全 文 ：第 4 3卷第 6期
2 0 0 7年 1 2 月
兰州 大学学报 ( 自然科学版 )
J o , l r , 、 a l o f L a n z h o u U n i v e r s i t y (N a t , i r a l S e i e cn es
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2 0 0 7
文章编号 : 0 45与一 20 59 ( 20 0 7 )0 6一 00 25一 04
两种圆柏属植物叶片元素季节性变化的比较
李善家 ` , 汤红官2 , 张有福 2 , 陈 拓 2 , 陈银萍3 , 安黎哲划 , 蔺海明 `
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t士肃农 业大学 农 , ’产院 , 才r肃 咬州 7 3 ( j。入 } ; 2 . `! ` l阅科` ’沂院 寒 tK ’ ,毛IK环境与 l:程研究月r , 11一淑` ’ 今州 73 ( )` H)( );
3
. 兰州交通大 `、户土木 厂程 `货院 , 1「肃 狡州 :73 汉)7 。 ; 4 . 狡州大 `爹 生命科学 `华院 , 1「,付 畴 州 :7川 () )( )
摘 要 : 运川 能 l止色散 i普( E l〕 s )分析技术又寸I` iJ属 常绿 乔木抗 ` . t抗寒性 不 I: `j的祁连 I员I牛自和 f` ! l杯1 6 不
同月 份叶片元 素质 {.七分数进 行分析 , 研究 f 两种 圆柏 届植 物叶 片 元素的 季 协变 化 和杭 ’ .气抗 寒性
的关 系 . 结 果表 l梦l : 祁 连 圆柏 少C素质 l迁分数高低的顺 J了为 c * 、 > K > ( )l > 5 1> s > M g > 一, ) N : 、 , 一自, I`、 I杆一的
为 C a > K > C I> 5 1> S> x) > M g > N a . ,$’ 温 , l几长和低 温休 1民阶段 C a , (了l , M 只和 N ;、 了l 书l二j生I` 11小自和 11, 11个I’ I , I, rl勺
丰11对 ,、石低发 , t几变化 . 在冬季 , 圆柏 P 和 S 积 累较多 , 祁连圆柏 N , L , M “ , 5 1积 累较 多. 1`}l个( I J属植 lMj ll } j犷, L
素季 l丁的规律性变化足对环境的适应性反应 .
关键词 : 圆柏 i)4 ; 元素 ; 抗 旱抗寒性 ; 季 协变化
中图分类号 : Q 9 48 ; Q 142 文献标识码 : A
C o m P a r at i v e s t u d y o n s e a s o n a l v a r iat i o n s i n e l e m e nt
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植物叶片化学成分反映植 物在一定生境 下从 有明显 的差异性 zIJ . 许 多研究 证实 , 树木元素的
土壤 中吸取和积蓄矿质养分 以及对环境 的适应能 质量分数及其变化 与环境 变化有关 , 且其变化也
力 , 并受植物 的种 类及遗传性控 制 1] . 不同 土壤 是对环境适应 的重要特征 [3一 4 ] . 树木 矿质元素的
中植 物吸收营养元素的质量浓度及其 季节变化具 分布特征是树木分类和评价其适应特征的有效指
收稿 日期 : 20 0 7一 0 3一 0 8 . 修改稿收到 日期 : 20 0 -7 0 9 一 1 .7
基金项 目 : `! ’ 囚 科学院西部之光项 日 、 国家自然科学基金项 日 ( 4 0 3m 01 6) 和甘肃省自然科学基金项 目 (3 2 5 0 51 一 A 2 5一 (〕6 7 )资助 .
