鹽脅迫對兩種吊蘭光合特性和氣孔形態的影響

摘要：選用吊蘭（Chlorophytum comosum）和金邊吊蘭（Chlorophytum comosum cv. variegatum）一年生幼苗進行盆栽試驗，設置鹽分（NaCl）梯度為0和0.8%，研究了鹽脅迫對兩種吊蘭生長、光合特性及氣孔形態的影響。結果表明，在鹽脅迫下，兩種吊蘭的葉片葉綠素含量、凈光合速率（Pn）、氣孔導度（Gs）和蒸騰速率（Tr）均下降，而細胞間CO2濃度（Ci）增加，說明非氣孔限制因素可能是兩種吊蘭光合能力下降的主要原因。兩種吊蘭通過改變根冠比和氣孔密度、開放度來適應鹽脅迫環境，表現出了一定的耐鹽性，但兩個品種間的耐鹽性并無明顯差異。本試驗過程中發現兩種吊蘭都有泌鹽的現象，通過掃描電鏡技術分析發現，兩種吊蘭葉片和幼莖表皮氣孔內都有殘留的鹽顆粒存在，說明吊蘭氣孔不僅僅用于氣體和水分的交換，可能還兼有泌鹽的功能。

關鍵詞：吊蘭（Chlorophytum comosum）；鹽脅迫；氣孔；泌鹽

中圖分類號：S682.31 文獻標識碼：A 文章編號：0439-8114（2016）19-4982-05

DOI：10.14088/j.cnki.issn0439-8114.2016.19.021

Abstract： The pot culture technique was used to study growth，photosynthetic characteristics and stoma structure of Chlorophytum comosum and Chlorophytum comosum cv. Variegatum，under two levels of salt stress（0% and 0.8%）. Photosynthetic rate （Pn），stomatal conductance（Gs），transpiration rate（Tr），the chlorophyll content were lower and intercellular CO2 concentration （Ci） was increased than control，and non-stomata factors were probably the main causes of photosynthetic capacity decrease.Under the high concentration of salt stress，the density of leaf stomas was significantly increased，and the relative opening degree was decreased than those in the control， dry-weight of the overground was decreased，and root cap ratio was increased，this showed that two cultivars’ root cap ratio，density and the relative opening degree of stomas were changed to adapt high salinity environment，they had certain salt tolerance，but two varieties showed no marked difference. In addition， crystallized salt was accumulated on the surface of young leaves and stems，the results showed that excess salt was maybe discharged through two kinds of bracketplant’ s stomas by scanning electron microscope，it has revealed that stomata were not only controlling gas and water exchange，but also could secrete salt.

Key words： Chlorophytum comosum； salt stress； stomata； salt excretion

吊蘭（Chlorophytum comosum）是百合科吊蘭屬多年生草本，原產南非，世界各地廣泛栽培，喜歡溫暖濕潤、半陰環境，適應性強，吸收甲醛等有毒氣體的能力強，是良好的室內空氣凈化觀葉植物[1]。金邊吊蘭（Chlorophytum comosum cv. variegatum）是其常見的栽培變種之一，同樣具有很高的觀賞價值。目前，對吊蘭的研究主要集中在其藥理作用、快繁及生態修復等方面[2-4]，目前室內栽培吊蘭的基質較多是泥炭土和腐殖質，這些基質營養雖充足，但鹽分含量也較高，在長時間內吊蘭的生長會受到一定的影響，常發現吊蘭種植后新鮮的嫩葉和嫩莖邊緣出現泌鹽現象，可能通過這種方式，吊蘭將體內過多的鹽分排出體外，通常氣孔是用于氣體和水分交換的，但對于吊蘭來說，可能還兼有泌鹽的功能，但是其機制尚未明確，關于鹽脅迫對吊蘭光合特性和氣孔的密度及形態變化的影響方面的文獻也未見報道。本研究分別對正常和鹽脅迫條件下的吊蘭和金邊吊蘭的葉片進行了光合測定和電鏡掃描，試圖探討鹽環境與兩種吊蘭光合能力、氣孔形態及泌鹽能力之間的關系，為吊蘭耐鹽性方面的研究提供一定的參考。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

