海鹽脅迫下蘇牧2號象草葉片解剖結構的適應性變化

張霞等

摘要：在盆栽條件下，以蘇牧2號與N51象草為材料，分析鹽脅迫下蘇牧2號象草幼苗葉片顯微解剖結構的變化，明確象草葉片顯微結構與耐鹽性的關系。結果表明，脅迫40 d時，N51象草在0.4%海鹽濃度下葉片厚度最大，之后隨鹽濃度的增加而下降。蘇牧2號象草在0.6%海鹽濃度下葉片厚度最大，之后隨鹽脅迫濃度增加而下降。隨著海鹽濃度增加，N51象草葉片上表皮厚度呈現(xiàn)減小趨勢。0.6%海鹽濃度下，蘇牧2號象草葉片上表皮厚度最大，隨著鹽濃度繼續(xù)增加，蘇牧2號象草葉片上表皮厚度下降。隨著鹽濃度增加，N51象草、蘇牧2號象草葉片下表皮厚度均呈先增大后減小趨勢。N51象草葉片維管束面積在0.4%海鹽濃度下達到最大，隨著海鹽濃度繼續(xù)增加，N51象草葉片維管束面積減小。蘇牧2號象草葉片維管束面積在0.8%海鹽濃度下達到最大。蘇牧2號象草耐鹽性比N51象草更強。

關鍵詞：象草；鹽脅迫；葉片；顯微結構

中圖分類號： Q944.5 文獻標志碼： A 文章編號：1002-1302（2014）04-0162-03

收稿日期：2013-08-15

基金項目：江蘇省農業(yè)科技自主創(chuàng)新資金[編號：CX（10）423]。

作者簡介：張霞（1976—），女，河南新鄉(xiāng)人，博士，副研究員，主要從事牧草生理生態(tài)及畜禽廢棄物利用研究。E-mail：yangymn@aliyun.com.cn。我國鹽漬土（不包括濱海灘涂）面積約0.35億hm2，已開墾種植的約0.07億hm2，大多數(shù)含鹽量在1%以下。江蘇省現(xiàn)有灘涂面積約65.33萬hm2，相當于全省土地總面積的65%，海岸線長約1 000 km，以每年0.13萬hm2的速度向外淤長，只有少部分鹽漬化耕地已得到利用[1-2]。象草（P. purpureum Schum.）是禾本科狼尾草屬優(yōu)質、高產、多用途牧草。蘇牧2號象草（Pennisetum purpureum Schumach cv. Sumu No. 2）是鐘小仙等利用N51象草幼穗離體培養(yǎng)獲得的胚性愈傷組織，通過NaCl脅迫篩選獲得體細胞突變體后進一步選育而成，2010年通過國家審定，是目前國內僅有的耐鹽象草新品種，在含鹽量0.4%～0.6%環(huán)境中，其鮮草產量達60 t/hm2以上，產草量顯著高于對照象草N51、華南象草，在沿海灘涂具有廣闊的應用前景[3]。植物的耐鹽能力是植物形態(tài)適應、生理適應的綜合體現(xiàn)。在植物的結構與環(huán)境關系方面，歷來研究最多的器官是葉，因為葉片是植物進化過程中對環(huán)境變化比較敏感且可塑性較大的器官，環(huán)境變化常導致葉片的形態(tài)及解剖結構的響應與適應[4～8]。Hameed等認為，鹽堿生境中的植物通常具有肉質化的葉，葉鞘內形成通氣組織，具有發(fā)達的維管組織，葉片具有高度發(fā)達的泡狀細胞[7]。高鹽環(huán)境下南極發(fā)草（Deschampsia antarctica）會形成發(fā)達的泡狀細胞[9]。劉智微等研究結果表明，蘇牧2號象草葉片氣孔密度、維管束數(shù)目、泡狀細胞長度隨鹽脅迫濃度增加而增加[10]。張 霞等對蘇牧2號象草葉片解剖結構進行了研究[11]。本試驗以蘇牧2號象草為材料，分析鹽脅迫下蘇牧2號象草幼苗葉片顯微解剖結構的變化，明確象草葉片顯微結構與耐鹽性的關系，旨在為耐鹽象草細胞工程育種提供依據(jù)。

