叶片是植物与外界环境进行能量和物质交换的重要器官，直接影响到植物的基本行为和功能，并随着气候和环境因子的变化而变化(Wright et al.， 2004b)。叶功能性状可作为资源利用策略的指标，在一定的环境背景下相对稳定，能反映不同物种或种源在长期进化过程中对生存环境的适应和竞争能力(Vendramini et al.， 2002; 刘超等，2012; Liu et al.， 2013)。因而，研究植物叶性状随环境和资源梯度变化的格局是了解植物生态和进化过程的基础(Ackerly et al.， 2000; Westoby et al.， 2006)。

自然选择驱动植物的地区适应，体现在同一种植物在异质环境中发生种内遗传变异(Hereford et al.， 2009)。地理分布广泛的植物长期生长在不同的环境条件下，为了适应特定的地区环境，会在表型和生理特性等方面产生变异，形成特定的地理种源(季子敬等，2013)，而种源间差异主要由表型可塑性——在不同的环境条件下基因表达不同(Bradshaw et al.， 2006; Pigliucci et al.， 2006)、基因型差异(长期适应不同环境导致的基因型差异)或两者共同造成的。水分是限制植物光合作用、生长和更新的关键环境因素。由于种源地理气候条件、水分干旱程度的差异，不同种源叶性状对于水分胁迫的响应会有明显不同(Martin et al.， 2007; 种培芳等，2013)。

黄柳(Salix gordejevii)是杨柳科(Salicaceae)柳属(Salix)的旱中生灌木，集中分布于呼伦贝尔沙地、科尔沁沙地和浑善达克沙地，具有耐干旱、抗风蚀、耐沙埋的特点，是流动沙丘边缘和半流动沙丘的灌木型先锋植物(吴新宏，2003)。黄柳的地理分布较广，适应性很强，由于环境条件的不同，不同种源黄柳在长期的生长过程中，经过自然选择和适应形成了生态适应性及生产力等方面的遗传差异(梁宇等，2000; 任安芝等，2001; 崔秀萍等，2006)。水分胁迫对不同种源黄柳生长的影响已有研究(杨跃文等，2012)，但关于不同种源黄柳叶功能性状之间的差异研究很少，比较水分胁迫和种源对黄柳叶性状影响的研究尚未见报道。本研究通过水分处理盆栽试验，研究了水分胁迫对不同种源黄柳叶功能性状的影响，比较水分胁迫、种源差异及其交互作用对6个黄柳种源叶功能性状的影响程度，探讨种源地气候是否为引起种源间差异的主要因素，旨在探讨不同黄柳种源在水分胁迫下叶功能性状的差异，为黄柳引种和造林提供科学依据。

试验地位于北京林业大学苗圃(40.01° N，116.34° E)，海拔为49 m。气候属于暖温带半湿润大陆性季风气候，年平均气温11.8 ℃左右，年最高气温37.5～42.6 ℃，最低气温-19.5～-14.8 ℃，最热的7月平均气温为25.8 ℃。年平均降水量500～650 mm，多集中于7—9月，降水量占全年降水量的70%以上。试验期间苗圃设置塑料遮雨棚以防止降雨和处理外的其他水分对控水试验的干扰，雨天关闭，晴天打开，自然通风良好。

试验材料为黄柳当年生扦插苗，种源来源见表 1。于2009年3月下旬及4月上旬，选取6个种源地生长粗壮、无病虫害，枝芽饱满的1～2年生黄柳枝条，剪取长度为20 cm左右的枝条插穗。枝条插穗采集后立即标记编号，冷藏保湿，防止干燥、失水。于4月中旬，将来自不同种源地的插穗同时经0.1%生根粉ABT1处理后在30 cm的花盆中进行盆栽扦插培养，每盆2株，每种苗木12盆。培养苗木的土壤为沙壤土(沙土:园土:草炭土=4:1:1)，与黄柳的原始生长条件基本一致，田间持水量12.19%，土壤密度1.37 g·cm^-3。

