1 材料與方法
1.1 研究區(qū)概況
研 究 區(qū) 位 于 新 疆 塔 里 木 盆 地 西 北 邊 緣（81°17'56.52″E，40°32'36.90″N）。研究區(qū)氣候炎熱干燥，多年平均降雨量?jī)H 50 mm 左右，潛在蒸發(fā)量可達(dá) 1 900 mm，年均氣溫 10.8 ℃，年均日照時(shí)數(shù)為2 900 h，是典型的溫帶荒漠氣候。
1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)
本研究以不同徑階的胡楊、灰楊代表其不同的發(fā)育階段。徑階劃分以及標(biāo)準(zhǔn)木確定方法為：以胸徑相差2 cm為標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行規(guī)劃，起始徑階為2 cm。將研究區(qū)內(nèi) 355株胡楊劃分為 2徑階、4徑階、6徑階、8徑階、10徑階、12徑階、14徑階、16徑階、18徑階（9個(gè)徑階代表了胡楊9個(gè)發(fā)育階段）。研究區(qū)內(nèi)共有灰楊301株，劃分方法與胡楊相同，在胡楊、灰楊2~18 cm徑階分別選取3株作為重復(fù)，胡楊、灰楊標(biāo)準(zhǔn)木各27株見表1、表2。
各徑階胸徑和樹齡之間的關(guān)系如下公式：
A=13.679/ (1+3.347 6 ×exp(-0.209 9 D))其中: A是樹齡，D是胸徑。
1.3 采樣方法
胡楊、灰楊葉片發(fā)育成熟時(shí)期，將植株冠高（樹高-枝下高）5 等分，定義 5 等分后由樹冠基部向頂部方向依次為樹冠 1~5 層。在樹冠 5 個(gè)層次的中央位置，按東、南、西、北方位各隨機(jī)采取 1個(gè)當(dāng)年生枝條，每株標(biāo)準(zhǔn)木共采集 20個(gè)枝條。選取每個(gè)枝條基部向頂端方向的第三個(gè)葉片為樣葉，每一個(gè)層次 4 個(gè)葉片，每株標(biāo)準(zhǔn)木共計(jì) 20個(gè)葉片，用于異形葉形態(tài)測(cè)定和制作組織切片。
1.4 葉片形態(tài)結(jié)構(gòu)指標(biāo)測(cè)定方法
異形葉形態(tài)測(cè)定方法：將當(dāng)年生枝條上的葉片按節(jié)位帶葉柄取下，以 MRS-9600TFU2 掃描儀對(duì)葉進(jìn)行掃描，用萬深 LA-S 型植物圖像分析軟件進(jìn)行葉片長(zhǎng)、葉片寬、葉面積、葉柄長(zhǎng)、葉周長(zhǎng)、葉片厚度、葉形指數(shù)（葉片長(zhǎng)/寬比值）的測(cè)量。
異形葉解剖結(jié)構(gòu)測(cè)定方法：取當(dāng)年生枝條上第 3節(jié)位的葉，切取異形葉最寬處材料以 FAA 固定液保存。采用常規(guī)石蠟制片方法制作組織切片，切片厚度 8 μm、番紅固綠雙重染色，中性樹脂封片。在 Lei⁃ca 顯微鏡下觀察測(cè)量異形葉最寬處橫切面表皮組織（表皮細(xì)胞數(shù)、表皮細(xì)胞長(zhǎng)度和寬度）、柵欄組織（柵欄組織厚度、柵欄組織細(xì)胞長(zhǎng)度和寬度）及海綿組織（海綿組織厚度）結(jié)構(gòu)參數(shù)。計(jì)算柵欄組織厚度與海綿組織厚度的比值（柵/海比值）。每葉片觀測(cè) 5 個(gè)視野，每視野觀測(cè) 20 個(gè)值，取 5 個(gè)視野葉片結(jié)構(gòu)參數(shù)的平均值為每葉片結(jié)構(gòu)參數(shù)值。
1.5 數(shù)據(jù)處理
各發(fā)育階段異形葉形態(tài)、解剖結(jié)構(gòu)指標(biāo)參數(shù)為各徑階 3株標(biāo)準(zhǔn)木異形葉形態(tài)、解剖結(jié)構(gòu)指標(biāo)參數(shù)值的平均值。
采用SPSS 17.0軟件數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)對(duì)胡楊、灰楊9個(gè)徑階異形葉 7 個(gè)形態(tài)性狀和 9 個(gè)解剖結(jié)構(gòu)性狀進(jìn)行主成分分析，確定不同徑階異形葉形態(tài)結(jié)構(gòu)差異的主要性狀。常用描述統(tǒng)計(jì)量的計(jì)算和數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換使用 Microsoft Office Excel 2003 軟件。變異系數(shù)(CV)、主成分分析均采用SPSS 17.0軟件。