1材料與方法

1.1材料

以蘇牧2號與N51象草為材料，海鹽為廣東省多品種鹽公司生產的海水養(yǎng)殖專用鹽。

1.2試驗設計

試驗采用盆栽法，于2011年7—9月在江蘇省農業(yè)科學院玻璃溫室內進行。7月13日采用象草莖段扦插育苗，8月1日將生長一致的象草幼苗移栽于裝有蛭石的塑料花盆（高 15 cm，口徑20 cm）中，2株/盆。設0（CK）、0.4%、0.6%、08%、1.0%等5個鹽濃度處理，每處理重復3次，每處理3盆，將所有花盆放于同1個不透水的大周轉箱（長60 cm、寬 40 cm、高15 cm）中。將加入不同濃度鹽的1/2 Hoagland營養(yǎng)液澆灌到大周轉箱中，對照只加入1/2 Hoagland營養(yǎng)液。在液面高度處作標記，每天往周轉箱中補水保持海水處理液濃度，保證鹽濃度不變，每周換1次營養(yǎng)液及添加鹽。移栽后40 d取樣品，用于制作石蠟切片。

1.3方法

取第1張完全展開葉的中部（5 mm×8 mm）放于FAA固定液（70%乙醇90 mL、5 mL冰醋酸、5 mL甲醛）中固定，進行脫水、浸蠟、包埋，用KD-2258輪轉式切片機切片（厚度 6 μm），用DK-H展片機展片（42 ℃、24 h）。切片經(jīng)脫蠟、番紅（1%）固綠（0.5%）染色、乙醇系列脫水后，再用中性樹膠封片。在Olympus CX31顯微鏡下觀察并照相，抽取10～12張照片用于測量數(shù)據(jù)，每張圖片的平均值為1個數(shù)據(jù)。取葉片中部測量葉片厚度以及上、下表皮厚度。從葉片中間測量維管束面積、泡狀細胞面積。測量半個葉片的維管束、泡狀細胞面積，取其平均值。取主脈附近的厚壁組織測量厚壁組織面積。

1.4數(shù)據(jù)處理

用SAS 8.1軟件處理數(shù)據(jù)。

2結果與分析

2.1不同濃度海鹽脅迫下蘇牧2號象草葉片厚度

如表1所示，脅迫40 d時，N51象草葉片厚度在0.4%海鹽濃度下最大，之后隨著鹽濃度的增加而減小。蘇牧2號象草葉片厚度在0.6%海鹽濃度下最大，之后隨鹽脅迫濃度增加而減小。

3結論與討論

研究表明，植物葉片儲水能力隨著葉片厚度增加而增大[12-15]。本研究結果表明，脅迫40 d時，N51象草在0.4%海鹽濃度下葉片厚度最大，之后隨鹽濃度的增加而減小。蘇牧2號象草在0.6%海鹽濃度下葉片厚度最大，之后隨鹽脅迫濃度增加而減小。脅迫40 d時，隨著海鹽濃度增加，N51象草葉片上表皮厚度呈減小趨勢。0.6%海鹽濃度下，蘇牧2號象草葉片上表皮厚度最大，隨著鹽濃度繼續(xù)增加，蘇牧2號象草葉片上表皮厚度減小。脅迫40 d時，隨著鹽濃度增加，N51象草、蘇牧2號象草葉片下表皮厚度均呈先增大后減小趨勢。這與周存宇等的研究結果[16]相似。N51象草對高鹽脅迫表現(xiàn)出強烈不適應，盡管N51象草葉片厚度大于蘇牧2號，但蘇牧2號更適應鹽生環(huán)境。葉片上表皮厚度對鹽脅迫較敏感，下表皮對鹽脅迫反應較遲鈍。本研究結果表明，脅迫 40 d 時，N51象草葉片維管束面積在0.4%海鹽濃度下達到最大，隨著海鹽濃度繼續(xù)增加，N51象草葉片維管束面積減小。蘇牧2號象草葉片維管束面積在0.8%海鹽濃度下達到最大。鹽堿生境中的植物通常在葉鞘內形成通氣組織（主脈），具有發(fā)達的維管組織（木質部、韌皮部），葉片運輸能力顯著提高，一方面減輕離子毒害作用，另一方面降低了滲透勢；同時葉片具有大量的厚壁組織，具有較強的機械強度[17-18]。endprint

