繆麗華 王瑩瑩 喬東東 楊琴琴 季夢成*

(1 中國濕地博物館，浙江 杭州 310013; 2 浙江農林大學，浙江 杭州 311300)

為了適應不同的生態(tài)環(huán)境，植物進化過程中器官的形態(tài)結構特征能明顯表現(xiàn)出環(huán)境因子的影響，植物莖、葉在環(huán)境壓力下形成各種適應類型，是對環(huán)境變化較敏感且可塑性較大的器官（Randy,2002）。形態(tài)結構改變越顯著，植物對環(huán)境適應性越強（王桂芹等, 2011）。在干旱脅迫下，葉片的形態(tài)結構會發(fā)生變化，其形態(tài)結構的改變與植物的耐旱性有著密切的關系（Jiang et al, 2001），葉肉柵欄組織的細胞層數(shù)增加，密度增大，既可避免干旱地區(qū)強光照對葉肉細胞的灼傷，又能有效利用衍射光進行光合作用（薛靜等,2010）。

表型可塑性指同一個基因型對不同環(huán)境變化而產(chǎn)生不同表型的能力，是植物適應自然選擇的基本特征（解焱,2008）。表型的高度可塑性是植物與其生長環(huán)境長期相互作用的結果，也可體現(xiàn)外來植物的入侵特征（Rejmanek et al,2003）。許多外來入侵植物莖的形態(tài)結構對水分變化具有較強的可塑性（陶勇等,2004a; 趙相健等,2015），空心蓮子草莖結構隨水分條件的變化有顯著差異，可在旱生性與水生性特點之間轉換（陶勇等,2004b）。

香菇草Hydrocotyle vulgaris為傘形科天胡荽屬多年生草本植物，原產(chǎn)歐洲及北美，作為水生觀賞植物引入我國，在長江以南地區(qū)廣泛應用。該種生態(tài)適應性較強，化感作用明顯（楊琴琴等,2013），入侵風險較大（繆麗華等,2011;全晗等,2016）。目前，對香菇草的研究主要還涉及生理特性（閆道良等,2014）、生長繁殖（Liu et al,2017）、化感作用（楊琴琴等,2013）、水污染防治（金樹權等,2010）、環(huán)境修復（Vafaei et al, 2013）等方面，未見香菇草解剖結構對水分變化的適應性、表型可塑性報道。

1 材料與方法

取材地點為浙江省杭州市西溪濕地國家公園內的濕地植物觀測點，觀測點坡度20°，沿池塘淺水水域向漫灘及陸地過渡，周邊隔離不受外界干擾，豐枯水期水位差約10 cm。以池塘淺水水域作為水生生境，以池塘漫灘（豐水期浸潤）作為濕生生境，全年未入水的陸地作為旱生生境。2011年4月定植，2012年10月取樣，3種生境香菇草蓋度均為100%。隨機選取10株生長良好、無病蟲害的香菇草植株，將葉片切割為3 mm×5 mm左右的片段，匍匐莖切割長度為5 mm左右，F(xiàn)AA固定液固定，按常規(guī)石蠟切片制作方法制成永久裝片。制作香菇草鮮葉下表皮臨時玻片標本，鏡檢計測氣孔長度。

統(tǒng)計分析：采用EXCEL軟件完成所有數(shù)據(jù)處理與分析。葉片結構緊密度CTR=柵欄組織厚度/葉片厚度×100%；葉片結構疏松度SR=海綿組織厚度/葉片厚度×100%；氣孔指數(shù)（%）=單位視野氣孔數(shù)/（單位視野普通表皮細胞數(shù)+單位視野氣孔數(shù)）×100%?？伤苄灾笖?shù)參考Valladares等（2000）的方法計算，即各個性狀所測量的最大、最小值之差與最大值的比值，表示為PL=[max(i)- mix(i)]/max(i)×100%。

2 結果與分析

2.1 水分變化對香菇草葉表皮氣孔的影響

隨著生境水分含量的降低，香菇草葉片表皮氣孔長度先增大后減小，氣孔指數(shù)逐漸增大（表1）。濕生型氣孔長度和氣孔指數(shù)較水生型均無顯著差異，旱生型氣孔長度較濕生型降低了12.34%，氣孔指數(shù)較濕生型增加了14.08%，差異均達到極顯著水平(P＜0.01，下同)。

表1 水分對香菇草葉表皮氣孔的影響Table 1 Eあect of water condition on stoma of H. vulgaris

2.2 水分變化對香菇草葉片解剖結構的影響

對3種不同生境香菇草葉片的上、下表皮細胞厚度、柵欄組織厚度、兩層柵欄細胞厚度比、海綿組織厚度、葉片厚度、葉片結構緊密度、疏松度、柵海比（柵欄組織與海綿組織厚度比值）9個參數(shù)進行比較分析（表2）。

