免费文献传递   相关文献

Ecological Anatomical Characteristics of Secondary Xylem in Kandelia obovata Sheue et al.

秋茄次生木质部的生态解剖学研究



全 文 :植物科学学报  2015ꎬ 33(6): 792~800
Plant Science Journal
    DOI:10􀆰 11913 / PSJ􀆰 2095-0837􀆰 2015􀆰 60792
秋茄次生木质部的生态解剖学研究
辛桂亮1ꎬ 郑俊鸣1ꎬ 叶志勇2ꎬ 张万超1ꎬ 邓传远1∗
(1. 福建农林大学园林学院ꎬ 福州 350002ꎻ 2. 平潭综合实验区森林园林有限公司ꎬ 福建平潭 350400)
摘  要: 为了探讨秋茄(Kandelia obovata Sheue et al.)次生木质部的形态解剖和数量解剖特征变化对不同红树
林生境的生态适应意义ꎬ 采用光学显微镜(LM)、 扫描电镜(SEM)、 透射电镜(TEM)和激光共聚焦显微镜
(LSCM)对深圳福田红树林自然保护区内 7 个秋茄种群的次生木质部解剖特征进行观测ꎬ 并对种群样地的土壤
盐分含量、 pH值和土壤养分含量进行测定ꎮ 结果显示ꎬ (1) 7个秋茄种群的次生木质部具有一些共同形态解剖
特征: 具纤维状导管和环管管胞ꎻ 许多导管壁的微观结构(如管壁附物、 穿孔板附物和螺旋雕纹等)有利于提高
水分输导的高效性和安全性ꎬ 以适应潮间带生境ꎻ (2) 应用逐步回归分析法对秋茄次生木质部数量解剖特征和
土壤理化因子的关系进行分析发现ꎬ 随着土壤 Na+、 土壤全盐量增高ꎬ 秋茄次生木质部导管分子趋向于“大型
化”ꎮ “大型化”导管有利于水分输导ꎬ 但降低了安全性ꎮ 在土壤盐离子含量越高、 秋茄导管分子越大其水分输导
安全性越低的情况下ꎬ 推测可能有其它机制保证秋茄导管水分输导的安全性ꎮ
关键词: 秋茄ꎻ 次生木质部ꎻ 土壤理化因子ꎻ 生态解剖
中图分类号: Q948.113          文献标识码: A          文章编号: 2095 ̄0837(2015)06 ̄0792 ̄09
      收稿日期: 2015 ̄04 ̄22ꎬ 退修日期: 2015 ̄06 ̄11ꎮ
  基金项目: 福建省教育厅项目(JB09295ꎬ JB11041)ꎻ 国家海洋局海洋公益性行业科研专项(201505009 ̄4)ꎮ
  作者简介: 辛桂亮(1988-)ꎬ 男ꎬ 硕士研究生ꎬ 研究方向为园林植物(E ̄mail: 541974059@qq.com)ꎮ
  ∗通讯作者(Author for correspondence􀆰 E ̄mail: dengchuanyuan@163.com)ꎮ
Ecological Anatomical Characteristics of Secondary Xylem in
Kandelia obovata Sheue et al.
XIN Gui ̄Liang1ꎬ ZHENG Jun ̄Ming1ꎬ YE Zhi ̄Yong2ꎬ ZHANG Wan ̄Chao1ꎬ DENG Chuan ̄Yuan1∗
(1. College of Landscape Architectureꎬ Fujian Agriculture and Forestry Universityꎬ Fuzhou 350002ꎬ Chinaꎻ
2. Pingtan Forest Landscape Co. Ltdꎬ Pingtanꎬ Fujian 350400ꎬ China)
Abstract: Five soil physicochemical indexesꎬ including edaphic pHꎬ edaphic salinity and soil
nutrient valuesꎬ were determined in seven Kandelia obovata populations located in the Futian
Mangrove Nature Reserve of Shenzhen Bay. The morphological features of the secondary
xylem of K. obovata populations corresponding to soil samplingꎬ which represented different
habitatsꎬ were surveyed by light microscopy (LM)ꎬ scanning electron microscopy (SEM)ꎬ
laser scanning confocal microscopy (LSCM) and transmission electron microscopy (TEM) .
Variations in the quantitative wood anatomical features of the seven K. obovata populations
were assessed in detail. Relationships between soil physicochemical variables and quantitative
wood anatomical features were analyzed statistically. Some specialized wood structures in K.
obovata growing in different habitats were observedꎬ suggesting that they function to safely
conduct water under high negative pressure and are adaptive to intertidal habitats. Their
characteristics included some fibriform vessel elements and a few vasicentric tracheidsꎻ
abundant micromorphological structures such as vestures and helical structures on vessel
wallsꎬ and vestured pits and perforated plates. The relationship between soil physicochemical
factors and quantitative anatomical features by stepwise regression analysis indicated that
larger ̄scale vessel elements occurred with increasing soil Na+ content and total salt quantity.
Large scale vessel elements improved the water transportation efficiencyꎬ but depressed water
transportation safety. Presumablyꎬ other wood anatomical features might ensure safe
mechanisms for K. obovata under conditions of higher soil ion content and larger scale vessel
elementsꎬ which both result in lower water transportation safety.
