全 文 ：林业科学研究 ２０１６，２９（１）：１０３ １０９
ＦｏｒｅｓｔＲｅｓｅａｒｃｈ
文章编号：１００１１４９８（２０１６）０１１０３０７
滇杨多倍体苗期叶片形态及光合生理比较分析
唐军荣１，２，李 斌１，２，朱丽娜３，张 俊４，何承忠２，李贤忠２，辛培尧１，２
（１．西南林业大学，云南省森林灾害预警与控制重点实验室，云南 昆明 ６５０２２４；２．西南林业大学，国家林业局西南地区生物多样性保育
重点实验室，云南 昆明 ６５０２２４；３．西南林业大学生命科学学院，云南 昆明 ６５０２２４；４．云南省林业高级技工学校，云南 昆明 ６５０２１３）
收稿日期：２０１５０６１５
基金项目：云南省森林灾害预警与控制重点实验室开放基金（ＺＫ１４Ａ１０２）；云南省教育厅科学研究基金重大专项项目（ＺＤ２０１５０１４）；云
南省林业厅省级林业科技推广项目（［２０１３］ＴＳＹＮ２６）；国家林业局林业公益性行业科研专项项目 （２０１１０４０７６）
作者简介：唐军荣（１９８２—），男，汉族，广西全州人，硕士，讲师，从事森林植物遗传育种与培育方面的研究．
通讯作者：男，副教授，博士，硕士生导师，从事林木遗传育种与繁育方面的教学与研究．Ｅｍａｉｌ：ｘｐｙｔｇｙｘ＠１６３．ｃｏｍ
摘要：［目的］以前期研究诱导获得的滇杨种质为试验材料，比较分析其苗期叶片形态及光合生理与基因剂量的关
系，为滇杨多倍体育种提供理论指导。［方法］利用前期研究所获得的滇杨多倍体当年生苗为材料，测定其叶片大
小、叶片厚度、栅栏组织厚度、气孔特性及叶绿素含量，并以滇杨二倍体为对照，分析滇杨不同程度多倍化后的叶片
形态及光合生理特性。［结果］表明：嵌合体及四倍体滇杨的叶片长、宽均大于二倍体植株；滇杨嵌合体及四倍体叶
片厚度分别为二倍体的１．１６、１．４１倍，栅栏组织厚度分别为二倍体的１．１０、１．２３倍，叶片单位视野内气孔数明显少
于二倍体，气孔体积则大于二倍体，叶绿素总含量分别为二倍体的１２７％和１４１％；滇杨嵌合体及四倍体植株的净光
合速率在日变化过程中均高于二倍体；气孔导度、蒸腾速率则与二倍体差别较小；嵌合体、四倍体及二倍体的胞间
ＣＯ２浓度在日变化过程中变化不明显。［结论］滇杨多倍化后，由于其基因数量的增加，在叶片形态及光合生理特性
等方面，表现出了明显区别于其二倍体的剂量效应。
关键词：滇杨；多倍化；遗传效应；分析
中图分类号：Ｓ７９２．１１ 文献标识码：Ａ
ＡｎａｌｙｓｉｓｏｎＬｅａｆＭｏｒｐｈｏｌｏｇｙａｎｄＰｈｏｔｏｓｙｎｔｈｅｓｉｓＰｈｙｓｉｏｌｏｇｙｏｆ
ＰｏｌｙｐｌｏｉｄｉｚｅｄＰｏｐｕｌｕｓｙｕｎｎａｎｅｎｓｉｓＳｅｅｄｌｉｎｇｓ
ＴＡＮＧＪｕｎｒｏｎｇ１，２，ＬＩＢｉｎ１，２，ＺＨＵＬｉｎａ３，ＺＨＡＮＧＪｕｎ４，ＨＥＣｈｅｎｇｚｈｏｎｇ２，
ＬＩＸｉａｎｚｈｏｎｇ２，ＸＩＮＰｅｉｙａｏ１，２
（１．ＹｕｎｎａｎＰｒｏｖｉｎｃｉａｌＫｅｙＬａｂｏｒａｔｏｒｙｆｏｒＦｏｒｅｓｔＤｉｓａｓｔｅｒＷａｒｎｉｎｇａｎｄＣｏｎｔｒｏｌ，ＳｏｕｔｈｗｅｓｔＦｏｒｅｓｔｒｙＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｋｕｎｍｉｎｇ ６５０２２４，Ｙｕｎｎａｎ，Ｃｈｉｎａ；
２．ＫｅｙＬａｂｏｒａｔｏｒｙｏｆＢｉｏｄｉｖｅｒｓｉｔｙＣｏｎｓｅｒｖａｔｉｏｎｉｎＳｏｕｔｈｗｅｓｔＲｅｇｉｏｎｏｆＣｈｉｎａ，ＳｔａｔｅＦｏｒｅｓｔｒｙＡｄｍｉｎｉｓｔｒａｔｉｏｎ，ＳｏｕｔｈｗｅｓｔＦｏｒｅｓｔｒｙＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，