2 結(jié)果與分析
2.1 胡楊異形葉形態(tài)結(jié)構(gòu)性狀主成分分析
2.1.1 胡楊異形葉形態(tài)性狀主成分分析
從表 3 看出，胡楊異形葉 7 個(gè)形態(tài)性狀在各徑階的變異系數(shù)平均值，從大到小依次為:葉形指數(shù)、葉柄長(zhǎng)度、葉片厚度、葉面積、葉片寬度、葉片長(zhǎng)、葉周長(zhǎng)，說明各徑階均是葉形指數(shù)變異最大（CV=41.9%），說明不同徑階的胡楊異形葉形態(tài)差異較大；其次是葉柄長(zhǎng)度、葉片厚度、葉面積變異系數(shù)較大。葉片寬度變異系數(shù)大于長(zhǎng)度變異系數(shù)，表明葉片寬度變化比長(zhǎng)度變化更豐富，而葉片長(zhǎng)寬的變化間接影響到葉面積的變化，從而導(dǎo)致葉面積的變異較大。
從各徑階 7個(gè)形態(tài)性狀變異系數(shù)可以看出，胡楊異形葉形態(tài)性狀變異系數(shù)從 2 徑階至 18 徑階呈現(xiàn)“拋物線”式的變化，說明 8~14 徑階是胡楊異形葉形態(tài)性狀變異比較大的階段，而 18 徑階葉形態(tài)性狀的變異系數(shù)變化的幅度，是所有徑階中最小的，說明 18徑階胡楊異形葉形態(tài)性狀趨于穩(wěn)定。由此表明，胡楊異形葉形態(tài)性狀的變異在不同徑階有所不同，異形葉形態(tài)性狀變異具有階段性的特點(diǎn)。
由表 4 可知，前兩個(gè)主成分占總變異的 97.6%，其中第一主成分對(duì)總變異的貢獻(xiàn)率為 52.8%，7 個(gè)形態(tài)性狀對(duì)第一主成分影響較大的三個(gè)性狀有葉周長(zhǎng)、葉面積、葉片厚度；第二主成分對(duì)總變異的貢獻(xiàn)率為 44.8% ，對(duì)第二主成分影響最大形態(tài)性狀為葉片長(zhǎng)度。總的看來，葉周長(zhǎng)、葉面積、葉片厚度、葉片長(zhǎng)度 4個(gè)性狀影響異形葉形態(tài)變化，是造成胡楊不同徑階異形葉形態(tài)性狀差異的主要內(nèi)在因素。
2.1.2 胡楊異形葉解剖結(jié)構(gòu)性狀主成分分析
從表 5可以看出，胡楊異形葉解剖結(jié)構(gòu)性狀在各徑階的變異系數(shù)具有明顯的差異，葉片解剖結(jié)構(gòu)性狀中 9個(gè)指標(biāo)均有變異，其中變異系數(shù)最大的是柵欄組織細(xì)胞數(shù)和表皮細(xì)胞數(shù)。
從表 6 可見，前 3 個(gè)主成分構(gòu)成的信息量占總信息量的 91.3%。其中第一主成分對(duì)總變異的貢獻(xiàn)率為 42.1%，對(duì)第一主成分影響最大的結(jié)構(gòu)性狀是葉片的柵欄組織厚度；第二主成分對(duì)總變異的貢獻(xiàn)率為35.2%，對(duì)第二主成分影響最大的結(jié)構(gòu)性狀是海綿組織厚度；第三主成分占總變異的 14.0%，表皮細(xì)胞長(zhǎng)度具有最大的影響。結(jié)果表明，表皮細(xì)胞長(zhǎng)度、海綿組織厚度、柵欄組織厚度是造成不同發(fā)育階段胡楊 9個(gè)徑階異形葉解剖結(jié)構(gòu)差異的主要因素。
2.2 灰楊異形葉形態(tài)結(jié)構(gòu)性狀主成分分析
2.2.1 灰楊異形葉形態(tài)性狀主成分分析
對(duì)灰楊異形葉的 7個(gè)形態(tài)性狀進(jìn)行測(cè)量統(tǒng)計(jì)，發(fā)現(xiàn)灰楊異形葉的 7 個(gè)形態(tài)性狀在各徑階都存在不同程度的變異（表 7），變異系數(shù)平均值從大到小依次為: 葉柄長(zhǎng)、葉面積、葉形指數(shù)、葉片寬度、葉片厚度、葉周長(zhǎng)、葉片長(zhǎng)度。變異系數(shù)最大的是葉柄長(zhǎng)（CV=12.4%）說明不同徑階間異形葉葉柄長(zhǎng)度變異較大；其次變異系數(shù)較大的是葉面積（CV=11.0%），葉片寬度變異系數(shù)大于葉片長(zhǎng)度變異系數(shù)，當(dāng)葉片長(zhǎng)度變異最小時(shí)，葉片寬度變異可能就成為影響葉面積變異的主要因素。