泡狀細胞具有貯水功能，在葉片卷曲過程中起重要作用，在吸收水分、保持細胞水勢中起一定作用[17-19]。在高鹽或干旱環(huán)境下會形成發(fā)達的泡狀細胞，缺水時泡狀細胞失水變小，水分恢復時泡狀細胞吸水變大，從而適應高鹽干旱環(huán)境[19-20]。有研究表明，沼澤蘆葦以及輕度鹽化草甸蘆葦?shù)呐轄罴毎軌蚱鹫{整滲透勢的作用，重度鹽化草甸蘆葦?shù)呐轄罴毎軌蚋綦x鈉離子發(fā)揮抗鹽堿作用。高鹽脅迫下，小花堿茅葉片的泡狀細胞數(shù)量增多、體積變大、下陷更深，堿茅在缺乏水分時可以迅速將葉片卷起，大大減少水分散失，有利于防止葉片因缺水萎蔫造成機械損傷。本研究結果表明，脅迫 40 d 時，隨著海鹽濃度增加，N51象草葉片泡狀細胞面積減小。0.6%海鹽濃度下，蘇牧2號象草葉片泡狀細胞面積最大，隨著海鹽濃度繼續(xù)增加，蘇牧2號象草葉片泡狀細胞面積減小。這與前人的研究結果相似。比較而言，蘇牧2號象草耐鹽性比N51象草更強。

參考文獻：

[1]俞仁培，陳德明. 我國鹽漬土資源及其開發(fā)利用[J]. 土壤通報，1999，30（4）：158-159.

[2]王遵親，祝壽泉，俞仁培，等. 中國鹽漬土[M]. 北京：科學出版社，1993.

[3]鐘小仙，佘建明，顧洪如，等. 培養(yǎng)基不同濃度NaCl對象草幼穗離體培養(yǎng)的影響[J]. 江蘇農業(yè)科學，2007（5）：145-147.

[4]李芳蘭，包維楷. 植物葉片形態(tài)解剖結構對環(huán)境變化的響應與適應[J]. 植物學通報，2005，22（增刊）：118-127.

[5]韋存虛，張軍，王建軍，等. 星星草營養(yǎng)器官適應鹽脅迫的結構特征[J]. 植物資源與環(huán)境學報，2006，15（1）：51-56.

[6]王勛陵，王靜. 植物的形態(tài)結構與環(huán)境[M]. 蘭州：蘭州大學出版社，1989：105-138.

[7]Hameed M，Ashraf M，Naz N. Anatomical adaptations to salinity in cogon grass[Imperata cylindrica （L.） Raeuschel] from the Salt Range，Pakistan[J]. Plant and Soil，2009，322：229-238.

[8]李正理. 旱生植物的形態(tài)和結構[J]. 生物學通報，1981（4）：9-12.

[9]Gielwanowska I，Szczuka E，Bednara J，et al. Anatomical features and ultrastructure of Deschampsia antarctica （Poaceae） leaves from different growing habitats[J]. Annals of Botany，2005，96（6）：1109-1119.

[10]劉智微，鐘小仙，吳娟子，等. 海鹽脅迫對蘇牧2號象草葉片解剖結構的影響[J]. 中國草地學報，2012，34（6）：36-43.

[11]張霞，孫旭春，鐘小仙，等. 鹽脅迫下象草葉片的顯微結構[J]. 江蘇農業(yè)學報，2013，29（2）：278-282.

