不同低温处理对油棕叶片解剖结构的影响

曹红星　黄汉驹　雷新涛　张大鹏　张如莲　孙程旭

摘 要 以2年生的油棕幼苗为材料，根据温度的日变化规律，设置4个不同的最低温度处理，分别为CK（自然温度处理），16 ℃（T1处理）、12 ℃（T2处理）、8 ℃（T3处理），处理20 d后对其在不同低温处理下叶片的伤害情况、解剖结构的变化进行了分析研究。结果表明：随着处理温度的降低，叶片受伤害情况越来越严重。其中油棕叶片总厚度和组织疏松度（SR）2个叶片结构指标在不同低温处理下变化明显，可作为油棕抗寒种质鉴定的结构指标，为培育适合在中国栽培的抗寒油棕品种提供理论指导。

关键词 油棕；低温处理；解剖结构

中图分类号 Q945.78 文献标识码 A

油棕（Elaeis guineensis Jacq）是世界上产油效率最高的植物，所生产的油脂比同面积的花生高出5倍，比大豆高出9倍。油棕作为食用油和生物柴油的优质原料，不但单产高、生态效益好、实际生产成本较低，而且不与粮食形成竞争，在热带地区颇受青睐[1]。油棕是典型的热带作物，喜高温多湿的气候，日均温在18 ℃以上才能开始生长发育，最适宜的气温是24～27 ℃[2]。在中国的海南、两广南部、台湾南部、云南西双版纳等部分地区均有引种和种植[3-4]。中国地处热带北缘，油棕种植的温度条件与油棕原产区差距较大，低温成为限制油棕产量和扩大其种植面积的重要因子。培育和筛选抗寒性较强的品种是中国油棕育种的重要目标，开展油棕抗寒性鉴定研究，筛选抗寒种质，对油棕产业的发展至关重要[5]。

Rabiah等[6]报道了油棕在开花过程中分生组织解剖结构的变化；Luis等[7]通过研究油棕试管苗和大棚培育的种子幼苗在叶片解剖结构上的差异，包括气孔的大小和密度、表皮蜡质含量、叶肉厚度、细胞间隙的大小等指标，发现2种幼苗叶片解剖结构的基本组成相似，试管苗的表皮细胞较薄，叶片的中脉由3～4条维管束组成，而大棚培育的种子幼苗叶片较厚，叶片的中脉较粗，中央有1条维管束，为评价2种幼苗对环境的适应性奠定基础。Abe等[8]研究了不同资源类型的油棕在维管束结构方面的差异。然而关于低温对油棕解剖结构变化的影响及利用叶片解剖结构指标对油棕资源的抗寒性评价研究鲜有报道。

本研究通过油棕在低温处理下叶片解剖结构指标的变化情况研究，筛选出与抗寒相关的结构指标，为创新利用抗寒油棕种质资源提供生产直观、易操作的评价指标，同时为抗寒种质资源的早期准确筛选鉴定及缩短其利用周期奠定基础。

1 材料与方法

1.1 供试材料

供试油棕取自中国热带农业科学院椰子研究所（海南省文昌市）育苗基地，选取生长健壮、长势一致、无病害的2年生盆栽苗。

1.2 低温胁迫处理

实验于2013年1月6日至26日进行。选取生长一致的盆栽苗于植物光照培养箱中（型号： RXZ-280B）进行低温胁迫，以自然条件下盆栽处理为对照（CK），根据自然条件下温度的日变化进行模拟，设置不同的最低温度处理：T1（16 ℃），T2（12 ℃），T3（8 ℃）（表1）。各处理结束后，以顶端下第3片叶做为样品叶进行石蜡切片，同时观察植株出现的寒害症状，实验重复3次，每重复3株苗。

1.3 叶片解剖结构的测定

取顶端以下第3片叶，从叶片中部切取5 mm×3 mm的小片，依次经过卡诺固定液固定、酒精梯度脱水法脱水、透明、浸蜡、包埋、Leica RM2235型石蜡切片机切片（厚度8～10 μm）、番红染色、中性树胶封片，最后于Leica DM2500显微镜下观察拍照，同时测量叶片厚度、上表皮厚度、上角质层厚度、栅栏组织厚度、海绵组织厚度、下表皮厚度、下角质层厚度，并计算组织紧密度（CTR）、组织疏松度（SR）及（P/I）。每个温度处理观察3个切片，每个切片取10个视野测定平均值[9-11]。

