云南箭竹3種變型的葉解剖結(jié)構(gòu)與生理特性*

李璟，于麗霞，黃玲，龍昊，張?jiān)赂?，王曙?/p>

(西南林業(yè)大學(xué) 生命科學(xué)學(xué)院，云南 昆明 650224)

云南箭竹(FargesiayunnanensisHsueh et Yi)，又稱昆明實(shí)心竹，是禾本科(Gramineae)竹亞科(Bambusoideae)箭竹屬(Fargesia)內(nèi)的一個(gè)合軸散生中型竹種，其竹筍味道鮮美、竹叢美觀、竹稈生物量高可造紙做稈具，其經(jīng)濟(jì)價(jià)值極高[1]，廣泛分布于中國西南地區(qū)，主要分布在云南昆明、大理、楚雄等地市及四川攀西地區(qū)[2]。近年來學(xué)者們發(fā)現(xiàn)，隨著引種推廣和人工栽培，云南箭竹長(zhǎng)期為適應(yīng)不同的生境，從而形成了不同的變異類型。根據(jù)易同培等[3]和王曙光等[2]報(bào)道，目前發(fā)現(xiàn)的云南箭竹有3種變異類型，即：云南箭竹原變型(F.yunnanensis)、“香筍竹”(F.yunnanensis‘Xiangsunzhu’)和“脫毛昆明實(shí)心竹”(F.yunnanensisf.detersa)。

云南箭竹3種變異類型間的形態(tài)特征差異明顯[2-3]。云南箭竹原變型的竹筍籜鞘呈現(xiàn)出明顯的紫色條紋，條紋能一直維持到筍殼脫落，筍殼被少量刺毛。昆明西山的云南箭竹變異類型“脫毛昆明實(shí)心竹”筍籜鞘被濃厚的黑色刺毛，不具條紋，幼稈節(jié)間靠近籜環(huán)處，往往具有一圈黑色刺毛，竹筍剝殼時(shí)刺毛極易扎手。大理雞足山的“香筍竹”從竹稈直徑、散生程度、幼竹稈型、籜鞘顏色和葉片形態(tài)更接近昆明西山的“脫毛昆明實(shí)心竹”，但其竹筍籜鞘帶黃綠色條紋，刺毛極少，易于采摘和剝殼處理。此外，云南箭竹原變型的葉片形態(tài)與另外2種變異類型相比，葉片較窄，葉色更綠。

目前，竹子不同變異類型間的辨別與區(qū)分主要依靠稈色、稈形、筍籜、幼稈被粉情況等特征[4]。葉片的解剖結(jié)構(gòu)特征是禾本科植物分類的參照依據(jù)之一[5]，明顯且特別的竹葉解剖結(jié)構(gòu)特征，對(duì)竹子分類具有比較重要的意義。錢領(lǐng)元等[6]根據(jù)不同種竹葉的解剖特征，編制了16個(gè)竹種的檢索表。丁雨龍等[7]對(duì)24種散生竹的葉片進(jìn)行解剖結(jié)構(gòu)觀察，認(rèn)為竹子的系統(tǒng)分類不能單一依靠竹葉某個(gè)部位的解剖構(gòu)造，但對(duì)竹子系統(tǒng)分類具有較大意義的是竹葉解剖構(gòu)造的變化模式研究。趙惠如等[8]對(duì)21個(gè)屬的27種竹子葉片進(jìn)行了解剖比較，初步討論了竹葉解剖特征對(duì)竹子的分類意義。同時(shí)，葉片是植物的關(guān)鍵營(yíng)養(yǎng)器官，是進(jìn)行光合和蒸騰的場(chǎng)所，它和環(huán)境的聯(lián)系極為緊密[9]。竹類植物的光合和生長(zhǎng)特性都與葉片有著密切聯(lián)系[10-11]。植物葉片中的可溶性糖和淀粉等調(diào)節(jié)著植物的生長(zhǎng)和抗性等生理過程，是重要的調(diào)節(jié)物質(zhì)[12-13]。近年來，關(guān)于竹類植物不同種源間差異的研究較多[14-15]，而對(duì)單個(gè)竹種、種下不同變異類型間的差異研究鮮有報(bào)道。為此，本文對(duì)云南箭竹3種變異類型葉片的形態(tài)特征、解剖結(jié)構(gòu)、生理指標(biāo)進(jìn)行了測(cè)定與比較分析，探索竹葉特征在竹子種下層次上的分類價(jià)值，同時(shí)也為下一步系統(tǒng)地研究云南箭竹種質(zhì)資源及開發(fā)育種工作夯實(shí)基礎(chǔ)。

