全 文 ：第 19 卷
第 2 期

Vol. 19
No. 2
草
地
学
报
ACTA AGRESTIA SINICA



2011 年
3 月

M ar.

2011
三叶草不同品种叶结构特征与抗旱性的关系
周
阳, 陈雅君* , 张楚涵, 朱
琨, 李
雪, 王晶懋
(东北农业大学园艺学院园林系, 黑龙江 哈尔滨
150030)
摘要: 为评价三叶草 3 个品种抗旱能力的强弱, 了解其叶解剖结构与抗旱性的关系, 以黑龙江乡土白三叶( T r if o

lium r ep ens L . )以及 2 个引进品种瑞文德( T . r ep ens L . )和普通红三叶( T . p retense L . )为材料, 田间播种后正常
管理 ,于当年选取成株叶, 采用石蜡切片法,分析 3 个品种叶解剖结构与抗旱性的关系。结果表明:测定的 10 项指
标中有 6 项指标,包括栅栏组织厚度、栅海比值、上表皮厚度、角质层厚度、主脉导管直径, 以及木质部面积与维管
束面积比值在品种间差异显著,可作为评价三叶草抗旱性的理想指标,应用隶属函数值法综合评价其抗旱能力由
强到弱依次为黑龙江乡土白三叶> 瑞文德> 普通红三叶。
关键词: 三叶草; 组织结构;抗旱性; 叶肉细胞;叶脉
中图分类号: Q944. 56; S541. 2



文献标识码: A




文章编号: 1007
0435( 2011) 02
0222
05
Leaf Structure Associated With
Drought Resistance of Different Clover Cultivars
ZHOU Yang, CHEN Ya
jun* , ZHANG Chu
han, ZHU Kun, LI Xue, WANG Jing
mao
( H ort iculture C ol lege, Northeast Agricul tu ral Un iversity, H arbin, H eilong jiang Province 150030)
Abstract: T hr ee clov er cult ivars ( Mini Black Dr agon( T r if ol ium r ep ens L. ) f rom Heilongjiang ; tw o alien
cult iv ar s: Rivendel ( T . rep ens L. ) and Common Clover( T. r ep ens L. ) ) w ere evaluated for their drought
resistance. T he r elat ionships of dr ought resistance and leaf st ructur e w ere invest igated. Seeds w ere sow ed
in tr ials w ith normal management . Leaves f rom adult plants w ere selected as samples af ter one year. The
drought resistance characterist ics of leaf t issue st ructures w ere analyzed by par af f in method. Results show
that six indices of ten had significant difference among three cultivars used as good indicators of drought re

sistance o f clover. T he six indices w ere palisade t issue thickness, r at io of palisade/ spongy t issue, thickness
of top epidermis, thickness of cut icle, diameter of the main vein catheter and lar ger po rt ion of x ylem in the
vascular bundles. The drought resistance of three cult ivars w ere evaluated by subo rdinate funct ion and
ranked as: M ini Black Dragon> Rivendel> Common Clover.
Key words: Clover; T issue st ructure; Drought r esistance; M esophyll; V ein