Ｋｕｎｍｉｎｇ ６５０２２４，Ｙｕｎｎａｎ，Ｃｈｉｎａ；３．ＦａｃｕｌｔｙｏｆＬｉｆｅＳｃｉｅｎｃｅ，ＳｏｕｔｈｗｅｓｔＦｏｒｅｓｔｒｙＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｋｕｎｍｉｎｇ ６５０２２４，Ｙｕｎｎａｎ，Ｃｈｉｎａ；
４．ＹｕｎｎａｎＦｏｒｅｓｔｒｙＳｅｎｉｏｒＴｅｃｈｎｉｃａｌＳｃｈｏｏｌ，Ｋｕｎｍｉｎｇ ６５０２１３，Ｙｕｎｎａｎ，Ｃｈｉｎａ）
Ａｂｓｔｒａｃｔ：［Ｏｂｊｅｃｔｉｖｅ］Ｔｈｅｍｏｒｐｈｏｌｏｇｉｃａｌａｎｄｐｈｏｔｏｐｈｙｓｉｏｌｉｇｉｃａｌｄｉｆｅｒｅｎｃｅｃａｕｓｅｄｂｙｇｅｎｏｍｅｄｏｓａｇｅｏｆｄｉｆｅｒｅｎｔ
ｐｌｏｉｄｉｅｓＰｏｐｕｌｕｓｙｕｎｎａｎｅｎｓｉｓｗｅｒｅｉｎｖｅｓｔｉｇａｔｅｄ，ｉｎｏｒｄｅｒｔｏｐｒｏｖｉｄｅｔｈｅｏｒｅｔｉｃａｌｇｕｉｄａｎｃｅｆｏｒＰｙｕｎｎａｎｅｎｓｉｓｐｏｌｙｐｌｏｉｄ
ｂｒｅｅｄｉｎｇ［Ｍｅｔｈｏｄ］ＰｏｌｙｐｌｏｉｄＰ．ｙｕｎｎａｎｅｎｓｉｓｓｅｅｄｌｉｎｇｓｗｅｒｅｏｂｔａｉｎｅｄｗｈｉｃｈｗｅｒｅｕｓｅｄａｓｍａｔｅｒｉａｌｓｔｏｄｅｔｅｒｍｉｎｅ
ｔｈｅｌｅａｆｓｉｚｅ，ｌｅａｆｔｈｉｃｋｎｅｓｓ，ｐａｌｉｓａｄｅｔｉｓｓｕｅｔｈｉｃｋｎｅｓｓ，ｓｔｏｍａｔａｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓａｎｄｃｈｌｏｒｏｐｈｙｌｃｏｎｔｅｎｔｃｏｍｐａｒｅｄ
ｗｉｔｈｄｉｐｌｏｉｄＰ．ｙｕｎｎａｎｅｎｓｉｓ．［Ｒｅｓｕｌｔ］Ｔｈｅｒｅｓｕｌｔｓｓｈｏｗｅｄｔｈａｔａｌｔｈｅｌｅａｆｓｉｚｅｓｏｆｍｏｓａｉｃａｎｄｔｅｔｒａｐｌｏｉｄｗｅｒｅｌａｒｇｅｒ
ｔｈａｎｄｉｐｌｏｉｄ．Ｔｈｅｌｅａｆｔｈｉｃｋｎｅｓｓｅｓｏｆｍｏｓａｉｃａｎｄｔｅｔｒａｐｌｏｉｄｗｅｒｅ１．１６ｔｉｍｅｓａｎｄ１．４１ｔｉｍｅｓｏｆｔｈａｔｏｆｔｈｅｄｉｐｌｏｉｄ，
ｗｈｉｌｅｔｈｅｐａｌｉｓａｄｅｔｉｓｓｕｅｓｏｆｍｏｓａｉｃａｎｄｔｅｔｒａｐｌｏｉｄｗｅｒｅ１．１０ｔｉｍｅｓａｎｄ１．２３ｔｉｍｅｓｔｈｉｃｋｅｒｔｈａｎｔｈａｔｏｆｔｈｅｄｉｐｌｏｉｄ．
Ｔｈｅｓｔｏｍａｔａｎｕｍｂｅｒｏｆｐｏｌｙｐｌｏｉｄｉｚｅｄｌｅａｆｓｕｒｆａｃｅｉｎｐｅｒｕｎｉｔｖｉｓｕｌａｆｉｅｌｄｗａｓｏｂｖｉｏｕｓｌｙｆｅｗｅｒｔｈａｎｔｈａｔｏｆｔｈｅｄｉｐｌｏｉｄ，
ｂｕｔｔｈｅｖｏｌｕｍｗａｓｌａｒｇｅｒｔｈａｎｔｈａｔｏｆｔｈｅｄｉｐｌｏｉｄ．Ｔｈｅｔｏｔａｌｃｈｌｏｒｏｐｈｙｌｃｏｎｔｅｎｔｓｉｎｍｏｓａｉｃａｎｄｔｅｔｒａｐｌｏｉｄｗｅｒｅｒｅ
林 业 科 学 研 究 第２９卷
ｓｐｅｃｔｉｖｅｌｙ１２７％ ａｎｄ１４１％ ｏｆｔｈａｔｏｆｄｉｐｌｏｉｄ．Ｔｈｅｎｅｔｐｈｏｔｏｓｙｎｔｈｅｓｉｓｒａｔｉｏｓｏｆｍｏｓａｉｃａｎｄｔｅｔｒａｐｌｏｉｄｗｅｒｅｆａｓｔｅｒｔｈａｎ
ｔｈａｔｏｆｔｈｅｄｉｐｌｏｉｄ，ｗｈｉｌｅｔｈｅｓｔｏｍａｔａｌｃｏｎｄｕｃｔａｎｃｅａｎｄｔｒａｎｓｐｉｒａｔｉｏｎｒａｔｅｏｆｄｉｐｌｏｉｄｗｅｒｅｌｉｔｌｅｄｉｆｅｒｅｎｔｆｒｏｍｔｈｅｄｉｐ
