千家寨野生古茶树叶片解剖结构和化学组分计量特征对海拔梯度的适应（一）

以哀牢山千家寨自然保护区内4个海拔（A1：2050m、A2：2200m、A3：2350m、A4：2500m）的野生古茶树（大理茶种）为研究对象，对其叶片解剖结构和碳（C）、氮（N）、磷（P）含量及其计量比进行测定比较，进而探究植物对环境变化的响应与适应。结果表明：随着海拔的升高，野生古茶树叶片厚度、表皮厚度、角质层厚度、栅栏组织厚度、海绵组织厚度、主脉厚度以及叶片C含量等指标呈现出增-降-增的变化趋势，在海拔2200m达到最大值，表明该海拔环境有利于野生古茶树的光合碳同化，其生长代谢较为旺盛；同时随着海拔的增高，野生古树茶的叶片结构更为紧凑，且叶片中的C、N、P的累积增加，以适应高海拔的生长环境；各解剖学指标在海拔梯度上具有较大的可塑性，在不同海拔之间变异程度属于中等；而且该区域野生古茶树的生长并不受N、P元素的限制；千家寨野生古茶树叶片解剖结构和化学计量特征在不同海拔表现出的这种差异，对垂直梯度小生境变化的适应具有重要作用。

海拔是影响植物生长发育重要的外界环境因素，其高度变化会导致光照、温度、湿度、气压等环境因子产生差异，进而影响到植物的生理、代谢、结构与功能、以及生物群落的组成(马寰菲等,2020;Caoetal.,2020;付作琴等,2019)。叶片是植物体暴露在环境中面积最大的器官，尤其叶片结构对环境改变表现得更为敏感，具有较大的可塑性。郭文文等(2020)研究发现，随着海拔的升高，植物可以通过增加叶片角质层厚度、表皮厚度和叶肉厚度等方式增强对外界极端环境的适应能力，从而有利于其在恶劣的环境下生存繁衍。刘梦颖等(2018)对全缘叶绿绒蒿的研究指出，不同叶片解剖学指标多呈现出协同变化的趋势，叶片厚度、表皮细胞厚度、海绵组织厚度、组织疏松度及中脉直径等指标随着海拔上升呈减小趋势，而栅栏组织厚度、栅海比、组织紧密度等指标呈增大趋势，这可能与植物对高山复杂环境的生态适应直接相关。此外，碳(C)、氮(N)、磷(P)是植物生存与生长发育必需的结构元素，也是植物体内物质和能量代谢过程的重要参与者。而叶片不仅可以通过光合作用合成有机物，还是植物储存物质的主要器官，因此叶片C、N、P含量及其化学组分计量比一定程度上可以表征植物对于有效养分的吸收和利用状况(Lietal.,2017)。研究表明，外界环境(如温度、土壤理化因子)改变容易影响植物体内C、N、P含量，从而影响植株的生长发育、C积累动态和N、P养分限制格局(徐昕亿等,2020)。综上可知，植物叶片结构对环境敏感、适应性强，叶片结构的变化一定程度上可反映植物对环境的适应性，而植物体内的营养元素平衡也能影响其自身生长和内稳态稳定，这说明植物叶片解剖结构和生态化学计量之间承载着一定的环境信息，两者在对环境的响应方面会表现出关联性，且这些关联在维持植物的生理代谢平衡上起着一定的作用。因此，了解植物叶片解剖结构和生态化学计量特征对环境变化的响应对探索植物对环境变化的适应机理具有重要的意义。

野生古茶树群是重要的种质资源库，对研究茶树起源、茶树育种和改良以及生态系统多样性等具有重要的科研和应用价值。但是近几十年来，自然环境的变化、乱砍滥伐以及过度开发利用等因素使得野生古茶树群的生长和生存环境均受到显著影响，野生古茶树退化严重，正面临着生态破坏、种群数量减少甚至灭绝的危机，因此如何科学地保护与利用野生古茶树资源值得关注并有待解决。目前，关于野生古茶树的研究主要集中在资源调查(滕翠琴等,2020)、分子标记开发(彭靖茹等,2019)、生化成分检测(杨兴荣等,2016)等方面，而关于野生古茶树群落对环境适应性的研究相对较少。云南省位于中国西南部，是茶树起源地，也是野生古茶树资源分布最丰富的地区，是开展野生古茶树生态学研究的理想区域。本研究选择云南省千家寨自然保护区内的野生古茶树群落为研究对象，通过比较分析其叶片解剖结构和C、N、P含量及化学计量比在不同海拔环境上的差异，探讨野生古茶树对环境变化的响应机制，不仅可以为野生古茶树种质资源的保护以及合理开发利用提供科学依据，而且对深入理解植物对环境的响应方式和适应策略具有重要的生态学意义。

1研究地区与研究方法

1.1研究区概况

千家寨风景区(24°17′N，101°14′E)，位于云南省普洱市镇沅县哀牢山国家级自然保护区的核心区域，野生古茶树群落属于该区域的优势植物种群，是目前世界上已发现的规模最大、保存最完整的野生古茶树群落(齐丹卉等,2014)。千家寨野生古茶树为大理茶种(Camelliataliensis)，许多野生古茶树的树龄超过1000年(均为政府挂牌树)，主要分布于海拔2000~2500m(季鹏章等,2009)。该区域年均气温为10~12℃，无霜期为4—10月，季节温差小；降水量1500mm以上，雨季集中在7—8月，年相对湿度达78%~88%；这里属于中亚热带北缘气候区，其植被呈现出南亚热带常绿阔叶林的山地垂直带植被类型(黄晓霞等,2015;唐一春等,2009)｡

1.2样地设置与采样

根据千家寨自然保护区野生古茶树的自然分布区域，在海拔2000~2500m范围内的同一坡向上，每间隔150m设置一个海拔，共设4个海拔：A1：2050m、A2：2200m、A3：2350m、A4：2500m｡于2019年4月下旬，选择晴朗天气的早上，在每个海拔样地内，相同水平距离间隔随机选取5个采样点，每个采样点内随机选取1株挂牌树，采集发育程度相近、生长位置相同且成熟健康无残缺叶片，并记录采样地的相关信息(表1)。用于石蜡切片制作的叶片放入FAA固定液中保存，而用于C、N、P含量测定的叶片放于硅胶袋中带回实验室后烘干备用。最后从5份样品中随机选择3份样品用于石蜡切片的制作及C、N、P含量测定。

1.3测定方法

1.3.1叶片解剖结构指标

石蜡切片制作参照李芳兰等(2006)方法，先沿主脉两侧剪取1cm×1cm的小块叶片(而测定主脉厚度的切片需以叶片主脉为中心进行剪取)，再将切取的叶片经不同浓度脱水剂脱水，浸蜡，包埋，旋转式切片机切片(厚度8~10μm)，二甲苯脱蜡，番红-固绿染色，最后使用中性树胶封片。每个海拔下的叶片制作10张切片，共40张，然后在光学显微镜(NikonECLIPSETi-S，LEICADM2000)下进行解剖结构的观察及拍照。每张切片随机选择5个视野，利用系统自带测量工具进行各项指标的测量，包括叶片厚度、上下角质层厚度、上下表皮厚度、栅栏组织厚度、海绵组织厚度以及主脉厚度。

声明：本文所用图片、文字来源《生态学杂志》，版权归原作者所有。如涉及作品内容、版权等问题，请与本网联系删除。

相关链接：氮，切片，环境