穿刺針直徑及校準(zhǔn)方法對葉片穿透力機(jī)械強(qiáng)度的影響

摘 要： 葉片穿透力強(qiáng)度是反映葉片機(jī)械抗性的重要指標(biāo)之一，但最終結(jié)果受到針直徑與校準(zhǔn)方法的影響。為探究不同穿刺針直徑及校準(zhǔn)方法對葉片穿透力測定的影響，該文對比研究了廣西大學(xué)校園中30種具平行脈單子葉植物與具網(wǎng)狀脈雙子葉植物的葉片穿透力在不同直徑穿刺針測定與校準(zhǔn)條件下的差異及該差異與功能性狀的相關(guān)性。結(jié)果表明：（1）利用穿刺針周長、橫截面積及葉片厚度等進(jìn)行校準(zhǔn)，不同校準(zhǔn)方式下不同直徑穿刺針測定的葉片穿透力不同。（2）不同校準(zhǔn)方式下，利用3種直徑穿刺針測到的穿透力之間差異不同，其中，在只利用穿刺針周長和利用針周長與葉片厚度校準(zhǔn)后，不同直徑穿刺針之間的葉片穿透力無顯著性差異；在只利用葉片厚度校準(zhǔn)時，穿刺針越粗，穿透力越大；在只利用穿刺針面積和利用針面積與葉片厚度校準(zhǔn)后，穿刺針越粗，穿透力越小。單子葉植物3種不同直徑穿刺針的穿透力均大于相同粗細(xì)穿刺針下雙子葉植物的穿透力。（3）不同校準(zhǔn)方式下3種直徑穿透力之間的差異與葉片性狀的相關(guān)性有所不同，葉脈類型、葉片密度、比葉重、角質(zhì)層厚度和葉脈密度可能是3種直徑穿透力之間差異產(chǎn)生的結(jié)構(gòu)影響因素。綜上所述，利用不同直徑穿刺針測定及不同校準(zhǔn)方式下對不同葉脈類型植物的葉片穿透力具有不同影響，葉片穿透力測定過程中需對穿刺針直徑及校準(zhǔn)方法進(jìn)行合理地選擇和統(tǒng)一，建議測定葉片穿透力時，這3種針中，直徑為0.5 mm的穿刺針應(yīng)用于葉脈密度較大、比葉重較小的葉片測定，但不適用于較為堅(jiān)硬的葉片，直徑為2 mm的穿刺針不適用于葉脈密度較大、比葉重較小的葉片，選擇直徑為1 mm的穿刺針并利用其周長進(jìn)行校準(zhǔn)較為合理。

關(guān)鍵詞：葉片穿透力， 穿透力差異， 葉片密度， 比葉重， 角質(zhì)層厚度， 葉脈密度

中圖分類號：Q945" "文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A" "文章編號：1000 -3142（2024）03 -0564 -12

Effects of" punch needle diameters and calibration methods on leaf force to punch mechanical strength

LI Hongyan， OU Meijing， ZHAO Qiuju， LI Jiawei *

（ State Key Laboratory for Conservation and Utilization of Subtropical Agro -Bioresources，College of Forestry， Guangxi University， Nanning 530004， China ）

Abstract： "The leaf force to punch strength is one of the important indexes to reflect the mechanical resistance of the leaf， but the final result is affected by the needle diameter and calibration method. To analyze the influence of different punch needle diameters and calibration methods on force to punch measurement， the difference of leaf force to punch of 30 plants with parallel vein monocots and dicots with reticulate veins under different diameters punch needle and their calibrations with functional traits from the campus of Guangxi University were measured. The results were as follows： （1） The force to punch was calibrated based on the needle circumference， cross -section area and leaf thickness. The measured force to punch varied with needle diameter and calibration method. （2） The differences among the leaf force to punch of the three diameters punch needle were different under different calibration methods. Among them， there was no significant difference in the force to using punch needles with different diameters when calibrated by punch needles circumference and needles circumference combining the leaf thickness. When only using leaf thickness for calibration， the thicker the punch needles， the force to punch increased with needle diameters， but it decreased when only using the needle cross -section area or combining the cross -section area with the leaf thickness for calibration. In addition， the leaf force to punch of monocots was significantly higher than that of dicots. （3） As the variation range of force to punch across needle diameter was calculated for each species， the correlation between this variation range and leaf traits differed with calibration methods. Vein type， leaf density， leaf mass per area， cuticle thickness and vein density significantly influenced this range. Overall， needle diameters and calibration methods significantly affect the accuracy of leaf force to punch measurements across plant groups with different venation types. We advise carefully selecting perforation needles and calibration methods for force to punch measurements based on the research questions and studied plant groups. It is suggested that the punch needle with a diameter of 0.5 mm should be applied to the blade with large vein density and small leaf mass per area， but not to the hard leaves; the needle with a diameter of 2 mm should not be applied to the blade with large vein density and small leaf mass per area. It is more reasonable to choose the needle with a diameter of 1 mm and use its circumference for calibration in three diameters.

