中国117种草地植物叶片解剖特征及其对气候的响应

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植物作为生态系统的第一生产者,是环境变化影响最直接的承受体。生长在不同生境下的植物,表现出结构上的不同,并可利用各种可能的方式来适应环境的变化。叶片作为植物体暴露在环境中面积最大的器官,最易受到并反映水分、温度、光照等环境因子变化所带来的影响,其结构特征也最能体现植物对环境的适应,了解植物叶片形态解剖结构对环境变化的响应是探索植物对环境变化的适应机制及其生活史策略的基础。 本文利用植物组织制片技术对我国西藏、内蒙、新疆三地主要草地分布地区137个样地的117种植物的叶片进行研究,对比了西藏高寒草地、内蒙温带草地和新疆山地草地植物叶片的形态解剖特征,研究了叶片各解剖特征之间的相关性,并分析了叶片解剖结构与气候因子之间的关系,得出了如下结论: (1)单子叶植物的上表皮厚度、下表皮厚度、叶片总厚度的平均值大于双子叶植物。这可能是因为在本研究区内,大部分双子叶植物的分布地区水分状况好于单子叶植物,使得总体上单子叶植物的旱生结构比双子叶植物要发达,因此表皮和叶片厚度都大于双子叶植物。禾草的上表皮厚度、下表皮厚度和叶片总厚度的平均值在禾草(grass)、杂类草(herb)、灌木(shrub)中均为最大,而灌木类的均为最小。单子叶植物中,西藏的植物叶片的各解剖指标值均小于其他两地对应的指标;双子叶植物中,西藏的叶片除了叶肉细胞密度外,其余五个研究指标的平均值都高于内蒙和新疆。单子叶和双子叶植物叶片各解剖指标之间都存在显著的相关性。除了双子叶植物的叶肉细胞密度外,其余各指标之间均为显著正相关的关系。 (2)单子叶植物叶片的各解剖指标随着水分指数(Im)的增大而减小,随着干燥指数(可能蒸散率,PER)的增大而增加,这表明单子叶植物叶片的各解剖指标随着干旱程度的加剧而增大。与单子叶植物的不同,双子叶植物叶片的解剖指标随着水分指数的增加,一些指标(上表皮厚度、叶片总厚度、叶肉细胞表面积和体积)呈现增加的趋势,而另一些指标(如下表皮厚度、叶肉细胞密度)没有显著的响应。随着可能蒸散率的增加,双子叶植物的部分指标(上表皮厚度、叶肉细胞表面积和体积)呈现增加的趋势,而其他指标(下表皮厚度、叶片总厚度、叶肉细胞密度)没有明显的趋势,说明双子叶植物叶片的各解剖指标随着干旱程度的加剧无一致的响应趋势。造成单子叶、双子叶与气候因子关系的这种差异的可能原因是双子叶植物所属的科属比较分散且科属数量较大,使得不同的科属对于植物的影响超过了气候对植物的作用,故对于气候因子未表现出一致且明显的趋势。 (3)主成分分析的结果显示,当环境温度升高且缺水而变得干旱时,单子叶植物的叶片会以增加输导组织的大小来响应,以便保持叶片足够的水分来抵御干旱,而叶片的保护组织(如表皮)则没有明显的变化(如增厚以保水等措施)来抵抗干旱;说明单子叶植物叶片的保护组织(上、下表皮)是相对比较保守的性状。双子叶植物叶片的解剖指标对于气候因子的变化未形成如单子叶植物叶片一样的增厚叶片的某些结构来适应环境的机制。 (4)单子叶植物的叶片解剖结构的变化,气候因子的解释率高于植物的科的解释率,说明气候因子的影响要大于植物自身的特性(植物所属的科及功能型);而双子叶植物的叶片解剖结构的变化,植物自身的特性的解释率高于气候因子的解释率,说明植物自身的特性的影响要大于气候因子的影响。
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