施用毛竹营养液, 可使毛竹(Phyllostachys heterocycla cv.pubescens)新竹增产66.1%~135.0%出笋量增产45.0%~250.7%, 并可提早时间7~10 d, 延长出笋期15~20 d (洪伟等, 1998)。为了探索毛竹营养液的丰产机理, 郑郁善等已做过毛竹叶片的显微构造及叶绿素含量, 光呼吸等研究(郑郁善等, 1998)。有关超微结构研究尚未见过报道。与其它植物一样, 毛竹的生长发育和繁衍要依赖于维持新陈代谢的各种生理功能, 其中最主要的是光合作用、呼吸作用和蒸腾作用, 这些作用在某种程度上都受到气孔行为的调控(马书荣等, 2000)。有鉴于此, 本文应用扫描电镜对施用毛竹营养液后不同年度毛竹的叶片及其对照组的叶片下表面进行观察, 以进一步了解气孔这个复杂生理活动的变化情况, 为毛竹丰产栽培技术提供可靠的理论依据。

1 试验材料和方法

1997-11-06 14:00, 试材取自林学院后山经1996-11施营养液和未施营养液(对照组)的1992、1993、1994、1995、1996年生毛竹共10个实验组, 每个实验组选5株平均竹(以胸径为指标)并取其中间部位向阳面枝条, 带回实验室, 在枝条的分枝中间部位的叶片中部剪下10个大小为5 mm×5 mm的小块, 立即置于2.5%戊二醛进行固定(尤华明等, 1991), 并用真空泵进行抽气使之下沉, 固定后用磷酸缓冲液冲洗后, 用乙醇逐级脱水到100%后, 转移到二甲苯中进行脱腊6 d。最后取出自然干燥, 喷金镀膜在JSM一型扫描电镜下观察拍照。

气孔密度的统计, 在500倍的扫描电镜下各选10个视野进行观测, 取其平均值, 并计算出每mm²的气孔数(即气孔密度)。每组在电镜照片上测出40个气孔的面积及孔径开放面积, 取其平均值, 分别表示气孔大小和气孔开度。气孔总开度为每mm²叶片上所有气孔开度的总和。

2 结果与分析

在扫描电镜下可见毛竹表皮和副卫细胞密布着蜡质纹饰; 气孔器形态为长椭圆形, 两个副卫细胞略长于保卫细胞并平行排列在保卫细胞的外侧, 气孔器长轴取向较规则且与表皮细胞长轴一致, 每个气孔周围都分布着5~8个乳突, 如图 2所示。

2.1 气孔密度比较

气孔密度即为每mm²叶表面上的气孔数, 从扫描电镜照片上及表 1中可见, 不同年度竹叶下表面气孔密度有很大的差异, 在未施毛竹营养液的各年度毛竹中, 气孔密度最大的是1993年度, 按大小它们的排序为:1993>1996>1994>1992>1995。而施营养液的各年度毛竹的气孔密度除了1994年度不变以外, 其它都有不同程度的提高, 平均增加12.9%, 增加的幅度为7.39~28.57%, 增幅最大的是1993年度, 按增幅大小它们的排序为:1993>1995>1996>1992>1994。由此可见, 营养液对毛竹叶片气孔密度有明显的促进作用, 但不同年度毛竹气孔密度的变化规律性并不太明显。

2.2 气孔大小的比较

从图 1和表 1可以看出, 未施营养液的各年度毛竹中, 气孔大小以1996年度为最大, 最小的是1994年度, 它们依次为:1996>1993>1995>1992>1994。施营养液的各年度毛竹中, 其气孔大小1993年度最大, 1995年度最小, 它们依次为:1993>1996>1992>1994>1995。各年度气孔大小均有不同程度的增大, 平均增大12.48%, 增大幅度为2.95~19%, 增幅最大的是1992年度, 按增幅大小排列为:1992>1993>1994>1995>1996。说明营养液对各年度毛竹气孔的增大均有不同的促进作用, 且老竹更明显些。

2.3 气孔开度的比较

气孔开度的大小从某种程度上可以反映出毛竹光合作用和体内的代谢情况, 不同年度叶片气孔开度有明显的差异, 没施营养液的各年度毛竹中, 1996年度的毛竹气孔开度最大, 从大到小它们的排序为:1996>1995>1993>1994>1992, 可见气孔开度变化的总趋势是随着毛竹年龄的增大而减小。而施营养液的各年度毛竹, 气孔开度均有不同程度的增大, 平均增大26.07%, 增幅范围为2.9~62.5%, 增幅最大的是92年度, 按增幅大小依次为:92>93>94>95>96。如图及表 1所示, 从统计结果说明, 营养液有利于增大毛竹气孔开度, 特别对老竹的作用效果更大些。

