干旱脅迫對草地早熟禾葉片顯微結(jié)構(gòu)和光合特征的影響

摘要：為探究草地早熟禾（Poa pratensis）葉片表皮特征、解剖結(jié)構(gòu)及光合特性對干旱脅迫的響應(yīng)特點，試驗選用6份草地早熟禾材料，包括美國引進品種：‘Blue Ghost’‘Comet’和‘Martha’，山西野生居群：應(yīng)縣和渾源，以及自主選育的‘太行’草地早熟禾品種，稱重法控制后續(xù)蒸散量（Evapotranspiration rate，ET），設(shè)置2種水分梯度W1：60% ET，W2：100% ET處理，利用徒手切片法和石蠟切片法，在光學顯微鏡下觀測草地早熟禾葉片的表皮特征和解剖結(jié)構(gòu)，并測定其光合作用參數(shù)。結(jié)果表明：W1處理下，草地早熟禾葉片的解剖結(jié)構(gòu)特征參數(shù)顯著低于W2處理，而上下表皮氣孔長寬比與W2處理無顯著差異；‘Blue Ghost’的胞間CO₂濃度最大，比最小的應(yīng)縣高出57.23%。相關(guān)性分析得出：凈光合速率與葉片解剖結(jié)構(gòu)特征參數(shù)和光合特征參數(shù)顯著正相關(guān)；干旱脅迫促使草地早熟禾葉片變薄，維管束面積減小，草地早熟禾的光合效率降低。

關(guān)鍵詞：草地早熟禾；干旱脅迫；表皮特征；解剖結(jié)構(gòu)；光合特性

中圖分類號：S688.4文獻標識碼：A文章編號：1007-0435（2023）05-1368-10

Effects of Drought Stress on Leaf Microstructure and Photosynthetic

Characteristics of Poa pratensis

CEN Hui-fang， QIAN Wen-wu， ZHU Hui-sen*， XIA Fang-shan， DU Li-xia， XU Tao

（College of Grassland Science， Shanxi Agricultural University， Taigu， Shanxi Province 030801， China）

Abstract：To explore the responses of leaf epidermal characteristic，anatomical structure and photosynthetic characteristics of Poa pratensis to drought stress，six materials of P. pratensis were selected in our study，of which include three introduced varieties from the United States：‘Blue Ghost’‘Comet’ and ‘Martha’，two native wild populations from Yingxian and Hunyuan in Shanxi，and the ‘Taihang’ P. pratensis variety bred in our laboratory. Weighing method was used to control the subsequent evapotranspiration rate （ET），and two different water gradients （W1：60% ET，W2：100% ET） were set，the leaves of six materials were taken and sliced by free-hand sectioning and paraffin sectioning to observe the epidermal characteristics and leaf anatomical structure under optical microscope，and the photosynthetic characteristics of these materials were measured. The results showed that the anatomical structure of most P. pratensis materials under W1 treatment were significantly lower than those under W2 treatment，while there was no significant difference in the ratio of length to width of stomas in the both upper and lower epidermis of each material between W1 and W2 treatments. The intercellular CO₂ concentration of ‘Blue Ghost’ was the highest，which was 57.23% higher than that of the smallest Yingxian. Correlation analysis showed that net photosynthetic rate was significantly positively correlated with the leaf anatomical structure parameters and photosynthetic characteristics parameters. Drought stress caused the leaf of P. pratensis become thinner，the vascular bundle area decreased，and the photosynthetic efficiency of P. pratensis was decreased as well.