Key words: Kandelia obovata Sheue et al.ꎻ Secondary xylemꎻ Soil physicochemical factorsꎻ
Ecological anatomy
    植物茎、 枝条对环境差异具有表型可塑性ꎬ 可
通过改变其次生木质部形态结构或内部生理变化作
出相应的反映[1-3]ꎬ 有关环境因子时空变化与木材
结构关系的生态解剖学研究较多ꎬ Carlquist 在
Comparative Wood Anatomy一书中有较全面的总
结[4]ꎬ 国内外近 10 年的相关研究主要集中在次生
演替群落建群种木材结构的变化与生态因子的关
系[2ꎬ3]、 木材结构随纬度的变化而变动的关系[5]、
旱生植物的木材结构特征[6]等方面ꎮ 红树植物是
生长于热带亚热带海岸潮间带的木本植物ꎬ 由于其
独特的生境特点(土壤高度盐渍化和受周期性潮水
的浸淹)ꎬ 对红树植物或红树伴生植物的生态解剖
学研究主要集中在海水盐度与水淹频度对木材结构
的影响、 木材结构建成在较高负压下如何有效进行
水分运输并维持植物正常生理功能[7-13]等研究方
面ꎬ 但对红树植物木材结构随土壤盐度的梯度变化
而改变的研究很少ꎬ 仅见于对桐花树[11]的研究报
道ꎮ 笔者运用木材解剖学观察和相关实验方法对秋
茄(Kandelia obovata Sheue et al.)木材结构特征
与生境土壤理化因子的动态变化进行研究ꎬ 以期为
阐明红树植物木材结构-功能的适应意义提供基础
数据ꎮ
1  材料与方法
1􀆰 1  植物材料
2012年 6月于深圳湾东北岸深圳河口红树林
鸟类自然保护区内ꎬ 选取 7个不连续带状分布的秋
茄(Kandelia obovata Sheue et al.)种群ꎬ 从每个
种群样地采集 3株相距较近植株的成熟茎干ꎬ 用砂
纸磨光茎干的横断面ꎬ 截取均具 8个生长轮的茎段
用 FAA固定ꎮ 实验材料均取自较为一致的潮位ꎬ
以减少不同潮位水淹时间和频次对次生木质部数量
特征的影响[14]ꎮ
1􀆰 2  土壤理化因子测定方法
土壤理化因子的测定于 2010-2012 年进行ꎬ
每季度采集土壤样品 1次ꎮ 每次于每一植株的四周
用内径 5 cm 的 PPT 管钻取 20~40 cm 深的土样
(此深度的土壤能较好地代表红树林土壤理化因子
的时空变动[11])4个ꎬ 混合装入塑料袋并带回实验
室ꎬ 然后将土样自然风干、 研细、 拣去根系、 过
18号筛ꎬ 贮存备用ꎮ 将每季度每一种群 3 株植物
周围采集的土样混合ꎬ 用四分法取土样进行土壤
理化因子测定ꎬ 2 年内每季度的测定值的均值即
为该种群土壤的理化因子值ꎮ 参照文献[15ꎬ 16]
的方法进行测定ꎬ 土壤理化因子包括: 土壤有机
质(K2Cr2O7容量法)、 全盐量 (电导法)、 土壤
pH值(电位法)、 土壤 Na+和 K+含量(原子吸收
分光光度法)ꎮ
1􀆰 3  植物材料处理及观察测定方法
参照 Miksche的方法进行制片[17]ꎮ 取秋茄茎
段距离形成层约 1 cm的木材ꎬ 未形成应拉木的木
材ꎬ 取不受潮水冲击一面的木材ꎬ 将材料软化后用
滑走切片机切取横、 径、 弦 3个方向的切片ꎬ 制作
成永久装片ꎮ 另取一部分木材用冰醋酸-过氧化氢
离析液离析ꎬ 制作成永久装片ꎮ 于光学显微镜
(LMꎬ Olympusꎬ BHS 型)及激光共聚焦显微镜
( laser scanning confocal microscopeꎬ LSCMꎬ
MRC ̄1024ES型)下观察切片次生木质部形态特征
并拍照ꎬ 同时应用 OPTPro图像处理软件测定次生
木质部数量特征指标 24项(见表 2ꎬ 表 3)ꎮ 其中ꎬ
每株植物次生木质部导管频率、 单孔率、 输导面积
3项指标各测 30 组数据ꎬ 其余 21 项指标各测 200
组数据ꎬ 然后取每个样地 3株植物数据的平均值ꎮ
取软化后的材料用滑走切片机切取横、 径、 弦
3个方向的切片ꎬ 直接用酒精系列脱水ꎬ 自然干燥
后喷金ꎬ 在扫描电镜(SEMꎬ 日立公司ꎬ S520 型)
397  第 6期                        辛桂亮等: 秋茄次生木质部的生态解剖学研究
下观察各样地植株次生木质部形态特征并拍照ꎮ
另取软化后的木材横向切面参照 Miksche[17]的方
法制作成超薄切片ꎬ 在透射电镜 ( TEMꎬ JSM ̄
1010 型)下观察各种群植株次生木质部形态特征
并拍照ꎮ
本文所用术语及各数量特征的描述和计算依据
文献[4ꎬ 18]提出的标准和计算方法 ( IAWA Com ̄
mitteeꎬ 1989ꎻ Carlquistꎬ 2001)ꎮ
1􀆰 4  数据处理及统计分析
次生木质部的可塑性指数(plasticity indexꎬ
PI)计算公式[19]为: PI = 1 - x / Xꎬ 其中 x 为最
小平均值ꎬ X 为最大平均值ꎮ 应用 SPSS for win ̄