1 材料與方法

1.1 樣地概況及實(shí)驗(yàn)材料

采樣地均位于昆明市，云南箭竹原變型的葉片采自西南林業(yè)大學(xué)珍稀竹類植物園(102°78′E，25°06′N)，“香筍竹”的葉片采自生命科學(xué)學(xué)院苗圃(102°77′E，25°06′N)，“脫毛昆明實(shí)心竹”的葉片采自昆明市西山旅游風(fēng)景區(qū)內(nèi)(102°63′E，24°97′N)。昆明市地處亞熱帶低緯度地區(qū)，屬季風(fēng)型高原氣候，7—8月平均氣溫在17～27 ℃左右，年平均降水量893～1 233 mm，降雨主要集中在5—10月。

西南林業(yè)大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院苗圃內(nèi)生長(zhǎng)的云南箭竹變異類型“香筍竹”系2006年引自云南大理雞足山，從未施肥及噴灑農(nóng)藥，植株生長(zhǎng)良好。珍稀竹類植物園內(nèi)生長(zhǎng)的云南箭竹原變型，引種自云南省楚雄彝族自治州的白馬河林場(chǎng)，植株生長(zhǎng)良好。云南箭竹變異類型“脫毛昆明實(shí)心竹”，在西山景區(qū)太華寺附近呈野生狀態(tài)分布，植株生長(zhǎng)良好。

2019年7—8月開始采集云南箭竹3種變異類型不同發(fā)育程度的葉片作為實(shí)驗(yàn)材料。每種變異類型各選取3株2 a生健康竹稈，每株從冠層中部的向陽面采集長(zhǎng)勢(shì)良好、無病蟲害的葉片。根據(jù)葉片大小、顏色和形狀，分為充分展開的幼嫩葉片、成熟葉片和衰老葉片，每種發(fā)育程度至少100片。將一部分采好的葉片裝入冷凍管液氮封存，放置于-80 ℃冰箱保存，另一部分采好的葉片立即放入FAA固定液中固定，固定的樣品放入真空泵抽氣24 h，于4 ℃冰箱中保存，待用。

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

1.2.1 形態(tài)特征觀察

葉片采摘后，立即用游標(biāo)卡尺測(cè)量葉片最大長(zhǎng)度(葉長(zhǎng))、葉片最大寬度(葉寬)，后計(jì)算長(zhǎng)寬比(葉長(zhǎng)和葉寬的比值)。每種變異類型，每個(gè)發(fā)育程度葉片至少測(cè)量100片。葉面積用掃描儀(CID CI-202 Leaf Area Meter)掃描測(cè)定。用熒光顯微鏡(Nikon-ECLIPSE400)對(duì)葉片表面的氣孔分布進(jìn)行觀察和拍照，同時(shí)測(cè)量氣孔長(zhǎng)度、寬度及密度。

1.2.2 解剖結(jié)構(gòu)觀察

采用常規(guī)石蠟切片法[16]切片。切片厚度7～10 μm，番紅-固綠染色，封片用中性樹膠，光學(xué)顯微鏡(鳳凰牌PH100-3B41L-IPL)下觀察拍照，并用二維測(cè)量軟件(DS-3000)測(cè)量以下指標(biāo)：葉片和葉肉細(xì)胞厚度、上下表皮細(xì)胞和角質(zhì)層厚度、泡狀細(xì)胞復(fù)合體和梭形細(xì)胞的面積、維管束面積和葉脈間距離。

1.2.3 生理指標(biāo)測(cè)定

選取中部竹冠，展開的健康成熟葉片各100片，用便攜式光合作用測(cè)定儀(Top Cloud-agri 3051D)，進(jìn)行光合速率(Pn)和蒸騰速率(Tr)的測(cè)定，光照充足晴天連續(xù)測(cè)定3 d，每片葉讀取3次數(shù)據(jù)。葉片采摘后，立即用便攜電子秤稱取鮮重，帶回實(shí)驗(yàn)室105 ℃烘箱內(nèi)殺青1～2 h，烘干至恒重，用分析天平稱量干重，計(jì)算含水率。苯酚硫酸比色法測(cè)定可溶性糖與淀粉含量[17]。

1.3 數(shù)據(jù)處理

用Exce1 2012錄入初始數(shù)據(jù)并統(tǒng)計(jì)，Origin 2016繪制圖表，SPSS 22.0對(duì)各個(gè)指標(biāo)進(jìn)行LSD多重比較方差分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 葉片形態(tài)特征比較分析

云南箭竹3種變異類型，葉片的形狀基本相似，均為條形漸尖的披針形，基部為楔形，上表皮平滑、無褶皺、無表皮毛，下表皮粗糙、具褶紋、表皮毛較多。葉片的形態(tài)特征指標(biāo)進(jìn)行分析(表1)后發(fā)現(xiàn)，3種變異類型之間，葉片的長(zhǎng)度、寬度、長(zhǎng)寬比和葉面積均存在明顯差異。