Key words： leaf force to punch， differences of force to punch， leaf density， leaf mass per area， cuticle thickness， vein density

植物如何響應(yīng)環(huán)境變化一直是生態(tài)學(xué)研究領(lǐng)域的一個核心問題，關(guān)于植物功能性狀與環(huán)境的研究已被認(rèn)為是探究生態(tài)學(xué)研究前沿的一個重要手段（劉曉娟和馬克平，2015; 張杰等， 2018）。葉片是植物進(jìn)行光合和蒸騰作用的一個重要器官，其功能性狀是指與植物繁殖生存、生長死亡及其適應(yīng)環(huán)境等密切相關(guān)的一系列性狀（劉曉娟和馬克平，2015; 吳一苓等，2022）。葉片暴露在自然環(huán)境中，其機(jī)械抗性是葉片在結(jié)構(gòu)保護(hù)中抵御風(fēng)雨、干旱、摩擦等非生物損傷和食草動物咀嚼、踩踏等生物損傷的一個關(guān)鍵性狀（Niklas， 1992; Onoda et al.， 2008; Enrico et al.， 2016）。探討葉片功能性狀與機(jī)械抗性之間的關(guān)系，有助于進(jìn)一步了解植物對其生境的適應(yīng)策略，是全球氣候變化背景下植物生態(tài)學(xué)研究的一個熱點(diǎn)。已有許多研究對葉片結(jié)構(gòu)及其機(jī)械抗性的關(guān)系展開了相關(guān)研究，結(jié)果表明，葉片密度（Onoda et al.， 2011; Méndez -Alonzo et al.， 2019）、葉片厚度和比葉重 （Onoda et al.， 2011）、角質(zhì)層厚度（Onoda et al.， 2012）、葉脈密度（Roth -Nebelsick et al.， 2001; Kawai amp; Okada， 2016）和脈絡(luò)模式（Roth -Nebelsick et al.， 2001; Enrico et al.， 2016）等性狀是影響葉片機(jī)械抗性的結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)，關(guān)于它們的研究現(xiàn)仍受研究者持續(xù)關(guān)注（He et al.， 2019; Hua et al.， 2020; 韋伊等，2022）。

在前人的研究中，測定葉片機(jī)械抗性的常用方法有穿孔、撕裂和剪切試驗(yàn)（Read amp; Sanson， 2003; Onoda et al.， 2011; Enrico et al.， 2016），許多研究者都用這些方法測定了不同植物葉片的機(jī)械抗性。葉片穿透力是衡量葉片抵抗機(jī)械傷害的重要指標(biāo)之一，在其測定過程中，利用穿刺針的直徑校準(zhǔn)是對穿透力標(biāo)準(zhǔn)化的重要手段之一。一般的研究都是利用穿刺針周長、橫截面積和葉片厚度等來對機(jī)械強(qiáng)度進(jìn)行校準(zhǔn)，然而，不同研究之間所使用的穿刺針直徑和校準(zhǔn)方法有所差異。Onoda等（2008）用直徑為1.345 mm平端圓柱形沖頭桿測定了一種車前屬植物的穿透力，Lusk等（2010）使用直徑為2 mm的沖頭桿測定了13種熱帶雨林常綠植物的穿透力，Arellano -Rivas等（2018）用直徑1 mm的圓柱體穿透葉片測量了23種植物的穿透力。有研究者用直徑為0.5 mm的沖頭桿測定了葉片的穿透力（Read amp; Sanson， 2003; 王海玲等， 2021; Meng et al.， 2022），也有不少研究者用直徑為0.6 mm的穿刺針進(jìn)行測定（He et al.， 2019; Wang et al.， 2021; 韋伊等， 2022）。研究中所使用穿刺針的直徑不同，測定后利用穿刺針周長（Lusk et al.， 2010; Wang et al.， 2021; [JP2]王海玲等， 2021; 韋伊等， 2022）、橫截面積（Read amp;[JP+1] Sanson， 2003; Onoda et al.， 2008）對穿透力進(jìn)行了校準(zhǔn)。此外，He和Sun（2016）用直徑1.2 mm的圓柱形沖頭測定了107種植物的葉片穿透力，Salgado -Luarte等（2022）用直徑1.7 mm的鈍桿測量了穿刺葉片所需要的力，但研究中并沒有明確指出用何種校準(zhǔn)方式進(jìn)行校準(zhǔn)。穿刺針的周長與橫截面積表征了外力刺穿葉片的接觸面，也有研究表明，穿孔強(qiáng)度與葉片厚度有關(guān)（Read amp; Sanson， 2003; Onoda et al.， 2008），當(dāng)前關(guān)于葉片穿透力的穿刺針直徑和校準(zhǔn)方法的利用尚未統(tǒng)一且對比多種直徑的穿刺針對葉片穿透力進(jìn)行測定的研究未見報(bào)道。