dows 19􀆰0 软件对数据进行逐步回归分析ꎬ 以揭
示土壤理化因子与次生木质部数量解剖特征间的
关系ꎮ 7 个秋茄种群样地土壤理化因子的动态变
化及样地间的各理化因子含量的差异比较见表 1ꎮ
2  结果与分析
2􀆰 1  秋茄次生木质部的形态特征
采用光学显微镜、 激光共聚焦显微镜、 扫描电
镜和透射电镜观察了 7个秋茄种群植株的次生木质
部形态结构ꎬ 结果显示它们具有一些共同的形态
特征:
(1) 导管在横切面由单管孔和管孔群构成 (包
括复管孔和管孔团ꎬ 图版Ⅰ: A)ꎬ 短径列复管孔、
倾斜复管孔和管孔团是横切面常见的管孔群类型
(图版Ⅰ: B)ꎮ 综合观察横切面材料和经冰醋酸-
过氧化氢离析的材料可见ꎬ 长径列复管孔和管孔团
由宽、 窄导管或环管管胞组成 (图版Ⅰ: C)ꎬ 窄导
管内含部分纤维状导管 (图版Ⅰ: D)ꎻ (2) 导管分
子端壁倾斜度很大(图版Ⅰ: E)ꎬ 具梯状穿孔板
(图版Ⅰ: F)ꎬ 梯状穿孔板有横隔 4~13 个ꎬ 梯状
穿孔板横隔具附物 (图版Ⅰ: G)ꎻ (3) 薄壁细胞
间的纹孔为单纹孔对(图版Ⅰ: H)ꎬ 导管-射线间
纹孔为半缘纹孔对 (图版Ⅰ: I)ꎬ 有些导管外侧的
纹孔缘较退化ꎬ 呈单纹孔状(图版Ⅰ: J)ꎻ (4) 大
部分纹孔膜致密ꎬ 扫描电镜下未观察到细小的孔洞
(图版Ⅰ: K)ꎻ (5) 具环管管胞或分隔环管管胞ꎬ
有大量不具穿孔的管状分子为韧型纤维ꎬ 韧型纤维
具单纹孔ꎬ 胶质纤维易见(图版Ⅰ: P)ꎬ 部分韧型
纤维具横隔 (图版Ⅰ: Lꎬ M)ꎻ (6)扫描电镜观察
显示ꎬ 导管侧壁的微观结构包括纹孔口沟、 纹孔口
连接沟和螺旋增厚等螺旋雕纹结构ꎬ 有些螺旋雕纹
结构具附物ꎬ 有的导管内壁具附物(图版Ⅰ: N )ꎬ
梯状纹孔可见(图版Ⅰ: O)ꎻ (7) 射线薄壁细胞具
晶体(图版Ⅰ: Q )、 淀粉粒(图版Ⅰ: R)ꎬ 轴向薄
壁组织为稀疏傍管薄壁组织ꎬ 具淀粉粒(图版Ⅰ:
S)ꎬ 可见射线穿孔细胞(图版Ⅰ: T)ꎮ
2􀆰 2  不同秋茄种群次生木质部数量解剖特征与样
地土壤理化因子的关系
通过对 7个秋茄种群次生木质部的显微观察ꎬ
得到秋茄次生木质部 17 项导管或管孔数量特征指
标(表 2)ꎮ 对次生木质部可塑性指数(PI)的分析结
果可知ꎬ 不同种群间次生木质部导管或管孔数量特
征表现出一定的可塑性ꎮ 其中ꎬ 管孔平均面积
(PA)、 输导面积(CA)和 50 个最大管孔平均面积
表 1  7个秋茄种群样地的土壤理化因子含量(X- ± SD)
Table 1  Means of soil physical and chemical factors and multiple comparisons of seven populations
of Kandelia obovata
种群
Populations
Cl-
(g / kg)
全盐量
Total salt content
(g / kg)
pH 值
pH value
Na+
(g / kg)
有机质
Soil organic matter
(g / kg)
S1 6.13 ± 2.62 c 11.23 ± 3.41 b 6.71 ± 0.31 a 3.12 ± 0.95 e 3.69 ± 0.71 e
S2 5.97 ± 1.99 d 10.62 ± 3.62 b 6.93 ± 0.43 ab 4.50 ± 1.02 d 4.12 ± 0.54 de
S3 6.49 ± 2.87 bb 13.71 ± 5.03 b 7.01 ± 0.28 a 6.02 ± 1.44 b 11.43 ± 2.46 a
S4 3.95 ± 1.69 d 16.43 ± 5.77 a 5.09 ± 0.19 b 4.77 ± 1.14 bcd 8.14 ± 1.52 b
S6 15.12 ± 7.19 a 15.17 ± 4.69 ab 4.91 ± 0.34 b 5.69 ± 1.39 bc 5.41 ± 1.17 cd
S5 12.58 ± 6.84 a 19.15 ± 7.19 a 5.79 ± 0.41 b 8.43 ± 1.87 a 1.48 ± 1.34 f
S7 8.67 ± 4.26 ab 16.69 ± 6.64 a 6.73 ± 0.33 a 4.51 ± 1.28 cd 5.71 ± 1.51 c
    注: S1~S7表示 7个秋茄种群样地ꎮ 同列不同小写字母表示在 0􀆰05水平上差异显著ꎮ 下同ꎮ
Notes: S1-S7 are the seven Kandelia obovata sampling sites. Different lower case letters in the same column indicate significant
difference at the P < 0􀆰05 level. Same below.
