采用因子分析探究植物在形态组织结构水平上对高原环境的适应性

摘要

近年来，随着全球的变暖和臭氧层的减弱，高寒生态系统受到了极大的关注。青藏高原被认为是全球气候变化最敏感区域之一。长期的环境变化导致高原的生物与非生物环境因子发生了不同程度的改变，从而引起高山植物在不同层面上对环境变化做出不同的响应。叶片是植物在进化过程中对环境改变最为敏感的营养器官，在不同环境的压力下，叶片会形成各种适应类型。本实验采集了广泛分布于青藏高原海北地区（3200m）的豆科棘豆属、菊科风毛菊属、蔷薇科、委陵菜属共11种植物以及高原不同地区的8个海拔梯度（3200m～4200m）上的金露梅作为研究对象。同一海拔高度上11种植物，主要从比较解剖学进行研究，以揭示不同属植物在同一环境条件下的差异，而对于不同海拔高度金露梅的研究，主要探讨不同海拔的环境因子对其的影响，以揭示植物对极端环境的适应性演化方向。本研究中，总共测定了31个指标，包括18个解剖学指标和13个形态学指标结合植被水平与垂直两种分布形式，对叶片解剖学、形态学及表皮微形态3个方面逐步深入进行研究，同时对形态解剖指标进行描述性统计、相关性分析、因子分析及分层聚类等方法进行研究。
　　本研究主要内容包括：⑴扫描电镜及光镜观察结果中，同一海拔不同属植物的主要特征表现为：风毛菊属植物中，星状风毛菊和黑紫风毛菊有裂隙腔存在；委陵菜属植物的海绵组织和栅栏组织均排列紧密，主脉处的上表皮有较大的泡状细胞（除了二裂委陵菜），羽毛委陵菜和三叶委陵菜的叶肉内有簇晶存在；棘豆属植物及金露梅的叶片偏小，符合叶片经济学谱系；不同海拔高度的金露梅叶片常有较为复杂的表皮附属物，同时，在其上下表皮及维管束鞘处有大量异细胞存在。⑵在水平实验中，由指标间的相关性分析结果可知，28个指标之间，大多呈显著性相关，并结合11种植物的外部形态，比如：风毛菊属植物基生叶贴地生长；委陵菜属植物叶片可以根据气候条件自动开合；棘豆属植物叶片近垂直于地面生长，其表皮毛生长方向垂直于叶轴方向。我们可以推测：个体植物在适应环境的过程中，除了存在各个结构间的协同进化，也存在外部形态与内部结构的协同进化。⑶在水平实验研究中，通过主成分提取，并结合分层聚类结果的反馈，我们得到了对每个主成分的贡献率较大的一些指标，这些指标为进行形态解剖学水平上数量分类的指标选取提供了依据。⑷对同一采样点上11个种植物采用分层聚类分析，得到了本研究的植物亲缘关系树形图，为在形态解剖学水平上，采用数量分类方法，进行植物分类的研究提供了参考。⑸结合水平实验与8个海拔梯度金露梅的因子载荷矩阵结果，我们得到了每个主成分的主要贡献指标，根据相应指标的功能特性，我们推测青藏高原植物适应高原恶劣环境条件中，主要强化的相关方面能力是：保护作用、物质输送与光合作用。

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第一章 前言

第一节 研究背景

1.1.1 光照对叶片形态解剖结构的影响

1.1.2 水分对叶片形态解剖结构的影响

1.1.3 温度对叶片形态解剖结构的影响

1.1.4 海拔对叶形态解剖结构的影响

第二节 研究进展

1.2.1 同一环境条件下不同种类植物叶片的适应性探究

1.2.2 不同环境对对同种植物叶片形态解剖结构的影响

第三节 研究内容与目的

第二章 实验材料和方法

第一节 实验一

2.1.1 实验材料

2.1.2实验内容及方法

第二节 实验二

2.2.1 实验材料

2.2.2 实验内容及方法

第三章 实验结果

第一节 实验一

3.1.1植物叶片的表皮微形态

3.1.2 植物叶片的形态解剖学结构观察

3.1.3数据统计分析结果

第二节 实验二

3.2.1扫描电镜下金露梅叶片的表皮微形态

3.2.2 光学显微镜下金露梅叶片解剖结构

3.2.3金露梅各项解剖学指标与几个主要环境因子的相关性

3.2.4 金露梅各项解剖学指标随海拔梯度的变化

3.2.5 图版和图版说明

3.2.6 针对13种解剖学指标的因子分析

第四章 讨论

第一节 实验一

4.1.1 11种植物对高原环境的适应性分析

4.1.2 风毛菊属植物对高原环境的适应性分析

4.1.3 委陵菜属植物对高原环境的适应性分析

4.1.4 棘豆属植物对高原环境的适应性分析

4.1.5 叶片形态解剖学指标之间存在显著的协同变化

4.1.6 基于主成分分析的聚类分析结果

4.1.7讨论与小结

第二节 实验二

4.2.1 扫描电子显微镜下的结果讨论

4.2.2 光学显微镜下各指标结果讨论

第三节 结论与展望

参考文献

致谢

图版说明

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