目前，已有前人對單子葉植物和雙子葉植物的葉片機(jī)械強(qiáng)度進(jìn)行了研究，Dominy等（2008）的研究結(jié)果表明單子葉植物的穿透力和剪切力高于雙子葉植物，Onoda等（2011）研究表明，平行脈單子葉植物比雙子葉植物更耐撕裂，Enrico等（2016）研究表明，網(wǎng)狀脈絡(luò)的葉片撕裂力低于平行脈絡(luò)的撕裂力，剪切力在網(wǎng)狀脈絡(luò)和平行脈絡(luò)之間也有顯著性差異。一般來說，單子葉植物的葉脈類型為平行脈，雙子葉植物的葉脈類型為網(wǎng)狀脈。結(jié)合已有研究來看，葉脈類型對葉片機(jī)械抗性有所影響，而關(guān)于不同粗細(xì)穿刺針及校準(zhǔn)方式對不同葉脈類型的平行脈單子葉植物和網(wǎng)狀脈雙子葉植物葉片穿透力測定過程的影響仍缺少研究。

本研究以廣西大學(xué)校園為研究區(qū)域，依托具平行脈序的單子葉植物與具網(wǎng)狀脈序的雙子葉植物共30種植物作為研究對象，采用單因素方差分析、獨(dú)立樣本T檢驗(yàn)和相關(guān)性分析方法，通過用3種不同直徑的穿刺針測定葉片穿透力后，用穿刺針周長、橫截面積及葉片厚度等進(jìn)行校準(zhǔn)，測量葉片重量、葉片面積、葉片比葉重、葉片厚度、角質(zhì)層厚度和葉片密度、葉脈密度等一系列葉片性狀，擬探討以下問題：（1）不同直徑穿刺針測定和不同校準(zhǔn)方法校準(zhǔn)的葉片穿透力是否有所差異；（2）具有不同脈序類型分布的平行脈單子葉與網(wǎng)狀脈雙子葉植物的葉片穿透力是否有所差異；（3）分析穿透力差異與葉片性狀之間的關(guān)系。以期為測定植物葉片穿透力過程穿刺針直徑及校準(zhǔn)方法的選擇提供參考。

1 材料與方法

1.1 研究地概況

研究地選取于廣西南寧市西鄉(xiāng)塘區(qū)的廣西大學(xué)校園內(nèi)，位于107°45′—108°51′ E、22°13′—23°32′ N。南寧市地處亞熱帶，屬于亞熱帶季風(fēng)濕潤氣候，陽光充足，降雨較多，年均氣溫在21.6 ℃左右，夏季最熱為7月和8月（28.2 ℃），冬季最冷為1月（12.8 ℃）。年均降雨量為1 304.2 mm，集中在5—9月，年均相對濕度為79%。

1.2 測定方法

本研究于2021年7至8月共選取15種具平行脈的單子葉植物和15種具網(wǎng)狀脈的雙子葉植物為研究對象（表1），每個種分別從6個不同的個體上選取4～5片健康成熟的葉片進(jìn)行測定。

1.2.1 葉片穿透力機(jī)械抗性測定

本研究葉片穿透力使用小型拉力測驗(yàn)機(jī)（ZQ 990，中國）測定。用螺旋測厚儀避開葉片主脈測定葉片厚度，將直徑分別為0.5、1、2 mm的平端圓柱形穿刺針避開葉片中脈穿透葉片，所讀取的最大力數(shù)值即為葉片穿透力（Fp）（Onoda et al.， 2011）。根據(jù)前人對機(jī)械強(qiáng)度的校準(zhǔn)以及影響機(jī)械強(qiáng)度的因素，本研究分別用5種不同校準(zhǔn)方式對所測得的穿透力進(jìn)行校準(zhǔn)，得到如下5種葉片穿透力。