[12]李廣毅，高國雄，呂悅來，等. 三種灌木植物形態(tài)特征及解剖結構的對比觀察[J]. 水土保持研究，1995，2（2）：141-145.

[13]周桂玲，迪利夏提，安爭夕，等. 新疆濱藜屬植物葉表皮微形態(tài)學及葉的比較解剖學研究[J]. 干旱區(qū)研究，1995，12（3）：34-37.

[14]章英才. 幾種不同鹽生植物葉的比較解剖研究[J]. 寧夏大學學報：自然科學版，2006，27（1）：68-71.

[15]朱宇旌，張勇，胡自治，等. 小花堿茅葉適應鹽脅迫的顯微結構研究[J]. 中國草地，2001，23（2）：19-22.

[16]周存宇，費永俊，楊朝東，等. 兩種生境下狗牙根葉片結構的比較[J]. 草業(yè)科學，2010，27（6）：93-96.

[17]Abernethy G A，F(xiàn)ountain D W，Mcmanus M T. Observations on the leaf anatomy of Festuca novae-zelandiae and biochemical responses to a water deficit[J]. New Zealand Journal of Botany，1998，36（1）：113-123.

[18]Balsamo R A，Willigen C V，Bauer A M，et al. Drought tolerance of selected Eragrostis species correlates with leaf tensile properties[J]. Annals of Botany，2006，97（6）：985-991.

[19]Clarke J M. Effect of leaf rolling on leaf water loss in Triticum spp.[J]. Canadian Journal of Plant Science，1986，66（4）：885-891.

[20]陳豫梅，陳厚彬，陳國菊，等. 香蕉葉片形態(tài)結構與抗旱性關系的研究[J]. 熱帶農業(yè)科學，2001（4）：14-16.endprint

泡狀細胞具有貯水功能，在葉片卷曲過程中起重要作用，在吸收水分、保持細胞水勢中起一定作用[17-19]。在高鹽或干旱環(huán)境下會形成發(fā)達的泡狀細胞，缺水時泡狀細胞失水變小，水分恢復時泡狀細胞吸水變大，從而適應高鹽干旱環(huán)境[19-20]。有研究表明，沼澤蘆葦以及輕度鹽化草甸蘆葦?shù)呐轄罴毎軌蚱鹫{整滲透勢的作用，重度鹽化草甸蘆葦?shù)呐轄罴毎軌蚋綦x鈉離子發(fā)揮抗鹽堿作用。高鹽脅迫下，小花堿茅葉片的泡狀細胞數(shù)量增多、體積變大、下陷更深，堿茅在缺乏水分時可以迅速將葉片卷起，大大減少水分散失，有利于防止葉片因缺水萎蔫造成機械損傷。本研究結果表明，脅迫 40 d 時，隨著海鹽濃度增加，N51象草葉片泡狀細胞面積減小。0.6%海鹽濃度下，蘇牧2號象草葉片泡狀細胞面積最大，隨著海鹽濃度繼續(xù)增加，蘇牧2號象草葉片泡狀細胞面積減小。這與前人的研究結果相似。比較而言，蘇牧2號象草耐鹽性比N51象草更強。

參考文獻：

[1]俞仁培，陳德明. 我國鹽漬土資源及其開發(fā)利用[J]. 土壤通報，1999，30（4）：158-159.

[2]王遵親，祝壽泉，俞仁培，等. 中國鹽漬土[M]. 北京：科學出版社，1993.

[3]鐘小仙，佘建明，顧洪如，等. 培養(yǎng)基不同濃度NaCl對象草幼穗離體培養(yǎng)的影響[J]. 江蘇農業(yè)科學，2007（5）：145-147.

[4]李芳蘭，包維楷. 植物葉片形態(tài)解剖結構對環(huán)境變化的響應與適應[J]. 植物學通報，2005，22（增刊）：118-127.

[5]韋存虛，張軍，王建軍，等. 星星草營養(yǎng)器官適應鹽脅迫的結構特征[J]. 植物資源與環(huán)境學報，2006，15（1）：51-56.

