单子叶植物耐盐碱的特征研究

解玉玲

（朔州师范高等专科学校，山西 朔州 036000）

为探究单子叶植物在盐碱地等恶劣环境下德育存活并获取养分能力的原因，我国植物学家开展了相关的研究。本次研究选择的场地在吉林腰井子羊草保护区，该保护区位于我国东北部，平均海拔高度约在150m 左右，其地形主要以低平原为主，辅以带状沙丘在四周分布，是以羊草草原为主要结构的草甸草原曲。而从气候角度来说，该地区是典型的季风性气候区，其具有半干旱半湿润的特点，同时平均降雨量明显低于年平均蒸发量。此外，该地区的主要土壤成分为分布在平地的黑钙土，沙丘上主要是沙土，使该地区的降雨量偏少，蒸发量更多，从而导致该地区的地下水结构十分具有特色。具体来说，该地区的地下水中磷、锌等微量元素较多，大量矿物质的存在使该地区的土壤主要是盐碱土。本文基于此，对该地区的典型单子叶植物解剖学特征进行分析，并探究其解剖学特性和当地环境的适应性及一致性。

1 研究材料与研究方法

1.1 研究材料

上文提到，本次研究所选地区为吉林腰井子羊草保护区，选择的研究植物主要是小獐毛、野大麦、羊草等耐盐碱植物，提取它们的根、茎、叶的营养体部分进行实验分析。

1.2 研究手段

将本次研究植物的根、茎、叶等区域进行取材，利用植物组织剪将其剪成1cm 的标本，然后将其固定于福尔马林固定液当中。24h 之后，需要对植物标本采用脱水、固定、包埋以及切片化处理等诸多程序，获取多种类型植物的切片，然后将其放置在光学显微镜下进行观察，另外利用电子显微镜进行观察。

2 实验结果

2.1 几种耐盐碱单子叶植物的植物型

通过对以上几种植物的管径进行观察后可以发现，以上植物所处的类型较为特殊，介于C3与C4之间。

2.2 几种耐盐碱单子叶植物的叶子结构特点

以上几种植物的叶子表皮上角质层较厚，其上拥有多种类型的体毛，这些密集的体毛减少了气孔数量，同时还拥有下陷的泡状细胞；而下表皮有较多处于关闭状态的气孔，这种独特的结构可以有效减少其内水分的蒸发流失等。

2.3 几种耐盐碱单子叶植物的根部结构特点

单子叶植物的6 个面当中，除了外切面以外，其他5 个面的厚度均超过平均水平，而加厚的切面拥有更高的木质化水平。这些单子叶牧草有数量较多的不定根，由上而下依次生发，最新生长的根出现在最上部，为白色，可以吸收更多的氧，具有更强的活力。而位于下位的老根由于长时间附着氧化铁而逐渐变为褐色和黑色，最终成为枯根。

3 讨论

本次实验所采用的几种耐盐碱草甸上的优势物种羊草、星星草、小獐毛以及野大麦的耐干旱、耐盐碱以及抗逆性均比较强，而且可以在盐碱度比较高的柱状土壤上有良好的生长。研究结果显示，吉林腰井子地区的植物之所以能够在盐碱地环境下生存，主要因其具有以下几方面的生理及结构特征。

首先，这些植物的根部栓质化系数非常高，和其他处于生长环境适宜的植物不同，这些植物栓质化成分多为脂质，从而导致其根部不容易透气透水，自身形成天然的保护屏障。此外这些牧草的根部有较为发达的通气系统，皮层细胞壁的U 形加厚状态形成较大的气体腔，这些气体腔被根部的皮层细胞带所分割，同时又沟通了内皮层与厚壁圆筒，类似于一根水管，让这些深埋在盐碱地里的木草根可以获得地面上的氧气进行生长。在根系发育阶段，处于无恙环境下，种子通过发酵过程达到无氧呼吸的目的获得生长，当胚芽鞘破土而出后可以直接获取氧气进行呼吸作用，在生出叶子之后则利用叶片获得根系所需的氧气。

其次是这几种牧草的茎解剖结构也较为独特，均是由长细胞和短细胞构成其表皮，表皮细胞是由致密、整齐的3～5 层细胞构成。这些细胞是植物组织的基础，它们由内向外排列，不断扩大直径，形成纤维状的致密组织。在本实验中我们发现，这几种植物的维管束既不同于C3植物型茎中空、髓腔大的特点，也不与C4植物型实心茎无髓腔的结构，而是属于这两种之间的过渡类型，既避免较多水分流失，又可以很好地吸收养分，充分展示了其作为盐碱地环境下优势植物的结构特点，充分反映出这诸多植物在长期发展过程中适应恶劣自然环境的过程。