Key words：P. pratensis;Drought stress;Epidermis characteristic;Anatomical structure;Photosynthetic characteristics

草地早熟禾（Poa pratensis）是禾本科（Gramineae）早熟禾屬（Poa）的多年生草本植物，廣泛分布于溫帶和寒冷地區(qū)，是我國北方地區(qū)最主要而又廣泛使用的冷季型草坪草之一［1］，具有綠期長，耐踐踏、耐修剪、質(zhì)地優(yōu)良和再生能力強等優(yōu)點，普遍應(yīng)用在城市綠化和運動場中［2］。但由于全球氣候變暖，干旱、半干旱地區(qū)超過全球土地總面積的1/3，其中我國的干旱、半干旱地區(qū)已占全國土地總面積的52.5%左右［3］，且極端干旱發(fā)生頻率及強度日益加劇。草坪草的生長離不開水分，草地早熟禾在生長期內(nèi)對水分需求較高，因此，干旱已成為限制草地早熟禾正常生長發(fā)育和影響草坪質(zhì)量的主要環(huán)境因子之一［4-5］。

葉片是植物進行光合作用的最主要器官，其生長發(fā)育受到自身遺傳因素和外部環(huán)境的影響［6］。當植物處在干旱環(huán)境下時，體內(nèi)水分虧缺，正常的代謝過程被破壞，植株的生長發(fā)育受到影響，葉片中葉綠素降解，光合作用減弱，促進老葉死亡，葉片呈現(xiàn)的狀態(tài)直接影響草坪草的坪用質(zhì)量［7］。王愛英等［8］研究了不同干旱條件對小麥（Triticum aestivum）光合特征參數(shù)的影響，結(jié)果表明干旱條件下小麥葉片的氣孔導度、凈光合速率和蒸騰速率顯著降低。葉片的表皮特征和解剖結(jié)構(gòu)是植物生長發(fā)育水平和對外界環(huán)境適應(yīng)的直接反映［9］，前人對黑麥草（Lolium perenne）［10］、野牛草（Buchloe dactyloides）［11］、小麥［12］等禾本科植物的葉片解剖結(jié)構(gòu)進行研究，發(fā)現(xiàn)葉片氣孔器多分布在下表皮，維管束面積減小，表皮厚度、葉片厚度均變薄等是植物適應(yīng)干旱環(huán)境的表現(xiàn)。高鈿惠等［13］研究表明，干旱脅迫下小葉楊（Populus simonii）葉片逐漸變小且厚度降低，氣孔密度增加，蒸騰作用減弱，最終降低其光合速率。目前，有關(guān)干旱脅迫對草地早熟禾影響的研究主要集中在生長特性和抗病性分析等方面，而有關(guān)草地早熟禾葉片表皮特征、解剖結(jié)構(gòu)和光合特性如何響應(yīng)干旱脅迫的研究罕見報道。

本研究選用6份草地早熟禾材料，探究干旱脅迫對草地早熟禾葉片表皮特征和解剖結(jié)構(gòu)，以及光合特性的影響，為解析草地早熟禾對干旱脅迫的適應(yīng)機制提供理論依據(jù)，也為草地早熟禾乃至草坪草的抗旱育種提供參考。

1材料與方法

1.1試驗材料

本試驗共選擇6份草地早熟禾材料，包括美國引進品種：‘Blue Ghost’‘Comet’和‘Martha’，山西本土野生居群：應(yīng)縣和渾源，以及自主選育的‘太行’草地早熟禾品種。具體信息詳見表1。

1.2試驗設(shè)計

試驗在山西農(nóng)業(yè)大學草業(yè)科學實驗室日光能溫室內(nèi)進行，平均溫度15℃～25℃，相對濕度為65%～75%。將6份材料撒播于直徑29.5 cm，深35 cm的圓柱體塑料桶中，從桶口向下30 cm處，沿桶壁均勻打3個直徑0.5 cm的圓孔以排水。培養(yǎng)基質(zhì)為水洗砂/草炭土（體積比為9∶1），裝至桶體積的90%，然后統(tǒng)一稱重，每桶重（29.56±0.20） kg，種子播種量10 g·m^-2。3個月建坪結(jié)束后，開始進行干旱處理，處理前飽和性補水，靜置12 h后按澆水次序?qū)θ颗柽M行稱重記錄得出每盆的飽和水重，根據(jù)所得飽和水重，利用稱重法控制后續(xù)蒸散量（Evapotranspiration rate，ET）。計算公式為：澆水量=（飽和重量－實際重量）×60% ET。按照不同水分梯度W1：60% ET，W2：100% ET進行處理，四周后取樣測定相關(guān)指標。

