NaCl处理对黑果枸杞叶解剖结构的影响

倪 强，马彦军，杨万鹏，杨永义

（甘肃农业大学林学院，甘肃 兰州 730070）

目前，土壤盐碱化是世界上最为严重、长期困扰生态环境的问题之一，据统计，全世界约有1/3的土地受到不同程度盐害的影响[1-2]，已经严重制约了农林业的生产和经济发展，是限制各地区农业发展的重要成分之一。植物的器官形态和解剖结构特征是在系统演化过程中长期适应环境而逐渐形成的，具有一定的保守性[3]，生长在不同生境中的植物表现出结构的差异，这通常认为是对特定生境的进化适应，且不同的植物可以采取不同方式适应相同或相似的生境。据报道，植物的肉质性与其耐盐性正相关，肉质化叶中的薄壁组织细胞含有大量的水分，可以稀释细胞内盐的浓度[4]，有些盐生植物叶片小而薄，气孔少而下陷，气室明显，有利于减少表面蒸腾抵抗干旱。贾恢先和赵曼容[5]对盐琐琐(Halocnemum srtobilaceum)、盐爪爪(Kadilium foliautm)、盐角草(Sailcornia euorpaea)、毛红柳(Tamarix hispida)和骆驼刺(Alhagi pseudalhagi)等茎叶解剖结构的研究表明，拒盐植物的皮层半径比值大，都在60%以上，泌盐植物(如毛红柳)和避盐植物(如骆驼刺)的皮层半径不及25%；维管组织恰恰相反，拒盐植物维管束和半径比均在25%以下；而泌盐、避盐植物至少在25%以上。因此，分析植物叶片解剖结构能够反映出植物与环境之间的关系。

黑果枸杞(Lycium ruthenicum)是茄科(Solanaceae)枸杞属多年生耐盐、抗旱落叶灌木[6-8]，分布在耐盐沙地、盐碱地和路旁[9]。抗性强，适应性强常构成盐爪爪-黑果枸杞盐生植物群落[10-11]。具有耐干旱、耐盐碱、耐寒冷的生物学特性，是改良荒漠化土壤、防风固沙、保持水土的优良植物，具有很高的生态学价值，同时也具有极高的药用价值[12]，是世界上三大碱性土壤指示植物和先锋植物之一[6]。近年来，学者们对黑果枸杞的研究主要集中在逆境环境下种子发芽和生理活性方面，而对盐胁迫下解剖结构的报道较少；植物叶片在不同环境压力下，形成各种各样的适应类型，叶片在空气中的暴露面积最大，其解剖结构最能体现环境因子对植物的影响及植物对环境的适应策略[13]，因此人们对叶片的研究也较多。为此，本研究模拟生长在不同浓度NaCl溶液下的黑果枸杞，观察其叶的形态结构特征，探讨黑果枸杞叶解剖结构和盐渍环境的关系，以期为黑果枸杞的耐盐生理生态机制研究提供解剖学方面的理论依据。

1 材料与方法

1.1 试验材料

以青海省格尔木地区一年生黑果枸杞苗为材料，在甘肃农业大学林学院试验地内进行盆栽控盐试验。2017年3月将扦插苗木移栽到花盆，花盆规格为30 cm × 30 cm，每盆1株，用80%的多菌灵溶液进行消毒，基质按照2∶1(腐殖土和蛭石)的比例均匀混合而成。缓苗3个月后，选取长势优良、大小一致的苗木进行盐胁迫处理。

采用完全随机区组设计，设置6个浓度的NaCl(mmol·L-1) 梯度：0、50、100、150、200、250。每个梯度10盆，3个重复。采取分灌的方法，每次浇灌500 mL，每隔3 d浇一次，施量达到2 L为止。当达到预期的盐浓度后，根据溶液蒸发情况浇灌，以平衡水分蒸发量，为防止盐分流失，花盆下垫塑料托盘，将渗漏在托盘中的水倒回花盆中[14]。并采取人工防雨措施，减少外界影响。盐胁迫处理15和30 d时各取一次样，进行枸杞叶片解剖实验。

1.2 试验方法

叶肉解剖结构：采用石蜡切片法观察叶片解剖学形态结构的变化。石蜡切片的厚度为8～10 μm，通过卡诺固定液固定→脱水→透明→包埋→切片→番红、固绿染色→中性树胶封片的步骤，于光学显微镜下观察并拍照。

测定叶片厚度、上表皮厚度、下表皮厚度、栅栏组织厚度、海绵组织厚度和中脉厚度，并计算叶片组织结构紧密度 (cell tense ratio, CTR) 和叶片组织结构疏松度(vein protuberant degree, SR) 。

