Study on Leaf Anatomical Structure and Chlorophyll Fluorescence Characteristics of Seven Poplar Varieties at Seedling Stage

doi:10.11924/j.issn.1000-6850.casb2023-0819

Abstract

Abstract:

In order to screen the fine poplar varieties with strong resistance and adaptability, seven poplar varieties were taken as the research objects in this paper. The growth, leaf anatomical structure and chlorophyll fluorescence physiological characteristics of poplar varieties were comprehensively and systematically studied. Using one-way ANOVA method, comparative analysis was conducted on the differences in various indicators among different varieties. Principal component analysis was used to comprehensively evaluate the ecological adaptability of seven poplar varieties at seedling stage. The results showed that: (1) there were significant differences in growth, chlorophyll content and chlorophyll fluorescence parameters among different poplar varieties. There were significant differences in the thickness of lower palisade tissue, upper epidermis, and relative thickness of upper epidermis in the leaf anatomical structure. Among them, ‘Xianglin 75’ and ‘Juba’ had higher chlorophyll content, as well as higher chlorophyll fluorescence parameters such as Y(II), ETR, qP and stronger photosynthetic capacity. ‘Jianghuai No.1’ had higher leaf thickness, well-developed lower palisade tissue and stronger drought resistance. (2) There was a correlation between leaf anatomical structure and chlorophyll fluorescence parameters, with a significant negative correlation between principal vein thickness and ETR, Y(II), and a significant positive correlation between palisade tissue, CTR and F_v/F_m. There was a correlation between chlorophyll content and chlorophyll fluorescence parameters, but did not reach a significant level. (3) The order of ecological adaptability of seven poplar varieties at seedling stage was ‘Xianglin 75’> ‘Juba’> ‘Xianglin 90’> ‘Xianglin 80’> ‘Jianghuai No.1’> ‘2025’> ‘Wanlin No.1’(CK). The results of this paper provided a reference basis for selecting suitable stress-resistant poplar varieties in the Jianghuai region of Anhui Province.

Key words: poplar, leaf anatomical structure, chlorophyll fluorescence characteristics, ecological adaptability, principal component analysis (pca), drought resistance

MIAO Tingting, WU Zhongneng, LIU Junlong, DING Changjun, CAO Zhihua, SUN Hui, YAN Caixia. Study on Leaf Anatomical Structure and Chlorophyll Fluorescence Characteristics of Seven Poplar Varieties at Seedling Stage[J]. Chinese Agricultural Science Bulletin, 2024, 40(24): 51-59.