Fp1=FpC（Lusk et al.， 2010; Onoda et al.， 2011）；

Fp2=FpC×LT（Lusk et al.， 2010）；

Fp3=FpLT（Choong et al.， 1992; Dominy et al.， 2008）；

Fp4=FpA（Read amp; Sanson，[KG0.5mm]2003; Onoda et al.，[KG0.5mm]2008）；

Fp5=FpA×LT（Read amp; Sanson， 2003）。

式中： C表示穿刺針周長；LT表示葉片厚度；A表示穿刺針橫截面積。

1.2.2 葉片密度和比葉重測定 去掉葉柄后，用電子天平測量葉片鮮重，然后用葉面積儀（LI -3000C， LI -COR， USA）進(jìn)行葉片面積的測定，再將葉片放于信封中做好標(biāo)記后置于烘箱70 ℃烘48 h，取出后迅速測定其干重。葉片干重除以葉片面積即為葉片比葉重，比葉重與葉片厚度的比值即為葉片密度（韋伊等，2022）。

1.2.3 葉片解剖測定 用雙面刀片對葉片（避開主脈）進(jìn)行徒手切片，制成臨時裝片，通過光學(xué)顯微鏡（LEICA DM3000 LED， Germany）40倍物鏡觀察葉片上、下角質(zhì)層厚度，拍照保存后用Image J 1.52n軟件（Rueden et al.， 2016; www.imagej.nih.gov， USA）測量并計(jì)算。

葉脈密度的測定： 避開葉片主脈，選取中間約1 cm 2的小塊葉片放入冰乙酸和質(zhì)量分?jǐn)?shù)為30%的過氧化氫以1∶1比例混合的溶液中，放于70 ℃恒溫水浴鍋中煮至葉片接近透明后，用自來水清洗后置于載玻片上，用番紅溶液染色后再用50%的乙醇溶液輕輕沖洗，然后放在光學(xué)顯微鏡下觀察并拍照，用Image J軟件測量葉脈長度。葉脈長度與其對應(yīng)面積的比值即為葉脈密度（徐龍等，2020）。

1.2.4 數(shù)據(jù)分析 用Microsoft Excel 2010對數(shù)據(jù)進(jìn)行初步整理，柱形圖結(jié)果以平均值表示，通過IBM SPSS Statistics 23（IBM， USA）對3種直徑穿刺針葉片穿透力之間進(jìn)行單因素方差分析，用Tukey HSD法對3種直徑穿刺針葉片穿透力之間的差異進(jìn)行多重比較；對單子葉植物和雙子葉植物之間的葉片穿透力進(jìn)行獨(dú)立樣本T檢驗(yàn)，對比單子葉植物和雙子葉植物葉片穿透力之間的差異；用Pearson法分析3種直徑穿刺針葉片穿透力的差異與葉片性狀之間的相關(guān)性，采用SigmaPlot 14.0（Systat Software， USA）軟件作圖?！鱂p代表3種直徑穿刺針葉片穿透力之間最大值與最小值的差異。Fp SD為Fp的標(biāo)準(zhǔn)偏差STDEV值，代表3種直徑穿刺針葉片穿透力之間的差異。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同直徑穿刺針及其不同校準(zhǔn)方式對植物葉片穿透力的影響

由圖1和附圖1可知，5種校準(zhǔn)方式中，F(xiàn)p1和Fp2中，約有三分之二（67%）的物種穿刺針直徑為0.5 mm和2 mm的葉片穿透力有顯著性差異（Plt;0.05），三分之一（33%）的物種3種直徑穿刺力之間無顯著性差異（圖1）。Fp3、Fp4和Fp5中，總體來說，各物種中的3種直徑穿透力之間幾乎都有顯著性差異（附圖1）。從總體來看，F(xiàn)p1、Fp2（圖1：A、B；圖2：A、B）和Fp4、Fp5（附圖1：B、C；圖2：D、E）中，穿刺針直徑0.5 mm的穿透力相對較大，2 mm的穿透力相對較小。而在只用葉片厚度校準(zhǔn)的Fp3中，穿刺針直徑2 mm的穿透力相對較大，0.5 mm的穿透力相對較?。ǜ綀D1：A；圖2：C）。

2.2 不同直徑穿刺針及校準(zhǔn)方法下單子葉植物和雙子葉植物葉片穿透力的差異

通過對具平行脈單子葉植物和具網(wǎng)狀脈雙子葉植物3種不同直徑穿刺針葉片穿透力進(jìn)行單因素方差分析和獨(dú)立樣本T檢驗(yàn)，結(jié)果表明，F(xiàn)p1和Fp2中，單子葉植物和雙子葉植物各自3種直徑穿刺針的穿透力之間均無顯著性差異（Pgt;0.05）（圖2：A、B）。Fp3中，單子葉植物和雙子葉植物穿刺針直徑為2 mm的穿透力均顯著大于0.5 mm和1 mm的穿透力（Plt;0.05）（圖2：C）。Fp4和Fp5中，穿刺針直徑為0.5 mm的葉片穿透力均顯著大于1 mm和2 mm的穿透力（Plt;0.05），單子葉植物中直徑為1 mm和2 mm的穿透力無顯著性差異（Pgt;0.05）（圖2：D、E），而Fp5中雙子葉植物3種直徑之間穿透力的差異均達(dá)到顯著水平（Plt;0.05），針直徑為0.5 mm的穿透力最大，直徑為2 mm的穿透力最?。▓D2：E）。單子葉植物3根不同粗細(xì)穿刺針的穿透力均大于相同粗細(xì)穿刺針下雙子葉植物的穿透力，其中單子葉植物和雙子葉植物穿透力之間的差異在Fp1和Fp4中達(dá)到顯著水平（Plt;0.05），在Fp2、Fp3和Fp5中達(dá)到極顯著水平（Plt;0.01）（圖2）。