在幼嫩的葉片中，原變型葉片長(zhǎng)度最大(9.92 cm)，顯著大于“香筍竹”和“脫毛昆明實(shí)心竹”(P<0.05)，“香筍竹”葉片寬度最大(1.24 cm)，顯著大于原變型和“脫毛昆明實(shí)心竹”(P<0.05)。在成熟的葉片中，原變型葉片長(zhǎng)度最大(18.99 cm)，其次是“香筍竹”(17.75 cm)，脫毛昆明實(shí)心竹”最小(17.05 cm)；“香筍竹”葉片寬度最大(1.92 cm)，其次是原變型(1.87 cm)，“脫毛昆明實(shí)心竹”最小(1.79 cm)。葉片的長(zhǎng)度和寬度在3種變異類型之間差異顯著(P<0.05)。在衰老的葉片中，“香筍竹”葉片長(zhǎng)度最大(24.09 cm)，其次是原變型(23.89 cm)，“脫毛昆明實(shí)心竹”最小(23.01cm)；“香筍竹”葉片寬度最大(2.67 cm)，其次是“脫毛昆明實(shí)心竹”(2.24 cm)，原變型最小(2.08 cm)。葉片的長(zhǎng)度和寬度在3種變異類型之間差異顯著(P<0.05)。

所有不同發(fā)育程度的葉片，長(zhǎng)寬比和葉面積在3種變異類型之間差異顯著(P<0.05)，長(zhǎng)寬比均表現(xiàn)為：原變型>“脫毛昆明實(shí)心竹”>“香筍竹”；葉面積均表現(xiàn)為：“香筍竹”>原變型>“脫毛昆明實(shí)心竹”(表1)。與其它2種變異類型相比，“香筍竹”的葉片更寬、更短，且葉面積更大。云南箭竹3種變異類型的竹葉，隨著發(fā)育程度的增加，葉片的長(zhǎng)度、寬度、面積、長(zhǎng)寬比均表現(xiàn)為：衰老葉片>成熟葉片>幼嫩葉片(表1)。

表1 云南箭竹3種變異類型的葉片形態(tài)指標(biāo)比較

2.2 葉片解剖結(jié)構(gòu)特征比較分析

云南箭竹3種變異類型的葉片解剖基本結(jié)構(gòu)一致，主要分為表皮組織、基本組織和維管組織3部分(圖1A、B、C，圖2)。葉片的解剖結(jié)構(gòu)指標(biāo)進(jìn)行分析后發(fā)現(xiàn)，表皮組織、基本組織和維管組織各解剖指標(biāo)在3種變異類型之間均存在明顯差異。

2.2.1 葉片表皮組織

竹葉表皮組織主要由表皮層、角質(zhì)層和泡狀細(xì)胞組成。云南箭竹3種變異類型的竹葉，上、下表皮細(xì)胞層數(shù)相同，均為1層，表皮細(xì)胞緊密排列，上表皮細(xì)胞較大，細(xì)胞外壁有平滑且連續(xù)的角質(zhì)層，下表皮細(xì)胞較小，細(xì)胞外壁的角質(zhì)層具有乳突(圖1、圖2)。在葉脈之間靠近上表皮的區(qū)域，有泡狀細(xì)胞復(fù)合體，一般由2個(gè)以上透明無色的泡狀細(xì)胞組成，兩側(cè)的細(xì)胞小而窄，中間的細(xì)胞大而圓，復(fù)合體形狀為馬蹄形，嵌入到葉肉的一半以上部位(圖1A、B，圖2)。泡狀細(xì)胞失水，外壁內(nèi)縮，葉片沿主脈內(nèi)卷，水分的蒸騰減少，泡狀細(xì)胞在葉片邊緣無分布(圖1D)。

圖1 云南箭竹原變型的成熟葉橫切面解剖結(jié)構(gòu)

圖2 云南箭竹3種變異類型的葉片橫切面解剖結(jié)構(gòu)

