赵国华，李 厦，尤海舟，马 闯

(1.承德市滦平国有林场总场，河北滦平 068250；2.河北省林业和草原科学研究院，河北石家庄 050061；3.河北丰宁沙地生态系统国家定位观测研究站，河北丰宁 068357；4.天津农学院，天津 300380)

栓皮栎(Quercusvariabilis)隶属于壳斗科栎属，分布范围广泛，是我国暖温带落叶阔叶林和亚热带常绿落叶阔叶混交林的重要组成树种，但随着全球气候变化，分布面积逐年减少，稳定性遭到破坏[1]。目前学者对栓皮栎的研究主要集中于生态学特性、地理分布、资源培育与综合利用等方面[1-3]，未来研究重点为残败次生栎林的恢复，林下实生更新是恢复的关键。马莉薇等[2]研究发现，幼苗生长喜光，但栓皮栎种群中上层大树枝繁叶茂，直接降低了栓皮栎2～3年生幼苗的成活率，因此，研究光照胁迫对栓皮栎的影响具有重要意义。

光照是影响植物形态和功能的重要因子，对植物的生长、发育和演化具有重要作用[4]，植物在遭受光胁迫时，通常会在根、茎、叶等形态结构上表现出一系列适应性特征。 叶片作为植物生长发育过程中可塑性较强的器官，其形态结构特别是解剖结构特征的变化与植物的耐阴性密切相关，有研究表明，随着遮阴程度的加重，核桃叶片上下表皮厚度、海绵组织、栅栏组织厚度、海绵组织/栅栏组织均显著降低[5]。长期遮阴处理下，多脉青冈和金叶含笑新生叶的叶片表皮细胞变薄，栅栏组织厚度减小，排列疏松，海绵组织厚度相对增加，新生叶叶片解剖结构产生了适应性变化[6]。随着遮阴程度的增加，白三叶叶片面积、上表皮细胞厚度、海绵组织厚度增加，其余解剖结构指标减小[7]。由此可见，光照胁迫对不同树种叶片解剖结构的影响不同，开展光照胁迫下叶片解剖结构特征研究有助于进一步揭示植物对遮阴环境的形态响应与适应机制。因此，笔者设置3个等级光照胁迫，对栓皮栎叶片解剖结构进行研究，分析栓皮栎叶片对光照胁迫的适应性和反应机制，旨在为提高栓皮栎幼年实生苗成活率及增加产量提供理论指导。

1 材料与方法

1.1 试验区概况试验于2019年6月至2020年10月在河北省易县洪崖山国有林场管理局七里亭示范场苗圃进行，地理位置115°2′E，39°32′N。该区属于北温带亚湿润气候，为典型的大陆性气候，冬季和春季多风，夏季降雨集中，且多暴雨。年均气温11.8 ℃，年均降水量623.0 mm，土壤主要是在砂页岩坡积物上发育的山地淋溶褐土和山地粗骨性褐土，质地为壤土或砂壤土。

1.2 试验材料于2019年6月20日对2年生长势良好、健康、无病害的栓皮栎苗木进行遮阴网遮阴设计处理，设置3个光照胁迫梯度，选取3种不同透光率的遮阴网进行遮阴：处理C1，3针遮阳网(透光率45%)；处理C2，6针遮阳网(透光率25%)；处理C3，3针+6针遮阳网(透光率8%)；CK，全光照。通过6400光合测定系统测定各处理的光照强度。每处理不少于50株，试验进行至2020年生长季末，在试验期间对每个处理苗木进行相同的日常管护。2020年8月摘取各处理生长健康、长势均匀的带枝条新鲜叶片数枚，于叶面喷施少量保水剂，保存于透明密封袋中，4 ℃低温条件下运送至天津农学院。

1.3 试验方法试验采用石蜡切片法，将4个梯度下栓皮栎叶片处理后，制成石蜡切片，在Leica DM4000 B 生物显微镜下观察其解剖结构，然后使用LAS V4.5软件对叶片栅栏组织、海绵组织、上下表皮厚度、叶片厚度、叶脉直径进行测量，每组数据3次重复。计算栅栏组织厚度/海绵组织厚度，并按下式计算结构紧密度：结构紧密度=栅栏组织厚度/叶片厚度。