1.3測定指標及方法

1.3.1徒手切片制作及葉表皮結(jié)構(gòu)觀測隨機取草地早熟禾葉片中部，蒸餾水沖洗后，采用徒手切片法［14］制備臨時切片，Olympus-BX51光學顯微鏡下觀察，利用cellSens Dimension顯微鏡圖像分析軟件拍照、測量并記錄下述指標：（1）表皮細胞長寬比：將制作的葉表皮臨時切片置于光學顯微鏡下，隨機測量50個表皮細胞大小，計算其長寬比，求平均值，用平均數(shù)±標準誤表示；（2）氣孔長寬比、氣孔密度和氣孔指數(shù)：將制作的葉表皮臨時切片置于10×10倍的光學顯微鏡下，隨機拍取10個視野，記錄該視野的面積以及視野中的細胞和氣孔數(shù)，測量氣孔的長和寬（長是半月形保衛(wèi)細胞的長度，寬是垂直于保衛(wèi)細胞的氣孔器的最寬值），并計算長寬比及氣孔指數(shù)［15］（I）：I=S/（S+P）×100，式中：S為單位視野氣孔器數(shù)；P為單位視野普通表皮細胞數(shù)。

1.3.2石蠟切片制作及葉片解剖結(jié)構(gòu)觀測每種草地早熟禾隨機選取10個葉片，剪取葉片中部5 mm×5 mm的小塊，用FAA溶液（含70%酒精90 mL、冰醋酸5 mL和福爾馬林5 mL）固定。采用石蠟切片法［16］制備永久切片，之后采用Olympus-BX51光學顯微鏡進行觀察，cellSens Dimension顯微鏡圖像分析軟件進行拍攝，測量并記錄各材料葉片的上表皮厚度、下表皮厚度、葉片厚度、厚壁組織厚度和維管束面積等指標。

1.3.3光合相關(guān)指標的測定干旱處理結(jié)束后，于天氣晴朗的上午9：00—11：00，選取各草地早熟禾材料長勢良好的5個葉片，利用Li-6400光合測定儀測定葉片的凈光合速率、胞間CO₂濃度、蒸騰速率和氣孔導度等光合指標［17］。試驗中光合測定儀使用紅藍光源，葉室溫度25℃，氣體流速500 μmol·s^-1，葉室CO₂濃度400 μmol·mol^-1。

1.4數(shù)據(jù)統(tǒng)計處理

數(shù)據(jù)采用Excel 2003和SPSS 19.0統(tǒng)計分析軟件處理，Duncan’s法進行多重比較，結(jié)果以平均值±標準誤表示，Graphpad prism作圖及T檢驗。

2結(jié)果與分析

2.1干旱脅迫對草地早熟禾葉片上表皮結(jié)構(gòu)特征參數(shù)的影響

由圖1可知，6種草地早熟禾材料的上表皮細胞均沿著葉脈方向緊密排列，主要由長細胞與短細胞構(gòu)成。長細胞是構(gòu)成葉片上表皮的主要成分，它狹長且呈近長方形或近菱形，且垂周壁較薄，淺波狀較常見。短細胞體型則較小，多為啞鈴形，一般單個或成對的穿插在長細胞中間。上表皮的氣孔器多分布于葉脈兩側(cè)且與葉脈平行，少數(shù)成一定角度，排列較整齊。表皮上無微毛和乳突。