在幼嫩葉片中，上、下表皮細(xì)胞厚度、角質(zhì)層厚度和泡狀細(xì)胞復(fù)合體面積大小均為：“香筍竹”>原變型>“脫毛昆明實(shí)心竹”(表2)。上表皮細(xì)胞厚度，3種變異類型間差異顯著(P<0.05)，下表皮細(xì)胞厚度，原變型與“脫毛昆明實(shí)心竹”和“香筍竹”差異不顯著(P>0.05)，而“脫毛昆明實(shí)心竹”和“香筍竹”間差異顯著(P<0.05)。角質(zhì)層厚度，3種變異類型間差異顯著(P<0.05)，泡狀細(xì)胞復(fù)合體面積，“香筍竹”顯著大于“脫毛昆明實(shí)心竹”和原變型(P<0.05)。在成熟葉片中，上、下表皮細(xì)胞厚度、角質(zhì)層厚度和泡狀細(xì)胞復(fù)合體面積大小表現(xiàn)為：“香筍竹”>原變型>“脫毛昆明實(shí)心竹”(表2，圖2)。上表皮細(xì)胞厚度，“香筍竹”顯著大于“脫毛昆明實(shí)心竹”和原變型(P<0.05)，下表皮細(xì)胞厚度，3種變異類型間差異不顯著(P>0.05)。角質(zhì)層厚度，“脫毛昆明實(shí)心竹”與原變型和“香筍竹”差異顯著(P<0.05)，而原變型和“香筍竹”間差異不顯著(P>0.05)，泡狀細(xì)胞復(fù)合體面積，3種變異類型間均差異顯著(P<0.05)。在衰老葉片中，上、下表皮細(xì)胞厚度、角質(zhì)層厚度和泡狀細(xì)胞復(fù)合體面積均表現(xiàn)為：“香筍竹”>原變型>“脫毛昆明實(shí)心竹”(表2)。上、下表皮細(xì)胞厚度、泡狀細(xì)胞復(fù)合體面積，“香筍竹”均顯著大于“脫毛昆明實(shí)心竹”和原變型。角質(zhì)層厚度，“脫毛昆明實(shí)心竹”顯著小于原變型和“香筍竹”(P<0.05)。云南箭竹3種變異類型的竹葉，隨著發(fā)育程度的增加，上、下表皮細(xì)胞厚度、角質(zhì)層厚度和泡狀細(xì)胞復(fù)合體復(fù)合體面積都在增大(表2)。

表2 云南箭竹3種變異類型的葉片的解剖結(jié)構(gòu)比較

2.2.2 葉片基本組織

竹葉基本組織主由葉肉細(xì)胞和梭形細(xì)胞組成。云南箭竹3種變異類型的竹葉，多為3～4層葉肉細(xì)胞，靠近上表皮的第1層葉肉細(xì)胞，細(xì)胞形狀為指狀，細(xì)胞壁單向內(nèi)褶，細(xì)胞大而整齊；遠(yuǎn)離上表皮的其它層葉肉細(xì)胞，形狀不一，放射狀分布(圖1A)。無色透明的大型梭形細(xì)胞分布于維管束兩側(cè)，梭形細(xì)胞在葉片邊緣無分布(圖1D)。

在幼嫩葉片中，葉片厚度、葉肉細(xì)胞厚度和梭形細(xì)胞面積大小依次是：“香筍竹”>原變型>“脫毛昆明實(shí)心竹”(表2)。葉片厚度和梭形細(xì)胞面積，“香筍竹”顯著大于“脫毛昆明實(shí)心竹”和原變型(P<0.05)，而“脫毛昆明實(shí)心竹”和原變型間差異不顯著(P>0.05)，葉肉細(xì)胞厚度3種變異類型間均差異顯著(P<0.05)。在成熟葉片中，葉片厚度、葉肉細(xì)胞厚度和梭形細(xì)胞面積大小依次是：“香筍竹”>原變型>“脫毛昆明實(shí)心竹”(表2，圖2)。葉片厚度和葉肉細(xì)胞厚度，“香筍竹”顯著大于“脫毛昆明實(shí)心竹”和原變型(P<0.05)，而“脫毛昆明實(shí)心竹”和原變型間差異不顯著(P>0.05)，梭形細(xì)胞面積3種變異類型間均差異顯著(P<0.05)。在衰老葉片中，葉片厚度、葉肉細(xì)胞厚度和梭形細(xì)胞面積大小依次是：“香筍竹”>原變型>“脫毛昆明實(shí)心竹”(表2)。葉片厚度、葉肉細(xì)胞厚度和梭形細(xì)胞面積，“香筍竹”顯著大于“脫毛昆明實(shí)心竹”和原變型(P<0.05)，而“脫毛昆明實(shí)心竹”和原變型間差異不顯著(P>0.05)。云南箭竹3種變異類型的竹葉，隨著發(fā)育程度的增加，葉片、葉肉厚度均逐漸變厚，梭形細(xì)胞面積也逐漸增大，各類指標(biāo)均表現(xiàn)出衰老葉片>成熟葉片>幼嫩葉片(表2)。