ｌｏｉｄ，ａｎｄｔｈｅｉｎｔｅｒｃｅｌｕｌａｒＣＯ２ｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎｉｎｔｈｅｄｉｕｒｎａｌｖａｒｉａｔｉｏｎｐｒｏｃｅｓｓｄｉｄｎｏｔｃｈａｎｇｅｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｔｌｙｉｎｔｈｅｓｅ
ｍａｔｅｒｉａｌｓ．［Ｃｏｎｃｌｕｓｉｏｎ］Ｔｈｅｏｂｖｉｏｕｓｇｅｎｅｔｉｃｄｏｓｅｅｆｅｃｔｗａｓｐｕｔｕｐａｆｔｅｒｔｈｅｃｈｒｏｍｏｓｏｍｅｎｕｍｂｅｒｉｎｃｒｅａｓｅｄ．Ｔｈｅ
ｔｈｅｏｒｅｔｉｃａｌｂａｓｉｓａｎｄｐｒａｃｔｉｃａｌｇｕｉｄａｎｃｅｗｅｒｅｏｆｅｒｅｄｂｙｔｈｅｒｅｓｅａｒｃｈａｎｄｔｈｅｉｍｐｏｒｔａｎｔｍａｔｅｒｉａｌｆｏｕｎｄａｔｉｏｎｗｅｒｅｐｒｏ
ｖｉｄｅｄｆｏｒｐｏｌｙｐｌｏｉｄｉｚｅｄＰ．ｙｕｎｎａｎｅｎｓｉｓｃｌｏｎｅａｓｗｅｌ．
Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：Ｐｉｎｕｓｙｕｎｎａｎｅｎｓｉｓ；ｐｏｌｙｐｌｏｉｄｙ；ｇｅｎｅｔｉｃｅｆｅｃｔ；ａｎａｌｙｓｉｓ
滇杨（ＰｏｐｕｌｕｓｙｕｎｎａｎｅｎｓｉｓＤｏｄｅ．）是杨柳科
（Ｓａｌｉｃａｃｅａｅ）杨属（Ｐｏｐｕｌｕｓ）青杨派（Ｔａｃａｍａｈａｃａ）树
种，又名云南白杨、白杨树、东川杨柳等，主产于云
南、四川和贵州海拔１３００ ３２００ｍ的山地［１］，具
有生长迅速、耐寒性高、成材较早和易于无性繁殖等
特点，但滇杨具有易感染杨树溃疡病、杨树黑斑病、
易遭蛀干虫害的弊端，致使其优良特性不能得到充
分的发挥。目前，滇杨植株大多以雄株为主，雌株稀
有，遗传基础相对狭窄，在一定程度上影响了对其不
良性状的改良［２］；所以，有必要利用多种非常规遗传
育种手段，对滇杨进行有效的改良，创育滇杨新种
质，以达到充分利用其经济价值的目的。
在诸多的植物育种方法中，多倍体育种是有效
改良植物种质的方法之一，可快速获得品质优、生长
快、产量高及抗性强的林木新品种［３］。和作物多倍
体育种相同，林木在多倍化后，同样会依其多倍化程
度的不同，表现出不同于其二倍体的特征。由于基
因剂量的增加，不仅改变了植株的遗传组成，同时还
改变了相关基因的表达模式，从而导致不同表型的
出现［４］。不同倍性材料间的比较分析都是基于多倍
体和二倍体在细胞学、形态及生理生化等方面的差
异而发展起来的［５］。通常情况下，多倍体常表现为
叶片、气孔及叶绿素含量等性状的变异。如欧洲山
杨（ＰｏｐｕｌｕｓｔｒｅｍｕｌａＬ．）天然三倍体的叶片表现出巨
大性［６］；彩色马蹄莲品种‘Ｐａｒｆａｉｔ’四倍体表现为叶
色浓绿，叶面积增大，叶片更肥厚等特点［７］；泡桐四
倍体植株与二倍体叶型有明显差异，且四倍体的气
孔较二倍体的长，花器官也较二倍体大［８］；四倍体非
洲菊植株叶片较对照厚，且花朵更大、花梗更长［９］。
目前，关于杨树多倍性方面的研究已有报道，白
凤莹等［１０］对天然三倍体和二倍体的无性系进行了
比较，结果发现，二者在胸径、材积、侧枝粗、气孔长
度、气孔宽度、气孔密度等方面均存在极显著差异，
树高存在显著差异。王君等［１１］发现，哲引３号杨 ×
北京杨杂种三倍体比相同杂交组合二倍体在生长上
更有优势。石乐等［１２］对毛新杨 ×新疆杨子代的四
倍体和三倍体植株的气孔进行比较发现，倍性增加
后，其气孔增大，单位面积气孔数减少；而关于滇杨
