王鋒堂 楊福孫 卜賢盼 周鵬

摘 要 為研究熱帶櫻花在海南島園林綠化中的推廣與應(yīng)用，針對(duì)其抗逆適應(yīng)性進(jìn)行干旱脅迫試驗(yàn)。研究設(shè)4個(gè)水分干旱梯度試驗(yàn)，采用改良指甲油印跡法測(cè)定其葉片氣孔的形態(tài)特征，觀(guān)察葉片形態(tài)變化。結(jié)果表明：（1）隨著干旱時(shí)間延長(zhǎng)，降低了其葉面積與葉片含水量，干旱處理30 d變化最明顯；（2）隨干旱程度的加重，葉片氣孔密度、氣孔周長(zhǎng)等呈減小趨勢(shì)；（3）干旱下氣孔密度與其開(kāi)放度有顯著相關(guān)性（R2=0.038 3，p<0.05，N=36）。干旱條件對(duì)海南島種植熱帶櫻花有很大影響。

關(guān)鍵詞 熱帶櫻花；印跡法；氣孔；葉片

中圖分類(lèi)號(hào) S685 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A

Leaf Morphological Changes of Tropical Cherry

Blossom under Drought Stress

WANG Fengtang， YANG Fusun， BU Xianpan， ZHOU Peng*

College of Tropical Agriculture and Forestry， Hainan University， Haikou， Hainan 570228， China

Abstract The purpose of this study is to do application and promotion of tropical cherry blossom in Hainan Island. The study set up 4 water drought gradient tests， using the improved method to determine the morphological characteristics of leaf stomata. The main test showed that：（1）Long time drought affected leaf area and leaf water content for the most obvious change of thirtieth days；（2）With the drought， stomatal density， stomatal perimeter decreased；（3）Under drought stress and stomatal density of openness has a significant correlation（R2=0.038 3， p<0.05， N=36）. The drought conditions had a great influence on the planting of tropical cherry blossoms in Hainan Island.

Key words Cassia nodosa； blotting； stoma； leaf

doi 10.3969/j.issn.1000-2561.2017.08.011

光合作用、呼吸作用等是植物生長(zhǎng)的基礎(chǔ)，而干旱脅迫是制約的重要環(huán)境因素。海南島地處熱帶北緣，屬熱帶季風(fēng)氣候，光溫充足；具有明顯的多雨與少雨季之分，且少雨季持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)，常發(fā)生干旱。因此生產(chǎn)中干旱成為海南島植物生長(zhǎng)的重要制約因素之一。很多研究表明氣孔是植物葉片與大氣進(jìn)行水分、二氧化碳交換的主要通道[1]，直接影響到植株體內(nèi)的水分平衡、光合效率以及作物的生產(chǎn)性能[2]，早有研究表明氣孔的靈敏度是植物抗旱的特征之一[3]。有關(guān)研究表明小麥葉片水分條件對(duì)氣孔長(zhǎng)度、氣孔寬度、氣孔導(dǎo)度、光合速率、蒸騰速率等有顯著影響[4]。熊慧等[5]研究蕨類(lèi)植物的生境和植物類(lèi)型對(duì)氣孔響應(yīng)行為表明與氣孔均有顯著的影響。王晶晶等[6]對(duì)葡萄葉片的研究發(fā)現(xiàn)氣孔受干旱影響也很明顯。通過(guò)研究草莓葉片與銀杏葉片發(fā)現(xiàn)在干旱脅迫下氣孔限制葉片凈光合速率較為明顯[7-8]。李真真等[9]研究玉米在水分脅迫下，通過(guò)一系列反應(yīng)降低葉表面水勢(shì)，能促進(jìn)氣孔關(guān)閉。氣孔的開(kāi)閉度是植物光合作用、蒸騰作用的重要影響因素。對(duì)于這些現(xiàn)象有不同的解釋。有研究表明H2S在調(diào)控植物氣孔運(yùn)動(dòng)中起到作用，氣孔運(yùn)動(dòng)信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)過(guò)程中H2S與H2O2有一定關(guān)系[10]。還有研究表明氣孔關(guān)閉是ABA和Ca2+信號(hào)途徑在其中發(fā)揮的作用[11]。還有研究發(fā)現(xiàn)ABA在干旱下是影響氣孔關(guān)閉的重要原因[12-13]，由此可以得出氣孔對(duì)于植物的重要性，且植物面對(duì)逆境脅迫條件時(shí)，可發(fā)生氣孔密度和氣孔長(zhǎng)度的變化，葉片形態(tài)也會(huì)隨之發(fā)生變化，從而達(dá)到對(duì)環(huán)境的最大適合度[14]。所以研究植物對(duì)所處環(huán)境的抗干旱能力有重要意義。

