全 文 :第20卷 第2期
Vol.20 No.2
草 地 学 报
ACTA AGRESTIA SINICA
2012年 3月
Mar. 2012
扁蓿豆叶片解剖结构特征与生态因子相关性分析
李鸿雁1,李志勇1*,赵成贵2,蔡丽艳1,张静萍3,周国栋1
(1.中国农业科学院草原研究所 农业部沙尔沁牧草资源重点野外科学观测试验站,内蒙古 呼和浩特 010010;
2.内蒙古乌兰察布市凉城县畜牧局,内蒙古 凉城 013700;3.内蒙古大学,内蒙古 呼和浩特 010021)
摘要:为了探讨扁蓿豆(Medicago ruthenica)叶片组织结构与生境的关系,以来自我国7个省市(自治区)的扁蓿豆
种质资源共59个居群的成熟叶片为试验材料,采用石蜡制片法,用光学显微技术测定叶片上表皮厚度、叶片下表
皮厚度、叶片厚度、维管束直径、栅栏组织厚度、海绵组织厚度、栅海比、叶片栅栏组织结构紧密度和叶片海绵组织
结构疏松度。方差分析表明:不同地区扁蓿豆解剖结构的9个特征表现出很大程度的差异性,变异系数变化范围
为7.47%~24.49%;相关分析表明:各指标之间大多都存在一定的相关关系;主成分分析表明:栅栏组织厚度、海
绵组织厚度、维管束直径及叶片厚度基本可以代表大部分叶片解剖结构特征的变异信息。聚类分析把59个居群
分为6大类,表现出居群之间的亲缘关系与地理分布有一定的关联;生态因子分析表明:年降水量与栅栏组织厚
度、海绵组织厚度及叶片厚度成显著正相关(P<0.05),推测栅栏组织厚度、海绵组织厚度和叶片厚度的大小与扁
蓿豆种质资源的抗旱特性有关。
关键词:扁蓿豆;叶片解剖特征;环境因子;相关分析
中图分类号:S541.9;Q944.56;Q948.11 文献标识码:A 文章编号:1007-0435(2012)02-0236-08
Correlation Analysis between Leaf Anatomic Traits and Environment
Factors of Medicago ruthenica
LI Hong-yan1,LI Zhi-yong1*,ZHAO Cheng-gui 2,CAI Li-yan1,ZHANG Jing-ping3,ZHOU Guo-dong1
(1.Key Laboratory of Grassland Resources and Ecology Ministry of Agriculture,Grassland Research Institute of he Chinese Academy
of Agriculture Science,Hohhot,Inner Mongolia 010010,China;2.Animal Husbandry Burean Liangcheng County Inner Mongolia,
Liangcheng,Inner Mongolia 013700,China;3.Inner Mongolia University,Hohhot,Inner Mongolia 010021,China)
Abstract:The mature leaves of 59 Medicago ruthenica species from seven provinces of China were studied
using paraffin method.The thickness of upper cuticle,low cuticle,leaves,palisade tissue and spongy tis-
sue,diameter of vascular bundle,palisade tissue/spongy tissue ratio,palisade tissue structure tense ratio
and sponge tissue structure loose ratio of leaves were measured by optical microscopy.Anova analysis
showed that nine characters were significantly different among different regions(7.47%~24.49%).Cor-
relation analysis showed that al indexes had significant correlation.Palisade tissue thickness,sponge tis-
sue thickness,vascular bundle diameter and leaf thickness represented the most variable data.Clustering
analysis showed that 59materials were grouped into six groups and the genetic relationships among popula-
tions were related to geographic distribution.Annual precipitation and palisade tissue thickness,sponge
tissue thickness and leaf thickness had positive correlation(P<0.05).Palisade tissue thickness,sponge
tissue thickness and leaves thickness were a drought-resistance structure of Medicago ruthenicaand related
with drought-resistance of Medicago ruthenica.