作者简介 : 汤红官 l( 96 3一 ) , 男 , 江苏姜堰人 , 博十后 , 研究方向为环境 ,: 程 , 通讯联 系人 , E一 m ia 卜 t al lg h ga n g侧 uz · e( l cn ·
DOI : 10. 13885 /j . i ssn. 0455 -2059. 2007. 06. 010
兰州大学学报 ( 自然科学版 ) 第 4 3 卷
标!” 一 6 ]. 红树植物叶 片衰老过程 中元素的季节变
化发 现 , N , P 和 K 在 叶片内重新分配 , 而 C a , M g ,
N a 和 C I没有图 . 而对 同一地 区抗早 、 抗寒性不同
的圆柏属常绿植物叶片元素质量分数 的比较研究 ,
还 未见文献报道 . 本文将抗旱 、 抗寒性 不同的祁
连 圆柏 ( S a b诬。 a p o e w a ls k坛饭)和圆柏 ( S a乙坛。 a e h`n e。 -
骊 , )引种在同一试验地 , 对生长于完全相 同生境下
的两种植物叶片元素质量分数及其季节性变化进
行比较研究 , 以探索抗旱 、 抗寒性与叶片矿质元素
质量分数的关系 , 揭示 圆柏属植物的抗寒特征 . 叶
片是植物对环境响应最敏感的组织 , 分析叶片的
元素质量分数及其季节变化对于植物抗逆性具有
重要意义 sl[ .
1 材料与方法
L l 试区气候概况
试 验 地 位 于 兰 州 市东南 20 km 处 的 榆 中 县
二 阴 山 区 ( 10 3 0 50`、 10 4 0 1 0` E , 3 5 0 3 5 `、 3 5 0 5 8`N ) , 海
拔 1 60 m . 该区属干旱半干旱气候区 , 其气候干
燥 , 年平均气温 .7 6 “ C , 极端最 高温度 28 .4 “ C , 极
端最低温 度 一 13 .9 “ C , 年平均无 霜期 1 0 d , 年平
均降水量 3 62 m m , 年平均空气相对湿度 59 . 8% , 年
均 日照时数 7 . 2 h . 2 0 0 4年 8月 ~ 2 0 0 5年 3月平均温
度分别为 18 . 4 “ C , 13 . 6 “ C , 7 . 6 “ C , 一 0 . 6 “ C , 一 5 . 6 “ C ,
一 6 4 “ C , 一 2 . 5 “ C , 3 . 3 ” C .
L Z 植物 材料
选择移栽 在同一块试验地的 4年生祁连 圆柏
和圆柏各 20 株 . 于 2 004 年 8月 、 20 05 年 3月每月下
旬剪取 叶片 , 蒸馏水冲洗 s m in , 然后用 去离子水
冲洗 3次 , 置烘箱中 , 1 1 0 “ C 杀青 10 m i n , 50 “ C 下干
燥 4 8 h .
L 3 元素质 , 分数 的侧定
参 照 H ar ve y等 0I] 的方法 , 将烘 干 的样 品置玛
瑙研钵中研磨成粉末 , 用 双面胶粘在铝材的平板
上 , 置于 SJ 舔 5 60 VL 低真空 扫描 电子 显微 镜 (日
本 )X se 射线能量色散谱仪 (美国 ), 进行能谱扫描 , 每
种元素质量分数以所测元素 (C , N a , M g , A I , 5 1, p ,
S
,
C I
,
K
,
C a) 的相对重量百分比表示 . 每个样品测
定 3次 .
2 结果与分析
2
.
1 元素变异分析
生长在同一环境下植物叶片元素质量分数高
低的变化是植物本身代谢特征的体现 , 也体现 了
对环境的适应性 . 祁 连圆柏 和圆柏不同元素在叶
片中的质量分数差异较大 , 而元素高低的顺序变
化不明显 . 除 M g 和 P 外 , 两种 圆柏属叶片元素的
高低变化基本一致 , 祁连 圆柏几种元素质量分数
的高低顺序为 C a > K > lC > iS > s > M g > P > N a , 而 圆
柏 的 为 C a > K > C I> 5 1> S > P > M g > N a . 除 K 和 M g
外 , 其余各元素均为祁连 圆柏叶片的平均质量分
数高于圆柏的 (图 1 , 表 1) .
