸樹無性系葉片的不同功能性狀間存在著復(fù)雜的相互關(guān)系。隨著葉面積的增加，葉長(zhǎng)、葉寬和葉柄長(zhǎng)也有增加的趨勢(shì)，其中葉寬和葉柄長(zhǎng)隨葉片大小增加的趨勢(shì)更明顯，葉柄長(zhǎng)隨葉寬和葉長(zhǎng)的增加而增加，LDMC隨SLA的升高呈遞減趨勢(shì)。松散度與形態(tài)指數(shù)的變化趨勢(shì)最為明顯，隨著松散度的增加，葉形態(tài)指數(shù)呈明顯下降趨勢(shì)。

2.3 葉片性狀與胸徑間的通徑分析

相關(guān)系數(shù)是2個(gè)變量間相互關(guān)系的綜合，包含了兩者的直接關(guān)系和通過其它變量的間接關(guān)系，僅憑相關(guān)關(guān)系判斷變量之間的相互關(guān)系，可能會(huì)給人以假象。通徑分析，不僅能正確表述變量間的真實(shí)關(guān)系，而且能把性狀間相關(guān)剖分成直接作用和間接影響，揭示它們本質(zhì)的聯(lián)系。因此，為了進(jìn)一步明確葉片功能性狀對(duì)無性系生長(zhǎng)的作用方式，對(duì)葉片相關(guān)性狀與植株的胸徑進(jìn)行通徑分析。

冠層上部的葉片形狀中，對(duì)胸徑直接作用以葉柄長(zhǎng)（0.389）最大，其次是葉長(zhǎng)、長(zhǎng)寬比、SLA，最小的是LDMC。通過對(duì)間接通徑系數(shù)的分析，葉柄長(zhǎng)的間接作用最小，葉長(zhǎng)主要通過葉柄長(zhǎng)（0.201）對(duì)胸徑的正向間接作用最大，掩蓋了其對(duì)胸徑的直接負(fù)效應(yīng)，使得葉長(zhǎng)對(duì)胸徑的負(fù)向作用不顯著。

冠層下部的葉片性狀中，由直接通徑系數(shù)絕對(duì)值的比較可知，LDMC（-0.403）和長(zhǎng)寬比（0.403）對(duì)胸徑的影響最大，其次是葉柄長(zhǎng)、葉長(zhǎng)，最后是SLA。通過對(duì)間接通徑分析可知，葉長(zhǎng)通過葉柄長(zhǎng)（0.231）和長(zhǎng)寬比（0.207）對(duì)胸徑的正向間接影響，完全抵消了葉長(zhǎng)對(duì)胸徑的直接負(fù)向效應(yīng)，因此，葉長(zhǎng)與胸徑表現(xiàn)為正向顯著相關(guān)。SLA和LDMC通過其他幾個(gè)性狀的間接作用較大，且前者總體為正向效應(yīng)，后者為負(fù)向效應(yīng)。

分析可知，影響植株胸徑的葉片形狀為L(zhǎng)DMC、長(zhǎng)寬比、葉柄長(zhǎng)，葉柄長(zhǎng)和長(zhǎng)寬比與無性系胸徑呈正向顯著相關(guān)，LDMC與無性系胸徑呈負(fù)向顯著相關(guān)。其中LDMC對(duì)胸徑的直接和間接影響都大，葉長(zhǎng)的間接作用對(duì)胸徑的影響很大。

根據(jù)以上分析建立因子影響路徑圖（見圖1），可見葉柄長(zhǎng)是連接葉長(zhǎng)與胸徑的重要中轉(zhuǎn)因子，葉長(zhǎng)主要通過對(duì)葉柄長(zhǎng)的增強(qiáng)作用對(duì)胸徑間接產(chǎn)生正影響。

圖1 a、b各因子影響楸樹胸徑的主要路徑

2.4 無性系葉片指標(biāo)的主成分分析

分別對(duì)無性系上下部進(jìn)行主成分分析，各因子的特征值及其累積百分率和特征向量。只要4個(gè)主成分，累積貢獻(xiàn)率就達(dá)到80%以上。上、下部位第一主成分因子特征值分別為3.15、3.14，其貢獻(xiàn)率分別為31.47%、31.35%，對(duì)應(yīng)的特征向量葉長(zhǎng)、葉柄長(zhǎng)和葉面積的分值較大。第二主成分因子特征值分別為2.31、2.37，貢獻(xiàn)率分別為23.12%、23.70%，對(duì)應(yīng)的特征向量葉長(zhǎng)和形態(tài)指數(shù)分值較大。第三主成分因子特征值分別為1.47、1.89，貢獻(xiàn)率分別為14.75%、18.86%，對(duì)應(yīng)的特征向量LDMC和葉寬分值較大。第四主成分因子特征值分別為1.30、1.08，其貢獻(xiàn)率分別為13.03%、10.79%，對(duì)應(yīng)的特征向量長(zhǎng)寬比、葉長(zhǎng)分值較大。

3 討論和結(jié)論

（1）葉片大小與葉柄長(zhǎng)度間的平衡關(guān)系具有重要的生物學(xué)和物理學(xué)意義。本研究中，隨葉面積的增加，葉柄長(zhǎng)度也存在增加的趨勢(shì)，葉面積與葉柄長(zhǎng)呈極顯著的正相關(guān)性（r=0.604、p=0.000），這肯定了李東勝等研究南北樣帶暖溫帶區(qū)所得出，櫟屬樹種的葉柄長(zhǎng)度隨葉面積增加而增加的結(jié)論。大葉片具有長(zhǎng)葉柄的特征，有助于植物葉片抖動(dòng)，不但可以避免強(qiáng)烈集中的日曬，從而降低葉片的表面溫度，而且可以減少風(fēng)力、降水等因素引起的機(jī)械損傷。