三叶草是豆科三叶草属多年生草本植物, 其中
白三叶( Tr i f olium r ep ens L. )和红三叶( T. p rat

ense L. )被广泛用于饲草和地被。白三叶又名白车
轴草,原产地中海,现广泛分布于温带及亚热带高海
拔地区,是世界上利用最广泛的豆科牧草之一。白
三叶颜色翠绿, 草姿美观, 草层平坦而均匀, 在园林
上多用于建植观赏草坪、庭院绿地草坪、林下耐阴草
坪。其本身匍匐茎发达, 竞争力强,覆盖良好, 固土
护沙,固氮,对贫瘠的土壤有改良作用。红三叶又名
红车轴草,原产于小亚细亚及东南欧, 是欧洲、加拿
大、美国等海洋性气候地区的主要栽培牧草。我国
云南、贵州、湖北、新疆都有野生种。红三叶喜温暖
湿润气候,不抗旱,适宜水分充足的土壤。其根系发
达,入土深, 固土能力强, 地面覆盖度大, 保土作用
强,可作为水土保持植物在山坡地栽培。
我国北方多属于干旱、半干旱地区,且大部分地
区灌溉条件差,水资源供需矛盾突出,加之许多三叶
草品种为引进资源, 在北方干旱地区种植因其抗旱
性能差而引起死亡。因此,选取黑龙江当地的白三
叶和 2种引进三叶草为材料, 对 3个品种的叶结构
进行观察,探究三叶草不同品种叶结构特点与抗旱
性的关系,为品种资源利用和改良提供理论依据。
收稿日期: 2010
12
15;修回日期: 2011
01
19
基金项目:
十一五
国家科技支撑计划项目( 2008BADB3B09- 03) ;黑龙江省
十一五
攻关项目( GB06B112
5)资助
作者简介:周阳( 1986
) ,女,黑龙江伊春市人,硕士研究生, 主要从事园林植物资源和逆境生理研究, E
mail: zhouyangyuanmen g@ 126.
com ; * 通讯作者 Author for corr espondence, E
mail : chenyajun622@ 163. com
第 2期 周阳等:三叶草不同品种叶结构特征与抗旱性的关系
1
材料与方法
1. 1
试验地概况
试验于 2009 年在东北农业大学园艺试验站
( N44
12
, E126
42
)进行, 土壤为通气性和保水性良
好的沙壤土,有机质含量 3. 32 g
kg- 1 , pH7.0[ 1]。
1. 2
供试材料
供试三叶草品种有 2种为白三叶品种, 包括黑
龙江乡土白三叶( M ini Black Dragon, 中国黑龙江)
和瑞文德( Riv endel, 丹麦) ; 另一个为红三叶品种,
即普通红三叶( Common Clover,加拿大)。
1. 3
材料培育、采集和处理
2009年 5月 20日, 将籽粒饱满, 大小均匀的 3
种三叶草种子分别均匀撒播于 5 m
1. 2 m 的试验
小区内,播种量为 10 g
m- 2。每品种重复 4次, 随
机排列, 田间正常管理。2009 年 8 月 10 日早 8:
00
9: 00进行采样,采样部位为第一复叶叶基部向
上 1 cm 处, 沿叶脉方向用刀片切割成长宽各 0. 5
cm 的正方形小叶片, 采集后的样品用清水冲洗, 然
后放入 FAA ( 90 mL 50%乙醇+ 6 mL 冰乙酸+ 4
mL 甲醛)溶液中固定 24 h。
1. 4
叶解剖结构的观察和测定
叶解剖结构的观察参照李正理[ 2] 的石蜡切片
法,基本步骤是:取材
固定
冲洗
脱水
透明

浸蜡
包埋
切片
粘片
去蜡
染色
脱水
封
藏,用 Leica RM2135石蜡切片机切片,各品种每次
重复制 4个样片, 每个样片观察 5个视野。将典型
制片在 J
FL50i55i型荧光显微成像系统摄影并测量
以下指标:叶肉细胞内栅栏组织细胞的长、宽以及栅
栏组织的厚度;海绵组织的厚度;上、下表皮的厚度;
主叶脉导管的直径,并计算栅栏组织厚度/海绵组织
厚度以及木质部在叶脉维管束所占的比率。


1. 5
数据处理
数据处理及显著性测验采用 Excel 2003 软件
完成,图片清晰度采用 Photoshop CS软件完成。
1. 6
统计方法
隶属函数值法 [ 3]的计算公式:
R( X) = ( X- Xmin ) / ( Xmax - Xmin )
式中: X为指标测定值, Xmax , Xmin为所有参试材
料某一指标的最大值和最小值。如果某一指标与产
量为负相关,则利用反隶属函数进行转换,计算公式
为: R( X) = 1- ( X- Xmin ) / ( Xmax- Xmin )。
2
结果与分析
2. 1
叶肉细胞的结构特点与抗旱性关系
选定叶片内栅栏组织细胞长度和宽度、栅栏组
织和海绵组织的厚度、栅栏组织厚度/海绵组织厚度
5项指标进行观察和测定(表 1)。
表 1
叶肉细胞中各项指标的测定结果及方差分析
Table 1
Variance ana lysis o f every index in the mesophy ll cells
品种










