青藏高原草地主要单子叶植物的叶表面特征

采用光学显微镜对青藏高原草地主要单子叶植物的叶表面特征进行观测,并运用one-way ANOVA、Pearson相关及线性回归分析,研究了气孔数量指标的物种间差异性以及气孔数量特征与海拔、生长季均温及生长季降水之间的关系。结果表明:(1)青藏高原草地主要单子叶植物长期受高原气候环境的筛选,形成了一些特有的叶表面共性特征,(a)叶表面细胞有长细胞与短细胞两种类型。长细胞呈规则长方形,排列紧密,纵向相接成行;短细胞呈长方形、方形、近圆形或马鞍形,随机散生、单生或孪生,短细胞形态与分布方式因植物种类而异。(b)气孔多分布于叶片下表面,属于单面分布型气孔。气孔选择性地分布在下表面,可在不影响CO_2同化率的情况下,一定程度上起到限制水分蒸发,避免造成生理干旱的作用。(c)不同物种气孔器形态、保卫细胞及副卫细胞形态表现出较为明显的多态性。保卫细胞近方形、半月形或哑铃形;副卫细胞呈低圆顶形、圆顶形或高圆顶形;气孔器为椭圆形、宽椭圆形或近圆形。(d)气孔器类型均是平列型(paracytic type),由两个副卫细胞与保卫细胞共同构成;副卫细胞与保卫细胞平行,并完全包围保卫细胞。气孔器等间距或不等间距呈直线排列形成"气孔带"。(2)青藏高原草地单子叶植物叶表面的气孔密度(SD)较大,平均为(194.07±4.74)个/mm~2,气孔长度(SL)较小(34.50±0.28)μm,气孔指数(SI)为(18.13±0.31)%,其中SD的变异系数(CV)最大(53.02%),SI的变异系数次之(37.23%),SL的变异系数最小(17.94%)。不同物种间叶表面的SL、SD与SI差异极显著(P0.01)。(3)青藏高原草地单子叶植物叶表面气孔数量特征与环境生态因子显著相关。海拔与叶表面气孔特征呈显著正相关(P0.01),生长季均温与SL之间呈弱正相关(P0.05),与SD、SI之间呈显著负相关(P0.01),生长季降水与SL之间呈显著负相关(P0.01)。具体表现为随海拔升高SL、SD与SI增加,随生长季均温降低SL减小、SD与SI显著增大,而随着生长季降水减少SL变大、SD与SI显著降低。(4)海拔、生长季均温与生长季降水对SL、SD与SI的回归方程分别为Y=0.005X_1+0.878X_2-0.021X_3+12.278、Y=0.046X_1-11.688X_2+0.466X_3-46.391与Y=0.003X_1-0.363X_2+0.009X_3+7.394,回归方程统计检验显著(P0.01);环境生态因子对SD的决定系数最大(R=0.690),SL次之(R=0.557),而对SI的贡献率(R=0.342)相对最小。     

内蒙古高原植物气孔性状的空间变异及其适应机制

气孔是植物与大气进行水气交换的阀门,调节着植物的蒸腾与光合作用。因此,气孔性状的变异影响着植物功能,并能够反映植物对环境的适应。目前,内蒙古高原草地植物气孔性状的空间变异及其对环境的响应尚未被探究。于2018年在内蒙古高原草原区沿降水梯度设置了10个受人为干扰较少的天然草地样地,采集每个样地及周围的植物,并对每个物种叶片上、下表皮的气孔性状进行了测量和计算。结果表明：(1)气孔密度(SD)、气孔大小(SS)和气孔相对面积(SRA)的均值分别为262.29个/mm²、378.84μm²和8.10%;下表皮与上表皮的气孔密度比(R.SD)、大小比(R.SS)和相对面积比(R.SRA)的均值分别为1.54、1.04和1.61。(2)由于草地生境开阔,气孔形态性状在不同生活型(草本与木本植物、一二年生与多年生草本)间没有显著差异(P>0.05)。(3)从草甸草原到荒漠草原,叶片SD和SRA减小,SS增大,气孔性状变异的主要驱动因素是年降水。(4)气孔综合指标SRA主要受SD驱动,降低叶片SD是内蒙古高原草地植物提高耐旱性的重要机制之一。(5)植...     