Figures/Tables 11

References 40

[1]	李林鑫, 陶长铸, 林景泉, 等. 不同杉木无性系叶片解剖结构对大气增温的响应[J]. 生态学报, 2022, 42(20):8385-8397.
[2]	张咏梅, 白小明, 田彥锋, 等. 8种禾本科观赏草叶片解剖学特征的描述及其适应性分析[J]. 草地学报, 2019, 27(5):1370-1376. doi: 10.11733/j.issn.1007-0435.2019.05.032
[3]	任尚福. 白刺叶片解剖结构性状异速生长与生态适应性研究[J]. 草地学报, 2022(5):30.
[4]	杨依晴, 招礼军, 朱栗琼. 五种乔木叶片解剖结构对停车场环境的适应性研究[J]. 热带农业科学, 2022, 42(10):81-86.
[5]	岑湘涛, 沈伟, 牛俊乐, 等. 基于植物叶片解剖结构的抗逆性评价研究进展[J]. 北方园艺, 2021(18):140-147.
[6]	陈辰, 何小定, 秦金舟, 等. 4种含笑叶片叶绿素荧光参数F_v/F_m特性的比较[J]. 安徽农业大学学报, 2013, 40(1):32-37.
[7]	李彦霞, 周海涛, 刘文婷, 等. 干旱胁迫下不同燕麦品种光合荧光特性及其抗旱性评价[J]. 种子, 2021, 40(2):26-34.
[8]	唐婧文, 梁文斌, 邹辉, 等. 土壤水分胁迫对多花黄精光合作用及叶绿素荧光参数的影响[J]. 中南林业科技大学学报, 2019, 39(5):110-118.
[9]	张广忠, 张露荷, 黄华梨, 等. 甘肃沿黄灌区10个枣树品种叶绿素荧光特性的比较分析[J]. 经济林研究, 2021, 39(4):177-184.
[10]	于昕, 岳倩宇, 于梦, 等. 复合盐碱处理下葡萄砧木SA15、SA17和1103P的生理响应分析[J]. 植物生理学报, 2020, 56(1):57-65.
[11]	李欢, 樊军锋, 高建社, 等. 黑杨叶片旱生结构的比较[J]. 西北林学院学报, 2013, 28(3):113-118.
[12]	曹佳乐, 樊军锋, 周永学, 等. 4个白杨派新无性系叶片解剖结构的研究[J]. 西北林学院学报, 2016, 31(4):129-133.
[13]	邱兴, 樊军锋, 李晓东, 等. 6个杨树新无性系叶片旱生结构研究[J]. 西北林学院学报, 2015, 30(1):96-101.
[14]	王烟霞, 樊军锋, 程玮哲, 等. 基于叶片解剖结构的12个杨树无性系抗旱性分析[J]. 西北农林科技大学学报(自然科学版), 2021, 49(11):147-154.
[15]	潘存娥, 田丽萍, 李贞贞, 等. 5种杨树无性系叶片解剖结构的抗旱性研究[J]. 中国农学通报, 2011, 27(2):21-25.
[16]	董芳宇, 王文娟, 崔盼杰, 等. 胡杨叶片解剖特征及其可塑性对土壤条件响应[J]. 西北植物学报, 2016, 36(10):2047-2057.
[17]	王怡霖. 两种杨树对干旱胁迫的叶结构和叶生理耦合响应机制[D]. 太谷: 山西农业大学, 2019.
[18]	程向芬, 任成昊, 张劲松, 等. 杨树和栓皮栎日光诱导叶绿素荧光及光能利用率的比较[J]. 中国农业气象, 2023, 44(4):295-304.
[19]	中国农业科学院果树研究所,农业部果品及苗木质量监督检验测试中心(兴城). NY/T 3082—2017,水果、蔬菜及其制品中叶绿素含量的测定99分光光度法[S]. 北京: 中国标准出版社,2017.
[20]	王文杰, 贺海升, 关宇, 等. 丙酮和二甲基亚砜法测定植物叶绿素和类胡萝卜素的方法学比较[J]. 植物研究, 2009, 29(2):224-229. doi: 10.7525/j.issn.1673-5102.2009.02.017
[21]	季琳琳, 陈素传, 吴志辉, 等. 基于叶片解剖结构的山核桃品种的抗旱性评价[J]. 经济林研究, 2023, 41(2):21-29.
[22]	王金照. 不同类型栓皮栎营养器官生态解剖学比较研究[D]. 杨凌: 西北农林科技大学, 2004.
[23]	邱芬, 辛亚龙, 唐军荣, 等. 不同倍性滇杨叶片解剖结构差异分析[J]. 中南林业科技大学学报, 2017, 37(6):56-59.
[24]	祁传磊, 靳春莲, 李开隆, 等. 不同倍性大青杨的光合特性及叶片解剖结构比较[J]. 植物生理学通讯, 2010, 46(9):917-922.
[25]	孙小玲, 许岳飞, 马鲁沂, 等. 植株叶片的光合色素构成对遮阴的响应[J]. 植物生态学报, 2010, 34(8):989-999. doi: 10.3773/j.issn.1005-264x.2010.08.012
[26]	赵静, 张世民, 张雷, 等. 水分胁迫对棉花叶绿素含量的影响[J]. 天津农业科学, 2017, 23(6):5-8.
[27]	胡根海. 短期水分亏缺对百棉1号叶绿素含量的影响[J]. 安徽农业科学, 2010, 38(6):2914-2915.
[28]	高新生, 胡欣欣, 李廷, 等. 巴西橡胶树5个主栽品种幼苗叶片的解剖结构及光合特性研究[J]. 西南林业大学学报, 2021, 41(3):31-36.
[29]	李韬, 林强, 陆晓媚, 等. 不同成熟度桑叶分区位置的叶绿素荧光参数与叶绿素相对含量分析[J]. 蚕学通讯, 2022, 42(2):1-13.
[30]	杨悦, 罗新宁. 高温胁迫对棉花叶绿素的影响[J]. 农业与技术, 2022(16):42.
[31]	纵丹, 王静敏, 张垚, 等. 西南地区9种乡土杨树的秋季光合特性比较[J]. 西北林学院学报, 2022, 37(4):57-63.
[32]	李焰焰, 张紫薇, 黄薇, 等. 马缨丹光合色素及叶绿素荧光参数分析[J]. 生物学杂志, 2022(2):39.
[33]	苗婷婷, 曹志华, 刘俊龙, 等. 淹水胁迫对2个薄壳山核桃品种苗期生长及叶绿素荧光特性的影响[J]. 江苏农业科学, 2022, 50(16):138-146.
[34]	刘炳梅, 齐芪, 刘淑欣, 等. 5种杨树苗期形态及生理结构特征比较初探[J]. 北京林业大学学报, 2015, 37(6):35-44.
[35]	唐敏, 侯渝嘉, 黄尚俊, 等. 不同茶树品种(系)叶绿素荧光特性比较[J]. 西南农业学报, 2013, 26(4):1463-1467.
[36]	王诗娴, 洪玉, 蔡磊, 等. 不同品种观赏型铁线莲叶绿素荧光特性的研究[J]. 现代园艺, 2022, 45(13):13-14.
[37]	刘宝, 陈存及, 林达定, 等. 21个闽楠种源叶片光合色素含量及叶绿素荧光参数分析[J]. 江西农业大学学报, 2014, 36(1):115-121.
[38]	王磊. 十个杨树无性系叶片旱生结构与抗寒性比较研究[D]. 杨凌: 西北农林科技大学, 2021.
[39]	王胜, 田红, 吴蓉, 等. 2022年安徽省区域性高温和干旱过程综合评估[J]. 干旱气象, 2022, 40(5):771-779. doi: 10.11755/j.issn.1006-7639(2022)-05-0771
[40]	任洁, 王慧梅, 王文杰, 等. 温度升高对杨树树皮绿色组织和叶片光合作用、叶绿素荧光特性的影响[J]. 植物研究, 2014, 34(6):758-764. doi: 10.7525/j.issn.1673-5102.2014.06.007