Cult ivar










乡土白三叶
M ini Black Drag on
瑞文德
Rivendel
普通红三叶
C ommon Clover
F 值
F
value
栅栏组织细胞的长度,
m
The length of palisade t issue cells
437. 93 589. 58 876. 88 10. 1*
栅栏组织细胞的宽度,
m
The w idth of palisade t issu e cells
169. 82 214. 97 349. 23 11. 66*
栅栏组织的厚度,
m
The th ickness of palisade t issue
1110. 15 758. 41 1375. 63 364. 9* *
海绵组织的厚度,
m
The th ickness of spon gy t issue
816. 29 815. 49 1698. 31 307. 85
栅栏组织厚度/海绵组织厚度
The thickn es s of pali sade t issu e∕T he thick nes s of spongy t issue 1. 36 0. 93 0. 81 55. 74* *


注: * * 表示 P< 0. 01的显著性, * 表示 P< 0. 05的显著性;下同
Note: * * means signif icant diff er ence at th e level of 0. 01, * m eans signif icant diff erence at th e level of 0. 05; the same as below


从叶片解剖结构看(图 1~ 6) ,三叶草叶肉中栅
栏组织细胞呈长柱状, 3 个品种的栅栏组织细胞均
为 2层,细胞的长轴和叶表面相垂直。海绵组织形
状不规则,排列疏松,不同品种的叶肉细胞形态差异
不大。
223
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学
报 第 19卷


由表 1 可知, 3个品种叶肉细胞中栅栏组织厚
度和栅栏组织与海绵组织厚度比值这 2项指标差异
极显著( P< 0. 01) , 前者为普通红三叶> 乡土白三
叶> 瑞文德,后者为乡土白三叶> 瑞文德> 普通红
三叶。栅栏组织细胞的长度和宽度差异显著( P<
0. 05) ,均为普通红三叶> 瑞文德> 乡土白三叶。海
绵组织的厚度虽然表现出一定的规律性, 但在三叶
草 3个品种之间的差异并不显著。有研究表明, 栅
栏组织与海绵组织的厚度比被认为是植物抗旱性的
体现,厚度比越大其耐旱性越强, 而且厚度比大于 1
的植物通常被认为是典型的抗旱性植物 [ 4]。三叶草
3个品种中, 乡土白三叶的厚度比极显著大于其他 2
个品种。
2. 2
叶表皮的结构特点与抗旱性关系
选定叶片上、下表皮厚度这 2 项指标对三叶草
的 3个品种进行了观察和测定, 其结果见表 2。
从叶片解剖结构看(图 1~ 6) , 三叶草各品种的
叶片上下表皮细胞均为单层,细胞外形较规则, 呈长
方形或方形,外壁较厚;气孔密集分布于上、下表皮。
由表 2可知,三叶草 3 个品种间上表皮厚度差异极
显著( P< 0. 01) , 大小依次为乡土白三叶> 瑞文德
> 普通红三叶。而下表皮厚度差异不显著。植物的
表皮可以降低蒸腾作用,减少水分散失,提高植物的
抗旱能力 [ 5] ,由此可见, 叶表皮厚度是反映植物抗旱
的一个指标,抗旱性强的植物往往表皮较厚[ 6]。三
叶草 3个品种中, 乡土白三叶的上表皮最厚,即乡土
224
第 2期 周阳等:三叶草不同品种叶结构特征与抗旱性的关系
白三叶的抗旱性强于其他 2个品种,瑞文德次之, 普
通红三叶的抗旱性最弱。三叶草的表皮细胞外壁具
有不同程度加厚的角质层, 能够防止植物体内水分
的过分蒸腾[ 7] , 因而具有较厚的角质层是反映植物
抗旱能力的又一个重要指标。研究中, 黑龙江乡土
白三叶的角质层厚度极显著大于瑞文德, 而瑞文德
的角质层厚度也极显著大于普通红三叶 ( P <
0
01) , 此结果表明黑龙江乡土白三叶具有较强的保
水能力,瑞文德次之,普通红三叶最弱。
表 2
表皮结构中各项指标的测定结果及方差分析
Table 2
Var iance analysis of ev ery index in the leaf epiderm is
品种