多倍体诱导仅见于陈杰等［１３］、辛培尧等［１４］的相关
报道。试验对前期研究诱导获得的滇杨多倍体材料
的苗期叶片形态及光合生理进行比较分析，为滇杨
乃至其他林木的多倍体育种工作提供理论依据和实
践指导。
１ 材料与方法
１．１ 试验材料
供试材料为西南林业大学提供的经组织培养结
合秋水仙素诱导产生，并经染色体数目鉴定的滇杨
二倍体、嵌合体及四倍体的组培幼苗和半年生移
植苗［１４］。
１．２ 试验方法
１．２．１ 形态分析 将不同倍性的滇杨进行组培炼
苗移植，移植半年后，以二倍体滇杨为对照，分别对
滇杨嵌合体、四倍体的叶色及锯齿特点进行观察，并
用游标卡尺测量叶片长、宽及长宽比。
１．２．２ 气孔鉴定 鉴于滇杨叶片表皮细胞难于撕
取，且撕取下来的叶表皮细胞含有大量叶肉，不利于
气孔的观察。试验利用市售指甲油或乒乓球溶于丙
酮做成的糊状粘液为倒模材料，均匀的涂抹于滇杨
的叶表面，待涂抹层自然风干后，撕取叶表面的薄
膜，在ＯＬＹＭＰＵＳＢＸ５１显微镜（４０×）下进行叶面气
孔的观察。二倍体和多倍体各进行１５个不同叶面
的重复。
１．２．３ 叶片厚度及栅栏组织厚度分析 试验参考
李
%
［１５］提出的试验方法，对二倍体和多倍体材料组
培苗分别取 ５个叶片进行徒手切片，于 ＯＬＹＭＰＵＳ
ＢＸ５１显微镜（４０×）下观察叶片厚度及栅栏组织厚
度等，选取１５个均匀、破损少、效果良好的切片进行
观察、拍照并测量。
１．２．４ 叶绿素含量分析 根据叶绿体色素提取液
４０１
第１期 唐军荣，等：滇杨多倍体苗期叶片形态及光合生理比较分析
对可见光谱的吸收，利用分光光度计在某一特定波
长测定其吸光度，即可根据公式计算出提取液中各
色素的含量。具体操作为：称取０．２ｇ新鲜擦净的
叶片，去掉叶脉，置于研钵中，加入 ９５％酒精 ５ｍＬ
研磨成浆，再加入１０ｍＬ酒精继续研磨至组织变白，
避光静置３ ５ｍｉｎ，而后过滤至直径１ｃｍ的比色
皿中，在波长６６５、６４９和４７０ｎｍ下测定吸光度。使
用ＵＮＩＣＯＵＶ２６００紫外可见分光光度计进行测量，
每类材料重复１５次，并按下式计算各色素含量。
叶绿素 ａ（ｍｇ·ｇ－１）＝１２．７２×Ａ６６３－２．５９
×Ａ６４５
叶绿素 ｂ（ｍｇ·ｇ－１）＝２２．２８×Ａ６４５－４．６７
×Ａ６６３
叶绿素总量ｃ（ｍｇ·ｇ－１）＝叶绿素ａ＋叶绿素ｂ
式中：Ａ６６３为波长 ６６３ｎｍ的吸光值；Ａ６４５为
波长６４５ｎｍ的吸光值。
１．２．５ 光合指标测定 利用“ＬＩ６４００”便携式光合
作用测定系统，取３种不同倍性材料各５株，分别测
试每个单株从上往下数的第３个叶片（测试时间为
１２月初，植株由上至下均无嫩叶，由上往下第３个
叶片表观上健康状况和生长状况均最良好），测定净
光合速率（Ｐｎ）、气孔导度（Ｇｓ）、胞间 ＣＯ２浓度（Ｃｉ）
和蒸腾速率（Ｔｒ）４个生理指标。以二倍体植株为对
照，连同嵌合体、四倍体一起置于同等条件下，选择
晴朗无风无云的天气进行光合指标的测定，从早上
９：００开始至下午１７：００，间隔２ｈ测试１次，每株重
复３次，取其平均值绘出日变化曲线。
１．３ 数据统计分析
试验所有观测数据均采用 Ｅｘｃｅｌ２００７软件和
ＳＰＳＳ１７．０数据分析软件进行统计分析。
２ 结果与分析
２．１ 形态特征
对不同倍性滇杨半年生幼苗进行叶颜色和锯齿
特点的观察，并测定叶长、宽、长宽比等外部形态，将
测定结果进行方差分析，结果见表１。
表１ 不同倍性滇杨形态特征分析
