重庆低海拔地区草本植物叶表皮蜡质的季节性变化

摘要

植物表皮蜡质是植物与外界环境的第一接触面，其特有的疏水有机混合物形成一道天然保护层覆盖于植物各个器官和组织表面。表皮蜡质在植物适应各种外界环境变化中发挥着重要作用。植物受到外界环境（湿度、温度等）影响时，蜡质晶体结构、组分合成和分布都会发生相应的变化，以适应植物的生长。目前有关植物叶表皮蜡质的研究，多来源于控制性试验，且集中在栽培植物或乔木（灌木）上。有关野生草本植物表皮蜡质与自然环境关系的研究则较少，尤其是季节性的观测。
　　本试验采集西南大学校园内不同季节的10科31种草本植物，借助气相色谱-质谱联用仪、扫描电子显微镜等仪器分析了草本植物叶表皮蜡质的晶体结构、化学组分及含量。探讨了自然生境下，野生草本植物不同季节叶片蜡质晶体结构的变化;正构烷烃、正构脂肪酸和初级醇的分布特征及其平均碳链长度(ACL)和碳优势指数(CPI);蜡质特征在不同科、属、种之间的差异。主要研究结果如下:
　　1.在31种被调查植物中，23种草本植物叶表皮覆盖有光滑蜡质层，晶体结构有片状和颗粒状两种。其中，苦苣菜、灰绿藜及除皱叶狗尾草外的禾本科植物叶表覆盖致密的片状晶体结构，近似垂直于叶表分布;龙葵以颗粒状结构为主。季节更替导致蜡质层发生变化。春季叶表蜡质覆盖度较高，夏季和秋季叶表覆盖度下降，且伴随晶体结构的改变，而冬季蜡质沉积明显。求米草、苦苣菜、灰绿藜、马唐以及牛筋草叶表致密的片状晶体在夏季和秋季出现不同程度的熔融现象，且求米草在夏季由片状转变成颗粒状，平铺于叶表。这些结果表明植物表皮蜡质可能通过蜡质晶体分布和结构的变化来响应外界环境，进行自我调节，保护自身免受伤害。
　　2.草本植物正构烷烃分布范围均在C17-C33之间;奇碳数C29、C31、C33的含量占有绝对优势，占总烷含量的53％-95％; CPI变化范围在1.29-20.21，均表现CPI＞1，有明显的奇偶优势;ACL变化范围在27.02-31.11，。大部分植物四季均以C31为主峰碳，而求米草以C33烷为主峰碳，灰绿藜、苦苣菜和葎草以C29为主峰碳。CPI值在春季至秋季呈下降趋势，在冬季呈增大趋势;而苦苣菜和小飞蓬在秋季增加。长链正构烷烃的CPI＞1，也表现奇偶优势。ACL值随季节变化波动较小，变化幅度仅在0.00-1.75之间，无季节性规律。除苦苣菜和葎草出现主峰碳季节性变化，其余植物未发生变化。不同植物具有各自独特的正构烷烃分布特征。
　　3.草本植物正构脂肪酸和初级醇的碳数分布范围分别在C16-C28和C18-C30之间，且均为偶碳数;ACL值的变化范围分别在17.05-25.82和23.82-29.68。正构脂肪酸多以C16、C18、C26或者C28为主峰碳，其中葎草主峰碳出现以C22为主峰碳。初级醇多以C26、C28或者C30为主峰碳，而求米草、马兰、车前和葎草主峰碳出现有C22和C24。除苦苣菜四季均以C26酸和C26醇为正构脂肪酸和初级醇主峰碳外，其余植物主峰碳因季节不同而有差异。正构脂肪酸和初级醇ACL值均表现为夏季大于冬季，仅灰绿藜、打碗花和葎草正构脂肪酸ACL值以及龙葵初级醇ACL值与此相反。这些结果表明草本植物叶表皮蜡质碳链分布特征受外界环境的影响，植物通过调节碳链分布，提高其适应能力。
　　4.草本植物蜡质组分主要包括烷烃、脂肪酸、初级醇、二级醇、酮、酯及未鉴定组分。大部分植物蜡质组分以烷烃为主，约占75％，其次为脂肪酸、初级醇、酯类，二级醇和酮类含量较少。不同植物蜡质主要组分存在差异。苦苣菜蜡质组分以脂肪酸和初级醇为主，占总量的90％;葎草以脂肪酸、初级醇和酯为主，三者所占比例为86％;灰绿藜蜡质组分中初级醇占74％;千里光酯类含量相对较高，占总量33％。禾本科植物多以初级醇为主，菊科不同种属间差异较大。同属植物蜡质组分及含量因种类不同变化较大。
　　5.蜡质总量季节间差异较大，整体上夏季植物叶表皮蜡质含量最低，其他季节均有最高值出现。烷烃、脂肪酸和初级醇的季节变化与总量趋势相同，其余蜡质组分含量较少，变化趋势较小，表明野生植物通过蜡质含量的改变，适应环境变化，为植物提供更适应的生长生理模式。

目录

声明

摘要

第1章 文献综述

1．1 植物叶表皮蜡质

1．1．1 植物叶表皮蜡质形态结构和化学成分

1．1．2 植物叶表皮蜡质的生物合成

1．1．3 植物叶表皮蜡质生物功能

1．2 植物叶表皮蜡质的分类学意义及蜡质常用参数简介

1．2．1 分类学意义

1．2．2 常用参数

1．3 植物叶表皮蜡质与环境间的相互关系

1．3．1 温度、湿度与表皮蜡质的关系

1．3．2 水分与植物表皮蜡质的关系

1．3．3 太阳辐射与表皮蜡质的关系

1．4 植物表皮蜡质的季节性变化

第2章 引言

第3章 材料与方法

3．1 样品材料

3．1．1 采样地点

3．1．2 采样时间

3．1．3 样品采集和处理

3．2 试验方法

3．2．1 叶表皮蜡质形态结构的电镜扫描

3．2．2 叶表皮蜡质的提取

3．2．3 表皮蜡质含量和组分的GC-MS分析

3．2．4 CPI和ACL的计算

3．2．5 数据分析

第4章 草本植物叶表皮蜡质季节性变化

4．1 叶表皮蜡质晶体结构季节性变化

4．2 叶片正构烷烃、正构脂肪酸及初级醇季节性分布

4．2．1 叶片正构烷烃分布特征

4．2．2 正构脂肪酸和初级醇的分布

4．3 蜡质组分含量的季节性变化

4．3．1 同种草本植物蜡质组分含量的季节性变化

4．3．2 同一科草本植物蜡质组分含量的变化

4．3．3 不同科草本植物蜡质组分含量的变化

第5章 讨论

5．1 表皮蜡质层的季节性变化

5．2 叶片正构烷烃的季节性变化

5．3 正构脂肪酸和初级醇的季节性变化

5．4 不同植物蜡质组分含量变化

5．5 不同植物蜡质组分含量季节性变化

第6章 结论

6．1 表皮蜡质层的季节性变化

6．2 叶片正构烷烃的季节性变化

6．3 正构脂肪酸和初级醇的季节性变化

6．4 不同植物蜡质组分含量变化

6．5 不同植物蜡质组分含量季节性变化

参考文献

附录 不同草本植物四季叶表皮微型结构

致谢

研究生期间发表的主要论文及参加课题情况