王 薇 趙 涵 黃 欣 侯卓梁 姜在民 蔡 靖,3

（1. 西北農(nóng)林科技大學(xué)林學(xué)院 楊凌 712100；2. 西北農(nóng)林科技大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院 楊凌 712100；3. 陜西秦嶺森林生態(tài)系統(tǒng)國家野外科學(xué)觀測研究站 楊凌 712100）

植物的生長離不開自身光合能力和水分傳輸能力的驅(qū)動。葉片既是植物形成光合產(chǎn)物的主要場所（金鷹等，2015），也是水分傳輸?shù)慕K端部分，調(diào)節(jié)氣孔導(dǎo)度開放，影響碳水交換（Sacket al.，2006；Fichotet al.，2011；Scoffoniet al.，2016）。葉片的水力性狀和經(jīng)濟(jì)性狀可體現(xiàn)上述兩大功能特性。葉水力性狀是指葉片在水分運(yùn)輸方面的性狀（潘瑩萍等，2014；金鷹等，2015），包括葉片水力導(dǎo)度、葉脈密度、導(dǎo)管直徑、氣孔長度、氣孔密度等（潘瑩萍等，2014；Liet al.，2015；Yinet al.，2018；Liuet al.，2019）；葉片經(jīng)濟(jì)性狀量化了經(jīng)濟(jì)型譜（LES）（Wrightet al.，2001；2004），用來表征葉片對碳的獲取策略，主要包括葉片碳、氮含量、比葉面積、光合和呼吸速率等（Reich，2014；金鷹等，2015；Jinet al.，2016；Yinet al.，2018）。葉片水力性狀和經(jīng)濟(jì)性狀反映了植物對水-碳資源的獲取能力和權(quán)衡策略，在一定程度上影響生物量的積累，探究二者與生物量的關(guān)系，對理解植物的存活與生長至關(guān)重要。

楊樹（Populussp.）具有生長快、適應(yīng)性強(qiáng)等特點(diǎn)，是我國重要的造林樹種。生物量的高低是選育優(yōu)良楊樹無性系的關(guān)鍵因素（Marronet al.，2006），可通過一些簡單易測的葉片性狀來預(yù)測無性系生物量（Bunnet al.，2004；Dillenet al.，2009）。在葉水力性狀中，大多數(shù)研究關(guān)注氣孔性狀（氣孔長度和氣孔密度）與楊樹生物量的關(guān)系，但其結(jié)果因楊樹種類和基因型而異（Alafaset al.，2006；Moncluset al.，2006；Dillenet al.，2008）。葉片水力導(dǎo)度和葉脈網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)（葉脈密度、導(dǎo)管直徑）通過控制葉片氣體交換能力（氣孔導(dǎo)度）對生物量進(jìn)行調(diào)控（Nardiniet al.，2005；Scoffoniet al.，2016），但它們與生物量的關(guān)系在楊樹種內(nèi)和種間存在不確定性。因此，將水力性狀指標(biāo)進(jìn)行綜合考慮，探討其與楊樹無性系生物量的關(guān)系，對了解植物葉片水分供需對生物量的影響具有重要價值。葉經(jīng)濟(jì)性狀中，總?cè)~面積和單葉面積與植物生物量密切相關(guān)（Moncluset al.，2005；Gebaueret al.，2016；Baiet al.，2020）。比葉面積和葉片數(shù)量與生物量之間有無相關(guān)性，則主要取決于物種、生長條件和植株年齡等（Raeet al.，2004；Zhanget al.，2004；Marronet al.，2005）?？梢?，即使是同一父母本楊樹無性系在不同環(huán)境或者時間內(nèi)，能夠預(yù)測其良好生物量的葉經(jīng)濟(jì)性狀指標(biāo)也會有所不同。

由于葉水力性狀和經(jīng)濟(jì)性狀都參與水分和二氧化碳的交換過程（Yinet al.，2018），雖對于二者關(guān)系的研究較多，但其研究結(jié)果不一。此外，二者關(guān)系的研究多是在種間水平與跨自然環(huán)境梯度的背景下開展（Sacket al.，2003；Liet al.，2015；Jinet al.，2016；Yinet al.，2018），而在遺傳背景差異更小的基因型水平且基于同質(zhì)園試驗(yàn)的研究較為欠缺，少有研究綜合考慮二者與生物量關(guān)系，而這對探明植物生長是二者協(xié)同作用的結(jié)果還是各自獨(dú)立驅(qū)動的結(jié)果具有重要意義。