类型 叶长 ／ｃｍ 叶宽 ／ｃｍ 长宽比 叶色 锯齿大小 生长状况
嵌合体 １３．１±１．１ａ ５．６±０．３ｂ ２．３ａ 墨绿至浅绿 巨大，较规则 良好
四倍体 １０．３±２．３ｂ ７．０±１．６ａ １．４ｂ 墨绿 巨大且不规则 良好
二倍体 ９．３±１．８ｃ ３．９±０．４ｃ ２．３ａ 浅绿 较小且致密规则 良好
注：同一列中不同字母表示在０．０５水平差异显著，下同。
由表１可知：不同倍性滇杨材料两两之间均在
平均叶长及平均叶宽性状方面存在显著差异，其中，
嵌合体和四倍体叶片整体较长，分别为１３．１、１０．３
ｃｍ，而二倍体滇杨的叶相对较短（为９．３ｃｍ）。嵌合
体和四倍体在叶长性状上分别为二倍体滇杨的
１．４１、１．１１倍，且３种倍性材料在该性状上差异显
著。在叶宽方面，嵌合体和四倍体滇杨分别为５．６、
７．０ｃｍ，二倍体滇杨相对前二者较短（为３．９ｃｍ），
嵌合体和四倍体在该性状上分别为对照的 １．４４、
１．７９倍，同样在３种类型间叶宽性状表现显著差异。
由于嵌合体和二倍体滇杨的叶均呈菱形，因此，方差
结果显示：这两类材料在长宽比方面没有显著差异，
四倍体叶形为圆形，长宽比为１．４，其与嵌合体和二
倍体滇杨均存在显著差异。形态观察发现，与二倍
体滇杨比较，嵌合体滇杨表现为叶色墨绿至浅绿，叶
缘锯齿巨大，排列较规则，叶缘无波浪状，而四倍体
表现为叶色普遍呈墨绿色，叶缘锯齿巨大且排列不
规则，叶边缘呈波浪状，二倍体滇杨则表现为叶片浅
绿色，叶缘锯齿细小且致密，无波浪状。
可见，滇杨不同程度多倍化后，其在叶长和叶宽
上均较二倍体材料有所增加，且叶色均浓于二倍体
滇杨（图１），这也正是染色体剂量增加后，植物所表
现出来的遗传效应，即多倍体的巨大性。
图１ 不同倍性滇杨叶片形态
２．２ 叶片及栅栏组织厚度
对不同程度多倍化的滇杨幼苗进行叶片厚度及
栅栏组织厚度的测定，以二倍体滇杨为对照，方差分
析结果见表２。
５０１
林 业 科 学 研 究 第２９卷
表２ 不同倍性滇杨叶片厚度及栅栏组织厚度比较
μｍ
类型 叶片厚度 栅栏组织厚度
嵌合体 １３６±１１ｂ ８５±９ｂ
四倍体 １６５±１０ａ ９５±９ａ
二倍体 １１７±１６ｃ ７７±１０ｃ
嵌合体和四倍体滇杨的叶片厚度及栅栏组织厚
度与对照之间都分别存在显著差异。嵌合体和四倍
体滇杨叶片厚度分别为１３６、１６５μｍ，二倍体滇杨的
叶片厚度为１１７μｍ，嵌合体和四倍体叶片厚度分别
为二倍体的１．１６、１．４１倍。可见，多倍化后，滇杨叶
片均较二倍体叶片有所增厚；嵌合体和四倍体滇杨
叶片的栅栏组织厚度分别为８５、９５μｍ，均厚于二倍
体滇杨材料（为７７μｍ），分别是二倍体滇杨栅栏组
织厚度的１．１０、１．２３倍（表２，图２）。可见，滇杨多
倍化材料的叶片厚度、栅栏组织厚度显著厚于二倍
体叶片。
图２ 不同倍性滇杨叶片切片观察（４０×）
２．３ 气孔特性
对经过诱导的滇杨多倍体与对照二倍体气孔大
小进行测定并作方差分析，结果见表３。
表３ 不同倍性滇杨气孔特性分析
类型 气孔数／个 气孔长／μｍ 气孔宽 ／μｍ 长宽比
嵌合体 １８±４ｂ １３．５±１．６ｂ ８．１±１．３ｂ １．６ｂ
四倍体 １１±３ｃ １７．０±１．５ａ ９．８±１．３ａ １．７ａ
二倍体 ２８±５ａ １１．０±１．０ｃ ７．４±０．９ｃ １．４ｃ
表３显示：滇杨嵌合体和四倍体分别与二倍体
幼苗在单位视野内的气孔数量、气孔长及宽均存在