單因素方差分析的結果表明，生境水分含量的變化對香菇草葉片結構的全部參數(shù)都有顯著影響，其中對下表皮厚度的影響呈顯著水平(P＜0.05，下同)，對其他參數(shù)的影響呈極顯著水平。濕生型上、下表皮細胞厚度、柵欄組織厚度、葉片結構緊密度、柵海比較水生型均極顯著增大，兩層柵欄細胞厚度比和葉片厚度較水生型顯著增大，濕生型海綿組織厚度、葉片結構疏松度較水生型均極顯著減小，旱生型葉片上表皮細胞、海綿組織厚度、葉片疏松度、葉片厚度較濕生型均極顯著減小，兩層柵欄細胞厚度比、葉片結構緊密度、柵海比較濕生型均極顯著減小，下表皮細胞厚度和柵欄組織厚度較濕生型差異不顯著。

隨著土壤含水量的降低，香菇草上、下表皮細胞厚度、柵欄組織厚度以及葉片厚度均表現(xiàn)出先增大后減小的趨勢，濕生型較水生型增加比例依次為：柵欄組織厚度＞上表皮細胞厚度＞下表皮細胞厚度＞葉片厚度；旱生型較濕生型減小比例依次為：上表皮細胞厚度＞葉片厚度＞下表皮細胞厚度＞柵欄組織厚度。海綿組織厚度、葉片結構疏松度隨生境含水量降低而減小，濕生型較水生型分別減小了7.64%和9.14%，旱生型較濕生型分別減小了53.77%和42.16%。兩層柵欄細胞厚度比、葉片結構緊密度與柵海比隨生境水分含量減少而增加，濕生型較水生型增加了6.94%、29.40%和42.33%，旱生型較濕生型分別增加16.98%、24.72%和115.54%。

表2 三種生境香菇草葉片解剖結構單因素方差分析結果Table 2 The result of One Way-ANOVA for eight morphological parameters of leaves on 3 populations of H. vulgaris

當生境水分減少到干旱狀態(tài)時，葉片上表皮細胞縮小，形成緊密的表皮細胞層，能夠有效防止水分散失。干旱型葉片結構緊密度與柵海比增大，較水生型和濕生型具有更緊密的柵欄細胞層，能夠有效防止水分散失。葉片的解剖結構反映出香菇草具有一定的耐旱性。

2.3 不同生境水分含量對香菇草匍匐莖解剖結構特征的影響

香菇草匍匐莖結構主要包括表皮細胞層、厚角細胞層、薄壁組織、髓和維管束。生境水分含量變化對香菇草匍匐莖的厚角組織厚度和導管數(shù)有顯著影響，對其他參數(shù)的影響均達到極顯著水平。

旱生型匍匐莖表皮細胞厚度/匍匐莖直徑的比值與濕生型沒有顯著差異，旱生型厚角組織厚度和薄壁組織厚度較濕生型顯著減小，但厚角組織和薄壁組織在匍匐莖中所占比值較濕生型增加，有利于水分和養(yǎng)分的貯存。旱生型維管束數(shù)量較濕生型顯著增加，兩種生境匍匐莖的導管數(shù)量差異不顯著（表3）。

表3 三種生境香菇草匍匐莖解剖結構單因素方差分析結果Table 3 The result of One Way-ANOVA for nine morphological parameters on 3 populations of H. vulgaris

香菇草匍匐莖表皮細胞厚度、厚角組織厚度、薄壁細胞厚度、髓直徑、匍匐莖直徑以及髓直徑/匍匐莖直徑的比值均隨著生境水分含量的降低表現(xiàn)出先增大后減小的趨勢，其中，濕生型較水生型增加比例最大的參數(shù)是髓直徑，為82.99%，其次分別為薄壁組織厚度、匍匐莖直徑、髓直徑/匍匐莖直徑、表皮細胞厚度和厚角組織厚度；各參數(shù)旱生型較濕生型減小比例依次為：髓直徑＞表皮細胞厚度＞匍匐莖直徑＞薄壁組織厚度＞髓直徑/匍匐莖直徑＞厚角組織厚度。維管束數(shù)和導管數(shù)隨生境水分含量的降低逐漸增加，濕生型較水生型增加比例分別為25.53%和81.25%，旱生型較濕生型增加比例分別為6.78%和17.24%。莖中氣孔長度隨生境水分含量的降低逐漸減小，濕生型較水生型減小了34.50%，旱生型較濕生型減小了43.96%。

2.4 不同生境下香菇草各解剖結構可塑性指數(shù)分析

2.4.1 葉片解剖結構可塑性指數(shù)分析 不同水分生境下香菇草葉片解剖結構特征值的可塑性指數(shù)見表4。

表4 三種生境香菇草葉片解剖結構可塑性指數(shù) %Table 4 Elasticity index for eight morphological parameters of leaves on 3 populations of H. vulgaris %

