NaCl處理對黑果枸杞葉解剖結構的影響

倪 強，馬彥軍，楊萬鵬，楊永義

（甘肅農業大學林學院，甘肅 蘭州 730070）

目前，土壤鹽堿化是世界上最為嚴重、長期困擾生態環境的問題之一，據統計，全世界約有1/3的土地受到不同程度鹽害的影響[1-2]，已經嚴重制約了農林業的生產和經濟發展，是限制各地區農業發展的重要成分之一。植物的器官形態和解剖結構特征是在系統演化過程中長期適應環境而逐漸形成的，具有一定的保守性[3]，生長在不同生境中的植物表現出結構的差異，這通常認為是對特定生境的進化適應，且不同的植物可以采取不同方式適應相同或相似的生境。據報道，植物的肉質性與其耐鹽性正相關，肉質化葉中的薄壁組織細胞含有大量的水分，可以稀釋細胞內鹽的濃度[4]，有些鹽生植物葉片小而薄，氣孔少而下陷，氣室明顯，有利于減少表面蒸騰抵抗干旱。賈恢先和趙曼容[5]對鹽瑣瑣(Halocnemum srtobilaceum)、鹽爪爪(Kadilium foliautm)、鹽角草(Sailcornia euorpaea)、毛紅柳(Tamarix hispida)和駱駝刺(Alhagi pseudalhagi)等莖葉解剖結構的研究表明，拒鹽植物的皮層半徑比值大，都在60%以上，泌鹽植物(如毛紅柳)和避鹽植物(如駱駝刺)的皮層半徑不及25%；維管組織恰恰相反，拒鹽植物維管束和半徑比均在25%以下；而泌鹽、避鹽植物至少在25%以上。因此，分析植物葉片解剖結構能夠反映出植物與環境之間的關系。

黑果枸杞(Lycium ruthenicum)是茄科(Solanaceae)枸杞屬多年生耐鹽、抗旱落葉灌木[6-8]，分布在耐鹽沙地、鹽堿地和路旁[9]。抗性強，適應性強常構成鹽爪爪-黑果枸杞鹽生植物群落[10-11]。具有耐干旱、耐鹽堿、耐寒冷的生物學特性，是改良荒漠化土壤、防風固沙、保持水土的優良植物，具有很高的生態學價值，同時也具有極高的藥用價值[12]，是世界上三大堿性土壤指示植物和先鋒植物之一[6]。近年來，學者們對黑果枸杞的研究主要集中在逆境環境下種子發芽和生理活性方面，而對鹽脅迫下解剖結構的報道較少；植物葉片在不同環境壓力下，形成各種各樣的適應類型，葉片在空氣中的暴露面積最大，其解剖結構最能體現環境因子對植物的影響及植物對環境的適應策略[13]，因此人們對葉片的研究也較多。為此，本研究模擬生長在不同濃度NaCl溶液下的黑果枸杞，觀察其葉的形態結構特征，探討黑果枸杞葉解剖結構和鹽漬環境的關系，以期為黑果枸杞的耐鹽生理生態機制研究提供解剖學方面的理論依據。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

以青海省格爾木地區一年生黑果枸杞苗為材料，在甘肅農業大學林學院試驗地內進行盆栽控鹽試驗。2017年3月將扦插苗木移栽到花盆，花盆規格為30 cm × 30 cm，每盆1株，用80%的多菌靈溶液進行消毒，基質按照2∶1(腐殖土和蛭石)的比例均勻混合而成。緩苗3個月后，選取長勢優良、大小一致的苗木進行鹽脅迫處理。

采用完全隨機區組設計，設置6個濃度的NaCl(mmol·L-1) 梯度：0、50、100、150、200、250。每個梯度10盆，3個重復。采取分灌的方法，每次澆灌500 mL，每隔3 d澆一次，施量達到2 L為止。當達到預期的鹽濃度后，根據溶液蒸發情況澆灌，以平衡水分蒸發量，為防止鹽分流失，花盆下墊塑料托盤，將滲漏在托盤中的水倒回花盆中[14]。并采取人工防雨措施，減少外界影響。鹽脅迫處理15和30 d時各取一次樣，進行枸杞葉片解剖實驗。

1.2 試驗方法

葉肉解剖結構：采用石蠟切片法觀察葉片解剖學形態結構的變化。石蠟切片的厚度為8～10 μm，通過卡諾固定液固定→脫水→透明→包埋→切片→番紅、固綠染色→中性樹膠封片的步驟，于光學顯微鏡下觀察并拍照。

測定葉片厚度、上表皮厚度、下表皮厚度、柵欄組織厚度、海綿組織厚度和中脈厚度，并計算葉片組織結構緊密度 (cell tense ratio, CTR) 和葉片組織結構疏松度(vein protuberant degree, SR) 。