本研究以來源于同一父母本[Populus alba‘I-101’ ×(P. alba × P. glandulosa) ‘84K’]產(chǎn)生的8 個具有不同生長速率的白楊無性系為對象，通過測定葉水力性狀、葉經(jīng)濟(jì)性狀和地上部分生物量，分析無性系間生物量、葉水力性狀和經(jīng)濟(jì)性狀的差異，并探究葉水力性狀與經(jīng)濟(jì)性狀的關(guān)系，以及解析二者與生物量的關(guān)系，以期探尋能夠預(yù)測高產(chǎn)白楊無性系地上生物量的早期生理指標(biāo)，為無性系的選育提供理論與實(shí)踐指導(dǎo)。

1 研究區(qū)概況

研究地點(diǎn)位于西北農(nóng)林科技大學(xué)苗圃（34°15′N，108°03′E），地處關(guān)中平原中部，屬半濕潤半干旱地區(qū)，暖溫帶大陸性季風(fēng)氣候。土壤類型為沙壤土。年平均氣溫12.9 ℃，無霜期221 天，年平均降水量635 mm，年平均蒸發(fā)量1 000 mm。

2 材料與方法

2.1 試驗(yàn)材料

試驗(yàn)選擇白楊雜交產(chǎn)生的8 個無性系為材料，即K1、K2、K3、Z1、Z2、Z3、M1、M3，無性系在2017 年的胸徑由大到小排序?yàn)镵1＞K2＞K3＞Z1＞Z2＞Z3＞M1＞M3。2009 年這8 個無性系的母樹種植于西北農(nóng)林科技大學(xué)渭河試驗(yàn)站。至2017 年2 月（8 年生），每個無性系母樹剪取長約25 cm 的插穗，扦插在位于陜西楊凌西北農(nóng)林科技大學(xué)苗圃同質(zhì)園中。所有扦插無性系苗管理措施基本一致，不施加肥料，生長季去除雜草，生長依靠自然降雨，僅在無性系幼苗階段的伏旱天氣進(jìn)行灌溉。2020 年7—9 月（4 年生）在每個無性系中選取6 棵生長狀況良好、代表總體平均生長水平的植株，于每棵植株冠層頂部采集1 根當(dāng)年生枝條，選取該枝條的3 個較大葉片，測定其水力性狀、經(jīng)濟(jì)性狀。除葉片維管水力導(dǎo)度是測定無性系側(cè)枝葉片而得（方法詳見2.2.1.1），每個無性系的其他葉片指標(biāo)數(shù)據(jù)均為上述所測定的18 個葉片的平均值。

2.2 試驗(yàn)方法

2.2.1 葉片水力性狀的測定 葉片水力導(dǎo)度通常由葉片維管水力導(dǎo)度和非維管水力導(dǎo)度2 部分組成。葉片維管水力導(dǎo)度表征主要在葉脈中運(yùn)輸?shù)乃?；葉片非維管水力導(dǎo)度表征主要穿過維管束、海綿、柵欄等葉肉組織，最后從氣孔擴(kuò)散的水分（Sacket al., 2006;Trifiloet al., 2021）。研究葉水力導(dǎo)度和維管水力導(dǎo)度，有助于判斷影響生物量積累的關(guān)鍵。

1）葉片維管水力導(dǎo)度（KleavesHPFM）的測定 采用高壓液流計(jì)法（high pressure flow meter，HPFM）（Yanget al.，1994；Sacket al.，2002）：每個無性系選擇6 棵生長狀況良好的植株，每棵植株選取1 根基部直徑至少為1 cm 的向陽側(cè)枝，將其放入黑色塑料袋并帶回實(shí)驗(yàn)室復(fù)水1 夜。于第2 天取出枝條，在水下用刀片將枝條基部修整光滑，連接至HPFM 裝置中，以7 kPa s-1的速率加壓至500 kPa，之后維持壓力穩(wěn)定。HPFM 會每隔8 秒自動記錄1 次水流阻力值。待一定時間后，觀察到葉片背面有水排出，且阻力值比較穩(wěn)定時，記錄此時阻力值為枝條的阻力（Rshoot）。隨后，剪掉枝條上的所有葉片和葉柄，再次等待阻力值穩(wěn)定，其穩(wěn)定值為剪掉葉片和葉柄的阻力（R-leaves），并測定所有葉片面積（AL）。KleavesHPFM是葉片的水力阻力（Rleaves）的倒數(shù)（Scoffoniet al.，2012），并用AL標(biāo)準(zhǔn)化。計(jì)算公式如下：

