全 文 :书西北植物学报! K94K 7 7 7
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文章编号$
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收稿日期$
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&修改稿收到日期$
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基金项目$内蒙古自治区科技创新引导奖励资金资助项目"
!"#!#+")
#&内蒙古自治区研究生创新项目"
1!"#%#"#!")
#
作者简介$刘冠志"
#"(
#!男!硕士研究生!主要从事植物多样性保护与利用研究
2*34.5
$
5.6
7
64089.#:
!
#+%,;<3
"
通信作者$刘果厚!教授!博士生导师!主要从事植物多样性保护和荒漠化植被恢复与重建研究
2*34.5
$
7
<69<65.6
!
.346,=>6,;0
黄柳不同级序根的解剖结构及其细根的研究
刘冠志!刘果厚"!贺
!
晓!刘哲荣
"内蒙古农业大学 生态环境学院!呼和浩特
"#""#
#
摘
!
要$采用石蜡切片法和徒手切片法对
%
年生黄柳不同级序的根进行解剖结构研究!并结合直径和根序对其细
根进行定义!为沙生植物细根及其碳分配等相关研究提供依据结果表明$"
#
#黄柳
#
(
!
级根为初生根!
$
(
&
级根为
次生根!
%
级根为过渡型根"
!
#黄柳根的初生木质部为三原型或四原型"
%
#黄柳不同级序根的形态与解剖结构
存在显著差异!随着根序的增加!根直径与维管柱直径逐渐增大&低级根直径主要影响因素为维管柱直径(皮层薄
壁细胞直径和皮层层数&高级根直径主要影响因素为维管柱直径"
$
#定义黄柳的细根为前
%
级根中未形成连续
木栓层且直径小于
",)33
的根该研究明确了黄柳不同级序根的解剖结构特征!并界定了黄柳细根的范围!其研
究方法对于精确估计细根在生态系统中的作用具有重要的意义
关键词$黄柳&解剖结构&细根&沙生植物
中图分类号$
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&
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文献标志码$
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7
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B00=HM<0
7
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H.;65K6H45C0.L=H/.K
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E<99
I9.04
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!
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S9=H=/65K//9
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#
#
S9=J.H/K40>K9=/=;<0>
NR
H.34H
N7
H
K9=J.JK9
N7
H
R
H.34H
N7
H
Q6K/<3=94>
/=;<0>4H
N7
H
!
#
S9=
R
H.34H
N
T
N
5=3P4/KH.4H;9
%
#
S9=H=P=H=/.
7
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H<
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!
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N
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N
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N
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!
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N
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8
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&
J.0=H<
R
/433<
R
9
N
K=
!!
树木根系具有高度的形态和生理功能异质
性)#*根按直径大小可分为粗根和细根粗根主要
起到支撑(固着和运输的作用!细根则主要负责营养
物质和水分的吸收细根周转过程较快!对生态系
统的能量流动和物质循环起着重要的作用)!*&*据
研究!细根的生物量占其所在林分根系总生物量的
%U
"
%"U
)
+
*
!却可以在其周转中消耗净初级光合产
物"
VWW
#总量的
&"U
"
:"U
)*
如果忽略细根的
周转!土壤中有机物质和养分元素的周转将减少
!"U
"
:"U
)
:
*
由于细根的定义是进行其他研究的
基础!所以!准确地进行细根的定义对于树木个体的
碳分配和生态系统的物质循环具有重要的意义)*
目前!定义细根的方法主要有直径法(根序法以
及结合直径(根序和解剖的综合方法直径法是将
小于某一径级范围的根定义为细根!目前没有统一
的标准!一般定义在
!
"
&33
直径以下!另一些研
究者发现!直径在
#33
以下范围内的根更有利于
对细根生物量及其周转进行准确估计根序法是将
小于某一级别的根定义为细根)#"*#$*!按照
WH=
7
.K8*
=H
)
#&
*和王向荣)#+*等的方法进行根级别的划分!即整
个根系最先端(最外围的根为
#
级根!它所着生的根
为
!