组织紧密度（CTR）/%=栅栏组织厚度/叶片总厚度×100

组织疏松度（SR）/%=海绵组织厚度/叶片总厚度×100

（P/I）=栅栏组织厚度/海绵组织厚度

1.4 数据分析

利用Excel软件对原始数据进行统计，然后采用SPSS软件，对测定的解剖结构指标数据进行单因素方差分析和Duncan多重比较分析。

2 结果与分析

2.1 低温胁迫下植株的寒害表现

通过对2年生油棕在不同低温胁迫下植株的寒害情况进行观察发现（表2），在自然温度（CK）处理条件下，油棕幼苗生长正常，植株叶形、叶色未见明显变化，无萎蔫脱水的现象；在T1（最低温度16 ℃）处理第8天时开始出现叶片萎焉的现象，第16天叶片缩紧，第17天叶片轻度折叠，第20天叶片有点变干；在T2（最低温度12 ℃）处理时，也是第8天开始出现叶片萎焉的现象，但第11天叶片缩紧，第17天叶片变干，第19天表现为少许叶片变褐，第20天和第19天的变化差异不大；而在T3（最低温度8 ℃）处理时，第6天叶片就开始出现萎焉的现象，第10天叶片缩紧，第16天时发现叶片收紧，部分叶片失水变褐，第20天叶片全部变成褐色，严重失水。由此可知，随着温度的降低，植株寒害程度不断加剧，出现萎蔫和叶片紧缩的时间越来越早，失水现象越严重。

2.2 低温胁迫下叶片的解剖结构比较

对不同低温处理下油棕叶片解剖结构变化的研究发现（图1），气孔多分布于下表皮，自然处理条件下栅栏组织排列紧密，但随着处理温度的下降，细胞失水程度不断增大，细胞间隙越来越大，栅栏组织单个细胞长度越变越大，排列越来越不规则，栅栏组织的厚度变小；自然条件下海绵组织边缘规则，随着温度的下降，胞间隙扩大，边缘越来越不规则，尤其在T3处理下，栅栏组织和海绵组织几乎不能区别，细胞结构变形。

2.3 低温胁迫下叶片组织解剖结构指标比较分析

2.3.1 叶片总厚度和角质层厚度 由表3可知，随着处理温度的降低，油棕总叶片厚度逐渐减小，CK的叶片总厚度和T1、T2、T3处理都存在显著水平的差异，并且T2、T3处理之间还达到极显著差异水平。T1、T2、T3处理的叶片总厚度与CK相比，分别减少了9.75%、18.15%、36.57%，表明T1处理的低温即对叶片产生胁迫，在T2、T3处理下叶片受到的胁迫伤害加深。

上下角质层厚度变化呈现先下降后上升的趋势。T1处理和CK的上下角质层厚度相比分别降低了10.95%、3.23%，但都未达到显著差异的水平；T2和T3处理的上下角质层厚度与CK的差异均达到极显著水平，其上角质层厚度分别比CK减少58.10%、47.63%，下角质层厚度分别比CK减少48.39%、43.23%。但在T3处理中，其角质层厚度反而比T2处理有所增加，可能与该处理下角质层结构已变形有关。

2.3.2 表皮厚度和复表皮厚度变化 由表3可知，T1处理下上下表皮的厚度都比CK处理的值小，降幅分别达21.03%、16.79%。但未达到显著差异水平。但在T2和T3处理下的表皮厚度反而比T1处理的值高，可能因为气孔多分布于表皮，随着低温胁迫的进行，气孔关闭，使得视野中观察到的表皮厚度反而增加，推测油棕表皮厚度对T2、T3处理反应较为敏感。

上下复表皮厚度均随着温度的降低而呈现下降的趋势，T1、T2和T3处理的上复表皮厚度分别比CK减少10.94%、22.00%、31.25%，下复表皮厚度分别比CK减少7.50%、29.17%、46.67%。其中CK处理的下复表皮厚度与T2、T3处理都达到极显著差异水平，但与T1处理间未达到显著差异水平。