進一步測定各材料在不同處理下葉片上表皮細胞長寬比、氣孔長寬比、氣孔指數(shù)、細胞密度和氣孔密度等指標，由表2可知，Co的上表皮細胞長寬比在W1處理下顯著高于W2（Plt;0.05），其他材料在W1和W2處理下差異均不顯著；W1處理下Co的上表皮細胞長寬比顯著高于BG，HY，Ma和TH（Plt;0.05）；在W2處理下，Co和Ma的上表皮細胞長寬比顯著高于BG和TH，其中Ma的上表皮細胞長寬比最大為9.95，比最小的TH高出38.58%。各草地早熟禾材料的上表皮氣孔長寬比在W1和W2處理間差異均不顯著；W1處理下Ma的上表皮氣孔長寬比為4.66，顯著高于Co，HY和TH（Plt;0.05）；TH的上表皮氣孔長寬比在W2處理下顯著低于其他各草地早熟禾材料。BG，Ma和TH的上表皮氣孔指數(shù)在W1處理下顯著高于W2處理（Plt;0.05）；W1處理下Co的上表皮氣孔指數(shù)為1.49%，顯著低于BG和HY（Plt;0.05）；Ma和TH的上表皮氣孔指數(shù)在W2處理下顯著高于BG，Co和YX（Plt;0.05）。6份材料中除HY外，其余材料的上表皮細胞密度在W1處理下均顯著高于W2處理（Plt;0.05）；W1處理下TH的上表皮細胞密度最大，為312.43個·mm^-2，顯著高于其他材料（Plt;0.05）；在W2處理下，Co的細胞密度顯著低于其他各材料（Plt;0.05）。BG和Ma的上表皮氣孔密度在W1和W2處理下有顯著差異（Plt;0.05），其中BG的上表皮氣孔密度在W1處理下顯著高于W2處理，而Ma的上表皮氣孔密度在W1處理下顯著低于W2處理（Plt;0.05），其他差異均不顯著。BG的上表皮氣孔密度在W1處理下顯著高于Co（Plt;0.05），其他差異均不顯著；W2處理下Ma的上表皮氣孔密度為17.30個·mm^-2，顯著高于BG，Co和YX（Plt;0.05）。

2.2干旱脅迫對草地早熟禾葉片下表皮結(jié)構(gòu)特征參數(shù)的影響

由圖2可知，草地早熟禾葉片的下表皮細胞也均沿著葉脈方向緊密排列，且無長短細胞之分。下表皮細胞狹長且呈近菱形，細胞與氣孔器排列密集，整體呈現(xiàn)網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)。下表皮氣孔器多與葉脈平行，少數(shù)成一定角度，氣孔器數(shù)量多于上表皮，分布不均勻，無明顯規(guī)律。

分析各材料在不同水分條件下葉片下表皮細胞和氣孔器等相關(guān)指標，由表3可知，6份材料的下表皮細胞長寬比和下表皮氣孔長寬比在W1和W2處理下均差異不顯著；BG的下表皮細胞長寬比在W1處理下顯著低于Co（Plt;0.05），在W2處理下顯著低于HY（Plt;0.05），其余材料差異不顯著。BG的下表皮氣孔長寬比在W1處理下最大，為4.45，顯著高于Co，HY和TH（Plt;0.05）；W2處理下BG，HY和YX的下表皮氣孔長寬比顯著高于Co，Ma和TH（Plt;0.05）。在W1處理下，HY，Ma和YX的下表皮氣孔指數(shù)顯著低于W2處理（Plt;0.05）；W1處理下，Co的下表皮氣孔指數(shù)為31.68%，顯著高于其他各草地早熟禾材料（Plt;0.05）；HY和Ma的下表皮氣孔指數(shù)在W2處理下顯著高于BG和TH（Plt;0.05），其他差異均不顯著。6份材料的下表皮細胞密度在W1處理下均顯著高于W2處理（Plt;0.05）；W1處理下，YX的下表皮細胞密度為532.97個·mm^-2，顯著高于其他各材料（Plt;0.05）；TH和YX的下表皮細胞密度在W2處理下顯著高于其他各材料（Plt;0.05）。Co的下表皮氣孔密度在W2處理下顯著低于W1處理，而YX在W2處理下下表皮氣孔密度顯著高于W1處理（Plt;0.05）；HY和YX在W1處理下下表皮氣孔密度顯著高于BG，Co和Ma（Plt;0.05），其中YX的下表皮氣孔密度最大，為150.27個·mm^-2；在W2處理下YX的下表皮氣孔密度顯著高于其他各材料（Plt;0.05）。