Key words:Medicago ruthenica;Leaf anatomic traits;Environment factors;Correlation analysis
扁蓿豆(Medicago ruthenica)分布于我国甘
肃、青海、新疆、内蒙古、山西、河北、辽宁、吉林及黑
龙江等省,多在丘陵坡地、高山草地、平原、沟边及路
旁生长[1,2],其营养价值高,适口性好,抗寒性强,抗
干旱、耐盐碱、耐瘠薄,在黑钙土、栗钙土和中度盐碱
土上均能良好生长,是非常适合于北方地区开发的
收稿日期:2011-10-14;修回日期:2012-01-12
基金项目:农业部农作物种质资源保护与利用项目(NB2011-2130135-33);农业部牧草种质资源保护项目(2011-10);中央级公益性科研院
所基本科研业务费专项“牧草种质资源收集、评价及创新研究”资助
作者简介:李鸿雁(1964-),女,辽宁锦州人,副研究员,博士,研究方向为牧草种质资源的保护与利用,E-mail:hongyli1964@126.com;
*通信作者 Author for correspondence,E-mail:zhiyongli1216@126.com
第2期 李鸿雁等:扁蓿豆叶片解剖结构特征与生态因子相关性分析
豆科牧草之一。其根茎粗壮;茎斜生,近平卧或直
立,多分枝;叶为羽状三出复叶,花序为总状花序,伞
形,蝶形花冠,花冠黄褐色,中央深红色至紫色条纹;
荚果长圆形或卵状长圆形[1]。
植物在长期的进化过程中,受外界温度、水分、
光照等环境因素的影响,形成了一系列特定的外部
形态特征。叶片组织结构在植物与生境的关系和植
物分类学研究中具有重要意义。叶片作为植物体最
重要的营养器官,暴露在环境中的面积最大,受环境
因子的影响也最为显著,它是植物进行同化作用的
主要器官。叶片的形态结构特征是植物适应环境的
具体表现[3]。叶片结构在不同种类的植物之间具有
明显的差异[4],由于环境条件的不同,同种植物叶片
的解剖结构表现出明显的差异[5,6]。近年来,利用
牧草营养器官解剖特征评价单一牧草种质的抗旱性
强弱及与生态因子相关的研究较多[7~11]。本研究
利用石蜡切片法对59个扁蓿豆居群的叶片解剖结
构进行了观察和研究,以期为扁蓿豆的资源利用等
提供可靠的形态解剖学依据。
1 材料与方法
1.1 试验材料
试验材料由中国农业科学院草原研究所国家牧
草种质中期库和内蒙古农业大学提供。于2008年
在温室育苗并种植在农业部沙尔沁牧草资源重点野
外科学观测试验站。该试验站位于E111°45′,N40°
36′,属于半干旱大陆性气候,海拔1065m,土壤类
型为砂壤土,小区面积3.5m2。各居群的生境概况
如表1所示。
表1 供试扁蓿豆种质材料
Table 1 Medicago ruthenica germplasm
编号
No.
采集地点
Location
海拔
Altitude/m
经度
Longitude
纬度
Latitude
年均温度
AMT/℃
年降水量
AMP/mm
1 内蒙古锡林郭勒盟锡林浩特市Xilinhot,XilinGol League,Inner Mongolia 1149 115°48′30″ 43°55′55″ 4.0 360
2 内蒙古锡林郭勒盟西乌珠穆沁旗 West Ujimqin,XilinGol League,Inner Mongolia 1018 117°32′25″ 44°38′21″ 9.0 350
3 内蒙古锡林郭勒盟锡林浩特市Xilinhot,XilinGol League,Inner Mongolia 1149 115°48′30″ 43°55′55″ 4.0 360
4 内蒙古锡林郭勒盟阿巴嘎旗 Abagaqi,XilinGol League,Inner Mongolia 1083 114°33′39″ 43°56′10″ 0.7 245
5 内蒙古锡林郭勒盟白音锡勒Baiyinxile,XilinGol League,Inner Mongolia 989 115°13′00″ 43°02′00″ -0.2 345
6 内蒙古锡林郭勒盟东乌珠穆沁旗Dongwuzhumuqinqi,XilinGol League,Inner Mongolia 894 118°51′33″ 45°43′34″ 1.6 300
7 内蒙古锡林郭勒盟东乌珠穆沁旗Dongwuzhumuqinqi,XilinGol League,Inner Mongolia 1253 119°54′50″ 46°38′16″ 1.6 300
8 内蒙古锡林郭勒盟正蓝旗Zhenglanqi,XilinGol League,Inner Mongolia 1353 115°33′45″ 42°11′06″ 1.5 365
9 内蒙古锡林郭勒盟正蓝旗Zhenglanqi,XilinGol League,Inner Mongolia 1364 115°49′29″ 42°28′55″ 1.5 365
10 内蒙古锡林郭勒盟正镶白旗Zhengxiangbaiqi,XilinGol League,Inner Mongolia 1198 114°48′14″ 42°34′36″ 2.7 363
11 内蒙古锡林郭勒盟白音哈太Banyinghatai,XilinGol League,Inner Mongolia 1149 115°48′30″ 43°55′55″ 1.7 300
12 内蒙古锡林郭勒盟锡林浩特市Xilinhot,XilinGol League,Inner Mongolia 1098 116°29′56″ 44°09′56″ 4.0 360
13 内蒙古锡林郭勒盟多伦县Duolun County,XilinGol League,Inner Mongolia 1197 115°15′31″ 42°22′39″ 1.6 385
14 内蒙古锡林郭勒盟多伦县Duolun County,XilinGol League,Inner Mongolia 708 119°01′26″ 43°40′03″ 1.6 385
15 内蒙古赤峰市巴林右旗Balinyouqi,Chifeng City,Inner Mongolia 708 119°01′26″ 43°40′03″ 4.9 359