表 1 黄柳各种源地的地理和气候条件 Tab.1 Original geographical and climatic conditions of six S. gordejevii provenances

表 1 黄柳各种源地的地理和气候条件 Tab.1 Original geographical and climatic conditions of six S. gordejevii provenances 种源地 编号 纬度 经度 海拔 年均降水量 年平均气温 Provenances Code Latitude(N) Longitude(E) Altitude/m Average annual precipitation/mm Average annual temperature/℃ 内蒙古鄂温克旗 Ewenki，Inner Mongolia HE 49.118 3° 119.738 9° 619 29.5 -0.6 辽宁彰武县 Zhangwu，Liaoning HF 42.692 5° 122.607 3° 204 42.4 6.7 内蒙古库伦旗 Kulun，Inner Mongolia HK 42.766 1° 121.936 9° 229 38.4 6.9 吉林社里乡 Sheli，Jilin HS 45.041 8° 125.047 7° 165 40.3 4.8 内蒙古太仆寺旗 Taibus，Inner Mongolia HT 41.876 9° 115.282 5° 1 450 31.1 2.6 内蒙古正蓝旗 Zhenglan，Inner Mongolia HZ 41.255 0° 116.006 4° 1 295 36.6 3.9

待苗木正常生长3个月后，于7月中旬选取生长良好、一致的苗木进行人工模拟干旱控水试验。共设4个水分胁迫梯度处理水平，分别为正常水分处理(CK)、轻度干旱(T1)、中度干旱(T2)和重度干旱(T3)，即土壤含水量分别控制在田间持水量的70%~75%(CK)、50%~55%(T1)、35%~40%(T2)、15%~20%(T3)。干旱处理前使各盆的土壤相对含水量基本达到饱和，然后停止浇水让其自然干旱至设定水平。控水试验采用完全随机区组试验设计，每个种源每个水分胁迫处理均为3盆，共72盆。干旱梯度形成后，为了使各处理稳定在试验设定土壤含水量内，用烘干和称重的方法测定土壤含水量，每天下午6点按照预先模拟盆重与土壤含水量的关系，根据其变化加水补充消耗的水分。试验连续处理40天，为防止天气因素导致的土壤蒸发差异用塑料薄膜覆盖盆面裸土。

干旱处理40天后，用Li - Cor 6400便携式光合作用测定系统测量各处理苗木的光合特性。测定时设置一致的光合有效辐射、大气CO₂浓度等光合参数。选取植株叶位相对一致的叶片进行测定。测定指标为： 叶片的净光合速率(P_n)和蒸腾速率(E)。并利用公式计算叶片瞬时水分利用效率(WUE=P_n/E)。测量光合的叶片取下，带回实验室测定相应叶片相对含水量(RWC)和比叶面积(SLA)。每个处理随机选3个植株进行测定，每个植株选取3片叶测定3个重复。

根据黄柳种源地的地理坐标，在ArcGis 9.2中从WorldCLIM全球高分辨率(1 km×1 km)气候数据库(Hijmans et al.， 2005)中提取出各样地的多年月平均温与月降水量数据(1950—2000年平均值)，并以此计算年均降水量MAP(mean annual precipitation，mm)，反映一个地区水分供给情况； 年平均气温MAT(mean annual temperature，℃)，反映一个地区热量供给情况。

用ANOVA比较不同水分胁迫下不同黄柳种源叶功能性状的响应； 结合一般线性模型(general linear model，GLM)分析水分胁迫、种源以及种源地气候对黄柳叶功能性状的影响，比较种源、水分胁迫及种源地气候对叶功能性状的解释力； 用Pearson相关性分析种源地气候因子(MAT，MAP)与叶功能性状的相关关系。

R软件是一个自由、免费、源代码开放的软件，由大量的R软件包构成，专门用于统计计算和统计作图，得到了一些科学研究者们的青睐(薛毅等，2007; Wang et al.， 2009; He et al.， 2010; Liu et al.， 2013)。本文所有统计分析在R2.10软件(R Development core Team， 2007)下完成。

