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Correlation Analysis between Leaf Anatomic Traits and Environment Factors of Medicago ruthenica

扁蓿豆叶片解剖结构特征与生态因子相关性分析



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
4  33.56nopq  30.58stur  5.98tpnqlsmro  6.41jfknlgmhi  76.51tsqr  34.52xy  1.10pnorkqlm  43.72onlqmkp  40.05sornqumtp
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14  45.46dc  37.53hgf  6.74cdefg  7.13de  96.89cd  45.64lnm  1.22jhifg  46.82fegd  38.83xwuvty
15  39.00ihg  37.36hgf  5.60tuwvxsr  6.28joknlpmhi  88.39kijh  53.17f  1.06puntorsqvm  44.15onlmjk  42.39gflkejih
16  32.41sopqr  22.75BC  6.00tpnqlsmro  6.74jfkelghi  67.87vxyw  33.79zy  1.46bc  47.78bcd  33.39DC
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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