叶片组织结构紧密度 = 栅栏组织厚度 / 叶片厚度 × 100%；

叶片组织结构疏松度 = 海绵组织厚度 / 叶片厚度 × 100%。

1.3 数据处理

数据统计及绘图使用Excel 2010，PS技术处理图片，用SPSS19.0进行数据分析，单因素方差分析各指标间的差异。

2 结果与分析

2.1 盐胁迫对黑果枸杞叶片形态的影响

在不同盐浓度处理下，黑果枸杞叶片生长状况、叶片形状和叶片厚度均有明显差异(表1)。高浓度NaCl溶液处理下，叶片由原来的圆条状变成披针形或条形，出现叶柄或叶柄极短，叶缘微翘，甚至部分干枯，出现少许落叶，叶片厚持续增加。

表1 不同浓度NaCl处理下黑果枸杞叶片形态特征Table 1 Effect of NaCl treatment on the anatomy of Lycium ruthenicum leaves

表2 不同浓度NaCl溶液处理对黑果枸杞叶片组织结构紧密度和疏松度的影响Table 2 Effect of NaCl treatment on the tightness and porosity of Lycium ruthenicum leaves

叶片组织结构紧密度(CTR)和叶片组织结构疏松度(SR)反映了叶片内部栅栏组织和海绵组织的发达程度。15 d时取样结果(表2)显示，CTR由原来的(CK) 24.82%增加至29.90% (P＜0.05)；SR由原来的(CK) 51.38%减少到11.70% (P＜ 0.05)。由30 d取样结果可知，CTR由原来的(CK) 26.48%增加至33.54% (P＜ 0.05)；SR由原来的(CK) 46.80%减少到7.46% (P＜ 0.05)。当 NaCl浓度为 100 mmol·L-1时，其CTR和SR值均达到最大，分别为29.90%、33.54%，可见此浓度下，黑果枸杞叶片紧密度达到最大，为黑果枸杞最适宜的盐生环境。

2.2 盐胁迫对叶片解剖结构的影响

黑果枸杞叶片主要由表皮、栅栏组织、海绵组织、中脉组成(图1)。上下表皮均由一层大小不等，排列整齐紧密，呈椭圆型或距圆型的细胞组成。

NaCl处理15 d时，黑果枸杞上下表皮厚度分别在 40.11～67.72 μm 与 33.78～44.39 μm(图2)，当 NaCl浓度为100 mmol·L-1时，上表皮厚度达到最大，为67.72 μm，比 CK (54.89 μm)高出 12.83 μm (P＜ 0.05)，此外，NaCl浓度为50 mmol·L-1时，与CK差异不显著(P＞ 0.05)，其他处理下均有显著性差异；当NaCl浓度为100 mmol·L-1时，下表皮厚度达到最大为44.39 μm，比 CK(36.53 μm)高出 7.86 μm (P＜ 0.05)，此外，其他处理下均无显著差异。

NaCl处理30 d时，黑果枸杞上下表皮厚度分别在 51.43～80.16 μm 与 35.17～55.99 μm(图2)，当 NaCl浓度为100 mmol·L-1时，上表皮厚度达到最大，为80.16 μm，与CK (51.43 μm)相比，高出28.73 μm，并且差异显著(P＜ 0.05)，此外，只有当NaCl浓度为50 mmol·L-1，与 CK 差异不显著 (P＞ 0.05)，其他处理下均有显著差异；当NaCl浓度为100 mmol·L-1时，下表皮厚度达到最大，为55.99 μm，与CK (35.17 μm)相比，高出20.82 μm，并且差异显著(P＜ 0.05)，此外，只有在浓度为50、100 mmol·L-1NaCl处理下，也具有显著差异。NaCl处理15 d时，栅栏组织的厚度在181.54～447.07 μm，海绵组织的厚度在174.68～375.58 μm。当 NaCl浓度为 250 mmol·L-1时，栅栏组织的厚度达到最大，为447.07 μm，与CK(181.54 μm)相比，高出265.53 μm，并且差异显著(P＜ 0.05)，此外，其他浓度处理下，与CK相比，均有显著差异；当NaCl浓度为0时，海绵组织的厚度达到最大，为375.58 μm，其余浓度下均与CK有显著差异。

NaCl处理30 d时，黑果枸杞栅栏组织的厚度在205.55～591.98 μm，海绵组织的厚度在139.04～362.88 μm(图 2)，当 NaCl浓度为 250 mmol·L-1时，栅栏组织的厚度达到最大，为591.98 μm，与CK(205.55 μm)相比，高出 386.43 μm，并且差异显著(P＜ 0.05)，此外，其他浓度处理下，与CK(205.55 μm)相比，均具有显著差异(P＜ 0.05)；当NaCl浓度为0时，海绵组织的厚度达到最大，为362.88 μm，其他浓度下与(CK)均具有显著差异。