不同种源的叶性状在不同水分胁迫下的响应不同。黄柳各种源的P_n，E，RWC随水分胁迫程度的加深有降低的趋势，而WUE随水分胁迫程度的加深均有不同程度增加(图 1)。黄柳6个种源中只有HF种源的SLA在不同水分梯度之间有显著性差异，说明HF种源的SLA对水分胁迫的反应比其余种源更为敏感。

图 1 不同种源黄柳的叶性状对水分胁迫处理的响应 Fig. 1 Response of leaf traits of different Salix gordejevii provenances to water stress treatment 通过单因素方差分析，具有不同字母的差异性显著(P＜0.05)，误差棒代表平均值的标准误差。误差棒上方的字母为水分梯度的一维方差进行Duncan多重比较检验分组； 方括号内的字母为种源的一维方差分析进行Duncan多重比较检验分组。 Treatments with the different letters are significantly difference(P<0.05) according to one-way ANOVA by origins or species. The error bars represent error of the means. The letters above the error bar are the grouping of Duncan’s multiple range test for one-way ANOVA by water gradients， and those within the square brackets are the grouping of Duncan’s multiple range test for one-way ANOVA by provenances.

在相同的水分胁迫下，黄柳各叶性状在不同种源之间存在差异。在正常水分下，只有E在不同种源之间没有显著性差异。在轻度干旱下，只有RWC和SLA在不同种源之间没有显著性差异。在中度干旱下，各性状在不同种源之间均有显著性差异。在重度干旱下，P_n和E在不同种源之间没有显著性差异(图 1)。说明黄柳叶性状对水分胁迫梯度的反应受到种源差异的影响。

因此，黄柳P_n，E，WUE和RWC的差异是由水分胁迫和种源共同作用的结果，而SLA的差异则主要与种源有关系，水分胁迫的影响较小。

方差分析的结果进一步证实了这一点(表 2)。水分胁迫对黄柳的P_n，E，WUE和RWC具有极显著影响(P<0.001)。种源则对所有性状都有显著的影响(P<0.01)。同时，水分胁迫与种源的交互作用对除SLA之外的性状都有显著的解释力(P<0.001)。

表 2 种源、水分胁迫及其交互作用对黄柳叶功能性状的解释力比较^① Tab.2 Comparing the effects of water stress， provenance and their interactions on leaf functional traits of S. gordejevii

表 2 种源、水分胁迫及其交互作用对黄柳叶功能性状的解释力比较① Tab.2 Comparing the effects of water stress， provenance and their interactions on leaf functional traits of S. gordejevii Pn E WUE RWC SLA df %SS P df %SS P df %SS P df %SS P df %SS P 水分胁迫 Water stress 3 76.81 0.000 3 76.02 0.000 3 26.5 0.000 3 47.14 0.000 3 7.59 0.094 种源Provenance 5 5.56 0.000 5 4.69 0.002 5 18.0 0.000 5 13.98 0.000 5 23.27 0.003 水分胁迫×种源 Water stress × Provenance 15 8.08 0.005 15 9.26 0.002 15 30.84 0.000 15 23.99 0.000 15 15.24 0.564 残差Residual 48 9.55 48 10.03 48 24.66 44 14.9 48 53.91 ①Pn: 净光合速率 Net photosynthetic rate(umol·m-2s-1); E: 蒸腾速率 Transpiration rate(mmol·m-2s-1); WUE : 水分利用效率 Water use efficiency(umolCO2·mmol-1H2O); RWC : 相对含水量 Relative water content(%); SLA : 比叶面积 Specific leaf area(m2·g-1). 下同。 The same blow.