[6]王勛陵，王靜. 植物的形態(tài)結構與環(huán)境[M]. 蘭州：蘭州大學出版社，1989：105-138.

[7]Hameed M，Ashraf M，Naz N. Anatomical adaptations to salinity in cogon grass[Imperata cylindrica （L.） Raeuschel] from the Salt Range，Pakistan[J]. Plant and Soil，2009，322：229-238.

[8]李正理. 旱生植物的形態(tài)和結構[J]. 生物學通報，1981（4）：9-12.

[9]Gielwanowska I，Szczuka E，Bednara J，et al. Anatomical features and ultrastructure of Deschampsia antarctica （Poaceae） leaves from different growing habitats[J]. Annals of Botany，2005，96（6）：1109-1119.

[10]劉智微，鐘小仙，吳娟子，等. 海鹽脅迫對蘇牧2號象草葉片解剖結構的影響[J]. 中國草地學報，2012，34（6）：36-43.

[11]張霞，孫旭春，鐘小仙，等. 鹽脅迫下象草葉片的顯微結構[J]. 江蘇農業(yè)學報，2013，29（2）：278-282.

[12]李廣毅，高國雄，呂悅來，等. 三種灌木植物形態(tài)特征及解剖結構的對比觀察[J]. 水土保持研究，1995，2（2）：141-145.

[13]周桂玲，迪利夏提，安爭夕，等. 新疆濱藜屬植物葉表皮微形態(tài)學及葉的比較解剖學研究[J]. 干旱區(qū)研究，1995，12（3）：34-37.

[14]章英才. 幾種不同鹽生植物葉的比較解剖研究[J]. 寧夏大學學報：自然科學版，2006，27（1）：68-71.

[15]朱宇旌，張勇，胡自治，等. 小花堿茅葉適應鹽脅迫的顯微結構研究[J]. 中國草地，2001，23（2）：19-22.

[16]周存宇，費永俊，楊朝東，等. 兩種生境下狗牙根葉片結構的比較[J]. 草業(yè)科學，2010，27（6）：93-96.

[17]Abernethy G A，F(xiàn)ountain D W，Mcmanus M T. Observations on the leaf anatomy of Festuca novae-zelandiae and biochemical responses to a water deficit[J]. New Zealand Journal of Botany，1998，36（1）：113-123.

[18]Balsamo R A，Willigen C V，Bauer A M，et al. Drought tolerance of selected Eragrostis species correlates with leaf tensile properties[J]. Annals of Botany，2006，97（6）：985-991.

[19]Clarke J M. Effect of leaf rolling on leaf water loss in Triticum spp.[J]. Canadian Journal of Plant Science，1986，66（4）：885-891.

[20]陳豫梅，陳厚彬，陳國菊，等. 香蕉葉片形態(tài)結構與抗旱性關系的研究[J]. 熱帶農業(yè)科學，2001（4）：14-16.endprint

泡狀細胞具有貯水功能，在葉片卷曲過程中起重要作用，在吸收水分、保持細胞水勢中起一定作用[17-19]。在高鹽或干旱環(huán)境下會形成發(fā)達的泡狀細胞，缺水時泡狀細胞失水變小，水分恢復時泡狀細胞吸水變大，從而適應高鹽干旱環(huán)境[19-20]。有研究表明，沼澤蘆葦以及輕度鹽化草甸蘆葦?shù)呐轄罴毎軌蚱鹫{整滲透勢的作用，重度鹽化草甸蘆葦?shù)呐轄罴毎軌蚋綦x鈉離子發(fā)揮抗鹽堿作用。高鹽脅迫下，小花堿茅葉片的泡狀細胞數(shù)量增多、體積變大、下陷更深，堿茅在缺乏水分時可以迅速將葉片卷起，大大減少水分散失，有利于防止葉片因缺水萎蔫造成機械損傷。本研究結果表明，脅迫 40 d 時，隨著海鹽濃度增加，N51象草葉片泡狀細胞面積減小。0.6%海鹽濃度下，蘇牧2號象草葉片泡狀細胞面積最大，隨著海鹽濃度繼續(xù)增加，蘇牧2號象草葉片泡狀細胞面積減小。這與前人的研究結果相似。比較而言，蘇牧2號象草耐鹽性比N51象草更強。

參考文獻：

[1]俞仁培，陳德明. 我國鹽漬土資源及其開發(fā)利用[J]. 土壤通報，1999，30（4）：158-159.