2.3 不同校準(zhǔn)方式下3種直徑穿刺針葉片穿透力的差異與葉片性狀的關(guān)系

Pearson相關(guān)分析結(jié)果表明，F(xiàn)p1中，平行脈單子葉植物3種直徑穿刺針穿透力的差異與所測定葉片性狀的關(guān)系均不顯著（Pgt;0.05）。網(wǎng)狀脈雙子葉植物中，3種直徑穿透力的差異與比葉重、上角質(zhì)層厚度和下角質(zhì)層厚度之間呈正相關(guān)關(guān)系（圖3：B、C、D；附圖2：B、C、D），說明Fp1校準(zhǔn)方式下，比葉重和角質(zhì)層厚度可能是造成雙子葉植物該差異的因素，而單子葉植物中葉片性狀均沒有對這種差異造成影響。Fp2中，平行脈單子葉植物的這種差異與葉片密度的關(guān)系呈顯著正相關(guān)（圖4：A；附圖3：A），而在網(wǎng)狀脈雙子葉植物中，葉脈密度與3種直徑穿透力中最大值減最小值△Fp2之間呈正相關(guān)關(guān)系（圖4：E），而與3種直徑穿透力之間的差異Fp2 SD的相關(guān)關(guān)系相對較弱（Pgt;0.05）（附圖3：E）。這說明Fp2校準(zhǔn)方式下，葉片密度可能是引起單子葉植物此差異的結(jié)構(gòu)因素，而造成雙子葉植物該差異的結(jié)構(gòu)因素是葉脈密度。

Fp3中，單子葉植物3種直徑穿透力的差異與葉片密度、比葉重均呈正相關(guān)關(guān)系（圖5：A；附圖4：A），說明Fp3校準(zhǔn)方式下，葉片密度和比葉重可能是致使單子葉植物該差異產(chǎn)生的原因。而雙子葉植物的6個葉片性狀均與該差異無顯著相關(guān)關(guān)系，表明雙子葉植物中葉片性狀不影響這種差異。Fp4中，單子葉植物3種直徑穿透力的差異與比葉重呈正相關(guān)關(guān)系，而在雙子葉植物中，該差異與比葉重、上角質(zhì)層厚度和下角質(zhì)層厚度均有極其顯著的正相關(guān)關(guān)系（圖5：B；附圖4：B）。在30種植物中，該差異與比葉重和上、下角質(zhì)層厚度也有顯著關(guān)系，表明在Fp4校準(zhǔn)方式下，比葉重和角質(zhì)層厚度極有可能是造成這種差異的結(jié)構(gòu)因素。Fp5中，在所測的6個葉片性狀中，葉片密度與3種直徑穿透力的差異之間的關(guān)系呈正相關(guān)（圖5：C；附圖4：C），說明葉片密度極有可能是Fp5校準(zhǔn)方式下導(dǎo)致該差異產(chǎn)生的結(jié)構(gòu)影響因素。

3 討論

3.1 不同穿刺針直徑及校準(zhǔn)方法對植物葉片穿透力的影響

由本研究結(jié)果可知，不同校準(zhǔn)方法和不同直徑穿刺針測定葉片穿透力存在差異?？傮w來說，在Fp1、Fp2、Fp4及Fp5校準(zhǔn)方式下，穿刺針越細(xì)的穿透力相對較大，針越粗的穿透力相對較小。而Fp3中，穿刺針直徑越粗，穿透力相對較大，針越細(xì)，穿透力相對較小。平行脈單子葉植物中，棕櫚科植物的葉片穿透力相對較大，這與棕櫚葉片抗性較強(qiáng)的研究結(jié)果相似（Dominy et al.， 2008; Onoda et al.， 2011）。而在網(wǎng)狀脈雙子葉植物中，整體來說，種間的穿透力差異較小，但山茶、木樨和印度榕的穿透力相對較大，其余的種相對較小。值得注意的是，用直徑2 mm的穿刺針測定沿階草、江邊刺葵、花葉艷山姜、花葉長果山菅和印度榕時，穿透力數(shù)值讀數(shù)均為6 N以上，出現(xiàn)了顯示力保護(hù)觸發(fā)、穿刺針不自動回位等現(xiàn)象，這可能是由于葉片較為革質(zhì)、葉肉組織較為致密、穿刺針?biāo)苣Σ亮^大導(dǎo)致。并且，可能由于花葉長果山菅葉子較為堅(jiān)硬，因此用直徑2 mm的穿刺針測定花葉長果山菅的穿透力時并沒有刺破葉片，而是輕輕打了一個印，用直徑0.5 mm的穿刺針測定時針容易彎曲變形，這與彭曉楓等（2021）認(rèn)為較細(xì)的活檢針容易變形的結(jié)果相似。因此，葉片的革質(zhì)程度也是測定穿透力選擇穿刺針直徑時要考慮的一個因素。