青藏高原高寒草地和内蒙古高原温带草地主要双子叶植物叶片解剖特征的比较研究

青藏高原高寒草地和内蒙古高原温带草地同属中国地带性的草地类型.然而,主导它们的环境因子有所不同.前者主要受生长季低温的影响,后者主要受干旱的影响.发育在这两类草地上的植物,在解剖特征上有何共性和差异,目前少有报道,但却是理解植物适应环境的关键所在.本文通过对青藏高原高寒草地和内蒙古高原温带草地71个样地65种双子叶植物叶片解剖特征的研究,对比分析了不同科、属及不同生活型植物叶片对干旱环境以及高寒环境的适应特征,探讨了叶片总厚度、上表皮和下表皮厚度、叶肉组织厚度、叶肉细胞密度、叶肉细胞表面积和体积等多个解剖特征之间的关系以及气候因子(生长季温度、降水)对它们的影响.结果表明:(1)总体上看,青藏高原与内蒙古高原草地植物的叶片解剖特征存在显著差异,除叶肉细胞密度外,青藏高原高寒草地植物的叶片各组成部分厚度、叶肉细胞表面积和体积均大于内蒙古高原温带草地植物;(2)同一科属植物的叶片解剖特征在两地存在显著差异,并显示出与所有物种总体分析一致的规律;(3)在调查范围内,两地草本植物除叶肉细胞密度外,叶片各组成部分厚度以及叶肉细胞表面积、体积均显著大于木本植物;(4)叶片的各解剖指标间存在显著的协同变化:叶片总厚度,上、下表皮厚度,叶肉细胞厚度,叶肉细胞表面积和体积之间均呈显著正相关,而叶肉细胞密度与这些指标显著负相关;(5)总体上看,青藏高原和内蒙古高原草地植物叶片的解剖特征与生长季温度的关系比与生长季降水密切.因此,尽管青藏高原高寒草地和内蒙古高原温带草地在外貌上有趋同性,但叶片解剖结构有着显著差异,这可能是由于植物对环境的适应进化及(或)环境的筛选作用共同作用的结果.     

白刺叶片气孔特征对人工模拟降雨的响应

以荒漠生态系统典型植物白刺(Nitraria tangutorum Bobr)叶片为研究对象,利用数码图像显微镜处理系统,研究了不同人工模拟增雨处理下的白刺叶片气孔密度及形态特征的变化情况。结果表明,荒漠植物固有特征决定了白刺叶片下表皮气孔密度大于上表皮,上表皮、下表皮气孔密度对增雨响应差异不显著(P0.05)。增雨处理上表皮、下表皮气孔密度与对照差异显著(P0.05)。相同增雨季节,50%处理下叶片气孔密度高于100%处理;不同增雨季节,气孔密度对生长季后期增雨响应更明显。白刺叶表皮气孔分布遵循"一细胞间隔(one cell spacing rule)"法则。增雨后叶片上表皮和下表皮气孔长度、宽度均有不同程度的增加,气孔形态特征对100%处理的响应较50%处理更为明显,且生长季后期增雨对叶片气孔形态特征的影响更大。     

青藏高原和内蒙古高原典型草地植物叶片肾型和哑铃型气孔器气孔特征及其与环境的关系

该研究利用植物制片技术,以中国青藏高原和内蒙古高原典型草地常见种或优势种植物的叶片为研究对象,通过比较分析叶片哑铃型气孔器和肾型气孔器的特征及其与环境因子的关系,揭示植物叶片两类气孔器对环境因子的响应策略。结果表明:(1)叶片哑铃型气孔器气孔指标的变异系数小于肾型气孔器。(2)叶片哑铃型气孔器气孔指标与环境气候指标的关系弱于肾型气孔器。(3)叶片哑铃型气孔器气孔特征与环境关系在叶片上下表面之间存在显著差异,而肾型气孔器气孔特征与环境因子的关系在叶片上下表面之间无显著差异。(4)叶片哑铃型气孔器的气孔特征与降水关系密切,而肾型气孔器气孔特征与温度关系密切。(5)同一种气孔器的气孔特征在两个地区(青藏高原和内蒙古高原)间存在显著差异。研究认为,肾型气孔器和哑铃型气孔器的气孔特征及其与环境之间的关系存在差异,在分析气孔特征时有必要将肾形与哑铃形保卫细胞形成的气孔器加以区分,该研究结果有助于进一步理解中国草地植物叶气孔特征对气候变化的响应与适应策略。     

气孔特征与叶片功能性状之间关联性沿海拔梯度的变化规律——以长白山为例

气孔是陆生植物与外界环境进行水分和气体交换的主要通道,控制着植物的光合作用和蒸腾过程。植物往往通过多种性状的组合来适应变化的环境,叶片功能性状之间的紧密关系已经在不同尺度得到证实。然而,植物气孔特征与叶片其它功能性状是否存在关联性以及这种关联性是否会受到环境变化梯度的影响仍鲜少报道。沿长白山北坡6个海拔梯度,测定了150种植物的气孔特征和叶片功能性状。结果发现,气孔密度(SD)与比叶面积(SLA)负相关,与单位面积的叶氮含量(N_(area))正相关;除了SLA和N_(area)外,气孔长度(SL)与SLA、叶片厚度(LT)和单位质量的叶氮含量(N_(mass))均存在显著的相关性(P0.05)。然而,气孔特征与叶片功能性状的相关性只在部分海拔梯度存在。此外,发现SD与SL之间存在稳定一致的负相关关系。这些结果表明,植物气孔特征与叶片形态和化学特征对环境变化的适应存在一定的协同变异性,但这种关系不具有普适性,主要与气孔特征和叶片功能性状的选择压力存在差异以及物种分布范围相关。未来仍需要在更多物种和不同区域内来验证气孔特征与植物功能性状之间的关联关系。     