1.4 数据处理先采用Microsoft Excel 2010导入和整理数据，然后采用SPSS 18.0软件对栓皮栎不同光照胁迫下的上表皮、下表皮、栅栏组织、海绵组织、叶片厚度、主脉直径厚度进行单因素方差分析，在α=0.05水平上进行一维方差统计分析，采用Duncan法进行多重比较，判断差异显著性，最后采用sigmaplot12.5软件作图。

2 结果与分析

2.1 不同遮阴处理下栓皮栎叶片解剖结构将制作完成的石蜡切片置于生物显微镜下观察，结果见图1。从图1可以观察到栓皮栎4个处理的上下表皮呈单层细胞排列，排列紧密，上表皮细胞大于下表皮细胞。栅栏组织和海绵组织分化明显，栅栏组织紧挨上表皮，海绵组织紧挨下表皮。图2为主脉结构。

注：UE.上表皮；LE.下表皮；PA.栅栏组织；SP.海绵组织；VB.维管束Note：UE.Upper epidermis;LE.Lower epidermis;PA.Fence tissue;SP.Sponge tissue;VB.Vascularburndle图1 栓皮栎表皮与叶肉解剖结构(标尺：100 μm)Fig.1 Anatomical structure of epidermis and mesophyll of Quercus variabilis(Scale:100 μm)

2.2 光照胁迫对栓皮栎幼苗叶片上、下表皮厚度的影响从图3可见，在不遮阴处理(CK)下，栓皮栎幼苗叶片上表皮厚度为(22.45±2.57) μm，下表皮厚度为(7.32±0.19) μm。不同程度光照胁迫均造成栓皮栎上、下表皮厚度显著减少，与CK相比，C1、C2、C3处理使栓皮栎上表皮厚度分别减小18.10%、19.80%和29.84%，下表皮厚度分别减少12.94%、19.45%、28.17%。C1和C2、C2和C3处理间上、下表皮间厚度差异均不显著，C1处理上、下表皮厚度显著高于C3。

注：不同小写字母表示处理间差异显著(P<0.05)Note:Different lowercase letters indicate significant differences between treatments (P<0.05)图3 不同光照胁迫下栓皮栎幼苗叶片上、下表皮厚度Fig.3 Thickness of upper and lower epidermis of Quercus variabilis leaves under different light stress

2.3 光照胁迫对栓皮栎幼苗叶片厚度、主脉直径的影响由表1可知，CK的栓皮栎叶片厚度为157.28 μm，与CK相比，各光照胁迫处理均会造成栓皮栎叶片厚度显著减少(P<0.05)，C1、C2、C3处理的栓皮栎叶片厚度分别降低12.87%、24.19%、25.49%。C2和C3处理栓皮栎叶片厚度间差异不显著，C1和C3处理间差异显著。CK的栓皮栎主脉直径为1 119.02 μm。遮阴处理可使栓皮栎主脉直径显著下降(P<0.05)，与CK相比，C1、C2、C3处理的栓皮栎主脉直径分别下降5.08%、12.92%、14.54%，且不同处理间主脉直径差异显著性变化与叶片厚度一致。

表1 不同光照胁迫下栓皮栎叶片厚度和主脉直径

2.4 光照胁迫对栓皮栎幼苗叶片海绵组织和栅栏组织的影响从图4可以看出，在CK处理下，栓皮栎幼苗叶片海绵组织细胞厚度为(57.90±2.32) μm，栅栏组织细胞厚度为(65.65±1.12) μm。与CK相比，C1处理栓皮栎叶片海绵组织厚度增加了7.50 μm，C2、C3处理降低6.06%、19.67%，C1、C2、C3处理栅栏组织细胞厚度分别降低14.23%、25.87%、36.29%。与CK相比，C1处理栓皮栎海绵组织细胞厚度差异不显著，C3处理显著降低；C3与C1处理间海绵组织细胞厚度差异显著。栓皮栎叶片海绵组织和栅栏组织细胞厚度均随光照胁迫的增加呈显著降低趋势(P<0.05)。

注：不同小写字母表示处理间差异显著(P<0.05)Note:Different lowercase letters indicate significant differences between treatments (P<0.05)图4 不同光照胁迫下栓皮栎幼苗叶片海绵组织和栅栏组织的细胞厚度Fig.4 Cell thickness of palisade tissue and sponge tissue of Quercus variabilis seedlling under different light stress