在葉片形態(tài)相關(guān)的7個(gè)相關(guān)指標(biāo)中，葉寬、葉柄長(zhǎng)和葉長(zhǎng)可以作為楸樹葉面積估算的可靠指標(biāo)。依據(jù)回歸結(jié)果建立的葉寬、葉長(zhǎng)和葉柄長(zhǎng)3個(gè)指標(biāo)與葉面積的多元線形回歸方程為∶

Q=8.785x+3.028y+4.217z-76.076 R2=0.605，Q為葉面積，x為葉寬，y為葉長(zhǎng)，z為葉柄長(zhǎng)。

SLA和LDMC是植物適應(yīng)環(huán)境所體現(xiàn)出的關(guān)鍵葉性狀。通過對(duì)葉性狀之間的相關(guān)性和顯著性進(jìn)行Pearson分析。結(jié)果顯示，SLA與LDMC呈極顯著負(fù)相關(guān)（r=-0.644，p=0.000），這與國(guó)內(nèi)外許多研究結(jié)果一致。松散度和形態(tài)指數(shù)是描述葉片分裂程度的指標(biāo)，二者之間呈極顯著負(fù)相關(guān)性（r=-0.907，p=0.000）。

本文葉面積與形態(tài)指數(shù)顯著正相關(guān)（r=0.394，p=0.000），與松散度呈負(fù)相關(guān)（r=-0.360，p=0.000），這與李東勝等研究結(jié)果正好相反，這可能是植物生存的環(huán)境不同，所應(yīng)對(duì)的生態(tài)策略也不同。

（2）SLA隨樹冠高度的增加而遞減的變化，受光環(huán)境的影響，冠層上部葉片可利用的太陽(yáng)輻射能明顯高于下部，所以，冠層上部葉片通常采取增加葉片厚度和葉肉細(xì)胞密度的方式，增強(qiáng)葉片對(duì)于強(qiáng)光的防護(hù)作用，從而表現(xiàn)出較低的SLA。

LDMC的變化不僅反映了植物對(duì)光照的適應(yīng)，同時(shí)，反映了植物對(duì)水資源的利用。研究表明，葉干物質(zhì)含量受葉片含水量的影響較大，隨著環(huán)境水分增長(zhǎng)，植物的葉片含水量也會(huì)隨之增加，這就降低了植物葉片干物質(zhì)含量，位于冠層頂部的葉片在具有較高輻射能的環(huán)境中面臨著嚴(yán)重失水的威脅。所以，植物葉片采取增加角質(zhì)層厚度、關(guān)閉氣孔等方式，防止進(jìn)一步失水。

總之，SLA和LDMC在冠層垂直方向上的空間差異，表現(xiàn)了植物對(duì)冠層不同高度資源的利用策略。反映無性系對(duì)不同生境的適應(yīng)特征，對(duì)于本研究的楸樹無性系而言，光照和水分是主要限制資源。葉面積在冠層部位的變化，表明為了適應(yīng)樹冠上部的光環(huán)境，葉面積變大，這樣就能更充分地采集光照，提高光合能力。

比葉面積在系號(hào)和部位的交互作用下差異性顯著，說明影響比葉面積的不僅是無性系品種，環(huán)境也對(duì)其有重要影響。SLA可以作為楸樹無性系良種選育的一個(gè)重要指標(biāo)。植物為適應(yīng)不同的生境而形成資源利用方面不同的生態(tài)對(duì)策，即使它們分布在臨近和相似的生活環(huán)境中，也會(huì)存在不同的環(huán)境生理學(xué)特征。本研究中葉片功能性狀在無性系間均有極顯著差異，說明不同無性系對(duì)同一環(huán)境的適應(yīng)能力也會(huì)有明顯不同。

綜合植株上、下部位葉片相關(guān)性狀對(duì)無性系生長(zhǎng)的通徑分析結(jié)果，可以得出結(jié)論∶葉柄長(zhǎng)與植株生長(zhǎng)顯著性相關(guān)，而葉長(zhǎng)通過其他性狀對(duì)生長(zhǎng)性狀的間接作用也很突出。對(duì)以后楸樹無性系的選育工作有重要指導(dǎo)，并且進(jìn)一步證實(shí)了Wan Wang等，對(duì)61個(gè)楸樹無性系的葉片性狀與生長(zhǎng)研究得出結(jié)論∶葉長(zhǎng)和葉柄長(zhǎng)與胸徑顯著性相關(guān)，有助于無性系良種的選育。葉長(zhǎng)通過葉柄長(zhǎng)對(duì)胸徑的間接作用，說明葉長(zhǎng)的增加可以通過葉柄長(zhǎng)的增加來影響胸徑。因此，在楸樹無性系選育中，以葉長(zhǎng)為選擇目標(biāo)時(shí)應(yīng)兼顧葉柄長(zhǎng)，協(xié)調(diào)好兩者間的關(guān)系。

綜合分析可知，影響無性系差異的4個(gè)主成分因子可以分為2種主要因子，即葉片形態(tài)性狀（葉長(zhǎng)、葉寬、葉柄長(zhǎng)和葉面積）和葉片生理性狀（LDMC、SLA）。而且葉長(zhǎng)、葉柄長(zhǎng)、葉面積的貢獻(xiàn)率較大，因此，要注意選育時(shí)葉片形態(tài)當(dāng)中葉長(zhǎng)、葉柄長(zhǎng)對(duì)無性系生長(zhǎng)的影響，這與通徑分析的結(jié)果相似，更能證實(shí)葉長(zhǎng)、葉柄長(zhǎng)對(duì)無性系選育的重要性。