水分胁迫和种源的相对影响大小因性状的不同而有很大的差异，大致可分为3类。1)对于P_n和E，水分胁迫解释了约76%的变异，远远大于种源(约5%)、水分胁迫与种源的交互作用(约9%)。这2个性状主要受水分胁迫处理的影响，而种源的作用较小。2)对于WUE和RWC，水分胁迫的解释力(27%～47%)虽然大于种源(14%～18%)，但差异较小。同时，水分胁迫×种源有着较强的解释力(24%～31%)，说明种源对这2个性状有较强的作用，并主要通过影响WUE和RWC对水分胁迫的响应方式而体现。3)对于SLA，水分胁迫及其与种源的交互作用都没有显著的解释力，说明黄柳的SLA主要受种源差异的影响，而对水分胁迫处理不太敏感。

在单因素分析中，黄柳的WUE与种源地MAT成正相关，但相关程度非常弱(R²<0.08)。其他性状与种源地MAP和MAT关系均不显著(图 2)。但从表 3可以看出，种源地气候(MAT+MAP)对P_n，E和WUE有显著影响(P<0.01)，这说明这些性状受到种源地的温度和水分的共同作用，而不是由温度或水分单独决定。

	图 2 黄柳叶功能性状和种源地气候(MAP+MAT)的关系 Fig. 2 The relationship between leaf functional traits of S.gordejevii and climate of origin(MAP+MAT) MAP：年均降水量Average annual precipitation/mm; MAT：年平均气温Average annual temperature( ℃).下同。

表 3 种源地气候、种源和水分胁迫对黄柳叶功能性状影响的多元回归分析 Tab.3 The multiple regression analysis of water stress， provenance and their interactions on leaf functional traits variation of S. gordejevii

表 3 种源地气候、种源和水分胁迫对黄柳叶功能性状影响的多元回归分析 Tab.3 The multiple regression analysis of water stress， provenance and their interactions on leaf functional traits variation of S. gordejevii Pn E WUE RWC SLA df %SS P df %SS P df %SS P df %SS P df %SS P 种源 Provenance 种源地气候 Climate of origin 2 3.19 0.005 2 4.31 0.002 2 13.77 0.001 2 1.95 0.237 2 4.82 0.120 其他种源差异 Other provenance 3 2.37 0.046 3 0.38 0.745 3 4.22 0.199 3 15.79 0.000 3 18.45 0.002 水分胁迫Water stress 3 76.81 0.000 3 76.02 0.000 3 26.50 0.000 3 43.38 0.000 3 7.59 0.085 残差Residual 63 17.63 63 19.3 63 55.5 59 38.88 63 69.15

种源地气候对叶功能性状的影响，大致也可分为3类(表 3)。1)种源地MAP和MAT对RWC和SLA没有显著解释力，说明二者可能主要受到种源地非气候因素的影响。2)对于E和WUE，种源地气候进入模型后，种源本身不再有显著的解释力。说明这2个性状的种源间差异主要是由于不同种源长期适应当地的气候条件而导致。3)对于P_n，在种源地气候的显著作用之外，种源本身仍有显著的解释力。说明的种源差异受到种源地的气候、非气候因素的共同影响。可见，种源地气候、非气候的影响在不同的叶功能性状之间存在很大差异。

水分是植物新陈代谢的重要影响因素，水分发生变化将影响植物的生理生态性状。本研究中，水分胁迫显著影响黄柳的P_n，E，WUE和RWC，与Sanchez-Gomez(2013)对山毛榉(Fagus sylvatica)的研究结果一致。但水分胁迫处理对黄柳的SLA影响不大，而黄柳种源间的SLA存在显著差异，与Sanchez-Gomez(2013)的结果不一致。造成这一差异的原因可能是所选的不同物种长期适应不同生态环境的结果以及与其本身固有的遗传特性有关。此外，SLA是植物叶片结构型性状，是植物长期适应环境的结果，SLA在特定环境下保持相对稳定的特征(毛伟等，2012)。由此可知，短期水分胁迫对黄柳叶性状的影响，主要体现在叶片的生理特性上，而对SLA这样的结构性状影响较小。因此，SLA不能作为反映黄柳对短期水分胁迫响应的良好指标，但相关研究表明，在时空尺度较大时，SLA有随降水的减少而减少的变化规律(宋光等，2013; Wright et al.， 2004b； 2005b)，这种规律与植物对不同地区水分条件的长期适应密切相关。干旱和半干旱地区生长的植物叶片通常表现为革质且SLA较小(Wright et al.， 2005a)。本研究中不同黄柳种源SLA之间的显著差异，就是这种长期适应结果。