2.3干旱脅迫對草地早熟禾葉片解剖結(jié)構(gòu)特征參數(shù)的影響

通過制備石蠟切片分析草地早熟禾葉片的解剖結(jié)構(gòu)，如圖3所示，草地早熟禾葉片的解剖結(jié)構(gòu)包括表皮、葉肉和葉脈三大部分。表皮由一層排列緊密、無間隙的細胞構(gòu)成，分為上下表皮，其中均可見氣孔器的存在。靠近葉脈的上表皮存在扇形的泡狀細胞，主脈和側(cè)脈分明，葉脈中存在唯一的一個維管束且大小不一。葉肉一般無明顯的海綿組織和柵欄組織之分，均由薄壁細胞構(gòu)成。

由表4可知，在W2處理下，6份草地早熟禾材料的上表皮厚度、下表皮厚度、厚壁組織厚度和維管束面積均顯著高于W1處理（Plt;0.05），除Ma外，其余各材料的葉片厚度在W2處理下也均顯著高于W1處理（Plt;0.05）。在W1處理下，BG和YX的上表皮厚度顯著高于其他各材料（Plt;0.05）；TH在W2處理下的上表皮厚度最大，為32.12 μm，顯著高于Co，HY，Ma和YX（Plt;0.05）。BG在W1處理下的下表皮厚度顯著高于其他各材料（Plt;0.05）；在W2處理下，BG和Ma的下表皮厚度顯著高于HY和YX（Plt;0.05），其他各材料間差異不顯著，其中Ma的下表皮厚度最大，為21.81 μm，比最小的YX高出51.56%。在W1處理下，Co和Ma的葉片厚度顯著高于BG，HY，TH和YX（Plt;0.05），而W2處理下Co和TH的葉片厚度顯著高于BG，HY，Ma和YX（Plt;0.05），其中TH的葉片厚度最大，達164.37 μm。Co的厚壁組織厚度在W1處理下最大，為36.01 μm，顯著高于其余材料（Plt;0.05），在W2處理下，Co和TH的厚壁組織厚度顯著高于BG和HY（Plt;0.05），其他差異均不顯著。HY和Ma的葉片維管束面積在W1處理下顯著低于其他各材料（Plt;0.05），W2處理下HY的葉片維管束面積最小，為931.54 μm²，顯著低于其他各材料（Plt;0.05），BG的維管束面積最大，為2 477.69 μm²。

2.4干旱脅迫對草地早熟禾葉片光合特性的影響

由圖4所示，各草地早熟禾材料的凈光合速率在W2處理下均顯著高于W1處理（Plt;0.05）；W1處理下HY和YX的凈光合速率顯著低于其他各材料（Plt;0.05），其中Co的凈光合速率最大，為10.06 μmol·m^-2·s^-1，比最小的YX高出100.04%；W2處理下Co的凈光合速率顯著高于HY，TH和YX（Plt;0.05）。在W2處理下，BG，HY和TH的胞間CO_２濃度顯著高于W1處理（Plt;0.05），其他各材料的胞間CO₂濃度在W1和W2處理間差異不顯著；在W1處理下，Co的胞間CO₂濃度顯著高于HY，TH和YX（Plt;0.05），其他材料間差異不顯著；在W2處理下，BG和Co的胞間CO₂濃度顯著高于Ma和YX（Plt;0.05），其中BG的胞間CO₂濃度最大，為81.40 μmol·mol^-1，比最小的YX高出57.23%。在6份草地早熟禾材料中，除HY和Ma外，其他各材料在W2處理下的蒸騰速率顯著高于W1處理（Plt;0.05）；在W1處理下，BG，Co和Ma的蒸騰速率顯著高于YX（Plt;0.05），其他材料差異不顯著；在W2處理下，BG，Ma的蒸騰速率顯著高于HY和YX（Plt;0.05），其他材料差異均不顯著，其中Ma的蒸騰速率最高，為3.46 mmol·m^-2·s^-1，比最小的YX高出120%。在W2處理下，6份草地早熟禾材料的氣孔導度均顯著高于W1處理（Plt;0.05）；在W1處理下，TH的氣孔導度最大，為0.22 mol·m^-2·s^-1，顯著高于BG，HY，Ma和YX（Plt;0.05）；在W2處理下，TH的氣孔導度同樣顯著高于其他各材料（Plt;0.05）。