16 内蒙古赤峰市林西县 Linxi County,Chifeng City,Inner Mongolia 618 118°02′03″ 43°14′15″ 4.2 379
17 内蒙古赤峰市阿鲁克尔沁旗 Alukeerqinqi,Chifeng City,Inner Mongolia 364 120°22′26″ 44°13′15″ 6.0 400
18 内蒙古通辽市科左后旗Kezuohouqi,Tongliao City,Inner Mongolia 650 119°14′00″ 42°15′00″ 6.2 439
19 内蒙古通辽市奈曼旗Naimanqi,Tongliao City,Inner Mongolia 1200 123°43′00″ 45°41′00″ 6.4 360
20 内蒙古通辽市科左中旗Kezuozhongqi,Tongliao City,Inner Mongolia 146 123°18'00″ 44°08'00″ 5.2 435
21 内蒙古通辽市科尔沁左翼后旗Keerqinzuoyihouqi,Tongliao City,Inner Mongolia 249 121°30′00″ 42°40′00″ 6.2 439
22 内蒙古兴安盟伊尔施县Yiershi County,Hinggan League,Inner Mongolia 888 119°53′59″ 47°18′29″ -3.1 460
23 内蒙古兴安盟阿尔山市Aersan City,Hinggan League,Inner Mongolia 926 120°15′50″ 46°55′51″ -3.2 460
24 内蒙古兴安盟阿尔山市Aersan City,Hinggan League,Inner Mongolia 1041 119°57′14″ 47°09′22″ -3.2 460
25 内蒙古兴安盟科右中旗Kezuozhongqi,Hinggan League,Inner Mongolia 275 121°33′29″ 45°08′20″ 5.6 388
26 内蒙古呼伦贝尔市鄂温克旗Ewenke County,Hulunbeier League,Inner Mongolia 703 118°59′52″ 48°54′58″ 2.2 350
27 内蒙古呼伦贝尔市扎兰屯市Zalantong City,Hulunbeier League,Inner Mongolia 767 121°15′43″ 48°50′05″ 2.4 480
28 内蒙古呼伦贝尔市鄂温克旗Ewenke County,Hulunbeier League,Inner Mongolia 703 118°59′52″ 48°54′58″ 2.2 350
29 内蒙古呼伦贝尔市新巴尔虎左旗 Xinbaerhuqi,Hulunbeier League,Inner Mongolia 876 119°37′11″ 47°24′26″ -0.5 272
30 内蒙古乌兰察布市四子王旗Sizhiwangqi,Wulanchabu City,Inner Mongolia 1400 110°20′00″ 41°10′00″ 6.0 350
31 内蒙古乌兰察布市四子王旗Sizhiwangqi,Wulanchabu City,Inner Mongolia 1400 110°20′00″ 41°10′00″ 6.0 350
32 内蒙古乌兰察布市 Wulanchabu City,Inner Mongolia 1600 114°49′00″ 43°28′00″ 5.7 980
33 内蒙古乌兰察布市察右中旗Cayouzhongqi,Wulanchabu City,Inner Mongolia 1796 112°34′53″ 41°15′37″ 1.3 300
732
草 地 学 报 第20卷
续表1
编号
No.
采集地点
Location
海拔
Altitude/m
经度
Longitude
纬度
Latitude
年均温度
AMT/℃
年降水量
AMP/mm
34 内蒙古乌兰察布市化德县 Huade County,Wulanchabu City,Inner Mongolia 1356 113°25′31″ 41°30′54″ 1.9 334
35 内蒙古乌兰察布市商都县Shangdu County,Wulanchabu City,Inner Mongolia 1369 113°25′25″ 41°30′48″ 3.1 351
36 内蒙古包头市土右旗Tuyou County,Baotou City,Inner Mongolia 999 110°32'00″ 40°33'00″ 6.9 359
37 内蒙古包头市土右旗Tuyou County,Baotou City,Inner Mongolia 999 110°32'00″ 40°33'00″ 6.9 359
38 内蒙古包头市达茂旗Damaoqi,Baotou City,Inner Mongolia 1050 110°36′32″ 42°05′40″ 3.6 250
39 内蒙古包头市达茂旗Damaoqi,Baotou City,Inner Mongolia 1050 110°36′32″ 42°05′40″ 3.6 250
40 内蒙古呼和浩特市和林县 Heling County,Huhhot,Inner Mongolia 1194 112°44′49″ 38°44′15″ 5.4 421
41 内蒙古呼和浩特市 Huhhot,Inner Mongolia 1050 110°46′00″ 40°51′00″ 2.5 400
42 内蒙古呼和浩特市清水河县 Qingshuihe County,Huhhot,Inner Mongolia 1374 112°10′00″ 41°08′00″ 7.1 400
43 内蒙古呼和浩特市清水河县 Qingshuihe County,Huhhot,Inner Mongolia 1374 110°46′00″ 40°51′00″ 7.1 400
44 内蒙古呼和浩特市武川县 Wuchuan County,Huhhot,Inner Mongolia 2246 111°28′55″ 41°02′43″ 2.5 300