级根! 级根着生的根为
%
级根!依此类推!但
一般只划分到
&
级根不同树种的细根所包含的级
序有所不同!一般主要包含前
!
或
%
级根序然而!
直径法和根序法对于细根内部结构和生理功能的联
系不够紧密!以及对其生态效益的估计也不够准确!
只有从解剖(生理和形态等多方面出发!才能得到统
一细根的功能单位从细根吸收功能的角度出发!
将内部结构与直径(根序相结合的综合方法得到认
可)##!#)*利用解剖(直径和根序综合定义细根是一
种新的方法!国内外研究还较少!而运用此方法对沙
生植物的 细 根 定 义 尚 未 见 报 道黄 柳 "
!"#$%
&
()*
+
*,$$X,A,I940
7
=K1YL,
#是杨柳科"
145.*
;4;=4=
#柳属"
!"#$%
#的一种旱中生灌木!是一种很
好的固沙先锋植物将内部结构与外部特征相结合
来界定黄柳细根的范围!将有助于对黄柳进行根系
空间分布特征(根系生物量(生态系统能量和物质循
环等方面的研究!并为沙生植物相关根系研究提供
参考依据
#
!
材料和方法
9,9
!
研究地区自然概况
研究区位于内蒙古锡林郭勒盟正蓝旗桑根达来
镇人工造林区地理位置
$!Z$",:+[
"
$!Z$#,!![
V
!
##&Z&),#:[
"
##&Z&,):[2
!属中温带大陆性季
风气候!冬季漫长寒冷!夏秋季短而炎热&年均温
#,
&!
)
月平均气温
!!!
#
月平均气温
(!#!平
均日照数为
%"%)9
&无霜期
##">
&年均降水量
%+&
33
!降水季节分布不均!多集中在
)
"
月&年均蒸
发量
#!&,&33
&平均风速
$,&3
+
/
(#
!春秋季节
风大沙多!时有沙尘暴天气!全年风向以西北为主!
全年大于
:
级大风日可达
">
地带性土壤为栗钙
土!其上分布有风沙土
9,:
!
材料与处理
实验材料取自锡林郭勒盟正蓝旗桑根达来镇
%
年生黄柳人工林!采样时间为
!"#%
年
)
月!采样时
选取冠幅(高度相近的
%
棵成年树!采用挖掘法进行
取样每株随机采集
%
个完整的具有
#
"
&
级根序
的根系进行研究将所有根系去土(清洗后!按照根
序分级方法"即根系最先端的根为
#
级根!它所着生
的根为
!
级根!
!
级根着生的根为
%
级根!依此类
推#从
%
个根系中每级根切取
!"
个根样
#
"
!
级根直接放入
]@@
固定液中固定!
%
"
&
级根经软
化处理后"软化剂$
#
%
!
甘油
^#
%
!
酒精#放入
]@@
中固定!并在
$冰箱放置
#:9
以上备用
9,;
!
实验方法与数据处理
采用石蜡切片技术和徒手切片技术制作根横切
片!番红
*
固绿进行染片
#
"
%
级根采用石蜡切片&
$
"
&
级根采用徒手切片木质化(栓质化和角质化
的细胞壁及细胞核被染成红色!具有纤维素的细胞
壁和细胞质被染成绿色
每个根样选取
%
张切片!每级根共
+"
张切片!
记录每张切片的根直径(维管柱直径(原生木质部束
数(皮层细胞层数(皮层薄壁细胞直径!以及维管形
成层(木栓形成层和韧皮纤维的有无!计算维根比
"
_
%
`
#)维管柱直径"
_
#与根直径"
`
#的比值*)##*
直径均为最大直径与最小直径之和的平均值
采用
M
M
7
=/W56/!,"MA
软件进行成像拍照及指标的分析
与测量数据采用
2T;=5
(
1W111K4K./K.;/#),"
软
件进行分析处理!采用
1.
