海鹽脅迫下蘇牧2號象草葉片解剖結構的適應性變化
2014-07-11 14:12:51張霞等
江蘇農業科學 2014年4期
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：江蘇省農業科技自主創新資金[編號：CX（10）423]。
作者簡介：張霞（1976—），女，河南新鄉人，博士，副研究員，主要從事牧草生理生態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，大多數含鹽量在1%以下。江蘇省現有灘涂面積約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適應、生理適應的綜合體現。在植物的結構與環境關系方面，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境變化比較敏感且可塑性較大的器官，環境變化常導致葉片的形態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，具有發達的維管組織，葉片具有高度發達的泡狀細胞[7]。高鹽環境下南極發草（Deschampsia antarctica）會形成發達的泡狀細胞[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。
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營養液澆灌到大周轉箱中，對照只加入1/2 Hoagland營養液。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張照片用于測量數據，每張圖片的平均值為1個數據。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數據處理
用SAS 8.1軟件處理數據。
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]。在高鹽或干旱環境下會形成發達的泡狀細胞，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境[19-20]。有研究表明，沼澤蘆葦以及輕度鹽化草甸蘆葦的泡狀細胞能夠起調整滲透勢的作用，重度鹽化草甸蘆葦的泡狀細胞能夠隔離鈉離子發揮抗鹽堿作用。高鹽脅迫下，小花堿茅葉片的泡狀細胞數量增多、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：
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[20]陳豫梅，陳厚彬，陳國菊，等. 香蕉葉片形態結構與抗旱性關系的研究[J]. 熱帶農業科學，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]。在高鹽或干旱環境下會形成發達的泡狀細胞，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境[19-20]。有研究表明，沼澤蘆葦以及輕度鹽化草甸蘆葦的泡狀細胞能夠起調整滲透勢的作用，重度鹽化草甸蘆葦的泡狀細胞能夠隔離鈉離子發揮抗鹽堿作用。高鹽脅迫下，小花堿茅葉片的泡狀細胞數量增多、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。
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