2.5 光照胁迫对栓皮栎叶片栅栏组织厚度/海绵组织厚度和结构紧密度的影响由表2可知，随着光照胁迫的增强，栓皮栎叶片栅栏组织厚度/海绵组织厚度呈波动式变化，结构紧密度(栅栏组织/叶片厚度)均表现不同程度的降低。CK栅栏组织厚度大于海绵组织厚度，随着光照强度减弱，栅栏组织厚度逐渐小于海绵组织厚度。一般而言，叶片栅栏组织越厚，细胞排列越紧密，海绵组织越厚，细胞排列越疏松，说明不同程度光照胁迫下，栓皮栎叶片栅栏组织厚度下降趋势大于海绵组织厚度。

表2 不同光照胁迫下栓皮栎幼苗叶片栅栏组织/海绵组织、结构紧密度

3 结论与讨论

一般来说，叶片厚度增加、表皮结构发达和栅栏组织发达是适应强光和旱生叶片的典型特征，而叶片变薄、海绵组织疏松通气则是叶片适应弱光和水分供给充足环境的一种适应特性[8]。该研究中，栓皮栎叶片细胞通过改变自身结构来适应弱光环境，叶片厚度、上表皮厚度、下表皮厚度、栅栏组织厚度、栅栏组织厚度/海绵组织厚度随着光照胁迫程度的增强呈现降低趋势，海绵组织厚度随着光照胁迫程度的减弱呈现先增加后降低的特点。

3.1 光照胁迫对表皮厚度和主脉直径的影响叶片上下表皮由一层扁平长椭圆形保卫细胞组成，无色透明，有利于光线进入，细胞不规则，彼此嵌合，排列紧密，且下表皮细胞厚度较低。叶片表皮细胞通过改变自身结构来适应弱光环境，光照越弱，对叶片表皮厚度影响越大，通过降低叶片厚度来提高自身光能利用效率，有逐渐趋于阴生叶的趋势[9]。李冬林等[10]研究光照胁迫对连香树幼苗光合特性及叶片解剖结构的影响，王家保等[11]研究光照胁迫对番茄幼苗叶片影响时也得到与该研究同样的结果。

主脉是叶片疏导组织，主要运送水和无机盐等，其在遮阴较弱时，叶片为保持水分、无机盐等运输的稳定性，积极适应光照环境改变，耐性较强，但随光照胁迫程度逐渐增强，对叶片主脉影响也变大[12]。这与覃凤飞等[13]对光照胁迫条件下3个不同秋眠型紫花苜蓿品种叶片解剖研究结果一致，而薛黎等[14]研究发现，随着光照胁迫程度的增强，闽楠幼苗光合及其叶片主脉有增大趋势。

3.2 光照胁迫对栅栏组织和海绵组织的影响栅栏组织是叶肉组织的一部分，位于叶片上表皮下方，呈长棒状结构，排列紧密，对叶片起着支撑作用，且叶绿体含量丰富，是进行光合作用的主要场所。相关研究表明[15]，方形或椭圆形的栅栏细胞可提高近轴面和侧面叶绿体数量，有利于进行光合作用。该研究发现，光照胁迫程度增强会使栓皮栎叶片栅栏组织厚度显著减小，说明栓皮栎通过降低叶片栅栏组织厚度来适应弱光环境，使叶绿体含量增加，从而促进光合作用。原慧芳等[16]研究土沉香幼苗叶片解剖结构对光的适应性变化规律，杨文权等[7]研究不同光照胁迫处理下白三叶叶片解剖结构，均发现随光照环境减弱，栅栏组织厚度显著下降。

海绵组织也属于叶肉组织，位于栅栏组织和下表皮之间，细胞大小和形状不规则，有时形成短臂状凸起，并相互连接形成较大的细胞间隙，有利于水分蒸腾及气体交换。一般认为，在弱光环境下，叶片趋于阴生叶特征，海绵组织发达，这对减少光量子投射损失，提高弱光环境下光量子利用效率具有重要意义[17]。李萍[12]对3种卷瓣凤梨中“格拉齐”的海绵组织研究和王荣等[18]对遮阴下枫香幼苗的研究结果均表明，随着遮阴程度的增加，海绵组织厚度呈增大趋势。该试验结果发现，栓皮栎海绵组织厚度也随着遮阴程度的增加呈先增加后降低趋势。