7
34
R
5
!
!
结果与分析
:,9
!
不同级序根的解剖结构
#
(
!
级根主要由表皮(皮层(维管柱
%
部分组
成&
%
级根主要由木质部(维管形成层(韧皮部(不完
整的周皮以及残留的皮层组成&
$
(
&
级根主要由木
质部(维管形成层(韧皮部(周皮组成"图版
#
#不
同级序根的结构发生不同程度的变化"表
#
#
表皮是根重要的吸收组织!其吸收作用比保护
作用更重要黄柳
#
(
!
级根具有完整的表皮"图版
#
!
#
(
!
(
)
#!
%
级根的表皮由于维管形成层的发生与
%%
&
期
!!!!!!!!!!!!
刘冠志!等$黄柳不同级序根的解剖结构及其细根的研究
表
9
!
黄柳
9
!
<
级根部分解剖特征"平均值
b
标准误差#
S4Q5=#
!
S9=404K<3.;45/KH6;K6H=/
()*
+
*,$$
"
3=40b12
#
项目
BK=3
根序
<`
#
级
].H/K
!
级
1=;<0>
%
级
S9.H>
$
级
]<6HK9
&
级
].JK9
皮层薄壁细胞直径
c.43=K=H
$
3 #&,!%b",)! #!,)+b",:+ ),#&b#,#) ( (
皮层层数
I
=H/ ),!b",%! &,:&b",%$ !b",&$ ( (
维管形成层
_4/;654H;43Q.63 ( %:,&"U #""U #""U #""U
木栓形成层
W9=5<
7
=0 ( ( !,%"U #""U #""U
完整木栓层
B0K=
7
H4K=>;
W95<=3J.Q=H ( (
较少
]=P=H
发达
c=L=5<
R
=>
发达
c=L=5<
R
=>
!!
注$
(
表示无
V
(H=
R
H=/=0K0<0=,
次生生长的进行而逐渐破碎脱落"图版
#
!
%
#!
$
(
&
级根表皮完全脱落"图版
#
!
$
(
&
#黄柳不同根序的
皮层组织明显不同
#
(
!
级根均具有完整的皮层结
构"图版
#
!
#
(
!
#&
%
级根皮层结构相对不完整!为
#
"
%
层破碎的皮层细胞"图版
#
!
%
(
#!具有残留皮
层结构的
%
级根约占
%
级根总量的
!,%U
"表
#
#&
$
(
&
级根均不具有皮层结构"图版
#
!
$
(
&
#黄柳
#
(
!
级根具有明显的中柱鞘"图版
#
!
#
(
!
(
)
#!
%:,&U
的
!
级根具有维管形成层"表
#
#&
%
"
&
级根均未见
中柱鞘!
%
级根形成完整的维管形成层!并有
!,%U
的根具有木栓形成层发生"图版
#
!
&表
#
#&
$
(
&
级
根次生结构成熟!均具有完整的维管形成层和木栓
形成层"图版
#
!
#"
#!并且在次生维管组织中均形成
较发达的韧皮纤维"图版
#
!
##
#根据原生木质部
束数确定黄柳的根为三原型和四原型"图版
#
!
+
(
)
#黄柳侧根多在
#
(
!
级根序产生!发生于正对初
生木质部处的中柱鞘细胞!中柱鞘细胞恢复分裂能
力!形成突起"生长锥#!依次突破主根的内皮层(皮
层薄壁细胞(外皮层和表皮"图版
#
!
:
#
:,:
!
不同级序根直径与解剖结构关系
根的粗细是其不同生理功能的体现)#$*根直
径越大!次生结构相对越完善!所起的固着与运输的
作用越显著维管柱是根进行上下物质运输的主要
部位!是连接植株地上与地下部分的通道维管柱
直径的变化可明显反映出根内输导组织的发育状
况!从而决定对养分和水分的运输作用维根比反
映根发育的程度!比值越小!皮层结构相对发达!表
明根系进行初生生长&比值越大!维管柱相对发达!