從各徑階 7 個(gè)形態(tài)性狀變異系數(shù)可以看出，12~14 徑階異形葉形態(tài)性狀變異幅度最大的階段，而8 徑階異形葉形態(tài)性狀變異幅度最小。說明該階段異形葉形態(tài)性狀比較穩(wěn)定。由此說明，灰楊異形葉形態(tài)性狀的變異在不同徑階存在差異。
表 8 表明提取的主成分占總變異的 93.1%，其中第一主成分占總變異的 75.6%，影響較大的有：葉片寬度、葉片厚度、葉面積、葉周長(zhǎng)；第二主成分對(duì)總變異的貢獻(xiàn)率為 17.5% ，對(duì)其影響最大的性狀為葉形指數(shù)。總的看來，葉周長(zhǎng)、葉片厚度、葉面積、葉片寬度與葉形指數(shù) 5 個(gè)性狀是造成灰楊不同徑階異形葉形態(tài)性狀差異的主要因素。
2.2.2 灰楊異形葉解剖結(jié)構(gòu)性狀主成分分析
灰楊異形葉解剖結(jié)構(gòu)性狀在各徑階的變異系數(shù)如表 9，在各徑階中，異形葉解剖結(jié)構(gòu)性狀均是柵欄組織細(xì)胞數(shù)和表皮細(xì)胞數(shù)變異系數(shù)最大，說明各徑階異形葉解剖結(jié)構(gòu)的變化主要體現(xiàn)在柵欄組織細(xì)胞數(shù)和表皮細(xì)胞數(shù)的變化上。
從表 10 可以得出，提取出的信息量占總信息量的 93.5%。 其 中 第 一 主 成 分 占 總 變 異 貢 獻(xiàn) 率 的46.7%，對(duì)第一主成分影響最大是表皮細(xì)胞數(shù)、柵欄組織細(xì)胞數(shù)、海綿組織厚度；第二主成分對(duì)總變異的貢獻(xiàn)率為 24.4%，對(duì)第二主成分影響最大的結(jié)構(gòu)性狀是表皮細(xì)胞寬度、柵欄組織厚度；第三主成分占總貢獻(xiàn)率的 22.4%，對(duì)第三主成分影響最大的性狀是表皮細(xì)胞長(zhǎng)度、柵欄組織細(xì)胞長(zhǎng)度。表皮細(xì)胞數(shù)、海綿組織厚度、柵欄組織厚度及柵欄組織細(xì)胞數(shù)是決定灰楊不同發(fā)育階段異形葉結(jié)構(gòu)差異的主要內(nèi)在因素。
2.3 胡楊、灰楊異形葉形態(tài)結(jié)構(gòu)性狀與徑階相關(guān)性分析
表 11 顯示，胡楊葉柄長(zhǎng)、葉片寬度、葉面積、葉周長(zhǎng)、葉厚度、表皮細(xì)胞數(shù)目、表皮細(xì)胞寬度、柵欄組織數(shù)目、柵欄組織長(zhǎng)度、柵欄組織寬度與徑階呈極顯著正相關(guān)（P<0.01），柵海比與徑階呈顯著正相關(guān)（P<0.05），而葉片長(zhǎng)度、葉形指數(shù)與徑階呈極顯著負(fù)相關(guān)，海綿組織厚與徑階呈顯著負(fù)相關(guān)，結(jié)果表明胡楊異形葉形態(tài)結(jié)構(gòu)性狀與徑階有密切的相關(guān)性，即與胡楊不同發(fā)育階段有關(guān)聯(lián)。
從表 12可以看出灰楊葉柄長(zhǎng)、表皮細(xì)胞數(shù)目、表皮細(xì)胞寬度、柵欄組織數(shù)目、柵欄組織寬度、柵欄組織厚度、柵海比與徑階呈極顯著正相關(guān)（P<0.01），葉面積、葉周長(zhǎng)與徑階呈顯著正相關(guān)（P<0.05），而海綿組織厚度與徑階呈極顯著負(fù)相關(guān)。表明葉柄長(zhǎng)、葉面積、葉周長(zhǎng)及在葉片最寬處橫切面表皮細(xì)胞長(zhǎng)度、表皮細(xì)胞寬度、柵欄組織長(zhǎng)度、柵欄組織厚度、海綿組織厚度、柵海比隨徑階的增加而增加。說明灰楊形態(tài)結(jié)構(gòu)性狀與徑階具有一定的關(guān)聯(lián)性。
結(jié)合表 11、表 12 來看，胡楊、灰楊異形葉形態(tài)結(jié)構(gòu)性狀與徑階具有密切的相關(guān)性，隨徑階的變化而變化，并且在胡楊、灰楊個(gè)體間的異形葉形態(tài)結(jié)構(gòu)形狀參數(shù)間也有極顯著的正、負(fù)相關(guān)性。說明胡楊、灰楊個(gè)體間的異形葉形態(tài)結(jié)構(gòu)形狀指標(biāo)也存在著相輔相成的協(xié)同變化關(guān)系。
原文引用
曲文蕊,韓曉莉,翟軍團(tuán),李志軍.不同發(fā)育階段胡楊、灰楊異形葉形態(tài)結(jié)構(gòu)變化特征[J].塔里木大學(xué)學(xué)報(bào),2021,33(02):14-24.
