PEG模擬干旱脅迫對耬斗菜葉片解剖結構的影響

王金耀，楊 陽，，向云榮，李 森，邢國明，亢秀萍

(1.山西農業大學園藝學院/山西省設施蔬菜提質增效協同創新中心，山西太谷 030801； 2.呂梁學院生命科學系，山西呂梁 033000)

耬斗菜八音鳥(Aquilegia‘Songbird’)為毛茛科耬斗菜屬多年生宿根植物，株型多樣，花色豐富，花期持久，可作花壇花卉，亦可作為草坪點綴花卉或者盆栽花卉，在園林中利用前景廣闊[1-2]。其花藥可供藥用，根含糖類，可制飴糖或釀酒，種子含油，可供工業用[3]。

對植物造成影響的天然因素有很多，其中干旱影響了植物各個階段的生長發育和植物各種生理代謝過程[4]。葉片是高等植物進行光合作用的核心，也是對壞境變動較敏感并且可塑性較大的器官[5]。目前關于植物干旱脅迫的研究越來越具體，國際上對于植物的抗旱性研究已經十分成熟，無論是植株、器官、細胞還是基因層次都有涉及。干旱影響植物葉片的正常生長，淡綠色和黃綠色葉比深綠色葉可以反射更多的光，以便維持葉面較低的溫度而減少水分散失。在解剖結構方面，抗旱性較強的作物在葉片茸毛、蠟質、角質層厚度、氣孔數和開度以及柵欄細胞的排列上都存在著差別，一般情況下，干旱脅迫會導致植物柵海比增加，海綿組織減小。關于耬斗菜，無論是其在園林美化中的應用還是其生長過程中的生理特征以及其藥用價值等方面都有涉及并深入，取得了不少的研究成果[2]。李森等在對耬斗菜的耐旱性評價研究中發現，隨著干旱脅迫時間的增加，野生華北耬斗菜葉片脯氨酸含量逐漸增加[6]，但干旱脅迫對耬斗菜葉片解剖結構的影響未見報道。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

耬斗菜于2016年10月定植在呂梁學院，2017年3月將返青植株從土壤中取出，移栽到營養缽中緩苗10 d，長出新葉待用。

1.2 試驗設計

取12葉齡長勢一致的耬斗菜苗150株，分成5組，每組30株。試驗共設10%、20%、30%、40% 4個聚乙二醇(PEG)脅迫梯度，以等量蒸餾水為對照。每3 d澆1次相應濃度的PEG溶液，每個營養缽加50 mL。第1、3、6、9、12天取植物葉片進行測定，共取樣5次，試驗重復3次[7]。采用徒手切片法觀察葉片的氣孔，測量其大小、計算其密度并記錄數據。采用石蠟切片法觀察葉片的柵欄組織、海綿組織與維管組織，測量柵欄組織與海綿組織的厚度、維管束的直徑，計算柵海比并記錄數據。

1.3 測定指標及方法

1.3.1 氣孔指標的測定與計算 做耬斗菜基生葉下表皮的徒手切片，觀察葉片氣孔并測量有關數據。

氣孔密度=視野中氣孔的數量/視野的面積。

1.3.2 柵海比與維管束直徑的測定與計算 在顯微鏡下觀察耬斗菜葉片橫切石蠟切片，在低倍鏡下找到觀察的視野拍照記錄，再換高倍鏡觀察并拍照記錄，用測微尺測量葉片橫切柵欄組織、海綿組織厚度和維管束的直徑，記錄數據，求出每個PEG濃度梯度下3株耬斗菜的柵欄組織、海綿組織厚度和維管束直徑的平均值作為試驗最終數據，然后計算耬斗菜的柵海比[8-9]。柵海比=柵欄組織厚度/海綿組織的厚度。