試驗材料為1年生的吊蘭及其變種金邊吊蘭，將大小一致且生長狀況相同的吊蘭和金邊吊蘭小苗分別種植于15 cm×17 cm塑料花盆中，培養基質為紹興文理學院實驗基地的地表0～5 cm土壤，試驗設置2個NaCl濃度處理，即0、0.8%NaCl溶液，每個處理重復3次，對照組（CK，金邊吊蘭為CK1，吊蘭為CK2）澆等量的1/10 Hoagland’s營養液（pH 6.0），處理組（T，金邊吊蘭為T1，吊蘭為T2）的處理液為1/10 Hoagland’s營養液和NaCl配制。每3 d澆灌一次處理液，使處理液從盆底滲出，以交換基質中的積余鹽。鹽脅迫處理30 d后進行生長指標、光合參數、葉綠素含量測定，以及掃描電鏡觀察。

1.2 試驗方法

1.2.1 形態指標 測定吊蘭和金邊吊蘭植株高度，測定地上部分和根系干重，根冠比（地下部分干重/地上部分干重）。

1.2.2 光合及葉綠素含量測定 采用Li-6400便攜式光合測定系統分析儀（USA，Li-COR）于10：00-14：00在有充足陽光下隨機測定植株葉片的凈光合速率（Pn）、氣孔導度（Gs）、細胞間CO2濃度（Ci）和蒸騰速率（Tr）。

取鮮葉，剪成細絲，稱取0.1 g用丙酮、無水乙醇和蒸餾水按4.5∶4.5∶1.0混合液浸提（10 mL），置室溫、黑暗條件下，每隔一定時間觀察浸提情況，以材料完全變白為準（一般需要24 h左右），取上清液，用混合浸提液作空白調零，分別測定OD663 nm和OD645 nm。計算：Ca（葉綠素a）=12.7OD663 nm-2.69OD645 nm；Cb（葉綠素b）=22.9OD645 nm-4.68OD663 nm；CT（葉綠素總量）=Ca+Cb；葉綠素含量=C×V/（A×1000）；式中，C為葉綠素濃度（mg/g），V為提取液總體積（mL），A為葉片鮮重（g）。

1.2.3 掃描電鏡觀察 將葉片和幼嫩莖表面的灰塵洗凈，取葉的中部主脈與葉緣之間的中間部分，切取5 mm×5 mm大小，此處的氣孔分布有代表性，用刀片削去幼莖表皮，切取5 mm×5 mm大小，葉片和幼莖表皮用5.0%戊二醛固定2 h，然后1.0%鋨酸固定2 h，再經20%、40%、60%、80%、90%、100%乙醇系列脫水，最后用低溫冷凍干燥儀脫水30 min。樣品干燥后，用導電雙面膠帶紙黏貼，置于載物臺上，真空噴金，用JSM-6360LV掃描電鏡（JEOL，Japan）觀察，電鏡工作電壓為30 kV。

1.2.4 數據處理 利用Microsoft Excel 2003軟件進行試驗數據整理和作圖，SPSS 13.0軟件進行數據的顯著性分析（LSD法，α=0.05）。

2 結果與分析

2.1 鹽脅迫對兩種吊蘭生長的影響

由表1可知，0.8%NaCl脅迫下，金邊吊蘭和吊蘭的株高、地上部分干重相對于對照顯著降低，地上干重差異不顯著，而根冠比相對于對照顯著增加。由此說明0.8%NaCl脅迫對兩種吊蘭地上部分的生長有較強的抑制作用。兩種吊蘭的生長量差距不大，說明兩品種之間的耐鹽能力并無差異。