表 l 圆柏属植物叶片元素相对质 t 分数月份变化
1乞b . 1 入4 e a n o f e l e m e n t e o n t e n t i n t h e l e a v e s
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树种 K N a C a M g s i C I P S
圆柏 1 0 . 2 6 1 . 4 6 14 . 5 9 4 . 0() 4 . 7 5 6 7 5 3 . 9 1 4 . 15
祁连圆柏 7名 3 1 . 6 4 1 5 . 1 1 3 . 7 0 5 . 9 7 6 9 2 4 . 14 4 、 9 8
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祁连圆柏和圆柏植物 E D S波谱图
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.2 2 元素季节性变化
生长季节和冷冻休眠季节祁连 圆柏和圆柏 叶
片的元素质量分数相对高低发生了变化 (图 2 ) . 祁
连圆柏 8、 1 1月叶片的 N a , M g , C I质量分数分别高
于圆柏的 , 但 一2 月 、 l ~ 3 月祁连圆柏叶片的 。 (N a ) ,
。 (M g ) , w (C I)依次低于圆柏的 (图 2 ) . 5 、 1 1月祁连
圆柏 叶片的 。 (C a )低于圆柏 的 , 但 12月 、 1、 3月祁
连圆柏叶片的 。 (C a) 高于圆柏的 (图 2 ) .
祁连 圆柏和圆柏叶片元素质量分数存在一定
的月份变化 (表 2 , 图 2 ) . 不同月份圆柏叶片的 K 质
第 6期 李善 家 , 等 : 两种 圆柏属植物叶片元素季节性变化的 比较
量分数高于祁连 圆柏的 . 相关 分析表 明 , 月平均
气温 变 化 与圆柏 叶 片 K 质 量 分数 呈极 显著正相
关 (r 二住 9 45 , p < .0 01 ) , 祁连 圆柏叶片 的 K 质量分
数 与月平均气温也呈 正相关 关系 . C a 和 K 的质量
分 数 变 化趋势相 似 , 月 平 均气温 的变 化 与 祁连
圆柏和 圆柏的 C a 质量分数均呈正 相关关系 . N a ,
M g
,
is
,
P 和 S 在 圆柏和祁 连 圆柏 叶 片 中积 累存
在较大 的差异 . 圆柏 叶片 N a , M g , iS 的质量分数
与月 平 均气温 变 化 均呈 显 著正相 关关 系 , 而祁
连 圆柏 叶片 N a , M g , iS 的质 量分数与月平均气 温
变化呈 负相关关系 ; 月平 均气 温与圆柏叶 片的 P,
S和 lC 质量 分数均呈负相关 , 但与祁 连 圆柏叶 片
的 P , S和 lC 质量分数均 呈正相关 , 可见两种圆柏
属植物随气温变化的差异较明显 .
F i g
.
2 S e ver
a l e lem
e n t s e o n t e n t o f aS b` n a le va e s i n d i肠 r e n t m o n t h s
表 2 圆柏属植物叶片元素质盆分数与月均温的相关系数
l b b
.
2 C o r r e l a t i o n e o e份 e i e n t s b e t we e n e l e m e n t e o n e e n t r a t i o n a n d m o lt h l y m e a n t e m P e r a t u r e
树种 M g
圆柏
祁连圆柏
0习 4 5* *
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.
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一 0 . 5 5 4
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一 0 4 7 6
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,
0 4 9
* * 尸 < a 0 1 , * 尸 < .0 0 5
3 讨论
从 总变化趋 势看 , 除 M g 和 P 外 , 两种 圆柏属
元素质量 分数的高低变化一致 . 祁连 圆柏几种元
素质量分数高低顺序为 C a > K > cl > is > s > M g > P >
N a
, 而圆柏的为 C a > K > lC > iS > S > P > M g > N a . 在
月份变化上也有类 似的趋同性 , 如祁连圆柏和圆
柏叶 片 K 的质 量分数 随气温 的变化趋势一致 , 均
呈正相 关关 系 . 林睦就等 ln[ 对 15 种针 叶树种 的研
究表 明: 针 叶树种 N , P 和 K 的季 竹变化模式相似 ,
尤 其是 P 和 K . 元素质量 分数 的高低顺序 和季节
变化在 两种圆柏属植物一致 的现象 , 说明两种 圆
柏属植物遗传特性的相似性 , 而降温后部分元素
质 量分数的相 对高低变 化是不 同树 种间存在遗
传差异 的反映 . 如 8~ n 月祁连圆柏叶片的 C a 质量
分数低于圆柏 的 , 但 12 月 、 1~ 3月的祁连圆柏叶片
的 c a 质量分数高于圆柏 的 (图 2 ) .