显著差异。统计数据显示：嵌合体气孔数量在单位
视野内平均为１８个，气孔长度变化范围为１２．１
１５．３μｍ，平均为１３．５μｍ，宽度变化范围为７．４
９．０μｍ，平均为８．１μｍ，长宽比为１．６；四倍体气孔
数量在单位视野内平均为１１个，气孔长度变化范围
为１５．０ １８．０μｍ，平均为１７．０μｍ，宽度变化范围
为８．５ １１．０μｍ，平均为９．８μｍ，长宽比为１．７；而
在单位视野内，二倍体滇杨的气孔数量平均为 ２８
个，气孔长度变化范围为１０．０ １２．０μｍ，平均为
１１．０μｍ，宽度变化范围为 ６．１ ８．０μｍ，平均为
７４μｍ，长宽比为１．４。不难看出，对照植株的气孔
数量分别为嵌合体和四倍体的１．５５、２．５４倍，气孔
长分别仅为嵌合体和四倍体的８１４８％和６４７０％，
气孔宽分别仅为嵌合体和四倍体的 ９１．３５％和
８２３５％ 。４０×显微镜下镜检观察时可以看出，２种
多倍体滇杨的气孔数目明显少于二倍体滇杨的气孔
数目，表现为植物细胞多倍化后特征变异（图３）。
图３ 不同倍性滇杨叶片气孔观察（４０×）
２．４ 叶绿素及类胡萝卜素含量
由不同倍性滇杨材料叶绿素含量方差分析结果
（表４）可知：多倍体滇杨材料和二倍体滇杨材料在
叶绿素含量方面存在显著差异。滇杨嵌合体叶绿素
ａ含量为１８．２９７ｍｇ·ｇ－１，四倍体叶绿素ａ含量为
表４ 不同倍性滇杨叶绿素含量 ｍｇ·ｇ－１
类型 叶绿素ａ 叶绿素ｂ 叶绿素总量
嵌合体 １８．２９７±０．４９７ａ ７．７４３±０．４１７ｂ ２５．１１４±２．３２３ｂ
四倍体 １６．９１０±０．０７３ｂ １０．８２３±０．１４６ａ ２７．７３２±０．２１９ａ
二倍体 １１．９２９±０．２１９ｃ ６．８１６±１．８２６ｃ １９．６７２±０．６３６ｃ
１６．９１０ｍｇ·ｇ－１，而二倍体叶绿素ａ含量仅为１１９２９
６０１
第１期 唐军荣，等：滇杨多倍体苗期叶片形态及光合生理比较分析
ｍｇ·ｇ－１，滇杨嵌合体和四倍体其叶绿素ａ含量分别
为对照的１５３％和１４２％；滇杨嵌合体叶绿素ｂ含量为
７．７４３ｍｇ·ｇ－１，四倍体叶绿素ｂ含量为１０．８２３ｍｇ·
ｇ－１，而二倍体的叶绿素ｂ含量为６．８１６ｍｇ·ｇ－１，嵌
合体和四倍体的叶绿素ｂ含量分别为对照的１１４％和
１５９％；滇杨嵌合体和四倍体的叶绿素总含量分别为
２５．１１４、２７．７３２ｍｇ·ｇ－１，而对照二倍体叶绿素总含量
仅为１９．６７２ｍｇ·ｇ－１，前二者的含量分别为后者的
１２８％和１４１％。可见，在滇杨多倍化后，随着ＤＮＡ含
量增加量的不同，其生物合成量明显增加。
２．５ 不同倍性滇杨光合特性的日变化
２．５．１ 净光合速率 由图４可知：二倍体、嵌合体
和四倍体的净光合速率最高值均出现在上午１１：００
附近，分别为１５．０、２１．９、２３．８μｍｏｌ·ｍ－２·ｓ－１，其
中，净光合速率最高为四倍体，最低为二倍体植株，
二倍体最大峰值分别为嵌合体和四倍体的６８．４９％
和６３．０３％；嵌合体和四倍体的净光合速率最低值
均出现在下午１７：００附近，分别为１１．６、１４．２μｍｏｌ
·ｍ－２·ｓ－１，而二倍体则出现较早（１３：００左右），其
净光合速率最低值为１１．１μｍｏｌ·ｍ－２·ｓ－１。从整
个净光合速率日变化过程可以看到：四倍体滇杨 ＞
嵌合体滇杨＞二倍体滇杨。
２．５．２ 气孔导度 由图４可知：３种不同倍性材料
的气孔导度最高值均出现在上午１１：００附近，嵌合