式中：Rleaves為水力阻力（MPa s·kg-1）；Rshoot為剪掉葉片和枝條后阻力（MPa s·kg-1）；R-leaves為葉柄阻力（MPa s·kg-1）；KleavesHPFM為葉片維管水力導(dǎo)度（kg·m-2s-1MPa-1）；AL為葉面積（m2）。

每個無性系選取6 根來自不同植株上的帶葉片的側(cè)枝來測定葉片維管水力導(dǎo)度，取平均值作為最終結(jié)果。

2）葉片水力導(dǎo)度（維管和非維管KleafEFM）的測定采用蒸發(fā)通量法（Evaporative flux method，EFM）（Sacket al.，2002）：在上述每個無性系選取的6 棵植株中，于每棵樹的冠層頂部選取1 個當(dāng)年生向陽枝條，在傍晚采集后迅速放入裝有濕紙的黑色塑料袋中，立即帶回實(shí)驗(yàn)室復(fù)水1 夜，使葉水勢接近于0。于第2 天將復(fù)水后的枝條放入超純水中，切取1 片無病蟲害的帶葉柄的大葉片，將葉柄迅速連接至EFM 裝置中。待葉片蒸騰至少30 min 流速穩(wěn)定后記錄葉溫，蒸騰速率（E）為最后讀取的5 個數(shù)據(jù)的平均值，溫度矯正為25 ℃。測定完成后迅速取下葉片，放入提前充滿水蒸氣的塑封袋中（以防止葉片蒸騰失水），并放置于黑暗中平衡30 min 后測定葉水勢（Ψleaf）（Scoffoniet al.，2008；2016），最后將葉片放入根系掃描儀上（Epson v750，J221A，Japan）上進(jìn)行掃描，用WinRHIZO 軟件（Regent Instruments Inc.，Canada）測量葉面積（LA），KleafEFM的計(jì)算公式如下，之后用LA 標(biāo)準(zhǔn)化。

式中：KleafEFM為葉片水力導(dǎo)度（mmol·m-2s-1Mpa-1）；E為蒸騰速率（mmol ·s-1）Ψleaf為葉水勢（-MPa）；LA為葉面積（m2）。

2.2.2 葉脈密度（VD）的測定 VD 指單位面積內(nèi)葉脈的總長度（Brodribbet al.，2007）。將每個葉片平整地放于根系掃描儀上進(jìn)行掃描。使用WinRHIZO軟件對掃描圖片沿主脈在上、中、下3 個不同位置繪制測定區(qū)域（含次脈），進(jìn)行VD（mm·mm-2）的測定，最后求取平均值代表1 個葉片的VD 值。

表1 8 個白楊無性系葉片水力和經(jīng)濟(jì)性狀特征值①Tab. 1 Values of the leaf hydraulic and economic traits of the eight poplar clones

2.2.3 導(dǎo)管直徑（Dv）和導(dǎo)管水力直徑（Dh）的測定將掃描完的葉片沿主脈從葉尖至葉基部分為上、中、下3 個區(qū)域，在每個區(qū)域切取1 個1 cm×1 cm 的正方形小塊，放入FAA 固定液中[甲醛∶冰醋酸∶70%酒精 （V∶V∶V）= 1∶1∶18]，于4 ℃下保存，制石蠟切片（李和平，2009）。每個葉片制作3 個樣片，并在正置熒光顯微鏡（LeicaDM4000B，Germany）100×或200×下觀察，當(dāng)所有導(dǎo)管出現(xiàn)在視野時拍照，使用WinCell Pro version 2012a（Regent Instruments Inc.，Canada）圖像分析軟件，測定圖像中每個導(dǎo)管腔面積（AV），導(dǎo)管數(shù)目（N），計(jì)算Dv、Dh。其計(jì)算公式為：