45 内蒙古呼和浩特市武川县 Wuchuan County,Huhhot,Inner Mongolia 1737 111°28′55″ 41°02′43″ 2.5 300
46 北京市郊区Suburban District,Beijing 44 116°23′29″ 39°54′20″ 11.3 750
47 山西省太原市Taiyuan City,Shanxi Province 800 112°34′00″ 57°52′00″ 7.0 425
48 山西省沁水县Qinshui County,Shanxi Province 1420 111°55′00″ 35°24′00″ 12.5 750
49 山西省右玉县Youyu County,Shanxi Province 1292 112°44′49″ 38°44′15″ 8.6 442
50 山西省平鲁县Pinglu County,Shanxi Province 1299 112°44′49″ 38°44′15″ 4.5 400
51 山西省大同县Datong County,Shanxi Province 948 114°42′56″ 40°19′26″ 5.8 392
52 河北省围场县 Weichang County,Hebei Province 1080 113°27′00″ 36°05′00″ 13.0 454
53 河北省围场县 Weichang County,Hebei Province 871 115°15′37″ 42°22′39″ 13.0 454
54 河北省围场县 Weichang County,Hebei Province 1222 115°15′37″ 42°22′39″ 13.0 454
55 辽宁省辽西县Liaoxi County,Liaoning Province 600 118°53′00″ 38°43′00″ 10.4 500
56 吉林省公主岭市Gongzhulin City,Jiling Province 359 124°08′25″ 43°14′40″ 5.6 594
57 吉林省长春市Changchun City,Jiling Province 750 124°12′15″ 40°20′34″ 4.8 615
58 西藏扎达县Zhada County,Tibet 4000 79°25′00″ 33°50′00″ 8.0 200
59 直立型扁蓿豆M.ruthenica(Variety)
1.2 试验方法
采集不同居群的扁蓿豆成熟叶片于FAA固定
液中固定24h,采用石蜡切片法。具体过程为:取
材→固定→脱水→透蜡→包埋→切片烘干→展片→
染色→中性树胶封片后制成永久制片;试剂有:
FAA固定液、纯二甲苯、1/2二甲苯+1/2酒精、二
甲苯和蜡的混合液、纯蜡、纯酒精、95%乙醇、85%乙
醇、70%乙醇、番红、固绿、封片剂等。
1.3 数据分析
采用显微分析软件观测叶片横切面的形态结构
并拍照。测定叶片上下表皮细胞层的厚度、栅栏组
织厚度、海绵组织厚度、叶片厚度和维管束直径等结
构特征,由于维管束形状不太规则,其直径用长轴与
短轴的平均值来表示,各观测指标的单位均为μm,
每一样片观察30个视野,并计算下列指标:
维管束直径=(长半轴长度+短半轴长度)/2;
栅海比=栅栏组织厚度/海绵组织厚度;
叶片栅栏组织结构紧密度(CTR/%)=栅栏组
织厚度/叶片厚度×100%;
叶片海绵组织结构疏松度(SR/%)=海绵组织
厚度/叶片厚度×100%。
将观测和计算所得的9个叶片解剖结构性状数
据进行标准化处理,利用SAS 9.0软件进行方差分
析,NTSYSpc 2.1软件进行相关分析和主成分分析
(PCA),UPGMA法进行聚类分析,并绘制树状聚
类图。
2 结果与分析
2.1 扁蓿豆叶片解剖结构特征方差分析
由图1可知,栅栏组织是叶肉组织中的一群细
胞,紧靠上表皮下方,细胞通常1至数层,长圆柱状,
垂直于表皮细胞,并紧密排列呈栅状,内含较多的叶
绿体。海绵组织是叶肉的一种绿色薄壁组织。细胞
形状多样,叶绿体数量较少,层次不清,排列疏松,胞
间隙发达,呈海绵状,一般位于栅栏组织下方。
由表2可知,所有扁蓿豆居群的栅栏组织厚度平
均值大于海绵组织厚度,均值分别为33.57μm和
31.71μm,二者的变化幅度分别为14.33~51.93μm
和20.40~45.49μm,变异系数分别为24.49%和
17.72%。所有扁蓿豆居群的下表皮厚度大于上表皮
832
第2期 李鸿雁等:扁蓿豆叶片解剖结构特征与生态因子相关性分析
图1 59号扁蓿豆居群叶片解剖结构特征
Fig.1 Leaf anatomical structure of Medicago ruthenica(No.59)
注:UE:上表皮,PT:栅栏组织,ST:海绵组织,IS:胞间隙,LE:下表皮,UEC:上表皮细胞,PP:栅栏薄壁组织,
Co:厚角组织,X:木质部,Ca:形成层,P:韧皮部,Pa:薄壁组织,LEC:下表皮细胞
Note:UE:upper epidermis,PT:palisade tissue,ST:spongy tissue,IS:intercelular space,LE:lower epidermis,UEC:upper epidermalcel,
PP:palisade parenchyma,Co:colenchyma,X:xylem,Ca:cambium,P:phloem,Pa:parenchyma,LEC:lower epidermal cel
表2 扁蓿豆叶片解剖结构特征的方差分析
Table 2 Anova analysis of leaf anatomical characters of Medicago ruthenica
x1 x2 x3 x4 x5 x6 x7 x8 x9
1 22.65zA 23.85B 4.91DCzAB 5.17utv 56.40ED 52.50fg 0.97ywxABvz 39.96wzyx 42.23gflkejih
2 33.64nop 27.28zyxA 5.25ywvzxA 5.74sotpqr 71.49u 40.85uts 1.27fg 46.69hfegd 37.97xwvzy