497 植 物 科 学 学 报 第 33卷 
597  第 6期                        辛桂亮等: 秋茄次生木质部的生态解剖学研究
(PA50 ) 的 可 塑 性 较 大ꎬ PI 值 分 别 为 0􀆰44、
0􀆰43、 0􀆰42ꎻ 可塑性最小的是导管壁厚(VWT)ꎬ
PI值为 0􀆰12ꎮ 对 7 个秋茄种群次生木质部导管数
量特征的多重比较结果显示ꎬ 不同秋茄种群样地
间植株的导管数量指标存在一定的差异(表 2)ꎮ
对秋茄次生木质部射线及纤维 5 项数量解剖特征
指标的观察分析可见(表 3)ꎬ 不同种群间的数量
特征也表现出一定的可塑性ꎬ 射线频率(RF)可塑
性最大ꎬ PI值为 0􀆰39ꎮ 对 7 个秋茄种群次生木质
部的射线和纤维数量特征多重比较可见ꎬ 样地 7
与其他样地植株相比ꎬ 射线频率的差异显著ꎬ 与
表 3 的 PI分析结果一致ꎮ 对秋茄导管 (管孔)数
量特征和样地土壤理化因子进行逐步回归分析
(表 4)ꎬ 结果表明ꎬ 在样地土壤 Na+含量的变动
范围内ꎬ 管孔径向直径 ( RD)、 管孔平均周长
(PC)、 管孔平均面积(PA)、 50 个最大管孔平均
面积(PA50)随土壤 Na+含量的升高逐渐变大的
趋势显著(P < 0􀆰05)ꎻ 在样地土壤全盐量含量的
变动范围内ꎬ 管孔弦向直径( TD)和管孔弦向直
径(TD50)随土壤全盐量的升高逐渐变大的趋势
达显著(P < 0􀆰05)或极显著水平(P < 0􀆰01)ꎮ
3  讨论
3􀆰 1  秋茄木材结构的特化对潮间带生境的适应性
木材解剖学注重研究木材结构的特化对特殊生
境的适应性ꎮ 因为植物次生木质部导管具有水分输
导功能ꎬ 在特殊生境下水分输导的安全性和有效性
关系到植物各项生理活动是否正常运行、 植物的生
长及存活[4]ꎮ Carlquist[4]针对植物木材结构特化
对旱生生境的适应性进行了详细研究ꎮ 红树植物受
高盐等土壤理化因子影响严重ꎬ 遭受“生理干旱”
胁迫明显ꎬ 在适应异质生境的过程中其形态结构必
然会发生特化ꎬ 许多研究表明ꎬ 红树植物具有旱生
植物木材结构特点以适应高盐水淹生境[9ꎬ 11-13]ꎮ 本
研究详细观察了 7个秋茄种群植株的木材结构ꎬ 结
果表明不同秋茄种群次生木质部具有一些共同的形
表 3  7个秋茄种群次生木质部射线和纤维数量特征(X- ± SD)
Table 3  Means ± standard deviation of quantitative wood anatomical features and multiple comparisons of the
rays and fibers of secondary xylem in seven K. obovata populations
种群
Populations RF FLW FWT FL ARR
S1 17.54 ± 2.66 ab 8.41 ± 1.03 a 3.67 ± 0.51 a 107.05 ± 12.50 c 0.19 ± 0.14 a
S2 17.21 ± 4.28 ab 7.93 ± 1.25 a 3.23 ± 0.30 a 116.74 ± 7.46 b 0.22 ± 0.15 a
S3 19.66 ± 1.28 a 8.41 ± 1.11 a 3.39 ± 0.67 a 118.45 ± 6.25 b 0.13 ± 0.09 a
S4 18.89 ± 1.07 ab 9.68 ± 1.16 a 3.74 ± 0.98 a 144.21 ± 7.16 a 0.10 ± 0.04 a
S5 17.00 ± 0.89 ab 7.90 ± 0.42 a 3.54 ± 0.41 a 117.72 ± 12.08 b 0.32 ± 0.21 a
S6 15.23 ± 1.59 b 9.09 ± 2.72 a 3.36 ± 0.65 a 123.28 ± 19.78 b 0.28 ± 0.24 a
S7 11.95 ± 2.55 c 9.86 ± 1.19 a 4.17 ± 0.95 a 127.76 ± 12.30 ab 0.26 ± 0.08 a
PI 0.39 0.20 0.23 0.26 0.19
    注: RF: 射线频率 (mm-1)ꎻ FLW: 纤维腔径宽 (μm)ꎻ FWT: 纤维壁厚 (μm)ꎻ FL: 纤维长度 (μm)ꎻ ARR: 射线面积比率(%)ꎮ PI:
可塑性指数ꎮ
Notes: RF: Ray frequency (mm-1)ꎻ FLW: Fiber lumen width (μm)ꎻ FWT: Fiber wall thickness (μm)ꎻ FL: Fiber length (μm)ꎻ ARR:
Aggregate ray area ratio (%)ꎻ PI: Plasticity index.