式中：Dv為導(dǎo)管直徑（μm）；AV為導(dǎo)管腔面積（μm2）；N為導(dǎo)管數(shù)目；Dh為導(dǎo)管水力直徑（μm）。

2.2.4 氣孔性狀的測定 氣孔性狀主要包括氣孔密度（SD，mm-2）和氣孔長度（SL，μm），SD 為單位面積內(nèi)的氣孔數(shù)量；SL 為保衛(wèi)細(xì)胞的長度（Sacket al.，2003）。氣孔性狀采用指甲油印跡法制片（Russoet al.，2010），每個葉片制作3 個樣片，使用正置熒光顯微鏡在400×下觀察，并選擇3 個視野進(jìn)行拍照。之后，用Image J軟件統(tǒng)計(jì)每張照片中的氣孔數(shù)量，求取SD。接著在每張照片中選取4 個清晰的氣孔進(jìn)行SL 的測定。

2.2.5 葉片經(jīng)濟(jì)性狀的測定 葉片經(jīng)濟(jì)性狀主要包括比葉面積（SLA），葉片全碳（C）、全氮（N）含量及碳氮比（C/N）。使用直徑為1.5 cm 的打孔器從每個葉片上（避開中脈）取5 個小圓片，記錄其葉面積（LA，cm2），后放入烘箱，在65 ℃下烘至恒重，測定其干質(zhì)量（DW，g），求取SLA，SLA=LA / DW。將測定過干質(zhì)量的葉片，經(jīng)研缽磨碎、過篩后，用元素分析儀（vario MACRO cube，elementar）測定C、N 含量和C/N 值（Marronet al.，2006）（無性系葉片數(shù)量選取見2.1）。

2.2.6 地上部分生物量的測定 在生長季結(jié)束，樹木開始落葉時（2020 年10 月20 日）測定所有無性系距地面15 cm 處的地徑（D）（精確至0.01 cm），每個無性系測定30 株，再使用前期研究已建立的異速生長方程（與本試驗(yàn)材料相同）（Zhaoet al.，2021）計(jì)算地上部分生物量（AGB），并取平均值作為最終結(jié)果。具體公式如下：

式中，AGB 為地上各部分生物量（kg）；D為距地面15 cm處的直徑（cm）。

2.3 數(shù)據(jù)處理

利用Excel 2013 對所有數(shù)據(jù)進(jìn)行初步分析處理，使用SPSS 21.0 軟件對數(shù)據(jù)進(jìn)行Shapiro-Wilkinson 殘差正態(tài)分布檢驗(yàn)和Levene’s 方差齊性檢驗(yàn)，對不符合的數(shù)據(jù)進(jìn)行對數(shù)轉(zhuǎn)換，以符合參數(shù)檢驗(yàn)要求。采用單因素方差分析（ANOVA）檢驗(yàn)無性系間指標(biāo)的差異性；皮爾遜相關(guān)分析（Pearson）的一元線性和多元線性回歸分析無性系葉片水力和經(jīng)濟(jì)性狀與生物量的關(guān)系和其影響大??；主成分分析闡明三者間耦聯(lián)關(guān)系。利用Origin 2019b 軟件繪制相關(guān)圖表。

3 結(jié)果與分析

3.1 無性系間生物量、葉水力性狀和經(jīng)濟(jì)性狀的差異

8 個無性系A(chǔ)GB 大小排序?yàn)椋篕1＞K2＞K3＞Z2＞Z1＞M3＞Z3＞M1，最大值比最小值高出96.3%（圖1）。無性系M1 的AGB 顯著小于其他無性系；無性系Z3的AGB 顯著小于Z1、Z2，而與M3 無顯著差異性。葉水力性狀在無性系間的變異系數(shù)大小排序?yàn)椋篕leavesHPFM＞SD＞VD＞KleafEFM＞SL＞Dv＞Dh。KleavesHPFM的變異系數(shù)最大，為13.2%，變化范圍為2.07～3.19 kg·m-2s-1MPa-1；Dh的變異系數(shù)最小，為4.5%，變化范圍為15.29～23.02 μm（表1）。葉片經(jīng)濟(jì)性狀指標(biāo)的變異系數(shù)大小排序?yàn)椋篠LA＞N＞C/N＞C。SLA 的變異系數(shù)最大，為12.0%，變化幅度達(dá)到1.35 倍。C 的變異系數(shù)最小，為2.0%。N 和C/N 的變異系數(shù)比較接近，分別為7.7%和7.2%。相比葉經(jīng)濟(jì)性狀的變異范圍（2.0%～12.0%），水力性狀（4.5%～13.2%）在無性系間變異較大。差異分析表明，葉水力性狀指標(biāo)KleavesHPFM和KleafEFM在無性系間無顯著差異，其他指標(biāo)均差異顯著；葉經(jīng)濟(jì)性狀指標(biāo)在無性系間均差異顯著（表1）。