熱帶櫻花（Tropical cherry），學(xué)名粉花山扁豆（Cassia nodosa），又名節(jié)果決明、塔槐等，是一種熱帶半落葉喬木，隸屬于蘇木科（Caesalpiniaceae）決明屬（Cassia）[15]。熱帶櫻花的樹(shù)體高大，樹(shù)冠呈傘狀，遮蔭效果好，春季長(zhǎng)出新芽，花季盛開(kāi)粉紅色花，顏色艷麗，宛如櫻花，是一種優(yōu)良的園林綠化樹(shù)種，對(duì)其合理開(kāi)發(fā)及應(yīng)用有重要意義[16]。繁殖方式有種子的有性繁殖、嫁接與壓條的無(wú)性繁殖等方法。種植范圍比較廣泛，在云南西雙版納地區(qū)、兩廣南部及海南等地均有栽培[17]。作為園林植物其抗性強(qiáng)弱，直接影響到其推廣應(yīng)用。海南省具有顯著的旱季和雨季，而熱帶櫻花苗期是最為關(guān)鍵與重要的時(shí)期之一，因此本試驗(yàn)以熱帶櫻花苗期植株為研究對(duì)象，通過(guò)葉片形態(tài)及氣孔變化，分析其抗旱能力，為其推廣應(yīng)用作好前期基礎(chǔ)。

1 材料與方法

1.1 材料

試驗(yàn)于2016年7～10月在海南大學(xué)海甸校區(qū)實(shí)驗(yàn)基地進(jìn)行。采用盆栽方式以種植2年生熱帶櫻花植株為研究對(duì)象，在實(shí)驗(yàn)基地塑料大棚中每天控水調(diào)節(jié)完成干旱脅迫實(shí)驗(yàn)。

1.2 方法

1.2.1 干旱脅迫處理 試驗(yàn)設(shè)對(duì)照組CK[正常澆水（70±5）%]，輕度干旱組[（60±5）%含水量]，中度干旱組[（50±5）%含水量]和重度干旱組[（40±5）%含水量]，共4梯度處理，3次重復(fù)，每重復(fù)9株，每株1盆。

干旱處理方法：首先采用稱(chēng)重法結(jié)合土壤水分速測(cè)儀（型號(hào)TPY-6A）測(cè)定土壤的絕對(duì)含水量與相對(duì)含水量，然后研究分析2種方法與土壤相對(duì)含水量相對(duì)應(yīng)的容積含水量，最后建立土壤相對(duì)含水量和容積含水量的關(guān)系式（圖1）。

土壤水分控制方法：于7月12日開(kāi)始控水，7月19日各干旱處理均達(dá)到設(shè)定的土壤相對(duì)含水量范圍，以后每天17 ： 00～18 ： 00采用土壤水分速測(cè)儀逐盆測(cè)定土壤相對(duì)含水量并補(bǔ)充水分至設(shè)定的目標(biāo)值。補(bǔ)充水分量的計(jì)算方法，實(shí)測(cè)土壤容積含水量，并將其換算為土壤相對(duì)含水量，然后計(jì)算設(shè)定含水量與實(shí)際含水量之間的水分重量差，以重量差作為補(bǔ)充水分量。

1.2.2 測(cè)定指標(biāo)與方法 于晴天上午9 ： 00～10 ： 00，取熱帶櫻花植株分枝頂部的倒數(shù)第一片葉進(jìn)行形態(tài)的觀(guān)測(cè)及記錄。

干旱脅迫開(kāi)始后，每10 d測(cè)量1次葉面積與葉片含水量，每次在不同干旱處理方式下的每個(gè)植株采3片葉片迅速帶回實(shí)驗(yàn)室。利用千分位天平測(cè)算，共進(jìn)行3次。用葉形紙稱(chēng)重法測(cè)量葉面積、烘干法測(cè)量葉片水分含量。