金星蕨科16种植物叶表皮特征的研究

利用光学显微镜对金星蕨科(Thelypteridaceae)8属16种植物的叶表皮形态进行了观察和研究,为金星蕨科植物的系统演化及分类提供科学依据。结果表明:(1)16种金星蕨科植物的叶片表皮细胞为不规则型,表皮细胞垂周壁大多呈深波状。(2)气孔为下生型,多呈椭圆形;共观察到6种气孔器类型(极细胞型、腋下细胞型、聚合极细胞型、聚腋下细胞型、不规则型和聚围绕细胞型),每种植物具2~5种不同类型的气孔器。(3)金星蕨科8属植物在表皮细胞大小、垂周壁形状、气孔大小和形状、气孔密度、气孔指数和气孔器类型上存在一定的属间差异。     

新疆12种黄芩属植物叶表皮微形态结构的研究

应用光学显微镜和扫描电镜技术对新疆12种黄芩属植物叶片上的微形态特征进行观察。结果表明:该属植物叶的上表皮细胞形状及垂周壁式样有多种形式;而下表皮细胞形状均为不规则形,垂周壁式样均为深波形,不具分类学意义,但叶片两面分布的气孔器,在不同种间气孔大小、气孔密度、气孔指数、气孔外拱盖内缘等方面都存在着显著差异;其表皮角质层纹饰和表皮毛的微形态也各有不同;大多数植物叶片表面具腺点,其大小、分布及疏密程度也有不同。植物叶表皮上的这些微形态特征,可为探讨本属种间的分类学及亲缘关系提供一定的佐证。     

水杉(杉科)的叶表皮结构

研究了采自北京,上海和聊城（山东省）的水杉叶片,叶上下表皮细胞特征一级;从叶顶部到基部,表皮细胞壁有“直-弯曲-直”的趋势,但具有直或稍微弯曲的表皮细胞壁的区域只占整个表皮面积的很小部分,气孔的数量和分布在叶的上下表面明显不同;在某些叶片,上下表面均有气孔分布,但上表面只有1-100个气孔分布在叶片顶部或极少数分布在基部,气孔分布区只占整个上表皮面积的一小部分,有些叶片上表皮无气孔分布,在所有获得的表皮中,下表皮气孔数量睡分布变化不大,中脉两侧从顶部到基部各分布3-8列气孔,没有发现叶片上表面气孔有无或分布差异与北京,上海和聊城三个采集点之间以及与叶片在同一植株不同位置的相关性,杉科的许多属种在叶片的形态和排列上相似。化石标本又多为枝叶形式,有时难以区分,水杉叶表皮结构的研究为杉科化石植物的分类,提供了表皮特征的参照标准。同时气孔参数的获得为研究大气二氧化碳浓度的变化提供了相关数据。     

8种绿化树种光合特性及叶片解剖结构比较

城市绿化不仅包含了园林绿化的美化作用,还具有重要的生态功能,其生态功能是通过植物的生理活动实现的。光合能力在种间和基因型间的变化很大,这些差异通常与代谢和(或)叶片的解剖结构的性质有关。本研究选择8种哈尔滨常见树种,采用Li-6400便携式光合测定系统对叶净光合速率(P_n)、呼吸速率(R_d)、蒸腾速率(T_r)、气孔导度(G_s)、胞间CO_2浓度(C_i)等进行测定,并利用显微镜观察测定叶片厚度、表皮厚度、栅栏组织厚度、海绵组织厚度,从而探讨叶片结构对光合生理的影响。结果表明:8个树种间叶片最大光合速率、气孔导度、胞间CO_2浓度、蒸腾速率、光饱和点差异显著(P <0.05);表皮厚度、栅栏组织厚度、上表皮气孔密度和下表皮气孔密度差异显著(P <0.05)。虽然8个树种间光合能力和叶片解剖结构的差异较大,但分析发现其间也存在一定的相关性。其中,光饱和点与叶表皮厚度显著正相关(P <0.01),相关系数为0.78。胞间CO_2浓度与上表皮气孔密度显著负相关(P <0.05),相关系数为-0.65。而最大光合速率、呼吸速率、蒸腾速率和光补偿点与表皮厚度、栅栏组织厚度、海绵组织厚度、上表皮气孔密度和下表皮气孔密度相关均不显著(P> 0.05)。胞间CO_2浓度与表皮厚度、栅栏组织厚度、海绵组织厚度和下表皮气孔密度相关均不显著(P> 0.05)。光饱和点与栅栏组织厚度、海绵组织厚度、上表皮气孔密度和下表皮气孔密度相关均不显著(P> 0.05)。虽然对叶片结构对生理过程的影响的机理还需要进一步研究,但是我们认为叶片解剖结构的研究可以更好地理解生理指标的变化。