3 25.90wx 38.74zvxAwv 5.47tyuwvzx 6.78jfeghi 66.70zxyw 43.49qp 0.92ywxCABz 38.86Azy 42.78gfdejih
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17 25.35ywx 28.29zyxAw 6.40efghijkmn 6.11onlpmqr 66.48zxy 46.74lm 0.91yCABz 38.33ABzC 42.62gfdkejih
18 24.28yzx 22.89BC 4.94DyCzAB 5.53sutqr 57.99d1 36.94w 1.11pnokqlm 42.22ovtqursp 39.56sorquvtp
19 30.74stu 31.95stqr 6.87cde 6.68jfkelgmhi 75.60ts 49.04ji 0.99yuwtxsvz 40.68wvuyx 41.42onqlkmjip
20 31.27str 34.93jki 4.71ABCD 6.28joknlpmhi 77.16tsqr 45.71lnm 0.91yCABz 40.50wvyx 45.30bac
21 47.61b 33.95Omjkln 5.58tuwvxsr 5.60sutqr 92.71efg 47.00lkm 1.41bcd 51.32a 36.58Az
22 45.44dc 34.52mjkl 6.56defighl 6.05onpmqr 92.52efg 39.98utv 1.32efd 49.00ba 37.25Azy
23 22.94zA 27.57zyxA 6.03tpnkqlsmro 6.28joknlpmhi 62.92CBA 46.72lm 0.86DC 36.40DEC 44.01bdec
24 21.43A 22.25DBC 6.12pjnkqlimro 7.15de 57.04ED 41.32rts 1.00yuwtxrsqv 37.88DABC 38.83xwuvty
25 17.46B 20.40D 6.89defigh 6.66jfkelgmhi 50.99f1 3652w 0.88DCABz 34.38E 39.75sorquvtp
26 32.11spqr 33.65ompkln 5.84tpunvqsro 6.85efgh 78.47tsr 46.91lkm 0.96ywxABvz 40.92wvtux 42.90gfdeih
27 37.94ihj 39.23edf 6.20hpjnkqlimro 6.75jfkelghi 90.01gijh 43.75oqp 0.98yuwtxAvz 42.10vtqursp 43.55gfdec
28 23.93yzx 21.58DC 4.55DC 4.57wv 54.56e1 24.57E 1.13jnoklm 43.72onlqmkp 39.54srquvtp
29 39.36ihg 38.34egf 5.37yuwvzx 4.99uwv 87.68jik 50.40hi 1.03putorsqv 44.71hlmjki 43.51gfdech
30 42.69fe 35.055jki 8.74a 6.93efgh 93.78ef 41.44rts 1.23hifg 45.81hfegjdi 37.49xwAzy
31 38.21ihj 32.46opqrn 4.64DCB 6.82efghi 82.18mno 45.86lm 1.19jhikg 46.58hfegdi 39.47srwqvt
32 39.85hg 32.27ospqr 6.26fghijklmno 5.20utv 88.74lm 26.33DC 1.26hfg 47.71bcd 38.52xwuvzy
33 34.76nlm 34.58mjkl 5.62tuwvqxsr 6.05onpmqr 80.79pno 46.89lkm 1.02puwtrsqv 42.93ontqmrsp 42.60gfdkejih
34 29.64vtu 26.93zyA 5.64tpuwvqxsr 8.08c 70.36vu 31.10BA 1.11pnoklm 42.09vtqurs 38.36xwunzy
35 43.86de 35.63hji 6.64hejdfig 6.14joknlpmqr 92.63efg 27.71C 1.32efd 47.49becd 38.68xwuvty
36 28.62v 28.29zyxAw 5.94tpunqsmro 6.42jfknlgmhi 69.19vxyw 45.44onm 1.02puwtrsqv 41.28wvtusx 40.87sornqlkmjp
932
草 地 学 报 第20卷
续表2
x1 x2 x3 x4 x5 x6 x7 x8 x9
37 39.55hg 36.97hgi 6.71defijh 5.32sut 88.36kij 51.23hg 1.07puntorsqlm 44.56nlmjki 41.77gnlkmjih
38 23.46yz 26.77zA 6.72defijh 6.93efgh 63.93zCBA 39.59uv 0.90yCABz 36.81DC 41.96gflkmjih
39 45.34dc 29.01xuwv 7.69b 9.74b 91.79fg 38.70v 0.90yCABz 49.34ab 31.63D
40 42.70e 40.95dc 5.62tuwvqxsr 5.72sotpqr 95.28de 63.29b 1.06puntorsqvm 45.05hflgjki 43.00gfdeih
41 38.03ihj 34.51mjkl 6.80cdefg 6.88efgh 86.07kl 53.72fe 1.11pniklm 44.12onlmjkp 40.02sornqumtp
42 37.94Ihkj 38.45egf 5.46tyuwvzx 5.70stpqr 87.51kj 42.78rqp 0.99yuwtxsv 43.24onlqmrsp 44.03bdec
