乌兰布和沙漠10种植物叶片PV曲线水分参数与解剖特征关系

doi:10.7522/j.issn.1000-694X.2024.00118

摘要/Abstract

摘要：

灌木在荒漠化防治和植被恢复中发挥着重要作用，特别是在应对气候变化引发的干旱方面。然而，沙漠灌木通过形态和解剖结构特征适应干旱环境的机制仍不清楚。对乌兰布和沙漠10种常见植物在干旱胁迫环境下的叶片压力-容积（PV）曲线水分参数、叶片解剖和结构等特征及其适应机制进行研究。结果显示：（1）10种植物在PV曲线水分参数（PV性状）和解剖特征差异显著。（2）C₃植物和C₄植物在PV性状、叶片厚度、角质层厚度、比叶面积（SLA）和叶干物质含量（LDMC）等方面存在显著差异。C₃植物的失膨点水势（Ψ_tlp）和饱和含水时的渗透势（Ψ₀）值较高，但叶片水容（C_leaf）较低。C₃植物的叶片厚度和角质层厚度显著低于C₄植物，而SLA和LDMC显著高于C₄植物。（3）叶片厚度、栅栏组织和海绵组织与Ψ_tlp、C_leaf和弹性模量（ε）等PV性状之间存在显著相关关系，并且不同光合作用途径植物叶片解剖特征与PV性状之间的关系表现出差异。

关键词: 干旱区, 失膨点水势, 解剖结构特征, 光合作用途径

Abstract:

Shrubs play a crucial role in desertification control and vegetation restoration， especially under the influence of drought induced by climate change. However， the morphological and anatomical characteristics of desert shrubs and their adaptation mechanisms remain unclear. In this study， ten common plant spieces were selected from the same site conditions in the Ulan Buh Desert， and were classified into C₃ and C₄ plants based on their photosynthetic pathways. We investigated the leaf PV curve water parameters of the plants under drought stress， as well as their leaf anatomy， structure， and adaptation mechanisms. Our results indicate that：（1） There is significant interspecific variation among the ten woody plants in terms of their PV traits and anatomical characteristics. （2） There are significant differences between C₃ and C₄ plants in PV traits， leaf thickness， cuticle thickness， specific leaf area （SLA）， and leaf dry matter content （LDMC）. C₃ plants exhibit higher values of turgor loss point （Ψ_tlp） and osmotic potential at full turgor （Ψ₀）， but lower leaf water capacity （C_leaf） compared to C₄ plants. The leaf thickness and cuticle thickness of C₃ plants are significantly lower than those of C₄ plants， while SLA and LDMC are significantly higher in C₃ plants. （3） There are significant correlations between leaf thickness， mesophyll structure， and Ψ_tlp， C_leaf， and modulus of elasticity （ε） among PV traits. Moreover， the relationship between leaf anatomical characteristics and PV traits varies among plants with different photosynthetic pathways.

Key words: arid region, turgor loss point, anatomical structure characteristics, photosynthetic pathway

中图分类号:

Q945.78

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图/表 9

表1 乌兰布和沙漠10种植物叶片/同化枝PV性状

Table 1 PV traits of leaves/assimilating branches in ten woody plant species from the Ulan Buh Desert

树种	光合途径	Ψ_tlp/MPa	Ψ₀/MPa	C_leaf/(mol·m^-2·MPa^-1)	ε/MPa	RWC_tlp/%
白刺	C₃	-2.45±0.11	-1.33±0.12	1.28 ±0.23	7.51±1.36	85.91±1.39
沙棘	C₃	-1.97±0.07	-1.64±0.09	1.36±0. 11	8.65±1.46	86.53±1.43
霸王	C₄	-3.39±0.16	-2.50±0.17	1.43±0. 08	10.52±0.69	83.45±0.74
柽柳	C₃	-1.98±0.03	-1.85±0.08	0.61±0.11	27.79±5.88	96.93±.0.68
黑沙蒿	C₄	-1.52±0.07	-1.40±0.06	1.85±0.23	7.25±0.88	93.05±0.99
花棒	C₃	-1.68±0.06	-1.57±0.06	2.74±0.07	6.61±0.40	93.39±0.56
沙拐枣	C₄	-1.82±0.13	-1.57±0.07	3.04±0.35	7.99±1.27	88.64±1.84
梭梭	C₄	-3.44±0.11	-2.66±0.09	1.98±0.19	14.20±1.11	86.35±1.15
柠条	C₃	-2.07±0.04	-1.75±0.09	1.03±0.13	6.39±1.25	77.07±3.09
沙冬青	C₃	-2.56±0.09	-2.14±0.06	1.06±0.08	12.24±0.63	87.09±1.86
变异系数CV/%		29.16	25.30	49.32	66.24	6.89