葉含水量=（葉鮮重-葉干重）/葉鮮重×100%

使用指甲油印跡法和透明膠帶結(jié)合改良方法測(cè)定葉片氣孔[18]。用透明膠帶粘取代鑷子撕取能獲得較完整的指甲油薄膜。在脅迫干旱開(kāi)始后15 d，選取健康的熱帶櫻花功能葉片用脫脂棉拭去葉片表皮的灰塵，在葉片中間部位及兩側(cè)涂一層薄薄的指甲油。采摘涂抹指甲油的葉片帶回實(shí)驗(yàn)室，待其自然風(fēng)干后，取下并置于載玻片上，于光學(xué)顯微鏡下400倍并結(jié)合測(cè)微尺觀(guān)測(cè)。測(cè)量計(jì)算出視野面積，按每平方毫米的氣孔數(shù)計(jì)算氣孔密度，每片葉上取5個(gè)部位，每個(gè)部位觀(guān)測(cè)5個(gè)視野，求其平均值。氣孔近似橢圓，利用橢圓周長(zhǎng)公式計(jì)算其周長(zhǎng)。

氣孔密度=每個(gè)視野內(nèi)的氣孔數(shù)/視野面積。

1.3 數(shù)據(jù)處理與分析

采用Excle 2007進(jìn)行葉面積及葉片含水量等數(shù)據(jù)處理，采用Spss 20.0軟件對(duì)葉片氣孔形態(tài)與密度進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同干旱處理下葉面積與相對(duì)含水量變化

在干旱脅迫下，熱帶櫻花的植株葉片形態(tài)發(fā)生變化。隨著干旱脅迫處理的加重，植株在試驗(yàn)期間葉片出現(xiàn)卷縮，葉片絨毛密集而凸顯，新枝出現(xiàn)不同程度的萎蔫下垂現(xiàn)象；其中重度干旱下葉面積減小最明顯，中度與輕度干旱在30 d時(shí)，葉平均面積明顯減?。ū?）。干旱脅迫處理下，植株出現(xiàn)生長(zhǎng)滯緩現(xiàn)象，新葉生長(zhǎng)緩慢，新的分枝減少。

分析得到葉片相對(duì)含水量隨干旱脅迫時(shí)間增長(zhǎng)，中度干旱變化相對(duì)平穩(wěn)；輕度干旱在第20天時(shí)含水量明顯減少，而重度干旱在第30天出現(xiàn)含水量明顯下降（表1）。表明短時(shí)間內(nèi)，熱帶櫻花在重度干旱能較好生存，但長(zhǎng)時(shí)間干旱對(duì)熱帶櫻花小苗造成的危害嚴(yán)重。

2.2 不同干旱處理下對(duì)葉片氣孔的密度及形態(tài)的變化及相關(guān)性

隨著干旱程度加劇，氣孔的密度逐漸減小，且在中度干旱與輕度干旱時(shí)氣孔的橫徑相差較小，中度與重度干旱時(shí)縱徑相差最?。▓D2）。統(tǒng)計(jì)分析表明干旱與氣孔密度呈負(fù)相關(guān)（y=84.362-6.322x， R2=0.374，F(xiàn)=20.332，Sig=0）。且干旱與氣孔的開(kāi)放度也呈負(fù)相關(guān)關(guān)系（圖3）。數(shù)據(jù)分析表明氣孔張開(kāi)度在重度干旱條件下最小，僅為0.024 2 μm；對(duì)照處理葉片氣孔的張開(kāi)度最大，達(dá)0.032 0 μm。

在不同干旱處理下，葉片氣孔密度與氣孔大小形態(tài)也存在相關(guān)性。經(jīng)過(guò)相關(guān)性分析，氣孔的密度與氣孔的大小呈顯著正相關(guān)（R2=0.038 3， p<0.05， N=36）。表明熱帶櫻花的氣孔密度在干旱脅迫下會(huì)減小，其中氣孔的縱徑與橫徑也呈縮小的趨勢(shì)。

2.3 不同干旱處理下葉片氣孔的周長(zhǎng)變化

氣孔的縱徑橫徑隨著干旱脅迫程度的加重呈減小趨勢(shì)（圖3）；氣孔周長(zhǎng)也隨著干旱處理程度的加重而顯著減小，其中度干旱與重度干旱處理下單個(gè)氣孔周長(zhǎng)差異不明顯（圖4），輕度干旱與中度干旱處理下單葉氣孔總周長(zhǎng)差異顯著（圖5）。但中度干旱與重度干旱處理對(duì)熱帶櫻花氣孔周長(zhǎng)影響最大，與對(duì)照相比差異達(dá)顯著水平。