黑果枸杞中脉厚度随NaCl浓度的增大而增大，其厚度分别在191.13～359.59 μm和217.11～567.89 μm，且各浓度处理与CK均存在显著差异(P＜ 0.05)。

图1 黑果枸杞叶片解剖结构×40Figure 1 Effect of NaCl treatment on the anatomy of Lycium ruthenicum leaves (× 40 magnification)

3 讨论

叶是植物进行同化功能的器官，也是对周围环境变化反映最直接的器官。植物叶片在不同的逆境环境下，表现出各种各样的适应性类型，而在植物生长过程，叶片完全暴露在空气中，其解剖结构最能体现植物对环境的响应[13,15-17]。植物组织结构的变化影响其生理生态功能的变化，因此了解植物形态解剖结构的变化是研究植物生态适应性的基础。大量研究结果表明植物的抗盐性和叶片解剖结构之间存在密切的相关性[18-21]。

图2 不同浓度的NaCl溶液处理不同时期对黑果枸杞叶解剖结构的影响Figure 2 Effects of NaCl treatment on the thickness of Lycium ruthenicum leaf tissues

对于盐生环境下生长的植物叶片，其内部结构主要向着降低蒸腾速率、增强储水量和提高光合效率3个方面发展[22]，会形成典型的抗盐、抗旱结构。植物叶片越厚，贮水能力越强，中脉直径越大，其控水能力越强，本研究结果表明，黑果枸杞叶片随着NaCl溶液浓度的增加，叶厚、表皮细胞厚度和中脉厚度也逐渐增大，这种结构可以有效地提高叶片的贮水和控水能力，防止植物组织水分流失，提高水分的运输效率，还可以保护叶肉细胞，免受强光灼伤，增强植物的折光性，提高叶片对叶肉细胞的机械保护能力。这与章英才[23-24]对几种不同盐生植物叶的比较解剖结构研究和不同盐浓度环境中几种植物的比较解剖研究，以及曾惠敏和赵冰[25]对28个八仙花(Hydragea macrophylla)品种叶片解剖结构与植株耐旱性的关系研究结果一致。

在氯化物盐含量较高的土壤中，可诱导植物叶片发生肉质化，主要表现在栅栏组织的增多和海绵组织退化以及贮水组织的产生。这种诱导不会让栅栏组织细胞形态发生明显变化，但可使栅栏组织细胞长度和层数不同程度地增加，海绵组织退化。本研究结果表明，高浓度的NaCl溶液可使叶片高度肉质化，栅栏组织相对较发达，海绵组织不发达，这与章英才[23]对几种不同盐生植物叶的比较解剖研究和Hayward和Long[26]对番茄(Lycopersicon esculentum)对不同浓度的氯化钠硫酸钠和营养液的解剖和生理反应的研究结果一致。栅栏组织不仅可以增加叶肉表面积，为光合作用补充水分，还可以提高水分从维管束到表皮细胞的运输效率，当水分适宜时，栅栏组织可增强蒸腾作用使叶片表面免受高温伤害[27-28]；同时，高浓度NaCl胁迫下，黑果枸杞叶片高度肉质化，退化为针型，说明植物可以通过减小叶片表面积，增加肉质性来增加耐盐能力，从而适应干旱、盐碱的生境，这与辛菊萍和朱春云[29]对柴达木盆地不同盐生境下黑果枸杞形态结构比较和迟丽华和宋凤斌[30]对松嫩平原西部盐碱地区10种植物叶片结构特征及其生态适应性的研究结果一致。

处理的时间长短也会对黑果枸杞叶片解剖结构产生影响，相同浓度的NaCl溶液，30 d处理下的黑果枸杞，叶退化和叶肉质化程度明显大于15 d处理下，表现出更为典型的盐生、旱生结构。总之，对于不同浓度的NaCl溶液、不同的时间段的处理，黑果枸杞叶相应的表现出典型的盐生结构和旱生结构。

4 结论

黑果枸杞随NaCl溶液浓度的变化而植株叶形态特征发生较大变化，并且叶片厚度、栅栏组织厚度和中脉增大，海绵组织减小，形成典型的“环栅栏”结构，表皮细胞厚度先增大后减小，叶片退化为针形，并高度肉质化。从而维持植物的正常生长发育。黑果枸杞可在NaCl浓度为100 mmol·L-1以下时正常生长，当盐浓度继续增加时，其生长受到抑制。