圖1 8 個無性系間地上部分生物量（AGB）Fig. 1 Above-ground biomass of eight clones (AGB)

3.2 葉水力性狀與經(jīng)濟(jì)性狀的關(guān)系

無性系葉片水力性狀和經(jīng)濟(jì)性狀無顯著相關(guān)性（P＞0.05）（表2）。葉水力性狀中，KleavesHPFM與VD、Dv、Dh呈顯著正相關(guān)（P＜0.05），SL 與Dv和Dh呈顯著正相關(guān)（P＜0.05）。葉片經(jīng)濟(jì)性狀中N 與C/N 呈極顯著負(fù)相關(guān)（P＜0.01），其余指標(biāo)間均無顯著相關(guān)性（P＞0.05）（表2）。

表2 葉片水力及經(jīng)濟(jì)性狀間相關(guān)系數(shù)①Tab. 2 Pearson’s coefficient between leaf hydraulic and economic traits of clones

3.3 葉片水力及經(jīng)濟(jì)性狀與生物量的關(guān)系

葉片水力性狀中的KleavesHPFM、VD、Dv和Dh與AGB 均呈顯著正相關(guān)性（P＜0.05），（圖2a, c, d, e），KleafEFM、SD 和SL 與AGB 均無顯著相關(guān)性（P＞0.05）（圖2b, f,g）；葉經(jīng)濟(jì)性狀中的SLA 與AGB 呈極顯著負(fù)相關(guān)（P＜0.01）（圖3a），C、N 和C/N 與AGB 均無顯著相關(guān)性（P＞0.05）（圖3b, c, d）。

圖2 葉片水力性狀與地上部分生物量（AGB）的關(guān)系Fig. 2 Relationship between leaf hydraulic traits and above-ground biomass (AGB)

利用多元線性回歸分析了葉水力及經(jīng)濟(jì)性狀與生物量的關(guān)系，發(fā)現(xiàn)VD 和SLA 的回歸方程可解釋AGB 變異的87.6%，且達(dá)到顯著水平（P＜0.05）。其中，VD 對AGB 的影響最大（t=2.957）（表3）。

表3 無性系地上部分生物量多元線性回歸①Tab. 3 Multiple linear regression of above-ground biomass of clone

對所有性狀進(jìn)行主成分分析，提取了2 個主成分，共解釋71.1%的變異，第一主成分和第二主成分分別解釋49.0%和22.1%的變異（圖4）。第一主成分主要與AGB 和葉水力性狀（KleavesHPFM、Dv、Dh）有關(guān)，而第二主成分主要與葉經(jīng)濟(jì)性狀（SLA、C、N、C/N）有關(guān)（表4），表明無性系葉片水力性狀和經(jīng)濟(jì)性狀解耦，無性系A(chǔ)GB 與大部分葉水力性狀具有相關(guān)性，說明無性系A(chǔ)GB 受葉片水力性狀的影響較大。

表4 主成分分析中不同葉功能性狀的載荷Tab. 4 Loading scores of leaf functional traits in the PCA

圖4 無性系間生物量和葉功能性狀的主成分分析Fig. 4 Principal component analysis of biomass and leaf functional traits among 8 clones