体、四倍体及二倍体的气孔导度分别为 ０．５９２、
０６８１、０．５６６ｍｍｏｌ·ｍ－２·ｓ－１，其中，气孔导度最
高为四倍体，最低为二倍体植株，其最大峰值分别为
嵌合体和四倍体的９５．６１％和８３．１１％；嵌合体、四
倍体和二倍体中，其气孔导度最低值均出现在下午
１７：００附近，分别为０．１８６、０．３２４、０．２３３ｍｍｏｌ·ｍ－２
·ｓ－１。整个日变化过程中气孔导度上午高于下午，
在上午 １１：００达到最高值，从上午 １１：００到下午
１５：００时下降最快，而后下降幅度趋于平缓，气孔导
度呈明显的单峰现象，其日变化趋势与净光合速率
（Ｐｎ）的日变化趋势在１３：００以前具有较好的正相
关性，１３：００以后则正相关性较差。
２．５．３ 胞间ＣＯ２浓度 由图４可知：嵌合体、四倍
体和二倍体的胞间 ＣＯ２浓度最高值均出现在上午
９：００附近，分别为２８８、２９９、３３０μｍｏｌ·ｍ－２·ｓ－１；
嵌合体和二倍体最低值出现在下午１７：００附近，分
别为２４４、２７２μｍｏｌ·ｍ－２·ｓ－１，四倍体最低值则出
现在下午１５：００，胞间ＣＯ２浓度为２５２μｍｏｌ·ｍ
－２·
ｓ－１。整个日变化过程中，胞间ＣＯ２浓度在不同的群
体之间差别不明显，从上午９：００至下午１７：００，胞间
ＣＯ２浓度总体呈出缓慢下降的趋势。
图４ 不同倍性滇杨净光合速率（Ｐｎ）、气孔导度（Ｇｓ）、胞间ＣＯ２浓度（Ｃｉ）和蒸腾速率（Ｔｒ）的日变化
７０１
林 业 科 学 研 究 第２９卷
２．５．４ 蒸腾速率 由图４可知：嵌合体、四倍体和
二倍体的蒸腾速率最高值均出现在下午 １５：００附
近，分别为５．１９、６．７２、５．８９ｇ·ｍ－２·ｈ－１；蒸腾速率
最低值则出现在上午９：００附近，分别为２９８、３．７２、
３．５０ｇ·ｍ－２·ｈ－１，由于中午１３：００较强的阳光照
射，导致部分气孔关闭，因此出现了蒸腾速率低于临
近的２个测试时间点１１：００和１５：００。蒸腾速率整
个日变化过程出现了明显的双峰现象。
综上，无论是嵌合体还是四倍体滇杨，其净光合
速率均高于二倍体，多倍体特征明显；净光合速率
（Ｐｎ）和气孔导度（Ｇｓ）以及蒸腾速率（Ｔｒ）呈现不明
显正相关现象，胞间 ＣＯ２浓度（Ｃｉ）在日变化过程中
变化不明显。可见，由于基因的剂量效应，多倍体滇
杨的光合特性表现出明显差异。
３ 讨论
植物经诱导产生多倍体后，可产生区别于其对
应二倍体的明显变异，这种变异可通过形态特征、细
胞特征、解剖结构以及生理生化特性等表现。植物
多倍体最直接的遗传效应就是细胞体积的增大，在
外观形态上通常具有明显差别，其典型的特征便是
其巨型性。试验中将滇杨嵌合体和四倍体材料与对
照的二倍体滇杨进行叶片长、宽的测量及叶色、叶缘
锯齿数及锯齿形态的比对，发现滇杨嵌合体和四倍
体植株，其叶片长分别为二倍体滇杨的１．４１、１．１１
倍，叶片宽分别为二倍体滇杨的１．４４、１．７９倍。同
时，多倍化滇杨的叶色均较二倍体更浓绿，叶缘锯齿
数较二倍体更大且排列不及二倍体整齐致密。这与
王侠剑［１６］在对桑树进行多倍化处理时的研究结果
相同，多倍化桑树同样表现为叶幅变大，叶色深绿，
叶面较粗糙的现象。另有研究发现，三倍体毛白杨
当年生的叶片最宽甚至可以达到５３ｃｍ［１７］。李凤兰
等［１８］对所获得的白杨三倍体植株叶片面积与其亲
本、二倍体进行比较，其各相关指标均大于后两者；
然而，胡晓丽［１９］在对白杨杂种三倍体进行叶面积测
定时发现，尽管大多数三倍体杂种表现为巨型性，但