1.4 數據統計及分析

采用Excel軟件進行數據的錄入、數據庫的建立以及數據圖表的制作，采用SPSS進行方差分析及顯著檢測[8，10]。

2 結果與分析

2.1 干旱脅迫對耬斗菜葉片氣孔的影響

2.1.1 干旱脅迫對耬斗菜葉片氣孔密度的影響 從表1可以看出，干旱脅迫對耬斗菜的下表皮氣孔密度沒有顯著影響。

2.1.2 干旱脅迫對耬斗菜葉片氣孔大小的影響 由表2可知，與對照組相比，脅迫處理第9天，10%、20%、30% PEG處理的耬斗菜葉片氣孔大小差異不顯著，40% PEG脅迫處理耬斗菜葉片氣孔大小顯著增加，從對照的523.75 μm2增加到 753.92 μm2。40% PEG的脅迫處理與10%、20%、30% PEG處理的耬斗菜相比氣孔大小顯著增加。脅迫處理第12天，與對照組相比，30%、40% PEG脅迫處理的耬斗菜葉片氣孔大小顯著增加，從510.45 μm2分別增加到665.15、757.76 μm2。且40% PEG與30% PEG處理相比，耬斗菜葉片氣孔大小顯著增加。

表1 干旱脅迫對耬斗菜葉片下表皮氣孔密度的影響

注：同列數據后不同小寫字母表示在0.05水平上差異顯著。下表同。

表2 干旱脅迫對耬斗菜葉片氣孔大小的影響

2.1.3 干旱脅迫對耬斗菜葉片氣孔開度的影響 從表3中可以看出，脅迫處理第3天，與對照組相比，20%、30%、40% PEG脅迫處理的耬斗菜平均氣孔開度顯著減小，并且隨著PEG濃度增加平均氣孔開度減小越明顯，40% PEG與10%、20% PEG脅迫組相比耬斗菜葉片氣孔開度顯著減小。處理第6天，與對照組相比，脅迫處理的耬斗菜平均氣孔開度顯著減小，且平均氣孔開度隨著PEG濃度的增大先減小后增大。處理第9天，與對照組相比，脅迫處理的耬斗菜平均氣孔開度顯著減小，且平均氣孔開度隨著PEG濃度的增大先減小后增大。處理第12天，與對照組相比，10%、20% PEG脅迫處理的耬斗菜平均氣孔開度顯著減小，30%、40% PEG處理組無顯著差異。30%、40% PEG處理組與10%、20% PEG處理組存在顯著差異，前者較后者顯著增大；10%、20% PEG處理組差異不顯著，40%、30% PEG處理組無顯著差異。

2.2 干旱脅迫對耬斗菜葉片柵欄組織厚度、海綿組織厚度、柵海比的影響

2.2.1 干旱脅迫對耬斗菜葉片柵欄組織厚度的影響 從表4中可以看出，干旱脅迫對耬斗菜葉片柵欄組織厚度有顯著影響。處理第3、6、9天，與對照組相比，脅迫處理的耬斗菜的柵欄組織厚度沒有顯著差異。脅迫處理第12天，與對照組相比，10%、20%、30% PEG處理的耬斗菜柵欄組織厚度差異不顯著，40% PEG處理的耬斗菜葉片柵欄組織厚度顯著增加，從8.10 μm增加到11.21 μm，此外4個處理組間無顯著差異。不同處理的葉片切面中的柵欄組織見圖1。

2.2.2 干旱脅迫對耬斗菜葉片海綿組織的影響 從表5中可以看出，干旱脅迫對耬斗菜葉片海綿組織有顯著影響。處理第3、6、9天，與對照組相比，脅迫處理對耬斗菜的海綿組織厚度沒有顯著差異。脅迫處理第12天，與對照組相比，10%、20%、30% PEG處理的耬斗菜海綿組織厚度無顯著差異，40% PEG處理的耬斗菜葉片海綿組織厚度顯著減小，從11.20 μm減小到7.86 μm，此外4個處理組間無顯著差異。不同處理的葉片切面中的海綿組織見圖1。