2.5不同水分條件下草地早熟禾葉片各項指標間的相關(guān)性分析

相關(guān)性分析表明草地早熟禾葉片上表皮結(jié)構(gòu)特征參數(shù)、下表皮結(jié)構(gòu)特征參數(shù)、解剖結(jié)構(gòu)特征參數(shù)和光合特征參數(shù)之間普遍存在著顯著或極顯著的相關(guān)關(guān)系（表5）。氣孔導度與下表皮氣孔指數(shù)、下表皮厚度、葉片厚度、維管束面積、凈光合速率、胞間CO₂濃度和蒸騰速率呈極顯著正相關(guān)（Plt;0.01），與上表皮厚度和厚壁組織厚度顯著正相關(guān)（Plt;0.05），而與上表皮細胞密度、下表皮細胞密度和下表皮氣孔密度極顯著負相關(guān)（Plt;0.01），與下表皮氣孔長寬比顯著負相關(guān)（Plt;0.05）；凈光合速率與上表皮厚度、下表皮厚度、葉片厚度、維管束面積、胞間CO_２濃度和蒸騰速率極顯著正相關(guān)（Plt;0.01），與厚壁組織厚度顯著正相關(guān)（Plt;0.05），而與上表皮氣孔長寬比、上表皮細胞密度、下表皮細胞密度和下表皮氣孔密度極顯著負相關(guān)（Plt;0.01）；胞間CO₂濃度與下表皮氣孔指數(shù)、上表皮厚度、下表皮厚度、葉片厚度、維管束面積和蒸騰速率極顯著正相關(guān)（Plt;0.01），與厚壁組織厚度顯著正相關(guān)（Plt;0.05），而與上表皮細胞密度、下表皮細胞密度和下表皮氣孔密度極顯著負相關(guān)（Plt;0.01）；蒸騰速率與下表皮氣孔指數(shù)、上表皮厚度、下表皮厚度、葉片厚度和維管束面積極顯著正相關(guān)（Plt;0.01），而與上表皮細胞密度和下表皮細胞密度極顯著負相關(guān)（Plt;0.01），與下表皮氣孔密度顯著負相關(guān)（Plt;0.05）。

不同水分處理與下表皮氣孔指數(shù)、上表皮厚度、下表皮厚度、葉片厚度、厚壁組織厚度、維管束面積、凈光合速率、氣孔導度、胞間CO₂濃度和蒸騰速率均呈極顯著正相關(guān)（Plt;0.01），而與上表皮細胞密度和下表皮細胞密度極顯著負相關(guān)（Plt;0.01），相關(guān)性系數(shù)依次為：上表皮細胞密度＞上表皮厚度＞維管束面積＞凈光合速率＞胞間CO₂濃度＞葉片厚度=厚壁組織厚度＞蒸騰速率＞下表皮細胞密度=下表皮厚度＞下表皮氣孔指數(shù)＞氣孔導度。下表皮細胞密度、下表皮氣孔密度、氣孔導度和胞間CO₂濃度與不同草地早熟禾材料間存在極顯著相關(guān)性（Plt;0.01），而上表皮氣孔長寬比和蒸騰速率與不同材料有顯著的相關(guān)性（Plt;0.05）。