表 4  样地土壤理化因子变量与秋茄导管(管孔)数量特征均值的回归方程
Table 4  Regression equations between variables in soil and mean quantitative vessel (pore) features
of K. obovata by regression analysis
解剖性状
Anatomical characters
生态因子
Ecological factors
回归方程
Regression equations
相关系数( r)
Correlation
coefficients
P值
P value
管孔径向直径 (RD) 土壤 Na+含量 YRD = 20.680XNa++ 39.522 0.845 P = 0.017 < 0.05
管孔平均周长 (PC) 土壤 Na+含量 YPC = 61.322XNa++ 128.506 0.831 P = 0.020 < 0.05
管孔平均面积(PA) 土壤 Na+含量 YPA = 1514.963XNa++ 1102.432 0.817 P = 0.025 < 0.05
50个最大管孔平均面积(PA50) 土壤 Na+含量 YPA50 = 1750.615XNa++ 39.522 0.795 P = 0.049 < 0.05
管孔弦向直径(TD) 土壤全盐量 YTD = 1.262XTSQ+ 22.019 0.883 P = 0.008 < 0.01
50个最大管孔弦向直径 (TD50) 土壤全盐量 YTD50 = 1.314XTSQ+ 31.910 0.797 P = 0.032 < 0.05
697 植 物 科 学 学 报 第 33卷 
态特征ꎬ 这些特性能促进水分输导的安全性并对潮
间带生境具有一定的适应能力ꎬ 主要表现在: (1)
具纤维状导管和环管管胞ꎮ 依据结构-功能解剖学
的研究ꎬ 环管管胞能抗负压ꎬ 不易产生空穴而形成
栓塞ꎬ 环管管胞与导管相伴随ꎬ 在导管形成栓塞时
可提供一个旁道使水分向上运输[4]ꎮ 纤维状导管
在促进水分输导安全性方面与管胞有相同作用[4]ꎻ
(2) 许多导管壁的微观结构有利于水分输导的安全
性ꎮ 秋茄具有附物纹孔ꎬ 其能增进水分输导的安全
性[20-23]ꎮ 我们观察到不同样地的秋茄除具有附物
纹孔外ꎬ 还具有较显著的附物(管壁附物、 穿孔板
附物等)和螺旋雕纹等导管壁微观结构的特化现
象ꎮ Carlquist[4]和 Kohonen 等[24]研究认为ꎬ 螺旋
雕纹、 附物等导管壁结构能增进水分的聚合力ꎬ 防
止栓塞ꎮ
综上分析可见ꎬ 秋茄在长期适应高盐异质生境
的过程中ꎬ 其形态结构逐渐特化ꎬ 如次生木质部形
成了环管管胞、 附物等ꎬ 从生态-系统演化的观点
来看ꎬ 这些次生木质部形态特征的有无是植物长期
适应异质生境而形成的与系统演化相关的性状ꎮ
3􀆰 2  样地土壤理化因子与秋茄导管(管孔)数量特
征的关系及其生态学意义
红树植物生长的潮间带生境最主要的特点是土
壤含盐量高ꎬ 尤其是 Na+、 Cl-等离子含量非常高
(表 1)ꎬ 尽管红树植物总体上处于高盐生境ꎬ 但红
树林生境变动很大ꎬ 如沿入海口方向土壤 Na+、
Cl-等理化因子的变动较大ꎬ 因此ꎬ 即使在小区域
范围内ꎬ 红树林也可划分为不同的异质生境ꎮ 高浓
度盐离子易造成低水势ꎬ 红树植物木质部导管内需
有较强的负压才能有效进行水分输导ꎬ 且随生境盐
分含量的升高其木质部导管内的负压越强ꎬ “小型
化”的导管抗负压、 抗栓塞能力越强ꎬ 越有利于输
导的安全性[4ꎬ 25]ꎮ Sun 等[11]对桐花树(Aegiceras
corniculatum)的研究发现ꎬ 随土壤 Cl-含量的增
加ꎬ 导管直径有减少的趋势ꎻ Schmitz 等[9]研究发
现ꎬ 随土壤全盐量的增大ꎬ 红茄苳 (Rhizophora
mucronata)管孔径向直径与弦向直径等数量特征
指标没有受到显著影响ꎮ 本研究结果表明ꎬ 土壤中
Na+的升高能显著促进秋茄管孔径向直径和管孔面
积的增加ꎻ 土壤全盐量的升高能显著促进秋茄管孔
弦向直径的增大(表 4)ꎬ 因此ꎬ 随着土壤 Na+、 全
盐量含量的升高ꎬ 秋茄次生木质部导管分子趋向于
“大型化”ꎮ 以上研究表明不同红树植物随生境土
壤或土壤盐分含量的变化而有所不同ꎬ 导管数量特
征的变化趋势并不一致ꎮ
秋茄次生木质部“大型化”的导管虽有利于水
分输导ꎬ 但抗栓塞能力减弱ꎬ 使水分输导的安全性
降低ꎮ 根据对 7个样地秋茄种群次生木质部形态结
构的观察ꎬ 我们推测在土壤盐离子含量越高、 水势
越低、 水分输导安全性降低ꎬ 而秋茄导管分子变
大、 安全性降低的情况下ꎬ 保证水分输导安全性的
导管结构可能是: (1) 薄壁细胞内形成丰富的内含
物(如淀粉粒和不定形物质)ꎻ (2)茎结构适应异质
小生境的途径呈多样化(如环管管胞、 纤维状导
管、 导管附物等均能促进水分输导的安全性[4])ꎮ
Carlquist[4]认为薄壁细胞(射线薄壁细胞和轴
向薄壁细胞)内的淀粉粒能够先水解成小分子的糖
类物质然后再运输到导管ꎬ 以提高木质部液流的渗
