不同浓度海水胁迫下冰菜表皮盐囊泡数量、形态和含盐量的变化

徐微风 段瑞军 吕瑞

摘要：以浓度为0%（对照）、20%、40%、60%、80%、100%的海水分别处理盆栽冰菜（Mesembryanthemum crystallinum L.）90 d，测定不同海水胁迫下冰菜表皮盐囊泡的数量、长轴长、间距长及相对Na+、Cl-含量变化。结果表明，海水浓度≤40%时，冰菜表皮盐囊泡的数量和形态与对照相比差异多不显著;海水浓度为80%时，冰菜表皮盐囊泡较对照显著变大（P<0.05），盐囊泡排列较对照稀疏;海水浓度为100%时，冰菜表皮盐囊泡显著变大，盐囊泡排列较对照紧密，间距长为0 mm;随处理海水浓度的增加，冰菜植株和表皮盐囊泡含盐量呈递增趋势，表皮盐囊泡最高可吸附植株31.059%的Na+、35.527%的Cl-。

关键词：冰菜;表皮盐囊泡;海水;形态;数量;Na+;Cl-

中图分类号： Q945.78  文献标志码： A  文章编号：1002-1302（2019）02-0115-03

海南省管辖海南岛、西沙、中沙、南沙群岛及南海海域，拥有广阔的岛礁资源[1]。海南岛受季风影响明显，台风和热带风暴频繁发生，而较强的台风会使大量分布于海岸线地带的农田被海水倒灌，导致农田大面积受害，高盐量土壤恢复耕性周期相对较长，在5～10年时间内不能进行正常的农业生产，给当地农业带来十分严重的影响[2-3]。因此，发展岛礁农业和恢复海水倒灌田耕性对海南省农业发展有着重大的意义。

冰菜（Mesembryanthemum crystallinum L.）别称冰叶日中花，番杏科日中花属1年生草本植物，生长周期为3—6个月，产量近45 t/hm2，100 g冰菜中含有叶酸31 μg、视黄醇77 μg、β-胡萝卜素926 μg、蛋白质0.7 g等多种微量元素和营养元素，种植效益较高[4]。冰菜具有极强的抗旱性和耐盐性，可在与海水同盐浓度的水溶液中生长，并吸收土壤里的盐分，在岛礁区域及海水倒灌田可推广种植。目前，中国热带农业科学院热带生物技术研究所已针对冰菜耐海水性做了相关生理生化研究，明确冰菜可适应全海水灌溉栽培，且最适生长海水处理浓度为20%，但有关冰菜适应海水胁迫的机制尚未研究。Agarie等认为，表皮盐囊泡作为储存水和外围盐的器官，可提高植物在高盐度或缺水条件下的生存率[5]。冰菜表皮盐囊泡为空或结晶的囊泡，被特异的毛状体覆盖。本试验模拟岛礁和海水倒灌田环境，研究冰菜在不同浓度海水胁迫下表面盐囊泡的数量、形态和含盐量变化，以明确冰菜表皮盐囊泡在海水胁迫中的作用，为冰菜适应机制研究奠定良好基础。

1 材料与方法

1.1 试验材料

冰菜种子，收集自中国热带农业科学院热带生物技术研究所试验地;海水取自海南省文昌市铺前镇，钠、氯、镁、钙、钾、硫酸根、碳酸氢根、溴、锶、硼、氟离子的含量分别为 0.90%、1.60%、0.10%、0.03%、0.03%、0.22%、0.01%、0.006%、0.000 7%、0.000 4%、0.000 1%。

1.2 试验方法

1.2.1 试验材料处理 试验在中国热带农业科学院生物技术研究所进行。2017年3月，将冰菜种子播种于育苗盘，待幼苗长至4片真叶时移入直径为8 cm的花盆，每盆种植3株。移栽后浇足定根水，定植7 d后用浓度分别为0%、20%、40%、60%、80%、100%的海水处理，每隔5 d用相同海水浓度处理1次，以0%海水浓度处理为对照。重复3次。

1.2.2 测定内容与试验方法 海水处理90 d，测定冰菜植株内Na+、Cl-含量及表皮盐囊泡的数量、形态等。表皮盐囊泡的大小、单位面积数量采用体视显微镜测定[6]，冰菜植株及表皮盐囊泡内Na+、Cl-含量分别采用火焰原子吸收分光光度计法、硝酸银标准滴定法[7-8]测定，冰菜植株相对含水量采用干、鲜质量比方法测定。

1.3 数据处理

试验数据采用Excel 2007进行统计处理、绘制图表，采用SPSS 17.0软件进行方差分析和多重比较。

2 结果与分析

2.1 海水胁迫对冰菜表皮盐囊泡数量和形态的影响

2.1.1 海水胁迫对冰菜叶正面表皮盐囊泡数量和形态的影响 由图1、表1可见，随海水浓度的增加，冰菜叶正面表皮盐囊泡的长轴长基本呈递增趋势;处理海水浓度为20%～40%时，冰菜叶正面表皮盐囊泡单位面积数量呈递增趋势，间距长呈递减趋势，且与对照相比差异不显著（P>0.05）;处理海水浓度为60%～80%时，冰菜叶正面表皮盐囊泡单位面积数量呈递减趋势，且均显著小于对照，间距长呈递增趋势，且均显著大于对照（P<0.05），其中，处理海水浓度分别为80%时，冰菜叶正面的表皮盐囊泡长轴长、间距长分别为对照的1.46、1.86倍;处理海水浓度为100%时，冰菜叶正面表皮盐囊泡单位面积数量与对照相比差异不显著，冰菜叶正面的表皮盐囊泡长轴长为对照的1.49倍，间距长为0 mm，显著小于对照（P<0.05）。