3討論

植物生長在自然環(huán)境中，會遭遇干旱、鹽堿、高溫等非生物脅迫和病蟲害等生物脅迫，為適應(yīng)環(huán)境，植物的莖、葉會演化出表皮毛、角質(zhì)層、蠟質(zhì)層等附屬結(jié)構(gòu)，這些附屬結(jié)構(gòu)會在植物的生長發(fā)育過程中起到重要作用［18］。另外，當植物在生長過程中遭遇干旱等環(huán)境時，葉片表皮中的表皮細胞密度、氣孔密度等表皮特征和葉片厚度、葉表皮厚度以及維管束面積等解剖結(jié)構(gòu)也會發(fā)生變化去抵御干旱脅迫和適應(yīng)環(huán)境變化。已有研究表明，干旱脅迫下植物葉片的表皮細胞密度增加［19］。在本試驗中，大部分草地早熟禾材料在干旱處理下的上下表皮細胞密度均大于正常水分處理，HY的上表皮細胞密度在干旱和正常水分處理下差異不顯著，即草地早熟禾在遭遇干旱脅迫后，其葉片表皮細胞密度同樣增加，說明植物在遭受干旱脅迫后，其葉片面積的增長受到抑制，葉片萎蔫程度增加，葉片變薄，細胞密度變大，細胞間隙變小，這也與厲廣輝等［20］的研究結(jié)果相似。葉片解剖結(jié)構(gòu)能夠反映植物對環(huán)境變化的響應(yīng)，植物所具有的發(fā)達維管束以及厚壁組織可以保證葉片養(yǎng)分和水分的運輸，植物葉片越厚，其儲存養(yǎng)分和水分的能力就越強，也有利于防止養(yǎng)分和水分的散失［21］。在本試驗中，不同水分條件與葉片解剖結(jié)構(gòu)特征參數(shù)均呈極顯著正相關(guān)，并且各草地早熟禾材料的葉片厚度、維管束面積和厚壁組織厚度在不同水分條件下也差異顯著，這與黃振英等［22］的研究結(jié)論也一致。

氣孔是植物與外界環(huán)境進行水分和氣體交換的門戶，它能夠與外界環(huán)境進行水、氣的交換，并影響植物的蒸騰、呼吸和光合作用［23］。植物氣孔是位于葉片表皮上的重要結(jié)構(gòu)，氣孔的分布特點主要由遺傳因素決定，同時也是植物長期適應(yīng)環(huán)境的結(jié)果［24］。氣孔的保衛(wèi)細胞對環(huán)境變化極為敏感，氣孔特性在一定程度上反映植物對環(huán)境的生態(tài)適應(yīng)能力。因此，葉片結(jié)構(gòu)和氣孔特性是評價植物抗旱性的重要指標。當植物遭遇干旱脅迫時，葉片氣孔密度會隨干旱脅迫程度的增加呈現(xiàn)先上升后下降的趨勢，即適度的干旱可增加葉片氣孔密度，而過度干旱會導致葉片氣孔密度下降［25-26］。輕度和中度干旱脅迫使細胞伸長受抑制，導致葉面積減小，即單位面積的氣孔數(shù)目增加，氣孔密度上升。有研究發(fā)現(xiàn)，羊草（Leymus chinensis）［25］、大豆（Glycine max）［27］等植物在干旱脅迫下，葉片氣孔密度會增加。本試驗對6份草地早熟禾材料的上下表皮氣孔密度分析結(jié)果表明，各材料在不同水分處理下上下表皮的氣孔密度存在差異，在干旱處理下，BG的上表皮氣孔密度顯著高于正常水分處理，其余材料除Ma外差異不顯著；Co的下表皮氣孔密度在干旱處理下顯著高于正常水分處理，其余材料除YX外差異不顯著，但干旱處理下的下表皮氣孔密度在一定程度上高于正常水分處理，說明適度的干旱脅迫提高了草地早熟禾葉片下表皮的氣孔密度，這與已有的研究結(jié)果一致。也有研究表明，當葉片表皮細胞大且氣孔多分布于上表皮時，植物能適應(yīng)陰冷潮濕的環(huán)境［28］；而在脅迫條件下，氣孔多分布于下表皮，并且隨著脅迫程度的增加氣孔密度增大，這有助于植物更好地吸收養(yǎng)分和保持自身水分，使其能應(yīng)對惡劣環(huán)境［29］，這也與本研究結(jié)果較為相似。氣孔密度與植物凈光合速率關(guān)系密切［25］。在干旱脅迫條件下，草坪草葉片氣孔逐漸關(guān)閉，葉片與大氣的氣體交換受到阻礙，從而會降低其光合作用［30-31］。

