鹽脅迫對紅心灰菜葉表皮微形態的影響

姚 楠，林其娟，王京鵬，汪 洋，溫興竹，徐寧偉，劉玉艷

(1.河北科技師范學院 園藝科技學院，河北 秦皇島 066600；2.河北省特色園藝種質挖掘與創新利用重點實驗室，河北 秦皇島 066600；3.河北科技師范學院 海洋資源與環境學院，河北 秦皇島 066600；4.溫州城市大學，浙江 溫州 325000；5.河北農業大學 園林與旅游學院，河北 保定 071000)

1 引言

土壤大面積鹽漬化嚴重影響了植物的生長[1]，也是園林綠化的主要障礙。我國沿海有1.8×104km的濱海地帶和島嶼沿岸，分布著各種濱海鹽土[2]，亟待保護和開發。對植物耐鹽性進行研究，選擇和培育適應鹽漬環境生長的觀賞植物，可豐富景觀環境、修復濱海生態。

植物在進化過程中形成了應對逆境的特有機制，通過改變形態構造、調節代謝反應來適應環境的變化[3]。鹽脅迫下，植物呼吸代謝緩慢、光合作用受阻，進而生長緩慢[4]。植物光合及蒸騰作用主要通過葉片進行，葉片表皮蠟質、表皮細胞大小、表皮毛數量、氣孔開度、密度及分布均與保水能力有關，進而決定了植物對外界環境的適應性[5～7]。韋存虛等研究發現，星星草葉表皮蠟質具有泌鹽功能，表明星星草受外界生態因素影響，演化出具有泌鹽功能的蠟質層來適應高鹽生境[8]。Karray-Bouraoui和Olfa分別對薄荷(Menthapulegium)、馬郁蘭(Origanummajorana)等植物進行鹽脅迫處理，發現植物表皮毛大小與密度均顯著增加[9,10]。史嬋等對鹽脅迫下唐古特白刺(Nitrariatangutorum)葉片進行掃描電鏡觀察，發現其幼苗可通過調節氣孔開度、氣孔密度及氣孔周圍蠟質的形成或泌鹽表現出一定的耐鹽特性[11]。

紅心灰菜(Chenopodiumalbum)為藜科藜屬一年生草本，葉片菱狀卵形或披針形，葉面有紫色粉粒，使葉片呈紫紅色，具有獨特的觀賞價值，但在園林綠化中鮮有應用。本研究以紅心灰菜為試驗材料，進行不同濃度的鹽脅迫，通過植株形態和掃描電鏡觀察，比較鹽脅迫對紅心灰菜株高、葉片大小及葉表皮微形態的影響，為濱海地區園林植物的選育提供參考。

2 材料與方法

2.1 供試材料

供試紅心灰菜種子采自昌黎城郊，供試材料為其當年播種苗。

2.2 試驗方法

試驗于2021年春季在河北科技師范學院園藝園林實驗站內進行，采用盆栽法，營養缽育苗，待幼苗長至3～4片真葉時，選生長健康、長勢一致的幼苗移入不同濃度的鹽土中進行處理。使用NaCl溶液對植物進行鹽分梯度設置，采用鹽分和土壤干質量之比，用CK(0)、0.15%、0.3%、0.45%、0.6% 5個NaCl處理濃度，花盆盆底用塑料托盤托住，每天澆同量水以補充蒸發水量，隨時將托盤內的水倒回盆中以保持土壤含鹽量恒定。采用隨機區組設計，每盆3株幼苗，設5次重復，鹽處理兩個月后進行各項指標測定(由于0.15%、0.45%處理與相鄰處理差異不明顯，選取CK、0.3%、0.6%處理進行各項指標的測定)。

2.3 形態指標測量

分別測量CK、0.3%、0.6%處理植株的株高和由下至上第4片成熟葉片的長和寬，葉片長度為從基部到葉端的長度，葉片最寬處為葉寬數值。

2.4 掃描電鏡觀察

選取CK、0.3%、0.6%處理植株由下至上的第4片成熟葉片，沿主葉脈切取2 cm×0.5 cm方塊，用戊二醛固定液固定，于4℃下固定24 h。依次用乙醇、丙酮梯度脫水、置換，隨即對葉樣進行干燥、噴金鍍膜，然后用KYKY-2800型掃描電子顯微鏡觀察并拍照。每個樣品選取3個視野，5次重復，取平均值，通過比例尺折算出相關數據的真實數值。