2.4 不同干旱處理對(duì)葉片氣孔相對(duì)面積的變化

隨著脅迫干旱處理程度的增加，葉片中單位面積的氣孔相對(duì)面積在逐步減小（圖6）。經(jīng)過(guò)相關(guān)性分析表明不同干旱處理方式下葉氣孔數(shù)與葉單位面積上的氣孔面積呈極顯著相關(guān)（R2=0.75，p<0.01， N=36）。干旱使氣孔的面積縮小，其中中度干旱與重度干旱氣孔變化差異較小，但與對(duì)照相比差異顯著。

3 討論

植物的生長(zhǎng)過(guò)程中受到很多因素影響，其中干旱是限制植物生長(zhǎng)最重要最普遍的環(huán)境因素之一，干旱脅迫下植物能夠通過(guò)調(diào)控氣孔開(kāi)度來(lái)防止植物體內(nèi)水分的散失，葉片的形態(tài)變化會(huì)反映出植株健康狀態(tài)[19-20]。有相關(guān)研究表明，在干旱脅迫下植物葉片氣孔密度分布位置紊亂，沒(méi)有規(guī)律的排布[21]。同時(shí)植物氣孔開(kāi)放度會(huì)變小，以此來(lái)減少水分散失確保生存[22]。本試驗(yàn)在海南島氣溫較高、光照較強(qiáng)的月份進(jìn)行，受到的光照強(qiáng)度大，日照時(shí)間長(zhǎng)。當(dāng)熱帶櫻花小苗植株在水分缺少時(shí)，通過(guò)減小氣孔開(kāi)放度，同時(shí)降低氣孔的密度，加快老葉脫落，葉片生長(zhǎng)面積縮小，葉片絨毛密集，以此減少水分散失，維持植株的代謝生長(zhǎng)。所以本試驗(yàn)中在葉背面觀(guān)察到大量開(kāi)放的氣孔。試驗(yàn)得出葉片背面氣孔密度減少，氣孔開(kāi)放度減小，氣孔周長(zhǎng)減小且輕度干旱與中度干旱處理下差異最大，單位面積氣孔的相對(duì)面積在減小。氣孔密度與氣孔大小即與氣孔縱徑、橫徑有顯著相關(guān)性，這與劉世鵬等[23]相關(guān)棗樹(shù)研究結(jié)果一致。通過(guò)本試驗(yàn)觀(guān)察，熱帶櫻花小苗植株在隨著干旱脅迫程度的增加和時(shí)間的增長(zhǎng)，生長(zhǎng)速度明顯減緩，說(shuō)明干旱對(duì)氣孔的影響導(dǎo)致光合、呼吸等生理反應(yīng)產(chǎn)生的凈光合產(chǎn)物在減少。在重度干旱處理下時(shí)，小苗植株很快會(huì)出現(xiàn)萎蔫現(xiàn)象。隨著干旱脅迫時(shí)間的延續(xù)，重度干旱下葉面積和葉片含水量的變化差距小，觀(guān)察得到葉片會(huì)出現(xiàn)嚴(yán)重的卷曲下垂，老葉枯黃與脫落速度也會(huì)加快很多，說(shuō)明植株通過(guò)形態(tài)的改變來(lái)應(yīng)對(duì)與適應(yīng)干旱逆境。長(zhǎng)時(shí)間干旱脅迫對(duì)熱帶櫻花小苗會(huì)造成嚴(yán)重的傷害，因此在種植生產(chǎn)過(guò)程中小苗的栽培要確保水分充足供應(yīng)，不能長(zhǎng)時(shí)間缺水。

植物在逆境中會(huì)產(chǎn)生適應(yīng)性變化，本研究表明干旱逆境下，植物通過(guò)氣孔形態(tài)，密度的改變適應(yīng)環(huán)境；同時(shí)能改變?nèi)~片的形態(tài)與含水量來(lái)應(yīng)對(duì)逆境。熱帶櫻花小苗植株通過(guò)一系列的變化表明其不適應(yīng)在重度與中度干旱下生長(zhǎng)，長(zhǎng)時(shí)間干旱脅迫促使其葉片大量下垂、萎蔫及老葉干枯脫落加速。但其能適應(yīng)輕度干旱，在旱季少雨時(shí)期，可適當(dāng)進(jìn)行水分補(bǔ)充，即可適應(yīng)干旱環(huán)境，鑒于本試驗(yàn)初步研究結(jié)果，熱帶櫻花適合在海南島推廣應(yīng)用。

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