表3 干旱脅迫對耬斗菜葉片氣孔開度的影響

表4 干旱脅迫對耬斗菜葉片柵欄組織的影響

表5 干旱脅迫對耬斗菜葉片海綿組織的影響

2.2.3 干旱脅迫對耬斗菜葉片柵海比的影響 從表6中可以看出，干旱脅迫對耬斗菜葉片柵海比有顯著影響。脅迫處理第3天，與對照組相比，10%、20%、30% PEG處理的耬斗菜柵海比差異不顯著，40% PEG處理的耬斗菜柵海比顯著增加，從0.62增加到1.00，且4個處理組間差異不顯著。脅迫處理第6天，與對照組相比，30%、40% PEG處理的耬斗菜柵海比顯著增加，從0.62分別增加到0.92、1.08，且4個處理組間差異不顯著。脅迫處理第9天，與對照組相比，30%、40% PEG處理的耬斗菜氣孔開度顯著增加，從0.69分別增加到1.04、 1.11。脅迫處理第12天，與對照組相比，30%、40% PEG處理的耬斗菜柵海比顯著增加，30% PEG處理的植株柵海比增加0.37，40% PEG處理的植株柵海比增加0.58。10%、20% PEG處理的耬斗菜柵海比差異不顯著，40%、30%與10%、20% PEG處理組相比柵海比顯著增加，40%與30% PEG處理組相比柵海比顯著增加。

2.3 干旱脅迫對耬斗菜葉片主脈維管束直徑的影響

從表7可以看出，PEG模擬干旱脅迫對耬斗菜葉片主脈維管束直徑無顯著影響。

表6 干旱脅迫對耬斗菜葉片柵海比的影響

表7 干旱脅迫對耬斗菜葉片主脈維管束直徑的影響

3 結論與討論

干旱脅迫對耬斗菜葉片解剖結構的影響主要表現在氣孔大小、氣孔開度、柵欄組織厚度、海綿組織厚度、柵海比5個方面，對氣孔密度、維管束直徑無顯著影響。隨著干旱脅迫的增強，葉下表皮的氣孔大小整體上先減小后增大，葉下表皮的氣孔開度先減小后增大，柵欄組織厚度從8.20 μm增加到11.21 μm(第12天)，海綿組織厚度從12.60 μm減少到 7.86 μm(第12天)，柵海比從0.65增加到1.34(第12天)。本研究所用的耬斗菜植株，在干旱脅迫下，其氣孔大小、柵海比增加這些變化充分反映了耬斗菜對干旱環境的適應性，也符合大多數耐旱植物在干旱下葉片解剖結構的變化趨勢[11]。

氣孔密度、氣孔大小、氣孔開度是植物調節自身蒸騰作用的反應[12]。輕度干旱脅迫導致植物氣孔密度增加，葉片能從周圍環境中吸收更多的水分用于光合作用，重度干旱脅迫導致植物氣孔密度減小，減小蒸騰作用[11]。本試驗中耬斗菜上表皮幾乎沒有氣孔，是耐旱植物的一種表現；下表皮氣孔密度先增加后減小，但沒有顯著變化。脅迫處理第3天氣孔開度出現了顯著下降，說明干旱脅迫對植株造成了一定的影響，所以植株氣孔開度減小，減少自身的蒸騰作用，脅迫處理第6天及以后，氣孔開度隨著干旱脅迫程度的增加先減小后增加，說明40% PEG濃度模擬的干旱對植株造成了較大的影響，植株從土壤中獲取的水分不足以支持自身的生命活動，所以增大氣孔開度從外界吸收CO2進行光合作用生產H2O。

隨著干旱脅迫的增加，柵欄組織增厚、海綿組織減小、柵海比增大是典型的耐旱植物特征，柵海比越大其抗旱能力越強[13]。本試驗中，脅迫處理第12天耬斗菜柵欄組織厚度顯著增大，海綿組織厚度顯著減小，柵海比增大，符合這一特征。

葉片主脈維管束直徑變大，有利于將足量的水分運輸至葉片維持生命活動[12]。本試驗中葉片維管束直徑雖然在增大但沒有顯著變化，可能是因為葉片取材為老葉且取材植株間存在差異，導致本試驗中所得到的數據顯示，耬斗菜葉片維管束直徑沒有顯著變化。