郭成圆, 孟长军, 杜喜春, 井富贵, 王跃飞, 马琳娜

自然降温对桂花叶片形态和生理特征的影响

郭成圆1, 孟长军1, 杜喜春1, 井富贵1, 王跃飞1, 马琳娜2,*

1. 西安文理学院生物与环境工程学院, 西安 710065 2. 中国科学院植物研究所, 北京 100093

叶片是植物对自然降温响应最敏感的器官之一。2017年7月至翌年6月间以西安市园林绿化植物桂花((Thunb.) Lour.)为材料, 探究自然降温对桂花叶片形态和生理特征的影响, 阐明桂花叶片对自然降温过程的适应策略, 为北方森林城市建设物种筛选提供理论基础。结果显示: (1)桂花叶面积与月均温度呈显著正相关(= 0.704,<0.01), 叶面积最大值比最小值大了110.71%。桂花比叶重(LMA)在2017年7月为最小值(6.49 mg·cm-2), 翌年1月升至最大(14.78 mg·cm-2), LMA与叶片相对含水量(RWC)呈显著负相关关系(= -0.563,<0.01)。月均温度从30.5 ℃下降到-0.9 ℃, 桂花叶片干物质含量(LDMC)呈现缓慢增加的趋势。(2)桂花叶片气孔以密而小的方式应对自然降温, 密度与长度显著负相关(= -0.446,<0.01), 气孔密度和长度分别与月均温度呈负和正相关(= -0.509,<0.01;= 0.541,<0.01); (3)桂花叶片叶绿素a含量在7月到10月维持在较高值(18.66 mg·g-1), 12月较此值下降了44.3%。叶绿素b含量在12月达到最大值7.56 mg·g-1, 存在显著的月份差异(<0.01), 类胡萝卜素含量在自然降温过程中呈现缓慢下降的趋势, 最大值比最小值高出36.5%。桂花RWC与月均温度呈正相关(= 0.548,<0.01), 月均温度30.5℃时为最高值80.3%, 翌年3月降至最低, 下降幅度50.9%(<0.01)。研究表明, 桂花为应对北方秋冬季大幅度的自然降温将通过增加叶片干物质的投入和储备, 调整气孔形态为密而小, 降低叶片相对水分含量, 控制体内温度与水分的平衡, 来达到叶片生理与形态之间的有效整合。

叶面积; 气孔密度; 比叶重; 适应策略; 功能性状

0 前言

桂花((Thunb.) Lour.)是传统的优良常绿园林树种, 亚热带植物, 在我国南方地区大量栽培, 但在北方大部分地区特别是秦岭以北很少见, 由于冬季持续低温, 桂花已不大适宜生长[1]。西安市园林植物现约有56科113属, 乔木类桂花近年来亦有集中栽培[2]。但是由于西安冬季气温寒冷, 低温影响桂花正常生理过程和存活率, 所以探究自然降温对桂花的影响至关重要。同时, 本研究从桂花叶片形态和生理层面阐明其对自然降温的适应机制, 为西安森林城市建设物种筛选提供理论基础。

自然降温过程影响北方城市生态系统中植物的生存状态, 植物通过改变自身形态和生理特征以适应低温环境。叶是植物与外界环境接触面积最大的器官, 是植物对自然降温响应最敏感的器官之一, 叶面积和干物质……