当干旱胁迫时，6个种源黄柳的P_n，E和RWC都显著下降，但由于种源的差异，下降的幅度有所不同。这说明不同种源在生长过程中，通过生理响应来适应环境水分不足的能力存在差异(刘海燕等，2008)。当黄柳受到轻度和中度胁迫后，6个种源的WUE均有所升高。植物在水分胁迫下提高水分利用效率是忍耐饥饿能力的一种适应方式，当植物受到干旱胁迫后，气孔逐渐关闭、蒸腾速率下降，同时净光合速率也随之下降，但蒸腾速率下降的速率要高于光合速率下降的速度，所以水分利用效率通常会不同程度地提高。这是长期进化适应种源地干旱环境的结果(Gratani et al.， 2003)。

处在不同生境的同种生物，要适应当地的环境条件才能生存，经过长期的适应，发生地理变异，形成不同种源。把不同种源移植到相同环境下，不同种源叶性状由于种源地的生长环境的不同而存在差异(季子敬等，2013; 种培芳等，2013; David et al.， 2013)。由于地理和生殖隔离、长期自然和人工选择的结果，使黄柳不同种源在形态、生理和生态等特性上有许多不同，尤其在生长量、光合特性与抗性上表现出显著差异(梁宇等，2000; 任安芝等，2001; 杨跃文等，2012)，本研究证实了这一点。黄柳的P_n，E，WUE，RWC和SLA都在不同种源之间存在差异。在相同的水分胁迫下，种源对黄柳叶性状有显著性影响，这可能由于黄柳分布区域广泛，生境条件差异导致黄柳在生理生态方面的分化。在其长期适应过程中，不同黄柳种源的性状与当地气候变化和极端状况相适应，形成自身独特的叶性状。所以，叶性状在水分胁迫过程中的表现反映了黄柳不同种源间地理和环境条件差异。

黄柳的叶性状在不同种源间、不同水分胁迫下有显著差异，但种源与水分胁迫对黄柳叶性状的影响程度不同。水分胁迫对黄柳P_n，E，WUE和RWC的变异有较高的解释力，分别单独解释了变异的76.81%，76.02%，26.50%和43.38%，是种源单独解释力的2~16倍。说明黄柳的P_n，E，WUE和RWC对短期水分胁迫的响应敏感。植物的光合速率、蒸腾速率等功能型叶性状体现了叶片的生长代谢指标，随环境的变化程度相对较大(毛伟等，2012)。在干旱胁迫下，当植物处于初级代谢的关键过程时，光合作用起着核心的作用(Lawlor et al.， 2009; Pinheiro et al.， 2011; Galmes，2013)。在短期内，植物为避免过多的水分损失，气孔迅速关闭，叶内CO₂的可利用性减小，限制光合作用(Galmes，2007)。这被广泛认为是干旱对植物碳同化的主要影响(Chaves et al.， 2002)。

虽然种源对黄柳P_n，E，WUE和RWC的解释弱，但对SLA有较强的解释力，是水分胁迫单独解释力的3倍。SLA是植物叶片结构型性状，往往与植物的生长和生存对策有紧密的联系，能反映植物对不同生境的适应特征(Poorter，1999; Garnier，2001)。黄柳不同种源间SLA的差异，体现了黄柳SLA遗传特性保持相对稳定(毛伟等，2012)。不同生境的植物间SLA存在差异，造成这一现象的主要原因是植物基因型的变异或植物的表型可塑性(李玉霖等，2005)。本研究中黄柳各种源的种源地的地理位置相差较大，可以推断本研究中SLA的变异可能主要归功于黄柳基因型的变异。黄柳需要通过表型塑造或适应性进化来应对环境变化(Hoffmann et al.， 2011)。黄柳种源间叶性状存在差异，正反映了植物对不同环境的响应不同，映射出植物进化或可塑性(Franks et al.， 2014)。