[2]王遵親，祝壽泉，俞仁培，等. 中國鹽漬土[M]. 北京：科學出版社，1993.

[3]鐘小仙，佘建明，顧洪如，等. 培養(yǎng)基不同濃度NaCl對象草幼穗離體培養(yǎng)的影響[J]. 江蘇農業(yè)科學，2007（5）：145-147.

[4]李芳蘭，包維楷. 植物葉片形態(tài)解剖結構對環(huán)境變化的響應與適應[J]. 植物學通報，2005，22（增刊）：118-127.

[5]韋存虛，張軍，王建軍，等. 星星草營養(yǎng)器官適應鹽脅迫的結構特征[J]. 植物資源與環(huán)境學報，2006，15（1）：51-56.

[6]王勛陵，王靜. 植物的形態(tài)結構與環(huán)境[M]. 蘭州：蘭州大學出版社，1989：105-138.

[7]Hameed M，Ashraf M，Naz N. Anatomical adaptations to salinity in cogon grass[Imperata cylindrica （L.） Raeuschel] from the Salt Range，Pakistan[J]. Plant and Soil，2009，322：229-238.

[8]李正理. 旱生植物的形態(tài)和結構[J]. 生物學通報，1981（4）：9-12.

[9]Gielwanowska I，Szczuka E，Bednara J，et al. Anatomical features and ultrastructure of Deschampsia antarctica （Poaceae） leaves from different growing habitats[J]. Annals of Botany，2005，96（6）：1109-1119.

[10]劉智微，鐘小仙，吳娟子，等. 海鹽脅迫對蘇牧2號象草葉片解剖結構的影響[J]. 中國草地學報，2012，34（6）：36-43.

[11]張霞，孫旭春，鐘小仙，等. 鹽脅迫下象草葉片的顯微結構[J]. 江蘇農業(yè)學報，2013，29（2）：278-282.

[12]李廣毅，高國雄，呂悅來，等. 三種灌木植物形態(tài)特征及解剖結構的對比觀察[J]. 水土保持研究，1995，2（2）：141-145.

[13]周桂玲，迪利夏提，安爭夕，等. 新疆濱藜屬植物葉表皮微形態(tài)學及葉的比較解剖學研究[J]. 干旱區(qū)研究，1995，12（3）：34-37.

[14]章英才. 幾種不同鹽生植物葉的比較解剖研究[J]. 寧夏大學學報：自然科學版，2006，27（1）：68-71.

[15]朱宇旌，張勇，胡自治，等. 小花堿茅葉適應鹽脅迫的顯微結構研究[J]. 中國草地，2001，23（2）：19-22.

[16]周存宇，費永俊，楊朝東，等. 兩種生境下狗牙根葉片結構的比較[J]. 草業(yè)科學，2010，27（6）：93-96.

[17]Abernethy G A，F(xiàn)ountain D W，Mcmanus M T. Observations on the leaf anatomy of Festuca novae-zelandiae and biochemical responses to a water deficit[J]. New Zealand Journal of Botany，1998，36（1）：113-123.

[18]Balsamo R A，Willigen C V，Bauer A M，et al. Drought tolerance of selected Eragrostis species correlates with leaf tensile properties[J]. Annals of Botany，2006，97（6）：985-991.

[19]Clarke J M. Effect of leaf rolling on leaf water loss in Triticum spp.[J]. Canadian Journal of Plant Science，1986，66（4）：885-891.

[20]陳豫梅，陳厚彬，陳國菊，等. 香蕉葉片形態(tài)結構與抗旱性關系的研究[J]. 熱帶農業(yè)科學，2001（4）：14-16.endprint