葉片組織結構緊密度 = 柵欄組織厚度 / 葉片厚度 × 100%；

葉片組織結構疏松度 = 海綿組織厚度 / 葉片厚度 × 100%。

1.3 數據處理

數據統計及繪圖使用Excel 2010，PS技術處理圖片，用SPSS19.0進行數據分析，單因素方差分析各指標間的差異。

2 結果與分析

2.1 鹽脅迫對黑果枸杞葉片形態的影響

在不同鹽濃度處理下，黑果枸杞葉片生長狀況、葉片形狀和葉片厚度均有明顯差異(表1)。高濃度NaCl溶液處理下，葉片由原來的圓條狀變成披針形或條形，出現葉柄或葉柄極短，葉緣微翹，甚至部分干枯，出現少許落葉，葉片厚持續增加。

表1 不同濃度NaCl處理下黑果枸杞葉片形態特征Table 1 Effect of NaCl treatment on the anatomy of Lycium ruthenicum leaves

表2 不同濃度NaCl溶液處理對黑果枸杞葉片組織結構緊密度和疏松度的影響Table 2 Effect of NaCl treatment on the tightness and porosity of Lycium ruthenicum leaves

葉片組織結構緊密度(CTR)和葉片組織結構疏松度(SR)反映了葉片內部柵欄組織和海綿組織的發達程度。15 d時取樣結果(表2)顯示，CTR由原來的(CK) 24.82%增加至29.90% (P＜0.05)；SR由原來的(CK) 51.38%減少到11.70% (P＜ 0.05)。由30 d取樣結果可知，CTR由原來的(CK) 26.48%增加至33.54% (P＜ 0.05)；SR由原來的(CK) 46.80%減少到7.46% (P＜ 0.05)。當 NaCl濃度為 100 mmol·L-1時，其CTR和SR值均達到最大，分別為29.90%、33.54%，可見此濃度下，黑果枸杞葉片緊密度達到最大，為黑果枸杞最適宜的鹽生環境。

2.2 鹽脅迫對葉片解剖結構的影響

黑果枸杞葉片主要由表皮、柵欄組織、海綿組織、中脈組成(圖1)。上下表皮均由一層大小不等，排列整齊緊密，呈橢圓型或距圓型的細胞組成。

NaCl處理15 d時，黑果枸杞上下表皮厚度分別在 40.11～67.72 μm 與 33.78～44.39 μm(圖2)，當 NaCl濃度為100 mmol·L-1時，上表皮厚度達到最大，為67.72 μm，比 CK (54.89 μm)高出 12.83 μm (P＜ 0.05)，此外，NaCl濃度為50 mmol·L-1時，與CK差異不顯著(P＞ 0.05)，其他處理下均有顯著性差異；當NaCl濃度為100 mmol·L-1時，下表皮厚度達到最大為44.39 μm，比 CK(36.53 μm)高出 7.86 μm (P＜ 0.05)，此外，其他處理下均無顯著差異。

NaCl處理30 d時，黑果枸杞上下表皮厚度分別在 51.43～80.16 μm 與 35.17～55.99 μm(圖2)，當 NaCl濃度為100 mmol·L-1時，上表皮厚度達到最大，為80.16 μm，與CK (51.43 μm)相比，高出28.73 μm，并且差異顯著(P＜ 0.05)，此外，只有當NaCl濃度為50 mmol·L-1，與 CK 差異不顯著 (P＞ 0.05)，其他處理下均有顯著差異；當NaCl濃度為100 mmol·L-1時，下表皮厚度達到最大，為55.99 μm，與CK (35.17 μm)相比，高出20.82 μm，并且差異顯著(P＜ 0.05)，此外，只有在濃度為50、100 mmol·L-1NaCl處理下，也具有顯著差異。NaCl處理15 d時，柵欄組織的厚度在181.54～447.07 μm，海綿組織的厚度在174.68～375.58 μm。當 NaCl濃度為 250 mmol·L-1時，柵欄組織的厚度達到最大，為447.07 μm，與CK(181.54 μm)相比，高出265.53 μm，并且差異顯著(P＜ 0.05)，此外，其他濃度處理下，與CK相比，均有顯著差異；當NaCl濃度為0時，海綿組織的厚度達到最大，為375.58 μm，其余濃度下均與CK有顯著差異。

NaCl處理30 d時，黑果枸杞柵欄組織的厚度在205.55～591.98 μm，海綿組織的厚度在139.04～362.88 μm(圖 2)，當 NaCl濃度為 250 mmol·L-1時，柵欄組織的厚度達到最大，為591.98 μm，與CK(205.55 μm)相比，高出 386.43 μm，并且差異顯著(P＜ 0.05)，此外，其他濃度處理下，與CK(205.55 μm)相比，均具有顯著差異(P＜ 0.05)；當NaCl濃度為0時，海綿組織的厚度達到最大，為362.88 μm，其他濃度下與(CK)均具有顯著差異。