2.2.3 葉片維管組織

竹葉維管組織主要由維管束組成。云南箭竹3種變異類型的竹葉，葉脈均有主脈(圖2A、D、G)和兩側(cè)的平行脈，丁雨龍等[7]將主脈兩側(cè)的平行脈分為兩級(jí)，即：一級(jí)平行脈(圖2B、E、H)，二級(jí)平行脈(圖2C、F、I)。葉脈均由維管束及其外圍的維管束鞘細(xì)胞組成(圖1A、B，圖2A、B、D、E、G、H)。主脈維管束較發(fā)達(dá)厚壁組織豐富，是復(fù)合維管系統(tǒng)由3個(gè)維管束組成(圖1A)，主脈維管束鞘有2～3層，鞘細(xì)胞分為內(nèi)層(1層薄壁細(xì)胞)和外層(1～2層厚壁細(xì)胞)。一級(jí)平行脈的維管束結(jié)構(gòu)相對(duì)完善，由韌皮部、原生和后生導(dǎo)管及氣腔等結(jié)構(gòu)組成，靠近下表皮的是韌皮部，靠近上表皮的是木質(zhì)部。一級(jí)平行脈的維管束鞘細(xì)胞有2層(圖 1B)，鞘細(xì)胞分為內(nèi)層(1層薄壁細(xì)胞)和外層(1層厚壁細(xì)胞)。二級(jí)平行脈維管束結(jié)構(gòu)相對(duì)簡(jiǎn)單，由小韌皮部和具有小導(dǎo)管的木質(zhì)部組成，二級(jí)平行脈的維管束鞘細(xì)胞僅1層(圖1C)，為薄壁鞘細(xì)胞，鞘細(xì)胞大且排列規(guī)整，鞘細(xì)胞可見少數(shù)葉綠體的存在(圖1C)。

云南箭竹3種變異類型的竹葉，主脈維管束面積、一級(jí)平行脈維管束面積和平行脈間距離大小均為：“香筍竹”>原變型>“脫毛昆明實(shí)心竹”(表2，圖2)。主脈維管束面積、一級(jí)脈維管束面積，在3種變異類型之間差異顯著(P<0.05)。平行脈間距離表現(xiàn)出“香筍竹”顯著大于“脫毛昆明實(shí)心竹”和原變型(P<0.05)，而“脫毛昆明實(shí)心竹”和原變型之間差異不顯著(P>0.05)。云南箭竹3種變異類型的竹葉，隨著發(fā)育程度的增加，主脈維管束、一級(jí)脈維管束面積及平行脈間距離均表現(xiàn)出衰老葉片>成熟葉片>幼嫩葉片(表2)。

2.2.4 葉片氣孔特征

云南箭竹3種變異類型的竹葉，氣孔在熒光顯微鏡下自發(fā)熒光，葉片具明顯的葉脈，氣孔平行排列于葉脈兩側(cè)，呈長(zhǎng)橢圓形(圖3D、E、F)。葉片的上表皮未觀察到氣孔的分布(圖4A、B、C，圖3A、B、C)，而葉片的下表皮氣孔分布密集(圖4D、E、F，圖3D、E、F)。3種變異類型的葉片，氣孔的排列的特點(diǎn)基本相同，幼嫩和成熟葉片多為2層排列(圖4D、E)，衰老葉片零星出現(xiàn)3層(圖4F)，且各層氣孔間呈交替排列。

圖4 云南箭竹原變型的葉片氣孔分布

云南箭竹3種變異類型的竹葉，單位面積內(nèi)氣孔密度差異顯著(圖5A)，“香筍竹”的葉片孔密度最大，顯著大于“脫毛昆明實(shí)心竹”和原變型(P<0.05)，而原變型和“脫毛昆明實(shí)心竹”間差異不顯著(P>0.05)。從幼嫩葉片發(fā)育到成熟葉片，氣孔密度均表現(xiàn)出：幼嫩葉片>成熟葉片>衰老葉片(圖5A)，隨著葉片面積的增加，氣孔密度均呈現(xiàn)出降低趨勢(shì)。對(duì)氣孔的長(zhǎng)、寬測(cè)量后發(fā)現(xiàn)，在幼嫩葉片中氣孔長(zhǎng)度和寬度大小呈現(xiàn)出：原變型>“脫毛昆明實(shí)心竹”>“香筍竹”，3種變異類型之間均差異顯著(P<0.05)。在成熟和衰老葉片中，氣孔長(zhǎng)度和寬度大小呈現(xiàn)出：“脫毛昆明實(shí)心竹”>原變型>“香筍竹”(圖5B、C)，在3種變異類型之間差異不顯著(P>0.05)。對(duì)于同一變異類型，隨著發(fā)育程度的增加，氣孔長(zhǎng)度和寬度均表現(xiàn)出：衰老葉片>成熟葉片>幼嫩葉片(圖5B、C)?？傮w而言“香筍竹”的葉片氣孔形態(tài)最小，單位葉面積氣孔數(shù)量最多、氣孔密度最大。