叶片一些 养分元 素的富集是植物环境的适 应
性体现 , 高山植物强烈地 富集 N a , C a 有助于提高
植物生理代谢机能 , 增强 对寒冷生境的适应性 l` 0] .
祁连 圆柏和圆柏均属 常绿树种 , 抗旱 和抗寒性强 ,
但祁连圆柏主要分布在海拔 2 70 ~ 3 00 m的高海
拔地 区 l[ ’】, 祁 连圆柏较圆柏 抗寒性强 . 植物在逆
境 条件下首先伤害细胞 的膜结构 , 致使 细胞对物
质 的主动 吸收和被动运输 能 力下降 l[ 2 } . 冬 季 N a,
M g
,
iS 质量分数在祁连圆柏叶片中增高 , 而在圆柏
叶片 中降低 ; P 和 S质 量分数 在 圆柏 叶片 中增 高 ,
在祁连 圆柏 叶片中降低 , 说明两种 圆柏属植物存
在对元素的选择性积累 , 是对低温适应性 的体现 ,
而不是伤害的结果 .
低温条件下 , 细胞膜 的稳定性是植 物抗 寒性
强的重要特征 , 低温下 C a “ + 质量浓度升高能减轻
膜脂过 氧化 , 保 护膜 系统 , 同时还 有减 轻其他离
子 (主要是 N a +) 的质量分数过高的毒害作用 [’ “ , ` al .
研究发 现 , 马尾 松 叶 片中 15 种 矿质 元素 中 C a 最
高 , 认为 C a 在 马尾 松 中的 富集 是抗逆 性强 的重
要特征 l[’ 1. 两种 圆柏 属植 物叶片 内含 C a 在矿 质
兰州大学学报 ( 自然科学版 )第 4 3 卷
元素中最高 , 而且祁连圆柏冬季至初春叶片 C a平
均质量分数 比秋季至初冬高 , 圆柏冬季至初春叶
片 C a 平均质量分数 比秋 季至初冬低 , 说明降温后
祁连圆柏 C a 质量分数的升高 , 是其抗逆性更强的
代谢特 征之一 iS 能维护细胞膜结构和功 能的稳
定性 , 增强抗逆能 力 l[ 5 1, 气温降低时 , 抗逆性较强
的 祁连 圆柏叶片的 iS 质量分数增 加 , 而圆柏的降
低 , 进 一步证明 一r 这一点 . K 主要 以离子的形式存
在 厂细胞内 , 是许多酶的活化剂 , 缺 K 时细胞许多
代谢受 阻 , 降温过程祁连 圆柏 和圆柏叶片 K 质量
分数降低 , 说明两种圆柏属 植物可通过调节体内
的 K , 减缓 能 1七代谢 , 减 少代谢能量消耗 , 以适 应
低温 胁迫 , 而 祁连 圆柏中 K 的质量分数小于圆柏
的 , 进 一 步说明减少体内的 K 以降低代谢的能耗 ,
适应逆境 .
从 L述排 序的结果 可以看出 , 植物叶片元素
质址分数从其季 协性 变化 , 不仅阐述了植物的化
学 成分的质 ht分数特 征 , 而 且对植物抗逆特性 的
研究 转有币要的意 义 .
参 考 文 献
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入1 0 : : : 、 t a i: , s , G a l l s t : , C l l i: l a 【J l . P la n t E e o lo盯 , 20() 2 ,
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