4 討論

4.1 無性系間生物量、葉水力性狀和經(jīng)濟(jì)性狀的差異

試驗(yàn)所用無性系在扦插后3 年間（2017—2019 年）的生長中表現(xiàn)出了地上部分生長速率和生物量積累的差異（Zhaoet al.，2021），本研究于2020 年生長季開始試驗(yàn)，測得的所有無性系的AGB 排序與前3 年一致，且大部分無性系的生長速率表現(xiàn)與8 年生的母樹一致。雖然部分無性系，如M1 和M3，與8 年生的母樹生長差異有起伏，但總體來說，仍低于K1、K2、K3以及Z1、Z2。由于所有無性系均生長在環(huán)境條件基本一致的同質(zhì)園內(nèi)，這些結(jié)果說明無性系間的AGB差異是由遺傳因素決定的，具有時間穩(wěn)定性。

無性系間葉片性狀的顯著差異是選育高產(chǎn)基因型的前提（Gebaueret al.，2016）。本研究無性系間具有顯著差異的葉片性狀包括，水力性狀中的VD、Dv、Dh、SD 和SL 以及經(jīng)濟(jì)性狀中的SLA、C、N 含量和C/N。Gleason 等（2016）發(fā)現(xiàn)被子植物的不同物種中，當(dāng)VD 低于5～10 mm·mm-2時，VD 與Kleaf和gs之間有很強(qiáng)的協(xié)調(diào)性。本研究無性系間VD 值均在2 mm·mm-2以下，且VD 與KleavesHPFM呈正相關(guān)。因此，它可能與全孔導(dǎo)度（gs）有關(guān)，影響植物生長。無性系葉的Dv和Dh值均在13～23 um 之間，比莖的Dv和Dh值小（25～35 um）（Zhaoet al.，2021）。狹窄的葉導(dǎo)管直徑不容易形成栓塞，降低了莖木質(zhì)部功能發(fā)生障礙的風(fēng)險(xiǎn)（Lechthaleret al.，2020），保護(hù)了植物生長。無性系SD 和SL 的變異幅度（分別為：440～607 mm-2，21～26 um）與不同親本楊樹無性系相比（Yu，2001；Alafaset al.，2006；Fichotet al.，2011），SD 值受基因的影響較大，相差3 倍左右；但SL 值比較穩(wěn)定，均在25 um 左右波動。

葉片經(jīng)濟(jì)性狀中，葉片SLA、C、N 含量、C/N 的變異幅度（分別為：144～195 cm2·g-1，44%～47%，2.7%～3.3%，14～17）與自然條件下生長的其他品種楊樹無性系的指標(biāo)范圍保持一致（Moncluset al.，2005；Guetet al.，2015）。但C 和C/N 的變異幅度比溫室中生長的P. deltoides×P. nigra黑楊無性系的指標(biāo)變異幅度（分別為：46%～48%，16～25）略?。∕arronet al.，2006），而N 和SLA 的變異幅度比溫室中（分別為：1.9%～2.9%，84～118 cm2g-1）的略大。這可能是因?yàn)楸狙芯繜o性系生長主要依靠自然降水，而溫室中無性系進(jìn)行了充足的水分灌溉，說明除受基因差異外，環(huán)境水分差異也可能是造成2 種楊樹葉經(jīng)濟(jì)性狀差異的主要原因。

前人研究認(rèn)為某些葉片性狀可用于反映楊樹基因型的高產(chǎn)潛質(zhì)（Bunnet al.，2004；Marronet al.，2005；Gebaueret al.，2016）。本研究揭示了同一父母本的子代無性系葉水力性狀和經(jīng)濟(jì)性狀存在差異，且這兩類性狀與無性系地上生物量之間均存在顯著相關(guān)性，此外無性系間穩(wěn)定的生長趨勢，使在無性系生育早期選定預(yù)測高產(chǎn)性能的葉片性狀成為可能。