圖5 云南箭竹3種變異類型的葉片的氣孔特征

2.3 葉片生理指標(biāo)比較分析

2.3.1 凈光合、蒸騰速率日變化

云南箭竹3種變異類型的竹葉，單位面積凈光合速率(Pn)，日變化規(guī)律相似基本一致，均表現(xiàn)出兩個(gè)峰值，中午均出現(xiàn)了光合“午休”的現(xiàn)象(圖6A)。原變型、“香筍竹”“脫毛昆明實(shí)心竹”單位面積凈光合速率均在上午11：00出現(xiàn)第一個(gè)峰值，分別為2.36、3.02、2.41 μmol/(m2·s)?！跋愎S竹”和“脫毛昆明實(shí)心竹”單位面積凈光合速率在下午13：00出現(xiàn)第二個(gè)峰值，分別為2.52、2.01 μmol/(m2·s)，而原變型在下午14：00左右出現(xiàn)第二個(gè)峰值，為2.05 μmol/(m2·s)(圖6A)。3種變異類型的葉片單位面積凈光合速率(Pn)，“香筍竹”高于原變型和“脫毛昆明實(shí)心竹”，而原變型和“脫毛昆明實(shí)心竹”之間差異較小(圖 6A)。

云南箭竹3種變異類型的竹葉，單位面積蒸騰速率(Tr)，日變化規(guī)律相似基本一致(圖6B)。原變型、“香筍竹”“脫毛昆明實(shí)心竹”單位面積蒸騰速率均表現(xiàn)出單個(gè)峰值，單位面積蒸騰速率日變化最大值均在中午12：00出現(xiàn)，分別為0.52、0.60、0.49 mmol/(m2·s)，明顯高于其它時(shí)間段的單位面積蒸騰速率(圖6B)。3種變異類型的葉片單位面積蒸騰速率“香筍竹”高于原變型和“脫毛昆明實(shí)心竹”，而原變型和“脫毛昆明實(shí)心竹”之間差異較小(圖 6B)。

圖6 云南箭竹3種變異類型葉片的單位面積凈光合速率(Pn)和單位面積蒸騰速率(Tr)日變化

2.3.2 含水率、可溶性糖和淀粉含量變化

云南箭竹3種變異類型的竹葉，含水率差異顯著(圖7A)。在幼嫩的葉片中，“脫毛昆明實(shí)心竹”含水率最高(63.86%)，其次是原變型(62.92%)，“香筍竹”最低(52.94%)，“香筍竹”與其它2種變異類型之間差異顯著(P<0.05)，而原變型和“脫毛昆明實(shí)心竹”之間差異不顯著(P>0.05)。在成熟和衰老葉片中，含水率均表現(xiàn)為：“脫毛昆明實(shí)心竹”>原變型>“香筍竹”，3種變異類型之間差異顯著(P<0.05)，香筍竹葉片的含水率最低。

圖7 云南箭竹3種變異類型的葉片的生理指標(biāo)比較

云南箭竹3種變異類型的竹葉，可溶性糖和淀粉含量也存在差異(圖7B、C)。在幼嫩葉片中，葉片可溶性糖和淀粉含量在3種變異類型之間差異不顯著(P>0.05)，“香筍竹”葉片的可溶性糖和淀粉含量略微高于原變型和“脫毛昆明實(shí)心竹”(圖7B、C)。在成熟和衰老葉片中，可溶性糖和淀粉含量均表現(xiàn)為：“香筍竹”>原變型>“脫毛昆明實(shí)心竹”，“香筍竹”葉片的可溶性糖和淀粉含量顯著高于原變型和“脫毛昆明實(shí)心竹”(P<0.05)，而原變型和“脫毛昆明實(shí)心竹”之間差異不顯著(P>0.05)。云南箭竹3種變異類型的竹葉，隨著發(fā)育程度的變化，含水率、可溶性糖含量、淀粉含量變化規(guī)律是：幼嫩葉片>成熟葉片>衰老葉片(圖 7A、B、C)。

3 結(jié)論與討論

目前有關(guān)竹類植物不同變異類型的研究報(bào)道相對(duì)較少[18-20]，竹子葉片的研究主要集中在不同屬、不同種或同一種層次上，而各竹種的種下變異類型豐富，近年學(xué)者發(fā)現(xiàn)的新變型、新變種不計(jì)其數(shù)，但相關(guān)的研究卻罕見。本研究對(duì)云南箭竹3種變異類型的竹葉，形態(tài)、解剖和生理特征進(jìn)行了比較，補(bǔ)充了在種下(變異類型)層次上竹葉的比較研究。