3種生境中香菇草葉片可塑性指數(shù)總平均值大小排序為：水生型＞旱生型＞濕生型。其中，水生型上、下表皮細胞厚度和柵欄組織厚度可塑性指數(shù)較濕生型和旱生型高。兩層柵欄細胞厚度比、葉片結構緊密度、海綿組織厚度、葉片結構疏松度、柵海比和葉片厚度可塑性指數(shù)為旱生型最高。香菇草下表皮細胞厚度可塑性平均值較上表皮高，葉片結構緊密度的可塑性平均值較疏松度參數(shù)高。在各參數(shù)可塑性指數(shù)中，葉片厚度的平均值最小，其次是葉片結構疏松度和海綿組織厚度，其可塑性指數(shù)平均值均不超過10%。

2.4.2 匍匐莖解剖結構可塑性指數(shù)分析 不同水分生境下香菇草匍匐莖各解剖結構可塑性指數(shù)見表5。匍匐莖各參數(shù)中導管數(shù)的可塑性指數(shù)最高，其次為氣孔長度，可塑性指數(shù)最低的為匍匐莖直徑。3種生境香菇草匍匐莖可塑性指數(shù)強弱依次為：水生型＞濕生型＞旱生型，但平均可塑性指數(shù)差異不明顯。就不同生境而言，水生型香菇草匍匐莖氣孔長度、匍匐莖直徑的可塑性指數(shù)分別為最高(56.55%)和最低(5.05%)；導管數(shù)可塑性指數(shù)最高均出現(xiàn)在旱生型(85.71%)和濕生型(60%)，濕生型和旱生型匍匐莖直徑的可塑性指數(shù)最低，分別為2.85%和3.37%。

3 結論與討論

植物長期在某一特定環(huán)境生存，必然形成適應該環(huán)境的形態(tài)結構以保證植株的正常生長。葉片作為植物重要的營養(yǎng)器官，受到環(huán)境中光照、溫度、水分等因素的影響較大，是植物進化過程中對環(huán)境變化較敏感且可塑性較大的器官（李芳蘭等,2005）。于海秋等（2003）對水分脅迫下玉米氣孔變化的研究發(fā)現(xiàn)，經(jīng)水分脅迫的玉米葉片氣孔密度增大, 氣孔的長、寬明顯減小。香菇草葉片表皮氣孔長度減小，氣孔指數(shù)增加，旱生型葉片小而多的氣孔更有利于減少水分散失，與前人的研究結果一致。

葉片上表皮受到陽光直接照射，在長期干旱的環(huán)境下，葉片會形成小而密的表皮細胞以減少水分的散失，從而提高水分利用率（Bosabaalidiset al,2002），旱生植物的葉肉向著提高光合作用效率的方向發(fā)展，柵欄組織高度發(fā)達，海綿組織退化甚至缺失(燕玲等, 2000)。本試驗中，隨著生境水分含量的降低，香菇草葉片厚度減小，柵欄組織與海綿組織比增大，柵欄組織細胞層顯著增厚。在香菇草葉片濕生型與水生型各參數(shù)中，柵海比受生境水分含量變化影響最大，其次是柵欄組織厚度；在香菇草旱生型與濕生型各參數(shù)中，受水分含量變化影響最大的分別是柵海比和海綿組織厚度，葉肉組織厚度變化是香菇草葉片應對生境水分含量變化最主要的方式。隨著生境水分含量的降低，匍匐莖的直徑先增大后減小，氣孔長度減小，導管數(shù)量增加，有利于干旱環(huán)境下香菇草植株地上、地下部分之間以及各植株之間水分的運輸。葉片和匍匐莖的解剖結構變化顯示香姑草對水濕生及干旱環(huán)境具有良好的適應性，其結構變化趨勢取決于環(huán)境的水分條件。

表5 三種生境香菇草匍匐莖解剖結構可塑性指數(shù) %Table 5 Elasticity index for eight morphological parameters of runners on 3 populations of H. vulgaris %

表型可塑性是衡量香菇草對不同水分條件適應能力的重要指標，表型可塑性高低常與其對環(huán)境的潛在適應能力大小緊密聯(lián)系。香菇草葉片上、下表皮細胞厚度都具有較高的可塑性，而柵欄組織厚度、海綿組織厚度和葉片厚度可塑性指數(shù)較低，說明直接接觸環(huán)境的葉片表皮細胞層對環(huán)境的變化反應最為迅速。濕生型葉片結構各項可塑性指數(shù)均較低，結構更加穩(wěn)定，可見較水生型和旱生型生境，香菇草更適宜于濕生型生境。

香菇草（作者供圖）