3.2 不同測定及校準(zhǔn)方法下單子葉植物和雙子葉植物葉片穿透力的差異

本研究結(jié)果表明，不同粗細(xì)穿刺針會對單雙子葉植物的葉片穿透力有所影響，不同校準(zhǔn)方式下穿透力之間的差異也有所不同。Fp1和Fp2是研究常用的葉片機(jī)械強(qiáng)度校準(zhǔn)方式，F(xiàn)p1和Fp2中，3種直徑穿刺針的穿透力在單子葉植物和雙子葉植物中均沒有顯著性差異，說明在Fp1和Fp2的校準(zhǔn)方式下，穿刺針的粗細(xì)對葉片穿透力沒有影響。在Fp3、Fp4、Fp5中，直徑0.5 mm和2 mm穿刺針的穿透力在單子葉植物和雙子葉植物中均有顯著性差異，表明Fp3、Fp4、Fp5校準(zhǔn)方式下，穿刺針的粗細(xì)對平行脈單子葉植物和網(wǎng)狀脈雙子葉植物的葉片穿透力都有影響。而在用葉片厚度校準(zhǔn)的Fp3中，穿刺針直徑較大（2 mm）的穿透力顯著大于直徑較?。?、0.5 mm）的穿透力，可能是由于穿刺針直徑越大，與葉片接觸的面積越大，所受到的摩擦力也越大，所以阻力越大。

Dominy等（2008）研究了澳大利亞高降雨地區(qū)的6種單子葉植物和10種雙子葉植物，結(jié)果表明，單子葉植物的穿透力比雙子葉植物高。Onoda等（2011）的研究結(jié)果表明，單子葉植物的穿透力比木本雙子葉植物大。本研究表明，單子葉植物3種不同直徑穿刺針的葉片穿透力均顯著大于相同直徑穿刺針下雙子葉植物的穿透力，表明單子葉植物的葉片穿透力高于雙子葉植物。這與前人的研究結(jié)果相一致，進(jìn)一步驗(yàn)證了單子葉植物比雙子葉植物有更高的機(jī)械抗性。

3.3 不同測定及校準(zhǔn)方法產(chǎn)生葉片穿透力的差異與葉片性狀的關(guān)系

本研究結(jié)果顯示，在單子葉植物和雙子葉植物中，不同的校準(zhǔn)方式下3種直徑穿刺針穿透力差異與葉片性狀的相關(guān)性有所不同，說明造成不同校準(zhǔn)方式下單雙子葉植物中3種直徑穿透力差異的結(jié)構(gòu)影響因素不同?？偟膩碚f，該差異與葉片密度、比葉重、角質(zhì)層厚度和葉脈密度相關(guān)，這些是該差異產(chǎn)生的結(jié)構(gòu)因素。許多研究者研究了葉片性狀與葉片機(jī)械力學(xué)的關(guān)系，通過本研究進(jìn)一步探明測定及校準(zhǔn)方法產(chǎn)生葉片穿透力差異與葉片性狀的關(guān)系，將利于完善對葉片生態(tài)適應(yīng)的理解。

Méndez -Alonzo等（2013）研究表明，葉片密度與葉片機(jī)械特性密切相關(guān)。本研究結(jié)果顯示，葉片密度是造成Fp2、Fp3校準(zhǔn)方式下單子葉植物和Fp5校準(zhǔn)方式下單雙子葉植物3種直徑穿透力之間差異的結(jié)構(gòu)因素。Kitajima等研究了玻利維亞森林的19種熱帶樹種（Kitajima amp; Poorter， 2010）和巴拿馬潮濕熱帶森林的24種耐陰樹種（Kitajima et al.， 2012），認(rèn)為葉片密度是提高葉片韌性的一個因素，有利于延長葉片壽命。Méndez -Alonzo等（2019）通過測定美國加利福尼亞的17個灌木物種，發(fā)現(xiàn)葉片密度是葉片水力學(xué)和生物力學(xué)之間協(xié)變的驅(qū)動因素，表明了葉片密度對力學(xué)特性的影響。這些研究均表明了葉片密度對葉片力學(xué)的重要性，與本研究發(fā)現(xiàn)葉片密度是3種直徑穿透力差異之間的驅(qū)動因素的結(jié)果具有一定的相似性，進(jìn)一步驗(yàn)證了葉片密度對葉片抗性的影響。