不同种源长期适应种源地环境，导致了叶功能性状间存在差异，但对水分敏感的叶性状在水分胁迫下水分对其影响远高于种源差异的影响。所以引种栽培不同种源的黄柳时，首要考虑水分的影响因素。因此，调查植物不同种源对短期水分胁迫等极端环境的响应是评价不同种源耐旱性的合适方法(Eilmann et al.， 2012)。

水分胁迫和种源对黄柳的P_n，E，WUE和RWC有较强的交互作用，并且交互作用的解释力大于种源单独的解释力，说明这些性状与水分胁迫之间的关系受种源的影响，即对于黄柳的P_n，E，WUE和RWC，种源主要是通过影响性状对水分胁迫的响应方式起作用，与Sanchez-Gomez等(2013)对山毛榉的研究结果一致。交互作用对SLA的解释力不显著，进一步说明SLA是种源长期适应生境的结果，也意味着对短期变化的环境条件不敏感(Li et al.， 2013)。

叶性状随温度、降水等气候因子变化而变化，反映了植物对不同气候状况下环境压力的适应(Wright et al.， 2005; Liu et al.， 2013)。不同地点的植物，因年均温度(MAT)和年均降水量(MAP)等气象因子的差异，形成不同的叶性状(Liu et al.， 2013)。不同种源植物在适应特定的气候条件下，会产生基因变异，形成不同的叶性状(Gratani et al.， 2003; Robson et al.， 2013)。相似气候条件的种源具有相同的性状或行为，以气候条件相近的地区作为种源区进行引种，植物生长状况更好(杨旭等，2008)。因此，不同气候条件的地区引种时，要考虑种源地气候因子差异，尽量按引种地的实际地理气候情况，选择地理气候因子相近的地区作为种源区进行引种(Leibing et al.， 2013)。

本研究中，只有黄柳的WUE与种源地MAT成正相关(R²<0.08)，其他性状与种源地MAP和MAT关系均不显著(图 2)。但种源地气候(MAT+MAP)对P_n，E和WUE有显著影响(P<0.01)，且对P_n，E和WUE的解释力占种源对其解释力的50%以上(表 3)，这说明这些性状受到种源地的温度和水分的共同作用，而不是由温度或水分单独决定。这也证明了部分植物叶性状受到气温和降水的共同作用(Barboni et al.， 2004; Thuiller et al.， 2004)。

种源地气候解释了种源差异对黄柳叶性状解释的一部分，但种源地气候、非气候的影响在不同的叶功能性状之间存在很大差异。其中，黄柳E和WUE种源差异主要由种源地气候差异导致，而P_n的种源差异受到种源地的气候、非气候因素的共同影响。不同种源植物的叶片结构因对种源地气候条件的长期适应而产生显著的差异，从而引起其光合作用、水分利用等生理功能发生相应的变化(马立祥等，2010; 季子敬等，2013)。在同质环境下，来自高海拔的种源树木具有较高的P_n，这是植物长期适应较短生长季节的结果(Soolanayakanahally et al.， 2009)，也可能与在原产地时树木的叶氮含量较高有关(Bresson et al.， 2011)。

种源地气候对黄柳RWC和SLA的解释力不显著，说明二者可能主要受到种源地非气候因素的影响。相关研究表明，种源地海拔、经纬度等因素也会影响在同质环境下不同种源的生长状况(孟婷婷等，2007; 王标等，2008; Jung et al.， 2010)。同一物种在低海拔地区比高海拔地区具有较高的SLA，即SLA随着海拔的增加而减小(He et al.， 2006)。因此，影响不同种源某些叶性状间差异的因素具有多样性。