2.3.3 栅栏组织与海绵组织厚度变化 栅栏组织和海绵组织厚度随着温度的降低而降低，与叶片厚度变化趋势一致。T1、T2和T3处理下，栅栏组织厚度分别比CK减少4.38%、15.63%、35.63%，海绵组织厚度分别比CK减少9.87%、13.00%、42.60%（表3）。栅栏组织厚度在T3处理下与T1、T2、CK的差异分别达到极显著差异水平，而海绵组织厚度的变化也表现出了类似情况，可能与该处理下栅栏组织和海绵组织结构受到严重破坏变形有关。

2.3.4 CTR、SR及（P/I）的变化 根据表3所示，CTR 值在不同温度处理下变化幅度较小，仅有CK和T3处理达到显著差异的水平，所有处理之间都未达到极显著差异的水平。SR值在不同处理之间都达到显著差异的水平，T1、T2和T3处理和CK处理都达到极显著差异的水平。在不同低温胁迫下，P/I变化不明显，都未达到显著差异的水平。

3 讨论与结论

低温是油棕生长发育和扩大种植面积的重要限制因子之一[12]，叶片是进行光合作用和蒸腾作用的主要器官，对低温胁迫反应敏感，叶片解剖结构的变化是植物对环境变化响应与适应的基础，因此叶片结构指标的变化常被用来作为植物抗寒鉴定的依据之一。

本研究发现叶片厚度、海绵组织厚度、栅栏组织厚度等指标均随着温度的降低而呈现递减趋势。在低温处理下，叶片厚度减小[13-14]，可能是随着处理温度的降低，造成细胞脱水，根部吸水能力降低，此时植株通过减少叶片厚度来降低组织含水量，从而增加胞液浓度以提高其抗寒能力，同时也伴随出现植株脱水寒害症状；角质层可防止水分蒸发，维持正常代谢，保温、保水，T2处理对角质层厚度的变化有显著的影响作用，但在T3处理下，叶片萎蔫变干，角质层遭到破坏，其变化不规律；T1处理下表皮厚度减小，但在T2和T3处理下，变化不规律，可能气孔分布在表皮上，其开关闭合容易受低温的影响，导致表皮厚度的变化大；油棕的栅栏组织和海绵组织厚度在不同温度处理下都表现出下降的趋势，尤其是T3处理和其他处理之间都达到极显著差异水平，可能与该处理下组织结构严重变形有关。本实验研究表明，在重度低温胁迫（如T3处理）下，油棕植株严重脱水死亡，细胞结构变形，与已有的一些研究结果相类似[15-17]。

在利用叶片解剖结构指标评价植物的抗寒性时，单一的叶片结构参数受环境影响大，不能反映植物的抗寒能力，所以建议采用叶片组织结构紧密度（CTR）和疏松度（SR）作为评价抗寒能力的指标。相关学者对杏[18]，越橘[19]，翅荚木[20]，茶树[21]，核桃属[22]，广玉兰[23]，杨树[24]等叶片解剖结构的研究发现，叶片细胞组织结构紧密度和疏松度与植物的抗寒性有一定的关系，CTR 值越大，SR值越小，其抗寒性越强。本研究中，CTR和P/I相对比较稳定，SR的变化相对较大，不同处理之间都达到显著差异水平。但不同低温处理的CTR均比SR小，说明油棕抗寒性较弱。

通过上述油棕叶片解剖结构在低温处理下的变化研究，认为油棕叶片总厚度和组织疏松度（SR）2个叶片结构指标在不同低温处理下变化明显，可作为油棕抗寒种质鉴定的结构指标。T2处理（最低温度12 ℃）和T3处理（最低温度8 ℃）对油棕的伤害比较大，不仅使叶片变褐，而且引起其结构紊乱，可在T1处理时进行油棕幼苗低温锻炼，以增强其抗寒性。本研究认为油棕在T1处理下受到轻度低温胁迫，在T2处理下受到中度胁迫，T3处理下受到严重胁迫伤害，导致幼苗叶片失绿，逐近变成褐色，甚至停止生长。

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