葉脈是貫穿于葉肉中維管組織及其周圍的機(jī)械組織，具有運(yùn)輸、機(jī)械支持及防御等重要功能（吳一苓等， 2022）。Kawai和Okada（2016）研究了日本溫帶森林八種殼斗科植物的葉脈性狀和葉片力學(xué)特性之間的關(guān)系，結(jié)果顯示一級、二級葉脈密度與葉片機(jī)械抗性呈正相關(guān)，表明葉脈密度會影響機(jī)械強(qiáng)度。而本研究發(fā)現(xiàn)葉脈密度僅在Fp2校準(zhǔn)方式下雙子葉植物中與3種直徑穿透力之間的差異有相關(guān)性，說明葉脈密度也有可能是影響該差異的結(jié)構(gòu)因素。此外，葉脈脈序類型也對機(jī)械力學(xué)有影響。Enrico等（2016）測量了澳大利亞72種葉片的撕裂力和剪切力，結(jié)果表明，平行脈絡(luò)葉片的撕裂力高于網(wǎng)狀脈絡(luò)的葉片撕裂力，剪切力在這兩種葉脈類型之間也有差異，這表明了平行脈植物與網(wǎng)狀脈植物的機(jī)械強(qiáng)度有所差異。而本研究5種校準(zhǔn)方式下平行脈單子葉植物的葉片穿透力均比網(wǎng)狀脈雙子葉植物高，這與前人的研究結(jié)果相似，表明了葉片機(jī)械阻力與脈序類型有關(guān)。由此表明葉脈密度和脈序類型都對機(jī)械抗性有影響，可見葉脈性狀對機(jī)械力學(xué)的重要性。

比葉重是反映植物葉片功能的重要指標(biāo)之一，也是被廣泛認(rèn)為與葉片機(jī)械抗性有顯著相關(guān)關(guān)系的一個重要性狀（Kitajima amp; Poorter， 2010）。此外，角質(zhì)層作為植物的防水屏障，可以保護(hù)植物免受干燥、紫外線等外源傷害（Bourdenx et al.， 2011），也是影響葉片機(jī)械強(qiáng)度的一個重要因素。Onoda等（2011）對全球90個地點(diǎn)共2 819個物種的葉片力學(xué)和相關(guān)性狀的分析結(jié)果表明，葉片厚度越厚，比葉重越高，葉片的機(jī)械抗性越強(qiáng)。Onoda等（2012）還對澳大利亞的13種常綠木本植物的角質(zhì)層進(jìn)行了研究，結(jié)果發(fā)現(xiàn)角質(zhì)層越厚，機(jī)械強(qiáng)度越高，從而有助于保護(hù)葉片表面的完整性。與Onoda等（2011， 2012）的研究相似，韋伊等（2022）研究了南亞熱帶森林不同演替時期的14個優(yōu)勢種，結(jié)果表明，比葉重與葉片穿透力有顯著的正相關(guān)關(guān)系，隨著角質(zhì)層厚度的增加，葉片撕裂力增大。這些研究表明，比葉重和角質(zhì)層均與葉片機(jī)械抗性有相關(guān)性，對葉片力學(xué)具有重要貢獻(xiàn)。本研究發(fā)現(xiàn)，比葉重是Fp3和Fp4校準(zhǔn)方式下單子葉植物3種不同粗細(xì)穿刺針穿透力差異的驅(qū)動因素，此外，比葉重和角質(zhì)層厚度同時也是Fp1和Fp4校準(zhǔn)方式下造成雙子葉植物該差異的因素，由此進(jìn)一步表明了比葉重和角質(zhì)層在機(jī)械強(qiáng)度中的重要性。與Onoda等（2011，2012）的研究結(jié)果有較大不同的是，本研究中發(fā)現(xiàn)葉片厚度可能不是造成3種不同粗細(xì)穿刺針穿透力差異的驅(qū)動因素，我們推測這可能與植物的生長環(huán)境有關(guān)，也有可能是所研究物種及數(shù)據(jù)量不同。