另外，葉片解剖結(jié)構(gòu)在一定程度上也能夠反映植物的光合作用能力［32］。前人研究表明，干旱脅迫會改變植物葉片的解剖結(jié)構(gòu)，降低植物氣孔導度、光合速率與蒸騰速率［33-34］，這與本研究結(jié)果一致。本研究中，在干旱脅迫下，BG和TH的凈光合速率、胞間CO₂濃度、蒸騰速率和氣孔導度均顯著低于正常水分條件，Co的凈光合速率和TH的氣孔導度在干旱處理下均顯著高于其他材料，表明其對干旱脅迫的敏感性較低。維管束是植物體內(nèi)對水分和養(yǎng)分進行傳導的運輸系統(tǒng)，為植物葉片提供結(jié)構(gòu)支持、水分傳導和光合碳水化合物轉(zhuǎn)運，以維持植物的水分狀況和光合能力［35］。植物葉片進行光合作用所形成的光合同化物在韌皮部運輸時，維管束橫截面積和長度是影響運輸能力的關(guān)鍵因素［36］，因此維管束的發(fā)育情況決定光合同化物的運輸能力。本試驗結(jié)果表明，凈光合速率與上表皮厚度、下表皮厚度、葉片厚度、維管束面積、胞間CO₂濃度和蒸騰速率呈極顯著正相關(guān)，干旱處理與葉片維管束面積呈顯著負相關(guān)，各草地早熟禾材料在干旱處理下的維管束面積顯著低于正常水分處理，說明干旱脅迫下，草地早熟禾的葉片維管束面積減小。同時，在干旱處理下，各草地早熟禾材料的氣孔導度和凈光合速率顯著低于正常水分處理，這與張東等［37］在甘草（Glycyrrhiza uralensis）葉片形態(tài)結(jié)構(gòu)和光合作用對干旱脅迫的響應(yīng)中的研究結(jié)果一致。由此說明在干旱脅迫下，植物葉片的表皮特征和解剖結(jié)構(gòu)會發(fā)生變化去適應(yīng)環(huán)境，同時會影響植物的光合作用，即植物葉片會根據(jù)其生長環(huán)境中的水分條件來調(diào)整葉片結(jié)構(gòu)和光合特性以維持植物的正常生長。

4結(jié)論

干旱脅迫顯著降低了草地早熟禾的上表皮厚度、下表皮厚度、葉片厚度、厚壁組織厚度、維管束面積、凈光合速率和氣孔導度，而表皮特征參數(shù)、胞間CO₂濃度與蒸騰速率對干旱脅迫的響應(yīng)情況因材料而異。干旱脅迫下大部分草地早熟禾材料的表皮細胞密度和氣孔密度顯著增加，且干旱對草地早熟禾葉片上表皮特征的影響較下表皮大。相關(guān)性分析表明，干旱處理使得草地早熟禾葉片變薄，維管束面積變小，從而導致其氣孔導度和凈光合速率降低，影響植物的光合作用能力。在6份草地早熟禾材料中，Co的下表皮氣孔指數(shù)和厚壁組織厚度在干旱處理下顯著高于其他各材料，維管束面積顯著大于大部分材料，且胞間CO₂濃度在干旱處理下與正常水分處理相比差異不顯著，表明Co對干旱脅迫的敏感性相對較低。

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（責任編輯 劉婷婷）