黑果枸杞中脈厚度隨NaCl濃度的增大而增大，其厚度分別在191.13～359.59 μm和217.11～567.89 μm，且各濃度處理與CK均存在顯著差異(P＜ 0.05)。

圖1 黑果枸杞葉片解剖結構×40Figure 1 Effect of NaCl treatment on the anatomy of Lycium ruthenicum leaves (× 40 magnification)

3 討論

葉是植物進行同化功能的器官，也是對周圍環境變化反映最直接的器官。植物葉片在不同的逆境環境下，表現出各種各樣的適應性類型，而在植物生長過程，葉片完全暴露在空氣中，其解剖結構最能體現植物對環境的響應[13,15-17]。植物組織結構的變化影響其生理生態功能的變化，因此了解植物形態解剖結構的變化是研究植物生態適應性的基礎。大量研究結果表明植物的抗鹽性和葉片解剖結構之間存在密切的相關性[18-21]。

圖2 不同濃度的NaCl溶液處理不同時期對黑果枸杞葉解剖結構的影響Figure 2 Effects of NaCl treatment on the thickness of Lycium ruthenicum leaf tissues

對于鹽生環境下生長的植物葉片，其內部結構主要向著降低蒸騰速率、增強儲水量和提高光合效率3個方面發展[22]，會形成典型的抗鹽、抗旱結構。植物葉片越厚，貯水能力越強，中脈直徑越大，其控水能力越強，本研究結果表明，黑果枸杞葉片隨著NaCl溶液濃度的增加，葉厚、表皮細胞厚度和中脈厚度也逐漸增大，這種結構可以有效地提高葉片的貯水和控水能力，防止植物組織水分流失，提高水分的運輸效率，還可以保護葉肉細胞，免受強光灼傷，增強植物的折光性，提高葉片對葉肉細胞的機械保護能力。這與章英才[23-24]對幾種不同鹽生植物葉的比較解剖結構研究和不同鹽濃度環境中幾種植物的比較解剖研究，以及曾惠敏和趙冰[25]對28個八仙花(Hydragea macrophylla)品種葉片解剖結構與植株耐旱性的關系研究結果一致。

在氯化物鹽含量較高的土壤中，可誘導植物葉片發生肉質化，主要表現在柵欄組織的增多和海綿組織退化以及貯水組織的產生。這種誘導不會讓柵欄組織細胞形態發生明顯變化，但可使柵欄組織細胞長度和層數不同程度地增加，海綿組織退化。本研究結果表明，高濃度的NaCl溶液可使葉片高度肉質化，柵欄組織相對較發達，海綿組織不發達，這與章英才[23]對幾種不同鹽生植物葉的比較解剖研究和Hayward和Long[26]對番茄(Lycopersicon esculentum)對不同濃度的氯化鈉硫酸鈉和營養液的解剖和生理反應的研究結果一致。柵欄組織不僅可以增加葉肉表面積，為光合作用補充水分，還可以提高水分從維管束到表皮細胞的運輸效率，當水分適宜時，柵欄組織可增強蒸騰作用使葉片表面免受高溫傷害[27-28]；同時，高濃度NaCl脅迫下，黑果枸杞葉片高度肉質化，退化為針型，說明植物可以通過減小葉片表面積，增加肉質性來增加耐鹽能力，從而適應干旱、鹽堿的生境，這與辛菊萍和朱春云[29]對柴達木盆地不同鹽生境下黑果枸杞形態結構比較和遲麗華和宋鳳斌[30]對松嫩平原西部鹽堿地區10種植物葉片結構特征及其生態適應性的研究結果一致。

處理的時間長短也會對黑果枸杞葉片解剖結構產生影響，相同濃度的NaCl溶液，30 d處理下的黑果枸杞，葉退化和葉肉質化程度明顯大于15 d處理下，表現出更為典型的鹽生、旱生結構。總之，對于不同濃度的NaCl溶液、不同的時間段的處理，黑果枸杞葉相應的表現出典型的鹽生結構和旱生結構。

4 結論

黑果枸杞隨NaCl溶液濃度的變化而植株葉形態特征發生較大變化，并且葉片厚度、柵欄組織厚度和中脈增大，海綿組織減小，形成典型的“環柵欄”結構，表皮細胞厚度先增大后減小，葉片退化為針形，并高度肉質化。從而維持植物的正常生長發育。黑果枸杞可在NaCl濃度為100 mmol·L-1以下時正常生長，當鹽濃度繼續增加時，其生長受到抑制。