Cult ivar









乡土白三叶
Mini Black Dragon
瑞文德
Riven del
普通红三叶
Common Clover
F 值
F
value
上表皮的厚度,
m
The th ickness of the topper epidermis
298. 06 247. 03 203. 99 0. 53* *
下表皮的厚度,
m
The th ickness of the low er epidermis
216. 97 186. 19 225. 77 1. 24
角质层厚度,
m
The th ickness of cu ticle
14. 56 10. 04 7. 58 4. 49* *
2. 3
主叶脉的结构特点与抗旱性关系
选定主脉导管直径、木质部面积/维管束面积这
2项指标对三叶草的 3个品种进行了观察和测定,
其结果见表 3。
表 3
主叶脉中各项指标的测定结果及方差分析
T able 3
Variance analy sis o f ever y index in the main vein
品种









Cult ivar









乡土白三叶
Mini Black Dragon
瑞文德
Riven del
普通红三叶
Common Clover
F 值
F
value
主脉导管直径,
m
Diameter of th e main Vein cath eter
153. 95 205. 38 178. 88 3. 56* *
木质部面积/维管束面积
The area of xylem / Th e area of vascular
0. 58 0. 51 0. 41 59. 73* *


从叶片解剖结构看(图 1~ 6) ,三叶草各品种上
下表皮均有相当多的机械组织, 下方更为发达, 因
此,主叶脉下面常有显著的凸出。主脉由 1根维管
束构成,近轴为木质部, 远轴为韧皮部, 在木质部和
韧皮部之间具有一层微弱形成层。对于植物来讲,
导管越大说明其贮运水分的能力越强, 在相同水分
条件下就更加耐旱 [ 8, 9] , 可见主脉导管的大小也可
以作为抗旱性指标。由表 3可知,普通红三叶在导
管直径这项指标中极显著大于黑龙江乡土白三叶和
瑞文德( P< 0. 01) , 主要是由于不同种间结构差异
造成的。乡土白三叶和瑞文德同属于白三叶的不同
品种,虽然乡土白三叶主叶脉导管直径小于瑞文德,
但木质部面积在整个维管束中所占的比重却大于瑞
文德和红三叶, 这样在整个叶脉中,乡土白三叶用数
量较多的导管增强了水分吸收能力,可见,不仅仅是
导管的直径可作为衡量品种抗旱的指标, 叶脉维管
束中木质部所占的比率也应得到足够重视。
3
讨论
3. 1
黑龙江特定生态环境与三叶草的抗旱性
植物的结构与其生活环境相适应, 生活在特定
环境中的植物一定具有一些特殊的构造, 或必须经
过长期的演化与进化, 产生与之相适应的结构和功
能,才能适应环境条件 [ 10]。黑龙江省位于中国最东
北部,属寒温带大陆性季风气候, 春季干旱多风, 夏
季炎热多雨,乡土白三叶长期生长在这样的环境条
件下,其形态结构必然会受到影响。叶片是植物进
行光合作用的营养器官, 同时也是对环境变化最为
敏感的器官,其形态结构特征最能体现环境因子的
影响或植物对环境的适应[ 11, 12] 。
三叶草不同品种间海绵组织厚度和下表皮厚度
差异不显著,可能是由于海绵组织厚度和下表皮厚
度与种遗传特征有关 [ 13]。有研究表明植物的栅栏
组织越厚,植物在干旱条件下利用光能的效率就越
高[ 1 4] ,李正理等 [ 15]也曾指出光合效率的提高可能是
一种抵抗干旱的非常重要的因素。三叶草不同品种
栅栏组织厚度从厚到薄顺序为普通红三叶> 乡土白
三叶> 瑞文德,说明普通红三叶在干旱条件下利用
光能的效率最高。栅栏组织与海绵组织的厚度比被
认为是植物抗旱性的体现,厚度比越大其耐旱性越
强,而且厚度比大于 1 的植物通常被认为是典型的
抗旱植物 [ 3]。三叶草 3个品种中厚度比从大到小依
次为乡土白三叶> 瑞文德> 普通红三叶, 其中乡土
白三叶的厚度比达到 1. 36,说明黑龙江乡土白三叶
是典型的抗旱植物。李杰[ 16] 在研究胡枝子( L esp e