3.1 云南箭竹不同變異類型的葉片結(jié)構(gòu)與環(huán)境適應(yīng)性

植物在對(duì)環(huán)境的適應(yīng)過程中，葉片的可塑性是有利的，分布廣泛的植物其葉片可塑性更強(qiáng)[21]。植物的葉片對(duì)環(huán)境的適應(yīng)表現(xiàn)形式豐富，其中葉片表皮和基本組織結(jié)構(gòu)特征對(duì)環(huán)境的適應(yīng)性變化尤其活躍[22]。因此，本文所觀察分析的云南箭竹的3種變異類型均引種在昆明市內(nèi)，盡量排除環(huán)境條件的影響，相同環(huán)境下3種變異類型均表現(xiàn)出較好的穩(wěn)定性，能為變異類型的差異分析提供較好的可靠性數(shù)據(jù)。竹子對(duì)生境有形態(tài)適應(yīng)機(jī)制，即以葉長(zhǎng)、葉寬、葉長(zhǎng)寬比和葉面積等變化來適應(yīng)環(huán)境的變化[23]。云南箭竹3種變異類型的葉片外部形態(tài)特征存在差異，“香筍竹”相對(duì)于原變型和“脫毛昆明實(shí)心竹”葉片更寬，葉面積也更大，光合能力較強(qiáng)，這也是“香筍竹”在大理雞足山高海拔2 000 m以上仍然分布數(shù)量較多的一個(gè)原因。植物的光合能力與葉片解剖結(jié)構(gòu)特征關(guān)系密切，植物葉片厚度的增加，提高了葉片對(duì)光能的利用效率[24]?！跋愎S竹”的葉片相對(duì)于原變型和“脫毛昆明實(shí)心竹”更厚，對(duì)光能的利用率更高。植物葉片的表皮細(xì)胞厚度增加，有助于植物吸收光能和水分調(diào)節(jié)，從而提高光合效率[25-26]?！跋愎S竹”的葉片表皮層較厚，適應(yīng)能力強(qiáng)，其保水作用和光利用能力都強(qiáng)于其他2種變異類型。角質(zhì)層具有機(jī)械支撐、調(diào)節(jié)和交換水分、恒溫及吸收光照，抵抗病菌的侵染等功能，與植物的逆境耐受性有關(guān)，即：抗鹽性、抗旱性，抗寒性等[27-28]?！跋愎S竹”的葉片角質(zhì)層較厚，其分泌、機(jī)械支持和保水能力都較強(qiáng)，更易適應(yīng)外界環(huán)境，抗逆性更強(qiáng)。泡狀細(xì)胞儲(chǔ)存水分的同時(shí)也參與葉片的運(yùn)動(dòng)，水分脅迫下泡狀細(xì)胞發(fā)生相應(yīng)的收縮與膨脹，泡狀細(xì)胞還有利于光線進(jìn)入葉肉細(xì)胞[29-30]?！跋愎S竹”的葉片泡狀細(xì)胞面積最大，伸縮性強(qiáng)，更利于儲(chǔ)存水分和控制葉片運(yùn)動(dòng)。梭形細(xì)胞的功能尚不明確，目前認(rèn)為梭形細(xì)胞可幫助葉片更好的捕獲和分配光線[31]?！跋愎S竹”的葉片梭形細(xì)胞面積最大，這有利于光線透進(jìn)葉肉細(xì)胞。竹子葉片的維管束面積與光合速率呈正相關(guān)。維管束的面積越大，水分運(yùn)送效率就會(huì)越高，礦物質(zhì)和碳水化合物的運(yùn)輸越快，凈光合的速率從而增加[32]。同時(shí)，維管束之間距離越大，維管束之間葉肉組織就越多，光合效率就會(huì)越高?！跋愎S竹”具有更大的維管束面積和維管束之間距離，這些優(yōu)點(diǎn)可能使“香筍竹”在光合能力方面要強(qiáng)于原變型和“脫毛昆明實(shí)心竹”。