透势加快水分向上运输ꎮ 许多实验结果表明木质部
导管的渗透活性物质或丝胶状物质引起的渗透势梯
度是促进水分上升的有效途径[26-28]ꎬ 还有研究认
为木质部薄壁细胞内淀粉粒水解有助于高负压下栓
塞导管的修复[29-32]ꎮ 本研究观察到 7 个秋茄种群
样地植物的薄壁细胞内含丰富的淀粉粒和许多不定
形物质ꎬ 我们推测这些物质水解后通过射线细胞
(射线穿孔细胞)的径向运输和轴向薄壁组织的轴
向运输进入导管是水分安全上升的机制之一ꎻ 秋茄
在土壤盐离子含量越高、 水势越低、 水分输导安全
性降低的不同异质小生境中ꎬ “小型化”的导管并
不是保证水分输导安全的唯一结构ꎬ 环管管胞、 纤
维状导管、 导管附物等数量特征的变动在异质小生
境中也可有效促进水分输导的安全性并消除因管孔
增大使水分输导安全性降低的风险ꎮ 但这些形态特
征目前还缺乏一定的量化指标ꎬ 今后可利用计算机
影像学方法[33]作进一步研究ꎮ
参考文献:
[ 1 ]   费松林ꎬ 方精云ꎬ 樊拥军ꎬ 赵坤ꎬ 刘雪皎ꎬ 崔克明.
贵州梵净山亮叶水青冈叶片和木材的解剖学特征及
其与生态因子的关系[J] . 植物学报ꎬ 1999ꎬ 41(9):
1002-1009.
797  第 6期                        辛桂亮等: 秋茄次生木质部的生态解剖学研究
[ 2 ]   史刚荣ꎬ 程雪莲ꎬ 刘蕾ꎬ 马成仓. 扁担木叶片和次生
木质部解剖和水分生理特征的可塑性[J] . 应用生态
学报ꎬ 2006ꎬ 17(10): 1801- 1806.
[ 3 ]   史刚荣ꎬ 刘蕾. 淮北相山三种群落中优势树种次生木
质部的解剖学特征[J] . 云南植物研究ꎬ 2006ꎬ 28
(4): 363-370.
[ 4 ]   Carlquist S. Comparative Wood Anatomy[M] . 2nd
ed. Berlin: Springer Verlagꎬ 2001.
[ 5 ]   Liu JLꎬ Noshiro S. Lack of latitudinal trends in
wood anatomy of Dodonaea viscosa ( Sapinda ̄
ceae)ꎬ a species with a worldwide distribution[J] .
Am J Botꎬ 2003ꎬ 90(4): 532-539.
[ 6 ]   Stevenson JFꎬ Mauseth JD. Effect of environment
on vessel characters in cactus wood [ J] . Int J
Plant Sciꎬ 2004ꎬ 165(3): 347-357.
[ 7 ]   Verheyden Aꎬ Kairo JGꎬ Beeckman Hꎬ Koedam
N. Growth ringsꎬ growth ring formation and age
determination in the mangrove Rhizophora mucro ̄
nata[J] . Ann Botꎬ 2004ꎬ 94(1): 59-66.
[ 8 ]   Verheyden Aꎬ Ridder Fꎬ Schmitz Nꎬ Beeckman Hꎬ
Koedam N. High ̄resolution resolution time series
of vessel density in Kenyan mangrove trees reveal
a link with climate[J] . New Phytolꎬ 2005ꎬ 167(2):
425-435.
[ 9 ]   Schmitz Nꎬ Verhcyden Aꎬ Bccckman Hꎬ Kairo JGꎬ
Koedam N. Influence of a salinity gradient on the
vessel characters of the mangrove species Rhizo ̄
phora mucronata [ J] . Ann Botꎬ 2006ꎬ 98 ( 6):
1321-1330.
[10]   Schmitz Nꎬ Robert EMRꎬ Verheyden Aꎬ Kairo JGꎬ
Beeckman Hꎬ Koedam N. A patchy growth via
successive and simultaneous cambia: key to suc ̄
cess of the most widespread mangrove species
Avicennia marina? [J] . Ann Botꎬ 2008ꎬ 101(1):
49-58.
[11]   Sun Qꎬ Lin P. Wood structure of Aegiceras corni ̄
culatum and its ecological adaptations to salinities
[J] . Hydrobiologiaꎬ 1997ꎬ 352(1-3): 61-66.