225
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dez a bicolor T urcz)叶片上表皮厚度与生境的关系
时指出,厚的表皮结构,减少了植物体内的蒸腾作用
有利于在干旱条件下保持较多水分。本试验中叶片
上表皮厚度依次为乡土白三叶> 瑞文德> 普通红三
叶,说明在干旱胁迫下,乡土白三叶能更好地抵御干
旱环境。三叶草表皮细胞外壁具有不同程度加厚的
角质层或蜡质, 防止植物体内水分的过分蒸腾,保持
水分。角质层还具有较强的折光性,可以防止过强
日照引起的伤害 [ 7]。乡土白三叶的角质层最厚, 就
是由于长期生长在半干旱地区的缘故。而普通红三
叶生长在较湿润地区, 其角质层最薄。
3. 2
不同三叶草品种抗旱性的隶属函数值法评价
由方差分析 ( F 检验法)结果可知, 在三叶草 3
个品种的叶结构中, 这 10 项指标的灵敏度是不同
的。综合表 1~ 3 中的数据, 选出灵敏度最高( P<
0. 01)的 6项抗旱指标,计算各指标的隶属函数值,
并进行综合评价, 结果见表 4。
表 4
5 项指标的隶属函数值及抗旱性综合评价
Table 4
Subordinate funct ion values offive indices and comprehensive appraisal of drought resistance
品种









Cult ivar









乡土白三叶
M ini Black Drag on
瑞文德
Rivendel
普通红三叶
Common Clover
栅栏组织的厚度
The th ickness of palisade t issue
0. 57 0. 00 1. 00
栅栏组织厚度∕海绵组织厚度
The th ickness of palisade t issue/ T he thickness of spongy t issu e
1. 00 0. 22 0. 00
上表皮的厚度
The th ickness of the topper epidermis
1. 00 0. 46 0. 00
角质层厚度
The th ickness of cu ticle
1. 00 0. 35 0. 00
主脉导管直径
Diameter of th e main vein catheter
0. 00 1. 00 0. 48
木质部面积∕维管束面积
The area of xylem / T he area of vas cular
1. 00 0. 59 0. 00
平均值
Average
0. 76 0. 44 0. 25
抗旱性顺序
S ort ing of d rou ght resis tance
1 2 3


植物的抗旱性是由多种因素相互作用而构成的
一个较为复杂的综合性状, 采用单项指标进行评定
抗旱性与品种实际抗旱能力有一定出入, 为了弥补
这些缺陷,近年来较多地采用隶属函数法,将多个指
标综合起来评定植物的抗旱性, 使评定结果更准
确[ 17]。本研究选出灵敏度最高( P< 0. 01)的 6项抗
旱指标定量地对 3个品种的抗旱能力作相对排序,
即黑龙江乡土白三叶> 瑞文德> 普通红三叶。
4
结论
4. 1
乡土白三叶的叶肉中栅栏组织与海绵组织厚
度比及主叶脉中木质部在维管束中所占的比值均大
于瑞文德和红三叶, 但木质部中导管直径较小。
4. 2
隶属函数值法对抗旱指标的综合分析显示, 叶
片上表皮厚度、栅栏组织和海绵组织比率、角质层厚
度、木质部在叶脉维管束中所占比值,是评价三叶草
抗旱性较理想的指标。
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(责任编辑
李美娟)
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