品种	地径/cm	苗高/m
湘林75	1.76±0.15c	1.94±0.25c
湘林80	1.72±0.22c	2.13±0.24abc
湘林90	2.04±0.13ab	2.21±0.22ab
江淮1号杨	1.87±0.28bc	2.09±0.24abc
2025杨	2.10±0.30ab	2.03±0.22bc
巨霸杨	2.15±0.41a	2.28±0.38a
皖林1号杨(CK)	1.84±0.39abc	2.23±0.32a

品种	地径/cm	苗高/m
湘林75	1.76±0.15c	1.94±0.25c
湘林80	1.72±0.22c	2.13±0.24abc
湘林90	2.04±0.13ab	2.21±0.22ab
江淮1号杨	1.87±0.28bc	2.09±0.24abc
2025杨	2.10±0.30ab	2.03±0.22bc
巨霸杨	2.15±0.41a	2.28±0.38a
皖林1号杨(CK)	1.84±0.39abc	2.23±0.32a

品种	主脉厚度	叶片厚度/μm	上层栅栏厚度/μm	下层栅栏厚度/μm	上表皮厚度/μm	下表皮厚度/μm	角质层厚度/μm	CTR/ %	相对厚度/%
品种	主脉厚度	叶片厚度/μm	上层栅栏厚度/μm	下层栅栏厚度/μm	上表皮厚度/μm	下表皮厚度/μm	角质层厚度/μm	CTR/ %	上表皮	下表皮
湘林75	3250.33±430.71	211.74±17.17	70.46±3.54	69±10.18c	14.01±0.66a	9.71±0.46	1.51±0.15	66.3±8.55	6.66±0.84a	4.6±0.3
湘林80	2780.39±298.33	221.03±25.87	75.79±3.83	75±2.82bc	14.61±1.73a	11.68±0.84	1.71±0.37	68.67±6.05	6.62±0.56a	5.32±0.6
湘林90	3066.54±436.72	204.69±9.49	70.33±2.95	65.93±2c	10.26±1.66b	10.89±0.29	1.7±0.09	66.61±1.89	5.04±1.04bc	5.33±0.11
江淮1号杨	3316.70±242.12	234.29±14.09	79.19±4.03	95.27±12.05a	10.77±1.43b	10.75±0.46	1.72±0.31	74.87±10.12	4.58±0.35c	4.59±0.15
2025杨	3816.64±78.22	217.99±18.42	74.5±7.57	78.28±13.34bc	12.61±1.5ab	11.04±1.5	1.67±0.21	69.96±2.54	5.79±0.46ab	5.1±0.94
巨霸杨	3345.66±271.97	221.88±16.45	70.41±3.45	73.11±5.13bc	10.86±0.7b	10.1±0.54	1.7±0.24	64.86±3.61	4.9±0.08bc	4.58±0.58
皖林1号杨(CK)	3212.35±383.54	220.12±4.25	78.75±4.24	85.95±6.39ab	10.82±1.78b	10.11±1.64	1.76±0.31	74.79±2.74	4.92±0.83bc	4.6±0.81
变异系数/%	11.42	6.94	7.27	16.19	15.80	8.96	12.84	9.64	16.88	11.33