前人的研究結(jié)果表明，葉片密度越高、葉片越厚、比葉重越高、角質(zhì)層越厚、葉脈密度越大，葉片機(jī)械抗性越強(qiáng)。這與本研究的結(jié)果類似，但較大不同的是本研究中葉脈密度與3種直徑穿刺針穿透力差異的相關(guān)性并不強(qiáng)（r=0.532，Plt;0.05），也并沒有發(fā)現(xiàn)葉片厚度與3種直徑穿刺針穿透力的差異有顯著關(guān)系。綜合以往的研究，我們推測葉脈類型、葉片密度、比葉重、角質(zhì)層厚度和葉脈密度是3種直徑穿刺針穿透力之間差異產(chǎn)生的結(jié)構(gòu)影響因素。在葉片穿透力測定過程中，這些結(jié)構(gòu)因素會導(dǎo)致使用不同直徑的穿刺針?biāo)鶞y得的穿透力有所差異，葉片密度、比葉重、角質(zhì)層厚度和葉脈密度越大，該差異越大。葉脈影響著比葉重，兩者又是葉片經(jīng)濟(jì)譜的重要性狀，葉片經(jīng)濟(jì)譜模型預(yù)測，葉脈密度越高，比葉重較?。▍且卉叩龋?2022）。當(dāng)前，國際上越來越多學(xué)者對利用大型數(shù)據(jù)庫檢驗(yàn)生態(tài)假設(shè)和了解植被模型感興趣（Kattge et al.， 2011; Enrico et al.， 2016），葉片力學(xué)作為一種重要功能性狀，與葉片結(jié)構(gòu)構(gòu)建成本有關(guān)（韋伊等， 2022），其相關(guān)研究對于進(jìn)一步了解和豐富全球葉片經(jīng)濟(jì)學(xué)譜及其構(gòu)建具有重要意義，但不同研究所使用的穿刺針直徑和校準(zhǔn)方法仍然沒有統(tǒng)一，這其中產(chǎn)生的差異可能會對研究者整合數(shù)據(jù)時的工作帶來一定的影響。統(tǒng)一穿刺針直徑和校準(zhǔn)方法，可為輔助數(shù)據(jù)整合提供方便，確保不同研究數(shù)據(jù)集之間的兼容性。

4 結(jié)論

本研究從3種不同直徑穿刺針及5種校準(zhǔn)方法對葉片穿透力的影響出發(fā)，揭示了不同直徑穿刺針及其不同校準(zhǔn)方式對不同葉脈類型植物的葉片穿透力的影響，即不同粗細(xì)穿刺針?biāo)鶞y得的穿透力有所差異，不同校準(zhǔn)方式下該差異有所不同，該差異與葉片性狀在不同校準(zhǔn)方式下均有一定的相關(guān)性，表明葉片性狀是造成不同直徑穿刺針穿透力之間差異的結(jié)構(gòu)影響因素，平行脈單子葉植物的葉片穿透力均大于網(wǎng)狀脈雙子葉植物的穿透力。對于不同類型的植物，可選擇不同直徑的穿刺針測定葉片穿透力，建議直徑為0.5 mm的穿刺針應(yīng)用于葉脈密度較大、比葉重較小的葉片測定，但不適用于較為堅(jiān)硬的葉片，直徑為2 mm的穿刺針不適用于葉脈密度較大、比葉重較小的葉片。結(jié)合前人研究來看，利用周長校準(zhǔn)的研究較多且本研究使用周長校準(zhǔn)后得到3種直徑穿刺針的穿透力之間無顯著性差異，建議測定葉片穿透力時這3種針中選擇直徑為1 mm的穿刺針并利用其周長進(jìn)行校準(zhǔn)，以便數(shù)據(jù)可以標(biāo)準(zhǔn)化。本研究結(jié)果有助于對穿刺針直徑及校準(zhǔn)方法與穿透力之間的關(guān)系建立新的認(rèn)識，但由于本研究所選取的物種有限，為深入探討穿刺針直徑對葉片穿透力測定的影響，可進(jìn)一步拓展到更多科屬和生境類型植物的葉片及其功能性狀的研究來評估該結(jié)果的普遍性，這將有助于了解穿刺針直徑和校準(zhǔn)方法對不同科屬和生境植物葉片穿透力的影響，為研究者測定穿透力選擇穿刺針及校準(zhǔn)方法提供更為科學(xué)合理的參考。

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（責(zé)任編輯 周翠鳴）

基金項(xiàng)目： "國家自然科學(xué)基金（31901092，32260259）； 廣西自然科學(xué)基金（2021GXNSFBA075059）。

第一作者： 李紅燕（1999—），碩士研究生，研究方向?yàn)橹参锷砩鷳B(tài)，（E -mail）lihongyan202103@163.com。

*通信作者： "李佳蔚，博士，講師，研究方向?yàn)橹参锷砩鷳B(tài)，（E -mail）lijiawei1662020@163.com。