[12]   邓传远ꎬ 林鹏ꎬ 郭素枝. 海桑属红树植物次生木质部
解剖特征及其对潮间带生境的适应[J] . 植物生态学
报ꎬ 2004ꎬ 28(3): 392-399.
[13]   邓传远ꎬ 林鹏ꎬ 郭素枝. 榄李属(Lumnitzera)红树
植物的木材解剖学研究[J] . 厦门大学学报: 自然科
学版ꎬ 2004ꎬ 43(3): 406-411.
[14]   Jansonnius HH. The vessel in the wood of Javan
mangrove trees[J] . BLUMEAꎬ 1950ꎬ 6(2): 465-
469.
[15]   刘光崧. 土壤理化分析与剖面描述[M] . 北京: 中国
标准出版社ꎬ 1996.
[16]   鲁如坤. 土壤农业化学分析方法[M] . 北京: 中国农
业科技出版社ꎬ 1999.
[17]   Miksche JP. Botanical Microtechnique Cytoche ̄
mistry[M] . Iowa: The Iowa State University Pressꎬ
1976: 54-129.
[18]   IAWA Committee. IAWA list of microscopic fea ̄
tures for hardwood identification [ J] . IAWA New
Seriesꎬ 1989ꎬ 10(3): 219-332.
[19]   Ashton PMSꎬ Olander LPꎬ Berlyn GPꎬ Thadani Rꎬ
Cameron IR. Changes in leaf structure in relation to
crown position and tree size of Betula papyrifera
within fire ̄origin stands of interior[J] . J Botꎬ 1998ꎬ
76(7): 1180-1187.
[20]   邓传远ꎬ 辛桂亮ꎬ 张万超ꎬ 郭素枝ꎬ 薛秋华ꎬ 赖钟
雄ꎬ 叶露莹. 红树族植物次生木质部附物纹孔的电镜
观测[J] . 植物学报ꎬ 2015ꎬ 50(1): 90-99.
[21]   Choat Bꎬ Jansen Sꎬ Zwieniecki MAꎬ Smets Eꎬ
Holbrook NM. Changes in pit membrane porosity
due to deflection and stretching: the role of ves ̄
tured pits[J] . J Exp Botꎬ 2004ꎬ 55(402): 1569-
1575.
[22]   Jansen Sꎬ Baas Pꎬ Gasson Pꎬ Smets E. Vestured
pits: Do they promote safer water transport? [J]
Int J Plant Sciꎬ 2003ꎬ 164(3): 405-413.
[23]   Jansen Sꎬ Baas Pꎬ Gasson Pꎬ Lens Fꎬ Smets E.
Variation in xylem structure from tropics to tundra:
Evidence from vestured pits[J] . PNASꎬ 2004ꎬ 101
(23): 8833-8837.
[24]   Kohonen MMꎬ Helland A. On the function of wall
sculpturing in xylem conduits [ J] . J Bionic Engꎬ
2009ꎬ 6(4): 324-329.
[25]   Tyree MTꎬ Zimmermann MH. Xylem Structure and
the Ascent of Sap[M] . 2nd ed. Berlin: Springerꎬ
2002.
[26]   Biles CLꎬ Abeles FB. Xylem sap proteins[J] . Plant
Physiolꎬ 1991ꎬ 96(2): 597-601.
[27]   Zimmermann Uꎬ Zhu JJꎬ Meinzer Fꎬ Goldstein Gꎬ
Schneider Hꎬ Zimmermann Gꎬ Benkert Rꎬ
Thürmer Fꎬ Melcher Pꎬ Webb D. High molecular
897 植 物 科 学 学 报 第 33卷 
weight organic compounds in the xylem sap of
mangroves: implications for long ̄distance water
transport[J] . Botanica Actaꎬ 1994ꎬ 107(4): 218-
220.
[28]   Zimmermann Uꎬ Wanger HJꎬ Heidecker Mꎬ Mi ̄
mietz Sꎬ Schneider Hꎬ Szimtenings Mꎬ Haase Aꎬ
MitlÖhner Rꎬ Kruck Wꎬ Hoffmann Rꎬ KÖnig W. Im ̄
plications of mucilage on pressure bomb measure ̄
ments and water lifting in trees rooting in high ̄sa ̄
linity water[J] . Treesꎬ 2002ꎬ 16(2-3): 100-111.
[29]   Salleo Sꎬ Trifilo Pꎬ Nardini Aꎬ Lo Gullo MA. Starch ̄
to ̄sugar conversion in wood parenchyma of field ̄
growing Laurus nobilis plants: A component of the
signal pathway for embolism repair? [ J] . Funct
Plant Biolꎬ 2009ꎬ 36(9): 815-825.
[30]   Zwieniecki MAꎬ Holbrook NM. Confronting Max ̄
well’s demon: Biophysics of xylem embolism re ̄
pair[J] . Trends Plant Sciꎬ 2009ꎬ 14(10): 530-
534.
[31]   Nardini Aꎬ Lo Gullo MAꎬ Salleo S. Refilling emboli ̄
zed xylem conduits: Is it a matter of phloem unloa ̄
ding? [J] . Plant Sciꎬ 2011ꎬ 180(4): 604-611.
[32]   Secchi Fꎬ Zwieniecki MA. Sensing embolism in xy ̄
lem vessels: The role of sucrose as a trigger for
refilling [ J] . Plant Cell Environꎬ 2011ꎬ 34 ( 3):
514-524.