3.2 云南箭竹不同變異類型的竹葉解剖結(jié)構(gòu)的分類學(xué)價(jià)值

植物葉片的解剖結(jié)構(gòu)一直被分類學(xué)者所關(guān)注。在禾本科的分類中，Brown等[33]將竹葉型作為一個(gè)大類。Renvoize等[34]對(duì)禾本科竹亞科植物的葉片進(jìn)行了系統(tǒng)的解剖，發(fā)現(xiàn)竹葉的解剖特征具有一定的分類學(xué)意義。龍春玲等[35]對(duì)同一種的不同品種竹子葉片進(jìn)行了解剖學(xué)研究，發(fā)現(xiàn)毛竹(Phyllostachysedulis)與厚壁毛竹(Phyllostachysedulis‘Pachyloen’)葉片不同年齡竹葉間各解剖因子差異顯著。劉培等[36]對(duì)筇竹(Qiongzhueatumidinoda)葉片進(jìn)行了解剖學(xué)研究，發(fā)現(xiàn)筇竹相同稈齡的葉片形態(tài)特征沒用明顯差異。蘇佳露等[37]對(duì)6個(gè)竹種的竹葉進(jìn)行了解剖，構(gòu)建了葉片的三維形態(tài)結(jié)構(gòu)圖，更準(zhǔn)確且全面的描繪了竹葉內(nèi)部結(jié)構(gòu)，發(fā)現(xiàn)竹葉解剖結(jié)構(gòu)對(duì)竹子系統(tǒng)演化和分類有重要借鑒價(jià)值。Judziewicz等[38]認(rèn)為竹葉解剖結(jié)構(gòu)中的葉肉指狀壁細(xì)胞具有重要的分類學(xué)價(jià)值。目前研究發(fā)現(xiàn)在竹亞科植物分類中，竹葉解剖結(jié)構(gòu)中的梭形細(xì)胞特征可作為重要依據(jù)[39-40]。多年來，學(xué)者們不斷的探索竹類植物葉片解剖結(jié)構(gòu)的分類學(xué)意義，在此基礎(chǔ)上，本文觀察分析了云南箭竹的3種變異類型的葉片解剖結(jié)構(gòu)，發(fā)現(xiàn)云南箭竹不同變異類型之間，葉片的形態(tài)指標(biāo)和解剖指標(biāo)之間存在差異，能反映3種變異類型之間的區(qū)別。其中形態(tài)指標(biāo)的葉長(zhǎng)、葉寬、長(zhǎng)寬比和葉面積，解剖指標(biāo)的葉片厚度、角質(zhì)層厚度、泡狀細(xì)胞面積、梭形細(xì)胞面積、主脈維管束面積和平行脈間距離在3種變異類型之間差異顯著，這些特征可以作為云南箭竹不同變異類型間的分類學(xué)指標(biāo)，但要將其廣泛應(yīng)用到竹類植物的種下分類，還需進(jìn)一步研究，做更多更細(xì)的工作。

3.3 云南箭竹不同變異類型的葉片結(jié)構(gòu)與生理指標(biāo)變化

植物進(jìn)行光合作用的最重要器官是葉片，光合作用作為植物重要生命特征，是植物有機(jī)物質(zhì)合成、能量貯存與轉(zhuǎn)化的基礎(chǔ)，也是高光效竹種選育的關(guān)鍵[41]。在云南箭竹的3種變異類型中，“香筍竹”的光合能力最強(qiáng)，相較于其他2種變異類型是更好的高光效竹種。凈光合速率與葉片的厚度、主脈厚度、表皮細(xì)胞厚度、葉面積以及下表皮氣孔密度呈顯著的正相關(guān)[42]。凈光合速率和蒸騰速率“香筍竹”要顯著高于原變型和“脫毛昆明實(shí)心竹”，造成這一現(xiàn)象的原因是“香筍竹”的葉片厚度、表皮細(xì)胞厚度、葉面積及下表皮氣孔密度都顯著高于原變型和“脫毛昆明實(shí)心竹”。蒸騰作用與葉片的氣孔直接相關(guān)，氣孔調(diào)節(jié)氣體出入和水分蒸騰[43]。原變型的蒸騰速率略高于“脫毛昆明實(shí)心竹”，但又低于“香筍竹”，這與3種變異類型之間葉片的氣孔密度大小關(guān)系一致。植物的蒸騰可以保護(hù)葉片免受高溫傷害，降低葉片溫度[44]。“香筍竹”的蒸騰速率較強(qiáng)，高溫環(huán)境下依舊能保持正常葉溫，維持其生理功能。植物葉片含水率低，則固形物質(zhì)濃度大，從而導(dǎo)致葉片胞液濃度高，低溫下不易結(jié)冰，使植物越冬能力增強(qiáng)[45]?！跋愎S竹”的葉片含水率最低，在冬季低溫環(huán)境下，胞液濃度大，不易結(jié)冰，具有較好的抗寒性?？扇苄蕴呛偷矸墼谥参锷L(zhǎng)發(fā)育過程中，含量的多少，積累與分配的方式都存在差異，不論在新老葉片中，凈光合速率與可溶性糖和淀粉含量存在一定的協(xié)調(diào)性[46]。“香筍竹”葉片可溶性糖和淀粉含量最大，造成此現(xiàn)象的原因是“香筍竹”葉片光合能力較強(qiáng)，光合同化物合成和分解快，轉(zhuǎn)運(yùn)效率高，進(jìn)而導(dǎo)致葉片組織中的可溶性糖和淀粉含量升高，較高的可溶性糖和淀粉含量增強(qiáng)了“香筍竹”抗逆能力，使其能適應(yīng)惡劣環(huán)境。

總體而言云南箭竹3種變異類型的葉片，“香筍竹”的葉片最厚，葉面積最大，表皮層和角質(zhì)層最厚，泡狀細(xì)胞和梭形細(xì)胞最大，下表皮氣孔密度也最高，具有較高的光合效率和抗逆性，相較于原變型和“脫毛昆明實(shí)心竹”“香筍竹”是更優(yōu)良的變異類型，可優(yōu)先考慮推廣種植。