43 30.11vtu 35.15jki 6.4hejnkflimg 7.19de 78.85pqr 44.04onp 0.88DCAB 38.21ABzC 44.47bdac
44 36.41lkj 34.30mjklm 5.98tpnqlsmro 6.07onpmqr 82.85mn 32.97zy 1.009pnorsqlm 43.95onlqmjkp 41.53onlkmjih
45 34.17nom 32.61ompqn 6.15hpjnkqlimro 5.94sonpqr 79.17pqr 39.41uv 1.06puntorsqvm 43.25onlqmrsp 41.18sornqlkmjip
46 38.22ihj 39.74edc 6.17hpjnkql 6.97defg 90.93gfh 41.02uts 0.98yuwtxAvz 41.98wvtqu 43.62gfdec
47 34.76nlm 29.87tuwv 6.32efghijk 5.33sut 76.43tsr 57.48d 1.17jhikl 45.49hfegjk 39.20sxwuvt
48 51.93a 45.49a 6.46hejdkfli 6.38joknlg 110.25a 61.21c 1.16jhiklm 47.08fecd 41.24ornqlk
49 34.12nopm 32.21osp 6.23hpjnkli 6.93efgh 79.38pq 43.46qp 1.08pniosql 42.84ontqm 40.56sornql
50 32.92nopq 34.65jkl 7.04bc 7.63cd 82.44mn 32.14z 0.98yuwtxsv 39.90Azyx 41.87gflkmji
51 26.48w 30.53stur 6.23hpjnkli 6.28joknlp 69.53vu 35.76xw 0.88DCABz 38.14DABzC 43.76gfdec
52 30.79stu 29.24xuw 5.04yCzxA 5.56sutqr 70.63vu 24.66D 1.08pntorsqlm 43.66onlqmrkp 41.33ornqlkmjip
53 31.53stqr 32.30ospqr 6.62gd 6.60jfkelgmhi 76.83tsqr 30.08B 1.00yuwtxrsv 40.92wvtux 41.86gflkmjih
54 31.36str 30.35stuv 6.07pjnkolsmro 6.68jfkelgmhi 74.40t 47.29lk 1.05puntorsqv 42.11vtqursp 40.66sornqlkmtp
55 35.99lkm 41.66bc 6.85cdef 6.18joknlpmqi 90.55gih 62.58cb 0.87DCB 39.68Azyx 45.93ba
56 51.22a 35.60hjki 5.65tpuwvqsr 7.22de 99.61bc 30.08B 1.49ba 51.30a 35.86BA
57 37.39ikj 31.95spqr 6.06pjnkqlsmro 7.05def 82.61mn 69.994a 1.20jhikg 45.26hflgjki 38.76xwuvty
58 25.28ywx 26.74A 4.41D 4.44w 61.09C 39.84utv 0.97yuwtxAvz 41.64wvtusx 43.84fdec
59 46.14bc 34.45mjkl 9.05a 10.90a 100.76b 48.72jk 1.37ecd 45.96hfegjdi 34.22BC
平均值
Mean
33.57 31.71 6.06 6.39 77.75 42.28 1.07 42.70 40.85
方差Std 8.22 5.62 0.87 1.05 13.54 10.04 0.17 4.14 3.05
变异系数
CV/%
24.49 17.72 14.36 16.43 17.41 23.75 15.89 9.70 7.47
注:数字后不同字母间表示0.05水平下差异显著。x1=栅栏组织厚度,x2=海绵组织厚度,x3=上表皮厚度,x4=下表皮厚度,x5=叶片厚度,x6=维管束直
径,x7=栅海比值,x8=CTR值,x9=SR值;下同
Note:Different letters mean significant difference at the 0.05level。x1=Palisade tissue thickness,x2=Spongy tissue thickness,x3=Thickness of upper cuti-
cle,x4=Thickness of low cuticle,x5=Leaves thickness,x6=Diameter of vascular bundle,x7=Palisade tissue/Spongy tissue ratao,x8=Palisade tissue structure
tense ratio of leaves,x9=Sponge tissue structure loose ratio of leaves;the same as below
厚度,下表皮厚度的变化幅度为4.44~10.89μm,
均值为6.39μm,变异系数为14.36%。上表皮厚
度的变化幅度为4.42~9.05μm,均值为6.06μm,
变异系数为16.43%。叶片厚度均值为110.25
μm,变异系数为17.41%。维管束直径的变异系数
较大为23.75%,变异幅度为24.57~69.98μm。
CTR值和 SR 值变异不大,其变异幅度分别为
28.08%~51.32%和31.63%~46.33%,变异系数
均小于10%。
方差分析结果显示,不同地区扁蓿豆解剖结构
的9个指标表现出很大程度的差异性。在59个居
群中栅栏组织厚度和维管束直径的差异性较大,变
异系数均大于23%,14号、21号、39号、48号、56号
和59号居群的栅栏组织厚度较大,均大于45μm,
而1号、7号、8号、23号、24号和25号居群较小,不
足前几个居群的1/2;40号、47号、55号和57号居
群的维管束直径显著大于其他居群(P<0.05),均