表2 乌兰布和沙漠10种植物叶片/同化枝解剖与结构特征

Table 2 Anatomical and structural characteristics of leaves/assimilating branches in ten woody plant species from the Ulan Buh Desert

树种	叶片厚度LT/μm	栅栏组织厚度PT/μm	海绵组织厚度ST/μm	栅栏/海绵组织厚度比值PT/ST	角质层厚度ET/μm	叶肉组织占叶肉细胞百分比MES/%	维管束占叶肉细胞百分比VB/%	贮水组织占叶肉细胞百分比STO/%	比叶面积SLA/(cm²·g^-1)	叶干物质含量LDMC/(g·g^-1)
白刺	455.58±27.72	98.67±2.12	80.12±4.76	1.24±0.50	4.95±0.10	43.30±1.06	3.29±0.30	53.41±0.81	69.33± 3.80	0.29±0.12
沙棘	275.70±45.98	94.19±3.33	34.14±11.80	3.51±0.75	4.16±0.40	46.00±0.72	3.18±0.48	50.82±0.63	114.72±5.72	0.33±0.01
霸王	1006.97±26.05	145.50±7.69	—	—	5.34±0.19	34.30±0.39	4.03±1.15	61.68±1.52	45.83±1.27	0.33±0.01
柽柳	610.76±26.78	75.70±4.43	28.71±1.19	2.65±0.18	6.34±0.37	32.03±0.96	16.08±1.51	51.89±1.79	46.69±1.81	0.42±0.01
黑沙蒿	442.61±20.31	104.71±4.02	43.90±2.18	2.39±0.08	6.93±0.55	54.44±0.06	3.42±0.34	42.14±0.33	69.21±2.39	0.33±0.01
花棒	776.09±20.72	94.15±3.30	—	—	4.09±0.30	35.68±1.26	13.20±0.64	51.11±1.17	47.13±0.84	0.33±0.01
沙拐枣	1108.54±30.84	51.28±5.76	—	—	6.64±0.33	22.05±1.31	7.35±0.65	70.60±1.42	29.95±2.61	0.30±0.03
梭梭	1035.64±37.78	32.24±0.52	—	—	5.16±0.25	16.82±1.18	4.71±0.87	78.47±0.60	30.64±0.91	0.31±0.02
柠条	200.23±1.54	51.68±1.59	14.91±0.67	3.48±0.15	1.86±0.04	59.22±0.59	10.85±0.66	29.93±1.06	115.78±3.04	0.38±0.02
沙冬青	414.14±14.16	111.98±4.74	65.11±1.00	1.72±0.09	2.50±0.32	57.85±2.18	3.61±0.49	38.54±2.11	52.57±0.99	0.39±0.01
变异系数CV/%	50.68	38.66	51.28	49.09	35.49	35.24	68.39	26.76	48.37	14.04

图1 乌兰布和沙漠不同光合作用途径植物PV性状特征比较（平均值±标准误）注：不同小写字母代表不同植物间差异显著（P<0.05）

Fig.1 Comparison of PV traits in plants with different photosynthetic pathways from the Ulan Buh Desert （mean ± SE）Note： different lowercase letters indicate significant differences among plant species （P< 0.05）， ns， not significant

图2 乌兰布和沙漠不同光合作用途径植物叶片结构和解剖特征比较注：不同小写字母代表不同植物间差异显著（P<0.05）

Fig.2 Comparison of leaf structure and anatomical characteristics in plants with different photosynthetic pathways from the Ulan Buh Desert. Note： different lowercase letters indicate significant differences among plant species （P< 0.05），ns， not significant

图3 乌兰布和沙漠不同光合作用途径植物叶片解剖特征与Ψtlp的关系

Fig.3 Relationship between leaf anatomical characteristics and Ψtlp in plants with different photosynthetic pathways from the Ulan Buh Desert

图4 乌兰布和沙漠不同光合作用途径植物叶片解剖特征与Cleaf的关系

Fig.4 Relationship between leaf anatomical characteristics and Cleaf in plants with different photosynthetic pathways from the Ulan Buh Desert

图5 乌兰布和沙漠不同光合作用途径植物叶片解剖特征与ε的关系

Fig.5 Relationship between leaf anatomical characteristics and ε in plants with different photosynthetic pathways from the Ulan Buh Desert

图6 乌兰布和沙漠10种植物叶片/同化枝PV性状与解剖、结构特征的相关性分析注：*：P<0.05；**：P<0.01

Fig.6 Correlation analysis of PV traits and anatomical and structural characteristics of leaves/assimilating branches in ten woody plant species from the Ulan Buh Desert. Note： *， P<0.05；**， P<0.01

图7 乌兰布和沙漠10种木本植物13个性状的主成分（PCA）分析结果

Fig.7 Principal Component Analysis （PCA） results of 13 traits in ten woody plant species from the Ulan Buh Desert

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