表明次生结构越完善
研究表明!根直径与维管柱直径均随根级序的
增加而增加"图
#
&图版
#
!
#
"
&
#!各级根的直径变
化 与维管柱直径变化均呈极显著正相关"表
!
#!且
表
:
!
黄柳
9
!
<
级根序直径与其解剖结构的相关性分析
S4Q5=!
!
S9=;
H<
404K<3.;45/KH6;K6H=/
()*
+
*,$$
根序
<`
根直径
d
维管柱直径
<`
L4/;654HQ60>5=
>.43=K=H
根直径
d
皮层薄壁
细胞直径
<`
>.43=K=H
4H=0;9
N
34
根直径
d
皮层层数
<`
;
=H/
#
级
].H/K
",:)%
""
"
,""#
#
",:&)
""
"
,""#
#
","#
"
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#
!
级
1=;<0>
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"
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级
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级
]<6HK9
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"
,""#
#
( (
&
级
].JK9
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""
"
,""#
#
( (
!!
注$括号内数字为
.
值&
"
表示相关性达到显著水平"
.
#
","&
#&
""
表
示相关性达到极显著水平"
.
#
","#
#
V
].
7
6H=/.0QH4;Y=K/J
"
/K40>/J
0.J.;40K;
"
.
#
","&
#&
""
/K40>/J
/.
7
0.J.;40K;
.
#
","#
#
,
图
#
!
黄柳
#
"
&
级根直径(维管束直径及维%根比
].
7
,#
!
S9=H<
"
`
#!
K9=L4/;654HQ60>5=
>.43=K=H
"
_
#!
40>_
%
`43<0
7
K9=J.H/KK
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$%
西
!
北
!
植
!
物
!
学
!
报
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%$
卷
表
;
!
黄柳
9
!
<
级根直径及维管束直径最大值!最小值
S4Q5=%
!
S9=3.0.34540>34T.345>.43=K=H/
43<0
7
K9=J.H/KK
()*
+
*,$$
项目
BK=3
根序
<`
#
级
].H/K
!
级
1=;<0>
%
级
S9.H>
$
级
]<6HK9
&
级
].JK9
根直径
<`
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"
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"
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"
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"
#,!$ $,""
"
$,$+
维管柱直径
_4/;654HQ60>5=>.43=K=H
%
33 ","%
"
",#" ","&
"
",!$ ",%&
"
",&& ",::
"
#,#: %,:)
"
$,%%
随着根级序的增加!维管柱直径对根直径的影响越
大!说明维管柱直径的增加是高级根"具有次生结构
的
$
(
&
级根#直径增加的主要原因
&
级根直径和维
管柱直径均呈极显著增加!分别为
$
级根的
%,)
倍和
%,
倍!并均达到最大值维根比也随根级序的增加
而增加"图
#
#
%
级根的维根比极显著增加!约为
!
级根的
!,)
倍!
&
级根维根比达最大值根直径与维
管柱直径在同一根序中也存在变化"表
%
#
#
"
%
级
根直径和维管柱直径最小值分别为
",#"33
与
","%
33
!最大值分别为
",+:33
与
",&&33
&
$
"
&
级根
直径和维管柱直径最小值分别为
",)33
和
",::
33
!最大值分别为
$,$+33
和
$,%%33
#
"
%
级两
相邻根序中都存在相同直径的根!说明其根直径差异
较小&
%
"
&
级两相邻根序中彼此不存在相同直径的
根!说明其根直径差异较大同理!
#
(
!
级根维管柱
直径差异较小&
%
"
&
级两相邻根序间维管柱直径差
异较大此外!表
!
显示!
#
级根直径与皮层薄壁细
胞直径均呈极显著正相关!
%
级根直径与皮层薄壁细
胞直径呈显著正相关! 级根直径与皮层细胞层数呈
显著正相关说明低级根"具有初生结构的
#
"
%
级
根#除受维管柱直径影响外还受皮层细胞层数与皮层
薄壁细胞直径影响
%
!