品种	主脉厚度	叶片厚度/μm	上层栅栏厚度/μm	下层栅栏厚度/μm	上表皮厚度/μm	下表皮厚度/μm	角质层厚度/μm	CTR/ %	相对厚度/%
品种	主脉厚度	叶片厚度/μm	上层栅栏厚度/μm	下层栅栏厚度/μm	上表皮厚度/μm	下表皮厚度/μm	角质层厚度/μm	CTR/ %	上表皮	下表皮
湘林75	3250.33±430.71	211.74±17.17	70.46±3.54	69±10.18c	14.01±0.66a	9.71±0.46	1.51±0.15	66.3±8.55	6.66±0.84a	4.6±0.3
湘林80	2780.39±298.33	221.03±25.87	75.79±3.83	75±2.82bc	14.61±1.73a	11.68±0.84	1.71±0.37	68.67±6.05	6.62±0.56a	5.32±0.6
湘林90	3066.54±436.72	204.69±9.49	70.33±2.95	65.93±2c	10.26±1.66b	10.89±0.29	1.7±0.09	66.61±1.89	5.04±1.04bc	5.33±0.11
江淮1号杨	3316.70±242.12	234.29±14.09	79.19±4.03	95.27±12.05a	10.77±1.43b	10.75±0.46	1.72±0.31	74.87±10.12	4.58±0.35c	4.59±0.15
2025杨	3816.64±78.22	217.99±18.42	74.5±7.57	78.28±13.34bc	12.61±1.5ab	11.04±1.5	1.67±0.21	69.96±2.54	5.79±0.46ab	5.1±0.94
巨霸杨	3345.66±271.97	221.88±16.45	70.41±3.45	73.11±5.13bc	10.86±0.7b	10.1±0.54	1.7±0.24	64.86±3.61	4.9±0.08bc	4.58±0.58
皖林1号杨(CK)	3212.35±383.54	220.12±4.25	78.75±4.24	85.95±6.39ab	10.82±1.78b	10.11±1.64	1.76±0.31	74.79±2.74	4.92±0.83bc	4.6±0.81
变异系数/%	11.42	6.94	7.27	16.19	15.80	8.96	12.84	9.64	16.88	11.33

品种	类胡萝卜素/(mg/g)	叶绿素a/(mg/g)	叶绿素b/(mg/g)	总叶绿素/(mg/g)	叶绿素a/b
湘林75	0.17±0.01cd	1.66±0.01ab	0.64±0.01ab	2.30±0.02ab	2.59±0.03b
湘林80	0.14±0.01e	1.37±0.01d	0.54±0.02d	1.91±0.03e	2.52±0.05c
湘林90	0.18±0.00ab	1.49±0.04c	0.60±0.02c	2.09±0.06d	2.50±0.00c
江淮1号杨	0.19±0.00a	1.65±0.02b	0.63±0.01b	2.27±0.02b	2.63±0.01b
2025杨	0.17±0.00bc	1.67±0.05ab	0.59±0.02c	2.26±0.07bc	2.81±0.02a
巨霸杨	0.16±0.01d	1.72±0.07a	0.66±0.02a	2.38±0.09a	2.61±0.04b
皖林1号杨(CK)	0.18±0.01ab	1.56±0.03c	0.62±0.01b	2.18±0.03c	2.49±0.03c