也存在部分三倍体叶面积小于二倍体的现象。在叶
片厚度上，嵌合体和四倍体滇杨植株叶片厚度分别
为二倍体的１．１６、１．４１倍，其栅栏组织厚度分别为
二倍体的１．１０、１．２３倍，多倍化植株均较二倍体滇
杨在叶片厚度和栅栏组织厚度上更厚，这与矮牵牛
多倍体叶片厚度的研究结果相同［２０］；而在苹果、梨、
草莓的不同倍性植株叶片解剖研究表明，多倍体仅
在栅栏组织细胞长度上有增加，对于叶片厚度和海
绵组织厚度在倍性之间并没有差异，因此认为多倍
化后的植物材料，其叶片及栅栏组织的变厚并不是
绝对的［１５］。同样，国内也有学者在对青杨派树种进
行多倍体诱导研究时，发现了这种现象［１１］。可见，
植物多倍化后，由于基因剂量效应，通常会表现出营
养和生殖器官的巨型性，但并不是所有的多倍体均
表现为这种遗传效应。
叶片气孔性状通常较为稳定，易于观察，常应用
于植物不同倍性间的比较分析［２１－２４］。试验中，滇杨
四倍体与嵌合体的气孔数量在单位面积内明显少于
滇杨二倍体的气孔数量，这与美洲黑杨 ×小叶杨的
杂种（Ｐ．ｄｅｌｔｏｉｄｅｓＭａｒｓｈ．×Ｐ．ｓｉｍｏｍｉＣａｒ．）多倍
体［２５］、甜叶菊四倍体［２６］等的研究结果相一致。此
外，叶绿素含量，光合特性等指标［２７］在多倍体比较
时也是重要的分析指标。在试验中发现，滇杨嵌合
体和四倍体叶绿素 ａ含量分别是对照二倍体的
１５３％和１４２％，叶绿素ｂ含量分别是对照二倍体的
１１３％和１５９％，叶绿素ａ和叶绿素 ｂ含量均高于二
倍体，这与皇家嘎啦苹果［２８］、西瓜多倍体［２９］的研究
结果相同。在光合特性测定中，净光合速率与气孔
导度和蒸腾速率，正常情况应该为正相关的关系，而
上述３项指标与胞间 ＣＯ２浓度应该为负相关关系。
试验中发现，净光合速率与气孔导度正相关一致性
较好，最高峰与最低峰以及双峰比较一致的出现在
同一时间点，蒸腾速率与这两性状的正相关性表现
不一致，主要原因可能是测试时间为１２月初，气温
相对较低，上午 ９点和下午 ５点约为 １２℃，中午
１９℃，气温较低以及冬季的弱光照引起了蒸腾速率
的减慢。胞间ＣＯ２浓度与上述３个性状的负相关特
性并不明显，表现为 ＣＯ２浓度在１天当中没有发生
显著的变化，且不随净光合速率的改变而发生变化，
这说明在弱光条件下，ＣＯ２浓度对净光合速率的影
响较小。明显可见，由于多倍化后滇杨基因的剂量
增加而表现出明显生理方面的遗传效应。
表型性状的测定是研究植物遗传变异的一种快
捷途径，特别是在短期内对种质变异资源进行评价
时，常作为一种重要的评价手段；而植物的叶片形态
和光合生理与植物的新陈代谢关系紧密，可作为一
些林木品种遗传改良的重要指标。试验比较了不同
倍性滇杨苗期的叶片形态和光合生理等表型性状，
这些指标与滇杨速生性有较大的关联性，其研究结
果较好地反映了不同倍性滇杨间的表型差异；但由
８０１
第１期 唐军荣，等：滇杨多倍体苗期叶片形态及光合生理比较分析
于林木新种质的培育及鉴别，所需周期长，为了更加
科学，今后还需要对滇杨多倍体材料进行多点区域
试验，并对不同倍性滇杨的生长量、适应性等作进一
步的跟踪调查和验证，从而作出更加准确、科学的
结论。
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（责任编辑：张 玲）
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