大于60μm,13号、28号、32号和36号维管束直径
均小于30μm,显著低于其他居群(P<0.05)。
CTR值和SR值的差异性相对较小,变异系数不到
10%,15号、21号、22号和39号居群的CTR值显
著高于其他居群(P<0.05),均大于47%,而较小的
7号、8号和23号居群显著低其他居群,均不足
37%;7号、8号、11号、20号和55号居群的SR值
较大,显著高于其他居群(P<0.05),均大于45%,
而16号、39号、56号和59号较小,均小于35%。
海绵组织厚度、上表皮厚度、下表皮厚度、叶片厚度
及栅海比5个特征的变异系数在14.36%~17.72%
之间,从叶片厚度及上、下表皮厚度上看,14号和59
号居群较大,而1号、18号、28号和59号居群较小;
海绵组织厚度较大的为11号、40号、48号和55居
群,均大于40μm,而较小的居群有1号、6号、8号、
16号、18号、24号和25号居群,均不到24μm;栅
海比较大的居群有1号、6号、8号、16号、18号、24
042
第2期 李鸿雁等:扁蓿豆叶片解剖结构特征与生态因子相关性分析
号和25号,均大于1.4,而较小的7号、8号、23号
和55号居群,均小于0.9,显著低于其他居群(P<
0.05)。
2.2 扁蓿豆叶片解剖结构特征相关分析
从叶片解剖结构的9个指标进行的相关分析可
以看出(表3),各个指标之间大多都存在一定的相
关性。栅栏组织厚度与海绵组织厚度、叶片厚度、栅
海比、CTR值极显著正相关(P<0.01),与SR值极
显著负相关(P<0.01),与海绵组织厚度和维管束
直径显著正相关(P<0.05)。海绵组织厚度与叶片
厚度、维管束直径及CTR值成极显著正相关(P<
0.01)。上表皮厚度与下表皮厚度、叶片厚度极显著
正相关(P<0.01),与SR值极显著负相关(P<
0.01)。下表皮厚度与SR值极显著负相关(P<
0.01),与栅海比成显著正相关(P<0.05)。叶片厚
度与维管束直径、栅海比、CTR值极显著正相关(P
<0.01)。栅海比与 CTR值极显著正相关(P<
0.01),而与SR值极显著负相关(P<0.01)。CTR
值与SR值极显著负相关(P<0.01)。
表3 扁蓿豆叶片解剖结构特征的相关系数
Table 3 Correlation coefficients of leaf anatomical characters of Medicago ruthenica
x1 x2 x3 x4 x5 x6 x7 x8 x9
x1 1.000
x2 0.779** 1.000
x3 0.307* 0.170 1.000
x4 0.199 0.037 0.672** 1.000
x5 0.962** 0.902** 0.374** 0.258 1.000
x6 0.333* 0.478** 0.043 0.020 0.4060** 1.000
x7 0.664** 0.064 0.251 0.2620* 0.4600** -0.052 1.000
x8 0.832** 0.382** 0.052 0.000 0.661** 0.113 0.896** 1.000
x9 -0.348** 0.290* -0.393** -0.4360** -0.145 0.194 -0.892** -0.626** 1.000
注:*:显著相关(P≤0.05);**:极显著相关(P≤0.01)
Note:*:Mean significant correlation at the 0.05level(P≤0.05);**:Mean significant correlation at the 0.01level(P≤0.01)
2.3 扁蓿豆叶片解剖结构特征主成分分析
对9个叶片解剖结构性状指标采用主成分法进
行因子分析,结果如表4所示,各特征向量代表性状
对综合指标贡献的大小,特征根的大小代表各综合
指标对总遗传方差贡献的大小。第1主成分代表了
46.881%的变异,第2主成分代表了24.943%的变
异,第3主成分代表了16.943%的变异,前3个主
成分的累计贡献率已达到88.766%。特征值总和
为7.989,除这3个主成分外不存在其他明显的主
成分。
由表4可知,各特征性状在这3个因子中的得
分情况及重要程度,第1因子变异来源主要是栅栏
组织厚度和叶片厚度;第2因子的变异来源主要是
海绵组织厚度和维管束直径;第3因子的变异来源
主要是上表皮厚度和下表皮厚度。各特征性状在3
个主因子三维坐标系中的位置同样可以看出(图
2),第1个因子的栅栏组织厚度和叶片厚度的系数
较大;第2个因子的海绵组织和维管束直径的系数
较大;第3个因子的上下表皮厚度的系数较大,这3
个因子已经代表了88.766%的变异,基本可以代表
大部分的变异信息。
表4 扁蓿豆叶片解剖性状主成分分析
Table 4 Anatomical quantity characteristics of three
principal components of Medicago ruthenica
解剖结构特征参数
Anatomical structure parameters
主成分Principal component
1 2 3
x1 0.228 0.103 -0.064
x2 0.147 0.330 0.068
x3 0.108 -0.117 0.491
x4 0.089 -0.167 0.491
x5 0.212 0.180 0.062
x6 0.070 0.266 0.100
x7 0.188 -0.227 -0.205
x8 0.202 -0.057 -0.325
x9 -0.133 0.355 0.060
特征值 Eigenvalue(λ) 4.219 2.245 1.525
贡献率 Contribution rate/% 46.881 24.943 16.943
累计贡献率 Total contribution rate/% 46.881 71.823 88.766
2.4 扁蓿豆叶片解剖结构特征聚类分析
根据扁蓿豆不同地区叶片解剖结构特征,对59
个居群进行聚类分析(图3),结果显示:当阈值为
0.012时,可将所有材料分为6大类,同一地理来源
的居群解剖结构表现出较明显的多样性。第Ⅰ类含