2.1.2 海水胁迫对冰菜叶背面表皮盐囊泡数量和形态的影响 由图2、表2可见，处理海水浓度≤60%时，冰菜叶背面表皮盐囊泡长轴长与对照相比差异不显著，处理海水浓度>60%时，冰菜叶背面表皮盐囊泡长轴长呈递减趋势，且均显著大于对照（P<0.05）;处理海水浓度为40%时，冰菜叶背面表皮盐囊泡单位面积数量显著大于对照，處理海水浓度为80%时，冰菜叶背面表皮盐囊泡单位面积数量显著小于对照;处理海水浓度为60%～80%时，冰菜叶背面表皮盐囊泡间距长显著大于对照，其中，处理海水浓度为80%时的叶背表皮盐囊泡长轴长、间距长分别为对照的1.44、3.33倍;处理海水浓度为100%时，冰菜叶背面表皮盐囊泡间距长为0 mm，显著小于对照，长轴长为对照的1.29倍，显著大于对照。

2.1.3 海水胁迫对冰菜茎表皮盐囊泡数量和形态的影响 由图3、表3可见，处理海水浓度为20%～60%时，冰菜茎表皮盐囊泡长轴长呈递增趋势，且均小于对照，其中，海水浓度为20%处理的显著小于对照，而处理海水浓度为80%～100%时，冰菜茎表皮盐囊泡长轴长呈递减趋势，且均显著大于对照; 处理海水浓度为20%～100%时，冰菜茎表皮盐囊泡单位面积数量相互间无显著性变化，但均显著大于对照;不同浓度海水处理的茎表皮盐囊泡间距长均为0 mm。

2.2 海水胁迫对冰菜植株相对含水量的影响

由圖4可知，处理海水浓度为20%～100%时，随处理海水浓度的增加，冰菜植株相对含水量呈递减趋势，其中，处理海水浓度>40%时，冰菜植株相对含水量均显著小于对照（P<0.05）。

2.3 海水胁迫对冰菜植株及表皮盐囊泡含盐量的影响

由图5、图6可见，随处理海水浓度的增加，冰菜植株、表皮盐囊泡Na+含量及表皮盐囊泡相对Na+含量呈递增趋势;处理海水浓度100%时，冰菜植株、表皮盐囊泡Na+含量及表皮盐囊泡相对Na+含量分别为18.028%、5.526%、31.059%，分别为对照的11.09、169.17、15.59倍，显著高于对照（P<0.05）。

由图7、图8可见，随处理海水浓度的增加，冰菜植株、表皮盐囊泡Cl-含量及表皮盐囊泡相对Cl-含量也呈递增趋势;处理海水浓度100%时，冰菜植株、表皮盐囊泡Cl-含量及表皮盐囊泡相对Cl-含量分别为19.866%、6.953%、35.527%，分别为对照的16.01、89.52、5.68倍，显著高于对照（P<0.05）。

3 结论与讨论

韩文军等研究12种盐生植物发现，除沙枣外，其他11种植物均是利用叶片液泡吸收储存盐[9]，这种方式有利于缓和渗透胁迫，但容易引起离子毒害和必需元素的缺乏[10-11]。表皮盐囊泡是冰菜的耐盐特异化结构[6]，其长轴长、单位面积数量及间距长是冰菜表皮盐囊泡形态的基本指标。相对含水量是植物在胁迫下持水能力和受胁迫程度的重要指标[12]，而植物单株Na+、Cl-含量高低代表植物的吸盐能力大小[13]。本试验着重研究冰菜在不同海水浓度胁迫下表皮盐囊泡的数量、形态及吸盐能力等的变化，初探冰菜表皮盐囊泡在冰菜适应海水胁迫机制中的作用，结果表明，处理海水浓度为0%～40%时，冰菜叶正、背面的表皮盐囊泡大小、密度差异基本不明显;处理海水浓度为80%时，冰菜叶正、背面的表皮盐囊泡显著变大且排列稀疏，其长轴长分别为对照的1.46、1.44倍，其间距长分别为对照的1.86、3.33倍;处理海水浓度100%时，冰菜叶正、背面的表皮盐囊泡显著变大且排列较为紧密，其长轴长分别为对照的1.49、1.29倍，其间距长均为0 mm;冰菜植株吸盐量和表皮盐囊泡吸盐量随处理海水浓度的增加呈递增趋势，处理海水浓度为100%时，冰菜表皮盐囊泡相对Na+、Cl-含量分别为31.059%、35.527%，即冰菜表皮盐囊泡储存了植株吸收近1/3的Na+、Cl-。须强调的是，植物耐盐性是受多基因控制的遗传性状[14]，冰菜表皮盐囊泡作为一种耐盐的特异型器官，对盐分的吸收、运输、分配和调节具体途径还有待深入研究。

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