[33]   Fonti Pꎬ Von AGꎬ García ̄González Iꎬ Eilmann Bꎬ
Sass ̄Klaassen Uꎬ Gärtner Hꎬ Eckstein D. Studying
global change through investigation of the plastic
responses of xylem anatomy in tree rings[J] . New
Phytolꎬ 2010ꎬ 185(1): 42-53.
图 版 说 明
图版Ⅰ: 秋茄次生木质部的形态解剖特征ꎮ LM: 光学显微镜ꎻ SEM: 扫描电镜ꎻ TEM: 透射电镜ꎻ LSCM: 激光共聚焦显微
镜ꎮ A: 横切面(LM)ꎬ 示单管孔、 长径列复管孔、 管孔团及环管管胞ꎻ B: 横切面(LM)ꎬ 示短径列复管孔ꎻ C: 横切面
(LM)ꎬ 示管孔团以及倾斜复管孔ꎻ D: 离析的纤维状导管分子(LSCM)ꎻ E: 离析的管胞(LSCM)ꎻ F: 示导管分子端壁倾
斜(SEM)ꎻ G: 示导管梯状穿孔板ꎬ 具附物(SEM)ꎻ H: 横切面(TEM)ꎬ 示韧性纤维细胞间单纹孔对ꎻ I: 横切面(TEM)ꎬ
示导管-薄壁细胞间的半具缘纹孔对ꎻ J: 径切面(SEM)ꎬ 示极度退化的管间具缘附物纹孔ꎻ K: 弦切面(SEM)ꎬ 示致密无
孔隙管间梯形纹孔膜结构ꎻ L: 径切面(SEM)ꎬ 示韧性纤维具横隔ꎻ M: 径切面(SEM)ꎬ 示薄壁细胞单纹孔及附物ꎻ N: 径
向面((SEM))ꎬ 示浅纹孔室ꎬ 附物填充整个纹孔室ꎬ 附物由内纹孔延伸至外纹孔口ꎻ O: 弦切面(SEM)ꎬ 示有些纹孔横向
或轴向加长呈栅栏状排列ꎻ P: 横切面(LSCM)ꎬ 示角质木纤维ꎻ Q: 径切面(SEM)ꎬ 示射线薄壁细胞内晶体ꎻ R: 弦切面
(LSCM)ꎬ 示射线细胞内淀粉粒ꎻ S: 弦切面(LSCM)ꎬ 示纤维薄壁细胞内淀粉粒ꎻ T: 弦切面(LSCM)ꎬ 示射线穿孔细胞ꎮ
Explanation of plate
PlateⅠ: Morphological characteristics of secondary xylem in K. obovata. LM: Light microscopeꎻ SEM: Scanning electron
microscopeꎻ TEM: Transmission electron microscopeꎻ LSCM: Laser scanning confocal microscope. A: Transverse
section ( LM) showing solitary poreꎬ long radial pore multipleꎬ pore cluster and macerated vasicentric tracheidꎻ
B: Transverse section (LM) showing vessels in short radial pore multipleꎻ C: Transverse section (LM) showing pore
cluster and multiple fastigiate poresꎻ D: Longitudinal section ( TEM) showing scalariform perforationꎻ E: Macerated
fibriform vessel element (LSCM)ꎻ F: Macerated vessel element with oblique end wall (SEM)ꎻ G: Radial section (SEM)
showing vessel perforation platesꎻ H: Transverse section ( TEM) showing toughness fiber cells with simple pit pairꎻ
I: Transverse section (TEM) showing haft ̄bordered pit ̄pair between vessels and parenchymal cellsꎻ J: Radial section
(SEM) showing roundꎬ remarkably reduced border pitsꎻ K: Longitudinal section (SEM) showing non ̄porous trapezoidal
pit membraneꎻ L: Radial section (SEM) showing libriform fiber with tabulaꎻ M: Radial section (SEM) showing vestures
round simple pit in parenchymal cellꎻ N: Radial section (SEM) showing shallow pit chambers and vestures extending
from the outer apertures into the pit chamber and from the inner apertures into the vessel lumenꎻ O: Radial section
(SEM) showing forked vestures and dot ̄like vestures arise from trapezoidal pitsꎻ P: Radial section (SEM) showing
gelatinous fibersꎻ Q: Transverse section (SEM) showing crystals in ray parenchyma cellsꎻ R: Longitudinal section
(SEM) showing starch grains in ray parenchyma cellsꎻ S: Longitudinal section (LSCM) showing starch grains in fiber
parenchyma cellsꎻ T: Radial section (LSCM) showing perforated ray cell.
997  第 6期                        辛桂亮等: 秋茄次生木质部的生态解剖学研究
辛桂亮等: 图版Ⅰ XIN Gui ̄Liang et al.: Plate Ⅰ
1 μm
A B C D
E F
I J K L
M N O P
Q R S T
G
50 μm
50 μm 50 μm 50 μm
50 μm
50 μm50 μm50 μm
1 μm
5 μm10 μm50 μm
5 μm 1 μm
5 μm
5 μm 5 μm
50 μm
100 μm H
See explanation at the end of text
(责任编辑: 张 平 )
008 植 物 科 学 学 报 第 33卷