2.2 鹽脅迫對兩種吊蘭光合及葉綠素含量的影響

由圖1可知，0.8%NaCl脅迫處理（T）對兩種吊蘭的凈光合速率（Pn）、氣孔導度（Gs）、細胞間CO2濃度（Ci）和蒸騰速率（Tr）都有顯著影響，鹽脅迫下金邊吊蘭和吊蘭的Pn相對于CK分別下降了75.28%、74.94%，Gs分別下降了82.10%、55.62%，Tr分別下降了58.01%、58.74%，Ci分別增加了68.57%、42.37%，這表明0.8%NaCl脅迫導致了兩種吊蘭的光合作用能力嚴重下降，兩個吊蘭品種間光合能力也有一定差異，但對鹽脅迫的反應是一致的。

由圖2可知，鹽脅迫對金邊吊蘭和吊蘭的葉綠素a和葉綠素b含量有較大影響，金邊吊蘭和吊蘭的葉綠素a含量相對于CK有顯著下降，分別下降了31.75%和31.20%，葉綠素b含量相對于CK分別下降了47.57%和45.84%，葉綠素總量相對于CK分別下降了31.57%和47.01%，這表明0.8%NaCl脅迫導致了兩種吊蘭的葉綠素合成受阻，含量降低。

2.3 鹽脅迫對兩種吊蘭葉表皮氣孔密度和形態影響

氣孔是植物葉片與環境交換氣體的器官，氣孔密度越大，吸收CO2的量就越多，從而提高植物的光合速率。由圖3中的A0、A1、B0、B1可以看出，在500倍鏡頭下，鹽脅迫下的兩種吊蘭葉表皮氣孔數量較之對照都有所增加，同樣由表2的統計結果可知，鹽脅迫下的兩種吊蘭葉片氣孔數量遠高于對照組，可見鹽脅迫會促使吊蘭葉表皮氣孔密度的增加。

許多植物在鹽脅迫和干旱脅迫下，為了減少體內水分蒸發，通過葉表皮氣孔下陷、縮小氣孔孔徑等來對高鹽或者干旱環境做成迅速的應對。本試驗同樣發現，無鹽脅迫的吊蘭和金葉吊蘭葉表皮上的氣孔呈較規則的形狀，而鹽脅迫下，兩種吊蘭葉表皮上的氣孔有部分變得扭曲和下陷（圖3-A1、B1）；由表2可知，鹽脅迫下兩種葉表皮氣孔長度和寬度相對于照組都顯著減少，說明鹽脅迫下兩種吊蘭葉表皮氣孔面積變小，同時處理組開放氣孔所占的比例相對于對照組也顯著下降，這可能是鹽脅迫下的吊蘭表皮細胞表面起伏扭曲，褶皺較多，或相互重疊，部分氣孔內陷于葉肉細胞中，氣孔關閉不能正常行使其功能。

2.4 鹽脅迫下兩種吊蘭葉片和幼莖表皮氣孔泌鹽的現象

本研究中發現鹽脅迫下生長的兩種吊蘭葉片和幼莖有氣孔泌鹽的現象，由圖A2和B2可見，在鹽脅迫下，吊蘭葉片氣孔右側有殘留的結晶鹽存在，圖中白色箭頭所示，呈正方形；金邊吊蘭葉片氣孔被殘留的結晶鹽顆粒比較大，呈不規則形狀，覆蓋住了整個氣孔。由圖A3和B3可看出，在鹽脅迫下，兩種吊蘭幼莖表皮氣孔為橢圓形，氣孔內的兩枚保衛細胞清晰可見，同時也可看出保衛細胞處于關閉狀態，在氣孔邊緣和氣孔附近有大量鹽顆粒存在，鹽顆粒相對于葉片上的較小，呈球形顆粒狀。