10份材料,包括来自锡林郭勒盟的1号、3号和7号
居群,赤峰的17号居群,通辽市的18号聚群,兴安盟
的23号、24号及25号居群,包头市的38号居群及西
142
草 地 学 报 第20卷
藏扎达县的58号居辞;这一类居群叶片解剖结构的
特点是栅栏组织和海绵组织的厚度较基于叶片解剖
结构特征的扁蓿豆种质资源聚类图低,均值分别为
23.11和25.61μm;维管束直径较大,均值为42.59
μm;其余特征值居中。第Ⅱ类仅含来自锡林郭勒盟
正蓝旗的8号居群,生长在低山丘陵区灌丛草原,土
壤类型为栗钙土;这一居群的叶片厚度仅为50.44
μm,栅栏组织厚度仅为14.33μm,栅海比为0.64,
CTR值为28.07,这4个特征在所有居群中均处于
最低水平,海绵组织厚度也较小,而叶片表皮厚度和
SR值较大。第Ⅲ类中仅含来自呼伦贝尔市鄂温克
旗的28号居群,生长 的土壤类型为暗栗钙土,其特
点是海绵组织厚度仅为21.58μm、维管束直径仅为
24.57μm,在59个居群中最小,其叶片表皮厚度也
较小。第Ⅳ类含10个居群,包括锡林郭勒盟多伦县
的14号居群,通辽市的21号居群,兴安盟的22居
群,乌兰察布市的30号、32号和35号居群,包头市
的39号居群,山西和吉林省的48号、56号居群及
栽培品种59号居群;这一类型的特点是9个特征值
中仅有SR在所有居群中较小,均值仅为37.03%,其
余8个特征值在6类中均处于最高水平。第Ⅴ类包
括山西省太原市的47号和吉林省的57号2个居
群;其余35个居群为第Ⅵ类。这2类的多数特征在
所有居群中处于中等水平,区别在于第Ⅴ类的维管
束直径较大,均值为63.73μm,在所有6类中处于
最高。
2.5 扁蓿豆叶片解剖结构特征与生态因子的相关
分析
对扁蓿豆的叶片解剖性状与来源地的经度、纬
242
第2期 李鸿雁等:扁蓿豆叶片解剖结构特征与生态因子相关性分析
度、海拔、年降水量及年均温度进行相关分析和差异
显著性检测(表5)。结果显示,在9个叶片解剖性
状中,每个性状与5个生态因子的相关程度不同。
年降水量与栅栏组织厚度、海绵组织厚度及叶厚成
显著正相关(P<0.05),相关系数分别为0.316,
0.290和0.322。表明这3个性状随降水量的变化
易发生变异,即随着年降水量的增加,扁蓿豆的叶片
厚度及其栅栏组织和海绵组织的厚度逐渐增加。其
他6个叶片解剖性状虽与生态因子有一定的相关
性,但均未达到显著水平。表明这6个性状因生态
因子不同而发生变异的可能性较小。
表5 扁蓿豆叶片解剖性状与生态因子的相关性
Table 5 Correlation between leaf anatomical characters
and ecological factor of Medicago ruthenica
经度
Longitude
纬度
Latitude
海拔
Altitude/m
年降水量
AMP/mm
年均温度
AMT/℃
x1 0.028 -0.113 -0.084 0.316* 0.171
x2 -0.004 -0.187 -0.034 0.290* 0.236
x3 0.073 0.053 -0.123 0.093 0.014
x4 0.154 -0.024 -0.207 0.005 -0.025
x5 0.030 -0.147 -0.087 0.322* 0.203
x6 0.074 0.031 -0.129 0.080 0.109
x7 0.047 0.027 -0.101 0.153 0.025
x8 -0.012 -0.033 -0.042 0.207 0.111
x9 -0.097 -0.121 0.145 -0.059 0.075
3 讨论与结论
3.1 叶片解剖结构的变异
在植物进化过程中,环境变化常导致叶片形态
解剖结构发生变化,在不同选择压力下叶片已经形
成各种适应类型,其结构特征最能体现植物对环境
的适应[12]。本研究表明扁蓿豆的叶片解剖结构特
征受环境影响较大,在9个解剖结构特征中,栅栏组
织厚度和维管束直径的差异最大,变异系数分别为
23.75%和24.59%,表明在不同环境条件选择下,
这2个特征的可塑性最大;而CTR和SR值的差异
相对较小,变异系数分别为9.70%和7.47%,表明
这2个特征相对稳定,受环境条件的影响不大。栅
栏组织含有大量的叶绿体,其主要的功能是参与同
化作用积累有机物质。栅栏组织的厚薄与植物的品
质有一定的关系,高度发达的栅栏组织既可避免强
烈光照对叶肉细胞的灼伤,又可有效的利用衍射光
进行光合作用[13]。一般生产上认为品质较好的植
物材料均有较厚的栅栏组织[14]。从而可以推测栅
栏组织厚度较大的14号、21号、39号、48号、56号
和59号居群中,除59号为栽培品种直立性扁蓿豆
外,其他5个居群均是培育高产优质扁蓿豆新品种
的理想材料。
3.2 扁蓿豆叶片解剖结构与生态因子的关系
彭伟秀等[15]发现一定时期水分胁迫后的甘草
(Glycyrrhiza uralensis)植株成龄叶叶片变薄,栅栏
组织变薄;潘学军等[16]研究表明,抗旱性强的野生
葡萄(Vitis vinifera)随着干旱胁迫程度的加重,叶
片失水变薄,栅栏组织厚度也表现出小幅下降。本
研究通过聚类分析发现,来自同一地理区域的居群
多数并没有聚为一类,如吉林省的56号和57号居
群分别归属于第Ⅳ类和第Ⅴ类,这表明扁蓿豆叶片
解剖结构与地理条件的关系不大,这可能与具体小
生境的微条件关系更为密切。采用相关分析法探讨
生态因子与扁蓿豆叶片解剖结构的相关性也显示,
在经度、纬度、海拔、年降水量和年平均温度5个生
态因子中,仅年降水量与栅栏组织、海绵组织和叶片
的厚度显著正相关(P<0.05),表明年降水量越大,
栅栏组织和海绵组织越发达,叶片厚度越大,即年降
水量对扁蓿豆叶片解剖结构的影响较大,其他生态
因子对其影响较小。因此推测栅栏组织、海绵组织
和叶片的厚度大小与扁蓿豆种质资源的抗旱特性有
关,为扁蓿豆抗旱结构的特征之一。
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(责任编辑 刘云霞)
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