2.5 數據處理

試驗數據采用Excel、DPS等軟件進行分析。

3 結果

3.1 鹽脅迫對紅心灰菜植株形態的影響

隨鹽濃度增加，紅心灰菜的植株高度均逐漸降低，葉長、葉寬呈遞減趨勢。CK、0.3%、0.6%處理株高差異顯著或極顯著，葉長、葉寬變化相對較小，0.3%與CK處理的葉長、葉寬差異不顯著，0.6%與CK處理差異極顯著?？傮w鹽害現象表現不明顯(表1)。

表1 鹽脅迫對紅心灰菜植株生長的影響

3.2 鹽脅迫對紅心灰菜植株葉表皮細胞的影響

鹽脅迫對紅葉灰菜葉表皮細胞的形態影響不大(圖1、圖2)，葉片上下表皮細胞皆呈不規則的五邊形或六邊形，表皮細胞外壁突出，具有刺毛狀角質層嵴。葉片下表面的大橢圓狀結構為葉片下表面被的粉粒。在上下表皮細胞間皆分布有其頂面觀呈白色的小圓柱體，圍繞其周圍有層層的角質層加厚，參考滕紅梅等對運城鹽湖4種藜科鹽生植物葉的比較解剖研究中對灰綠藜鹽腺的描述以及其中鹽腺的圖片[12]，初步判斷該結構是紅心灰菜的鹽腺，由基細胞和帽細胞組成?；毎^大，細胞壁角質層嵴狀加厚，帽細胞頂部呈圓頂狀，周圍具有波狀的角質層帽，角質帽上有一些泌鹽孔。下表皮的鹽腺數量多于上表皮。

圖1 0.3%鹽濃度下紅心灰菜葉表皮細胞

3.3 鹽脅迫對紅心灰菜植株葉片氣孔特性的影響

紅心灰菜葉片上下表皮均有氣孔分布，上表皮氣孔密度顯著小于下表皮(圖1)。葉片氣孔細小，排列不規則，凹陷或微下陷。與對照相比，0.3%鹽濃度處理的下表皮保衛細胞大小、氣孔密度顯著增大，0.6%鹽濃度處理的下表皮氣孔大小、氣孔密度顯著變小(表2)。上下表皮氣孔器的保衛細胞皆有不同程度的角質層，有些則完全被角質層覆蓋，氣孔邊緣角質層呈現不同程度加厚(圖1、圖2)。

表2 鹽脅迫對紅心灰菜葉片下表皮氣孔特性的影響

圖2 掃描電鏡下變紅心灰菜葉片下表皮微形態特征

4 結論與討論

總體來說，紅心灰菜對鹽脅迫具有較強的耐性，可嘗試作為鹽堿環境園林綠化材料進行應用。植物能夠通過自身的形態變化和生理生化反應來適應不斷變化的環境[13]，植物的表面直接與外界環境接觸，外界環境的各種不利因素首先作用于葉片表面，植物葉表皮結構特征可真實反映植物種或品種的特性[14～16]。紅心灰菜葉表皮結構表現出鹽生植物的特點，藜科藜屬有許多典型的泌鹽鹽生植物，如灰綠藜(Chenopodiumglaucum)、西伯利亞濱藜(Atriplexsibirica)等[17]，紅心灰菜的鹽腺可能與灰綠藜類似，為具有泌鹽功能的泌鹽鹽生植物。紅心灰菜葉表面的鹽腺、刺毛狀角質層嵴等結構，是其能夠在很高的鹽濃度脅迫下仍能正常生長而未表現出鹽害的重要原因。

氣孔是植物葉片上的孔狀結構，作為植物進行氣體交換的重要器官，氣孔控制CO2進入葉肉細胞和水分蒸騰散失，氣孔開張度、大小、密度和空間分布格局等對植物生長產生重要影響[18,19]。鹽脅迫下，紅心灰菜氣孔開度、大小及密度均先增大后減小，可見紅心灰菜通過調整氣孔開度和密度，在低鹽環境中增強蒸騰拉力，吸收更多水分，在高鹽環境中減少過度蒸騰，達到保水的目的，這可能是紅心灰菜對鹽脅迫的應答和適應機制。