3 討論

植物受高濃度鹽脅迫時，通過抑制地上部分生長量來減少水分消耗，提升根冠比，從而提高耐鹽能力[5，6]。高濃度鹽脅迫下，金邊吊蘭和吊蘭地上部分的生長受到抑制，根冠比增加，說明了兩種吊蘭幼苗通過調整不同器官生物量分配來適應鹽脅迫環境；同時，兩種吊蘭的地下部分生長未受影響，證明兩種吊蘭根系生長基本正常，由此也表明兩種吊蘭有一定的耐鹽性，但兩者的耐鹽性差異不明顯。

Pn是反映植株光合系統正常與否的指標[7]，鹽脅迫下氣孔的變化是葉片Pn變化的主要因素[8]，本研究發現高鹽脅迫下Pn與Gs之間存在平行的變化趨勢，較之對照都有顯著下降，說明了鹽脅迫下氣孔限制因素是兩種吊蘭Pn降低的因素之一，試驗結果顯示鹽脅迫下Ci增加，說明了非氣孔限制因素應是兩種吊蘭Pn降低的主要因素，可能是葉片細胞結構、葉綠體結構破壞所致。

葉綠素是直接影響植物光合能力最重要的因素，在一定范圍內其含量與光合速率呈正相關[9]，鹽脅迫下葉綠體結構易受破壞，使葉綠素含量降低，導致植株光合能力減弱，本研究發現，鹽脅迫下兩種吊蘭葉片的葉綠素a、b及葉綠素總量都有顯著下降，可能是鹽脅迫導致了葉綠體結構受損，葉綠素分解，這與柴勝豐等[10]、李學孚等[11]研究結果一致。

氣孔是由植物葉片表皮上成對的保衛細胞及之間的孔隙組成的結構[12]，是控制CO2進入葉肉細胞和水分蒸騰散失的重要門戶，因此，氣孔的變化會對植物的生長產生重要影響[13]。鹽脅迫是氣孔發生變化的重要原因之一，當土壤中鹽濃度發生變化時，植物葉片表皮氣孔密度和氣孔開放率等受到較大影響[14]。本研究發現兩種吊蘭在鹽脅迫下葉表皮氣孔密度較對照組有顯著增加，同時氣孔的長度和寬度有所減少，說明吊蘭在鹽脅迫環境中有相應的調整外部結構的適應能力，這一結果與沈禹穎[15]結果一致。然而也有一些學者[16，17]認為鹽脅迫會使植物表皮氣孔密度變小。本研究中發現兩種吊蘭的葉片表皮氣孔的開放度與鹽脅迫有很大關系，在鹽脅迫下氣孔的開放度減少，氣孔關閉不但可以減少水分的損失，也可以防止高滲溶液進入葉表皮，是吊蘭對鹽脅迫的積極應答和適應機制；其他學者[18-21]發現核桃、國槐、臭柏和水稻等植物在鹽脅迫下氣孔開放度也會降低。在鹽脅迫下，吊蘭和金邊吊蘭通過增加氣孔密度和減少氣孔開放度來適應不良的環境。

本試驗過程中發現兩種吊蘭都有泌鹽的現象，通過掃描電鏡技術分析發現，兩種吊蘭葉片和幼莖表皮氣孔都有殘留的鹽顆粒存在，進一步證明了人們的猜想，吊蘭氣孔不僅作用于氣體和水分的交換，可能還兼有泌鹽的功能，但是其機制尚未明確，有待于人們進一步研究。吳耿等[22]、Wu等[23]研究發現生長于巖溶富鈣環境下的華南忍冬葉片表面不同晶型的鈣鹽是由氣孔排出后形成的。同樣，人們猜測吊蘭在高濃度鹽脅迫下，也會通過氣孔泌鹽的方式，將體內過多的鹽分排出體外以減少傷害。

綜上所述，在鹽脅迫下，兩種吊蘭幼苗葉片氣孔密度變大、開放度減少，葉綠素a、b含量下降，從而導致葉片光合能力減弱，導致地上部分生長量下降，根冠比增加，表現兩種吊蘭都有一定的耐鹽性，吊蘭品種間耐鹽性的差異不明顯。

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