2.4 气孔总开度比较

气孔总开度反映了每mm²叶表皮上气孔开度的大小。从表 1中可以看出不同年度叶片气孔总开度有明显的差异, 从未施营养液的不同年度毛竹中, 1996年度的毛竹气孔总开度最大, 它们依次为:1996>1993>1994>1995>1992, 从施营养液的各年度毛竹来看, 气孔总开度均有明显的提高, 平均提高44.7%, 提高幅度范围为8.48~94.38%, 增幅最大的是1993年度, 1995年度最小, 按增幅大小的排序为:1993>1992>1996>1994>1995。在叶绿体超微结构研究中, 每个细胞的叶绿体基粒片层总量增幅最大的也是1993年度为146.47%, 它们的排列为:1993>1996>1995>1994>1992。郑郁善等曾报道施用营养液毛竹的净光合速率增幅最大的是1993年度, 其排列为:1993>1996>1994>1992>1995。与本实验结果基本一致。可见, 营养液对提高各年度毛竹气孔的总开度有很大的促进作用, 它可进一步加强毛竹的新陈代谢, 促进其发育生长。

2.5 双因素交互作用方差分析和多重比较

为了阐明年度和施肥对毛竹气孔大小、密度、开度和总开度的影响的差异程度, 应用双因素交互作用方差分析和多重比较进行进一步的分析, 结果表明:营养液对毛竹气孔大小的作用效果达显著水平, 对气孔密度、开度和总开度的作用效果达极显著水平。各年度间毛竹气孔密度、大小和总开度也有极显著的差异, 各年度间气孔开度差异不大。施肥、年度两个因素对气孔开度和总开度有显著的交互作用, 而气孔大小、密度则不存在交互作用(表 2)。

经多重比较结果表明:1993年度对气孔密度的增加有较显著的促进作用, 1993、1996年度对气孔大小有较显著的促进作用, 1993、1992、1996年度对气孔总开度的增加有较显著的促进效果。

3 讨论

叶片气孔的开度、大小和密度是重要的生理指标, 对毛竹的蒸腾、光合及呼吸作用都有直接的影响, 叶片的光合强度大消耗的CO₂多, 使细胞内pH值增高, 淀粉磷酸化酶(Starch phosphorylase)便将淀粉水解为葡糖-1-磷酸, 细胞里的葡萄糖浓度高, 水势下降, 副卫细胞的水分进入保卫细胞, 气孔就张开, 气孔的开度就大。而气孔的开度增大, 则就减少了CO₂进入叶肉的阻力, 提高CO₂的吸收同化, 促进光合产物的转化和运输, 对提高光合速率具有重要的作用。

实验结果表明, 施用毛竹营养液对1992~1996年度毛竹叶片气孔密度、气孔大小、气孔开度和气孔总开度, 都有不同程度的增加。可见, 毛竹营养液不管对新竹或老竹在气孔的生理变化上都起到了很大的促进作用, 而实验结果还可看出营养液对老竹气孔的促进效果更显著。

本实验中还发现不同年度(即不同年龄)的毛竹, 其气孔密度、大小和总开度有极显著的差异, 特别是1993年度的毛竹(即Ⅲ度竹), 其气孔密度、大小和总开度最大, 这与不同龄毛竹的生理代射能力有关。研究结果表明(郑郁善等, 1998) :Ⅰ、Ⅱ度竹生理活动逐渐加强, Ⅲ度竹生理活动最旺盛, 根系吸收能力和枝叶的光合能力都较强光合产物的积累多, 出笋潜力较强, Ⅳ度竹生理活动处于稳定期, 而Ⅴ度以上生理活动逐渐衰退。可见毛竹气孔密度、大小和开度与其生理代谢能力基本呈正相关。

总之, 施用毛竹营养液后可使毛竹叶片的气孔开度、大小和密度增大, 从而增强了毛竹的蒸腾、光合及呼吸作用, 增加有机物质的积累和传导、运输, 使毛竹植株体内新陈代谢更加旺盛, 有效地促进了毛竹的发育生长, 使出笋量及新竹量大大提高。

必须指出的是:毛竹叶片所具有的生物学特性, 若按常规的扫描电镜样品的处理方法是看不到气孔的, 因此, 必须经过脱蜡过程(尤华明, 1991), 脱蜡时间要适当, 否则也是无法进行气孔的观察。