讨
!
论
黄柳
#
"
&
级根表皮与皮层组织的变化说明了
根的功能从吸收向运输(固着和支持转变从功能
出发!不同根序的形态具有差异性!随着根序的增
加!根直径呈明显上升趋势王向荣等)#+*对水曲柳
"
/("%$0123"0)241($5"
#
#
"
&
级根直径变化的研
究!以及卫星等)##*对黄波罗"
.4*##)*0)(0"316
(*02*
#不同根序解剖及其功能异质性的研究也得到
相似的结果!但不同树种不同根序直径变化具有明
显差异本研究发现!黄柳
&
级根直径增加最大!而
卫星等研究发现黄波罗
$
级根直径变化最大我们
认为黄柳属旱中生植物!黄波罗属中生植物!由于生
态类型的不同!导致根直径变化的不同黄柳
#
(
!
级根为初生根!
$
(
&
级根为次生根!
%
级根为过渡型
根"既具有初生结构又具有次生结构的根#由此可
见!黄柳不同根序具有不同的解剖结构特征!低级根
直径主要影响因素为维管柱直径(皮层薄壁细胞直
径和皮层细胞层数!高级根直径主要影响因素为维
管柱直径
不同研究者对于黄柳细根的定义存在差异!如
崔秀萍等)#:*在对浑善达克沙地黄柳人工林根系分
布及生物量研究中将直径小于
!33
的根定义为细
根!而任安芝等)#*在对不同沙地生境下黄柳的根系
分布和冠层结构特征研究中将细根定义为直径小于
&33
的根本研究以结构与功能相一致的原则!
对具有吸收功能的细根进行解剖结构特征的分析!
并结合直径与根序对黄柳的细根做出定义研究表
明!以直径小于
!33
或
&33
的范围定义黄柳细
根都会产生过高估计!如果利用直径法将直径小于
",&33
或
!33
的根定义为黄柳细根!前者将会排
除约
"U
具有不完整木栓层的
%
级根!而后者会包
含全部具有完整木栓层的
$
级根&如果利用根序法
将小于
%
级根序的根定义为黄柳细根!也将会把
),)U
具有完整木栓层的
%
级根包含在内因此!无
论是单纯的以直径法小于
",&33
或
!33
的范
围!还是单纯的以根序法小于
%
级根来定义黄柳细
根!都会对其细根的相关研究"寿命(周转及碳分配
和消耗#产生影响因此!通过直径(根序及解剖的
综合方法!本研究将黄柳前
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级根中未形成连续木
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配给细根的生产力的比例要高于湿润地区树木的比
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个体相对较小因此!本研究中得出的黄柳细根的
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刘冠志!等$黄柳不同级序根的解剖结构及其细根的研究
研究既有助于对黄柳进行根系及个体碳分配等方面
的相关研究!也为干旱地区生态系统碳分配及其他
相关研究提供参考同时!对某一树种进行细根的
研究时!先利用解剖(直径和根序综合方法定义其细
根的范围!再进行相关研究!是一种较为准确和科学
的研究方法
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结
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论
黄柳不同级序根的形态和解剖结构存在显著差
异
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级根
为过渡型根黄柳的根为三原型或四原型随着根
序的增加!根直径与维管柱直径逐渐增大低级根
直径主要影响因素为维管柱直径(皮层薄壁细胞直
径和皮层层数!高级根直径主要影响因素为维管柱
直径通过解剖(直径和根序的综合方法将黄柳细
根定义为前
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级根中未形成连续木栓层且直径小于
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的根这一范围内的根能够较为准确地对
细根寿命(周转以及碳分配进行估计本研究明确
了黄柳不同级序根的解剖结构特征及其细根!为沙
生植物细根及其碳分配等相关研究提供了参考依
据本文所用研究方法对于精确估计细根在生态系
统中的作用具有重要意义
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