4.2 無性系葉水力性狀與經(jīng)濟(jì)性狀的解耦

由于葉水力性狀和經(jīng)濟(jì)性狀都參與水分和二氧化碳的交換過程，有人認(rèn)為這2 組性狀是緊密聯(lián)系的（Nardiniet al.，2012；Jinet al.，2016；Yinet al.，2018）。然而，本研究無性系葉片水力性狀和經(jīng)濟(jì)性狀不相關(guān)，此結(jié)果也與前人在種間水平上的研究結(jié)果一致（Liet al.，2015；Liuet al.，2020）。Li 等（2015）從理論上分析葉片水力性狀和經(jīng)濟(jì)性狀的解耦主要與相關(guān)葉片解剖結(jié)構(gòu)在物理位置上的分離有關(guān)：葉脈主要分布在柵欄組織和海綿組織中間，氣孔主要分布在下表皮，因此水力性狀大多與海綿組織有關(guān)；而葉經(jīng)濟(jì)性狀（如N 含量）主要與柵欄組織有關(guān)。本研究發(fā)現(xiàn)，葉片水力性狀指標(biāo)KleavesHPFM、Dv、Dh與海綿組織厚度（ST）呈顯著正相關(guān)；葉經(jīng)濟(jì)性狀指標(biāo)SLA 與柵欄組織厚度（PT）和葉片厚度（T）呈顯著負(fù)相關(guān)，其他指標(biāo)與解剖結(jié)構(gòu)均無顯著相關(guān)性。所以大部分葉片水力性狀與經(jīng)濟(jì)性狀確實(shí)與解剖結(jié)構(gòu)關(guān)聯(lián)的組織位置不同，符合Li 的假設(shè)。然而，葉片水力性狀中VD 比較特殊，VD與SLA 無直接關(guān)系，但二者均與PT 有聯(lián)系。有研究表明，葉脈密度與葉片構(gòu)建成本無關(guān)（Liet al.，2015；Kawaiet al.，2017；Kawaiet al.，2020）。VD 與PT 呈正相關(guān)，可能是因葉脈密度越高，葉片水分運(yùn)輸和儲存能力也就越大，越有利于柵欄葉肉保持良好的水分狀況，從而提高光合能力（Thomaset al.，2015）。而SLA與PT 呈負(fù)相關(guān)，意味著SLA 越小的植物，葉片干質(zhì)量越多，具有更厚的葉片或更密的葉肉組織（Milla-Morenoet al.，2016）。綜上，本研究認(rèn)為白楊無性系葉片水力性狀和經(jīng)濟(jì)性狀的解耦確實(shí)與葉片解剖結(jié)構(gòu)具有一定的關(guān)系，水力性狀主要與海綿組織有關(guān)，葉經(jīng)濟(jì)性狀與柵欄組織有關(guān)。此結(jié)論是否具有普遍性仍需要更多種間及種內(nèi)的試驗(yàn)證據(jù)。

4.3 無性系葉水力及經(jīng)濟(jì)性狀的變異對生物量的驅(qū)動作用

葉片水力性狀中，KleavesHPFM在無性系間的變異系數(shù)CV 值是KleafEFM的1.5 倍，KleavesHPFM與AGB 呈顯著正相關(guān)，而KleafEFM與AGB 無相關(guān)性。由于KleavesHPFM和KleafEFM的主要區(qū)別是有無計(jì)算葉片非維管水力導(dǎo)度，二者與AGB 的關(guān)系不一致可能是葉非維管部分的水力導(dǎo)度對AGB 的影響造成的。前人研究指出葉片水分運(yùn)輸?shù)淖枇χ饕嬖谟诜蔷S管路徑（Cochardet al.，2004），并且葉片水力導(dǎo)度與植物氣體交換過程密切相關(guān)（Sacket al.，2006；Xionget al.，2020）。但近年來對于葉片不同水流路徑與氣體交換關(guān)系的研究發(fā)現(xiàn)，葉片非維管水力導(dǎo)度會削弱葉片水力導(dǎo)度與氣孔導(dǎo)度（gs）的協(xié)調(diào)，且自身與gs的關(guān)系比葉維管水力導(dǎo)度與gs的關(guān)系弱（Liuet al.，2019）。因此，葉維管水力導(dǎo)度可能通過影響植物與外界氣體交換從而影響AGB，但由于該指標(biāo)在無性系間無顯著差異，所以無法作為本研究中的預(yù)測指標(biāo)。