近年来，植物如何获取氧气受到了越来越多植物学家的重视，美国密西西比大学植物学家发现，植物体内存在诸多通气道路，这些通气道路受到植物本身的呼吸作用以及光合作用等诸多自然作用，能够排除体内的多余空气，保持体内空气的真空状态，从而在外界大气压的作用下进行空气的吸入。研究发现，通气道中的二氧化碳数量对于控制这些植物的呼吸起到了十分重要的作用。植物的新陈代谢生长需要从外界吸入空气，同时植物也通过这些通气道排出自身呼吸作用产生的二氧化碳气体。通常情况下，植物呼吸消耗的氧气气体和呼吸产生的二氧化碳气体数量是一致的，也就是说，每消耗一个氧气，就会产生一个二氧化碳，在这种呼吸作用的动态平衡下，植物内部本身可以实现对通气道压力的维持，但是由于二氧化碳在水中具有更高的溶解性，有效降低了植物内部通气气道的压力，使植物能够在不受外界环境干扰的情况下获取氧气和养分。

羊草等植物长期处于盐碱地，使其叶子结构的变化和根茎一样，使之出现了耐旱、耐盐碱等变化。羊草上的表皮形成了包含柔毛和刚毛在内的多种类型保护层，这些保护层能够最大限度覆盖植物表皮上的泡状细胞。下表皮的气孔较多，同时长期处于关闭状态，最大限度降低了羊草体内水分的过多蒸腾作用，有效提高了强光照射下植物的存活率。另外，几种禾本科牧草的叶下表皮角质层极厚，其上具有丰富的气孔且气孔呈下陷的状态，这体现出植物解剖结构和其耐盐碱能力的相关性。当植物根、茎上的气孔关闭时，植物能够更好地储存体内水分，减少了水分的丢失速度，有效提升了其生存能力。

同时，对本次所研究植物的内部结构进行显微镜观察后发现，其在长期的适应及演变过程中，体内形成了特殊的叶维管束鞘，也就是说，这些植物的叶脉维管束也是处于C3和C4植物之间的过度类型。C3和C4之间的植物型是根据其和光合作用相关的指标来确定的，指标中极为重要的一项便是对叶子结构进行解剖，其他常见的影响因素还包括植物受到二氧化碳补偿的位点，植物的光合作用酶活性等。

当本次研究发现几种盐碱地的牧草叶子改变了其C3结构，变为C3～C4中间型植物后，可以认为这些改变是由于盐碱地的牧草在恶劣环境下发生的内部结构突变。通过分析不同类型植物的生理信息和解剖结构后可以发现，C4植物具有更强的光合作用，而这种光合作用强弱的不同主要是由于C4植物内部包含更多的磷酸烯醇式丙酮酸羧化酶而造成的。正是存在大量磷酸烯醇式丙酮酸羧化酶，因此进行光合作用时的速度也更慢。另外，由于C4植物内部结构的侧纤维束存在大量的光呼吸酶，导致C4植物的光合作用更强，光呼吸作用更弱，但是在植物外侧的叶肉细胞当中，磷酸烯醇式丙酮酸羧化酶更加倾向于和二氧化碳结合，换句话来理解，C4植物在进行光呼吸作用时会产生大量的二氧化碳，而这些二氧化碳并不会直接进入空气中，其中的绝大部分会被植物本身的外侧叶肉细胞所吸收。也就是说，C4植物光呼吸作用所消耗的有机物较之于C3细胞更少，当外界较为干旱时，气孔处于关闭状态，这就使C4植物在恶劣环境下生长的能力更强，从而更容易在盐碱地环境下生活。

另外，当植物所处地域不同时，其所面临的生长条件也各不相同，这促进了植物开始向C3型C4型的分化。而C3型C4型植物在形态及生理特点上的差异主要体现在以下几个方面：①地处盐碱地的星星草其根部更粗，能够更好的吸收土地环境中的地下水；②地处盐碱地植物外表皮的实质化水平更高，有效防止了水分从植物茎、叶表皮的丢失；③盐碱地环境下生长的植物具有更加发达的内部通气组织，显著提高了体内水分的应用效率；④盐碱地生长的植物茎、叶内具有丰富的纤维管束内表皮组织，有效缩窄了管腔直径和范围，减少了对水分的需求量。