然而，葉維管路徑的導(dǎo)水效率通常與葉脈網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)（VD、Dv、Dh）有關(guān)，如較大的葉脈密度VD 使葉片有較多的水分運(yùn)輸通道，同時減少了葉脈末梢到蒸騰位置的距離，提高了葉片的水分運(yùn)輸能力（Brociouset al.，2016）；導(dǎo)管是植物長距離水分運(yùn)輸中重要的木質(zhì)部細(xì)胞（Scholzet al.，2013），Dv和Dh越大，越能滿足葉片的水分供應(yīng)（龔容等，2015）。本研究的結(jié)果同樣支持了此觀點(diǎn)，即KleavesHPFM與葉脈網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的3 個指標(biāo)（VD、Dv、Dh）均呈顯著正相關(guān)。此外，VD、Dv、Dh均與AGB 呈顯著正相關(guān)，其中VD 是影響最大的因子。由驅(qū)動葉片氣體交換的水力理論模式圖（Scoffoniet al.，2016）可知，VD 主要通過KleavesHPFM對氣孔導(dǎo)度gs和光合速率（Amax）產(chǎn)生影響，進(jìn)而影響生物量積累。

另外，雖然無性系間SD 和SL 有顯著差異，且一般SD 和SL 的相互作用影響氣孔導(dǎo)度大?。‵rankset al.，2009），調(diào)節(jié)生物量積累。但本研究未發(fā)現(xiàn)SD 和SL 與AGB 有關(guān)。Dillen 等（2008）和Monclus 等（2006）對黑楊無性系的研究也得到了一致的結(jié)果。然而也有研究認(rèn)為SD 和SL 與植物生長有關(guān)，例如Alafas 等（2006）發(fā)現(xiàn)12 個不同親本和雜交群的楊樹無性系SD 和SL 與生物量呈顯著正相關(guān)；Yu（2001）發(fā)現(xiàn)P.tremula×P. tremuloides的生長與SD 呈負(fù)相關(guān)。因此，SD 和SL 與楊樹無性系生長的關(guān)系，受楊樹親本的影響較大。

葉經(jīng)濟(jì)性狀中，SLA 與AGB 呈顯著負(fù)相關(guān)，而C、N 含量、C/N 與AGB 無相關(guān)性。Marron 等（2005）對P. deltoids×P. nigra無性系研究表明：在溫室生長的3 月齡生根插條其生物量與SLA 呈負(fù)相關(guān)，也與N 呈負(fù)相關(guān)；Marron 和Ceulemans（2006）在第二年的研究中發(fā)現(xiàn)該楊樹無性系生物量與葉片C、N 含量無相關(guān)性，但并沒有發(fā)現(xiàn)其與SLA 的相關(guān)性。此外，在對田間生長的同種雜交楊無性系（P. deltoids×P. nigra）的研究中發(fā)現(xiàn)，不管是2 年生還是3 年生的無性系均與SLA 無相關(guān)性（Moncluset al.，2005；Gebaueret al.，2016）?？梢?，葉經(jīng)濟(jì)性狀與生物量之間有無相關(guān)性，主要取決于物種、生長條件和植株年齡等。雖然本試驗(yàn)對象是白楊無性系，SLA 與AGB 有關(guān)，但還需延長試驗(yàn)研究時間，來進(jìn)一步驗(yàn)證預(yù)測指標(biāo)的可靠性。

從PCA 和載荷表中分析可知，PC1 主要與水力性狀相關(guān)，PC2 主要與經(jīng)濟(jì)性狀相關(guān)，水力性狀和大部分經(jīng)濟(jì)性狀關(guān)系不緊密。另外，AGB 主要與水力性狀在一個軸上，而與大部分經(jīng)濟(jì)性狀解耦，說明早期楊樹無性系生長差異主要是由水資源獲取策略的不同造成的。

5 結(jié)論

白楊無性系具有穩(wěn)定的生長趨勢，且葉片水力性狀和經(jīng)濟(jì)性狀在無性系間存在差異，使在無性系生育早期選定某一生理指標(biāo)作為預(yù)測高產(chǎn)指標(biāo)成為可能。葉水力性狀與經(jīng)濟(jì)性狀不相關(guān)，但二者均與無性系生物量相關(guān)，二者可能是驅(qū)動白楊無性系生長的獨(dú)立的兩個軸。大多數(shù)葉水力性狀指標(biāo)與生物量密切相關(guān)，葉片維管水力導(dǎo)度、葉脈密度、導(dǎo)管直徑和導(dǎo)管水力直徑越大的無性系，生物量越高。葉片經(jīng)濟(jì)性狀中，只有比葉面積與生物量有相關(guān)性，比葉面積越小的無性系，生物量越高。相比比葉面積，葉脈密度是該無性系主要的預(yù)測因子。