盐胁迫对红心灰菜叶表皮微形态的影响

姚 楠，林其娟，王京鹏，汪 洋，温兴竹，徐宁伟，刘玉艳

(1.河北科技师范学院 园艺科技学院，河北 秦皇岛 066600；2.河北省特色园艺种质挖掘与创新利用重点实验室，河北 秦皇岛 066600；3.河北科技师范学院 海洋资源与环境学院，河北 秦皇岛 066600；4.温州城市大学，浙江 温州 325000；5.河北农业大学 园林与旅游学院，河北 保定 071000)

1 引言

土壤大面积盐渍化严重影响了植物的生长[1]，也是园林绿化的主要障碍。我国沿海有1.8×104km的滨海地带和岛屿沿岸，分布着各种滨海盐土[2]，亟待保护和开发。对植物耐盐性进行研究，选择和培育适应盐渍环境生长的观赏植物，可丰富景观环境、修复滨海生态。

植物在进化过程中形成了应对逆境的特有机制，通过改变形态构造、调节代谢反应来适应环境的变化[3]。盐胁迫下，植物呼吸代谢缓慢、光合作用受阻，进而生长缓慢[4]。植物光合及蒸腾作用主要通过叶片进行，叶片表皮蜡质、表皮细胞大小、表皮毛数量、气孔开度、密度及分布均与保水能力有关，进而决定了植物对外界环境的适应性[5～7]。韦存虚等研究发现，星星草叶表皮蜡质具有泌盐功能，表明星星草受外界生态因素影响，演化出具有泌盐功能的蜡质层来适应高盐生境[8]。Karray-Bouraoui和Olfa分别对薄荷(Menthapulegium)、马郁兰(Origanummajorana)等植物进行盐胁迫处理，发现植物表皮毛大小与密度均显著增加[9,10]。史婵等对盐胁迫下唐古特白刺(Nitrariatangutorum)叶片进行扫描电镜观察，发现其幼苗可通过调节气孔开度、气孔密度及气孔周围蜡质的形成或泌盐表现出一定的耐盐特性[11]。

红心灰菜(Chenopodiumalbum)为藜科藜属一年生草本，叶片菱状卵形或披针形，叶面有紫色粉粒，使叶片呈紫红色，具有独特的观赏价值，但在园林绿化中鲜有应用。本研究以红心灰菜为试验材料，进行不同浓度的盐胁迫，通过植株形态和扫描电镜观察，比较盐胁迫对红心灰菜株高、叶片大小及叶表皮微形态的影响，为滨海地区园林植物的选育提供参考。

2 材料与方法

2.1 供试材料

供试红心灰菜种子采自昌黎城郊，供试材料为其当年播种苗。

2.2 试验方法

试验于2021年春季在河北科技师范学院园艺园林实验站内进行，采用盆栽法，营养钵育苗，待幼苗长至3～4片真叶时，选生长健康、长势一致的幼苗移入不同浓度的盐土中进行处理。使用NaCl溶液对植物进行盐分梯度设置，采用盐分和土壤干质量之比，用CK(0)、0.15%、0.3%、0.45%、0.6% 5个NaCl处理浓度，花盆盆底用塑料托盘托住，每天浇同量水以补充蒸发水量，随时将托盘内的水倒回盆中以保持土壤含盐量恒定。采用随机区组设计，每盆3株幼苗，设5次重复，盐处理两个月后进行各项指标测定(由于0.15%、0.45%处理与相邻处理差异不明显，选取CK、0.3%、0.6%处理进行各项指标的测定)。

2.3 形态指标测量

分别测量CK、0.3%、0.6%处理植株的株高和由下至上第4片成熟叶片的长和宽，叶片长度为从基部到叶端的长度，叶片最宽处为叶宽数值。

2.4 扫描电镜观察

选取CK、0.3%、0.6%处理植株由下至上的第4片成熟叶片，沿主叶脉切取2 cm×0.5 cm方块，用戊二醛固定液固定，于4℃下固定24 h。依次用乙醇、丙酮梯度脱水、置换，随即对叶样进行干燥、喷金镀膜，然后用KYKY-2800型扫描电子显微镜观察并拍照。每个样品选取3个视野，5次重复，取平均值，通过比例尺折算出相关数据的真实数值。

2.5 数据处理

试验数据采用Excel、DPS等软件进行分析。

3 结果

3.1 盐胁迫对红心灰菜植株形态的影响

随盐浓度增加，红心灰菜的植株高度均逐渐降低，叶长、叶宽呈递减趋势。CK、0.3%、0.6%处理株高差异显著或极显著，叶长、叶宽变化相对较小，0.3%与CK处理的叶长、叶宽差异不显著，0.6%与CK处理差异极显著。总体盐害现象表现不明显(表1)。

表1 盐胁迫对红心灰菜植株生长的影响

3.2 盐胁迫对红心灰菜植株叶表皮细胞的影响

盐胁迫对红叶灰菜叶表皮细胞的形态影响不大(图1、图2)，叶片上下表皮细胞皆呈不规则的五边形或六边形，表皮细胞外壁突出，具有刺毛状角质层嵴。叶片下表面的大椭圆状结构为叶片下表面被的粉粒。在上下表皮细胞间皆分布有其顶面观呈白色的小圆柱体，围绕其周围有层层的角质层加厚，参考滕红梅等对运城盐湖4种藜科盐生植物叶的比较解剖研究中对灰绿藜盐腺的描述以及其中盐腺的图片[12]，初步判断该结构是红心灰菜的盐腺，由基细胞和帽细胞组成。基细胞较大，细胞壁角质层嵴状加厚，帽细胞顶部呈圆顶状，周围具有波状的角质层帽，角质帽上有一些泌盐孔。下表皮的盐腺数量多于上表皮。

图1 0.3%盐浓度下红心灰菜叶表皮细胞

3.3 盐胁迫对红心灰菜植株叶片气孔特性的影响

红心灰菜叶片上下表皮均有气孔分布，上表皮气孔密度显著小于下表皮(图1)。叶片气孔细小，排列不规则，凹陷或微下陷。与对照相比，0.3%盐浓度处理的下表皮保卫细胞大小、气孔密度显著增大，0.6%盐浓度处理的下表皮气孔大小、气孔密度显著变小(表2)。上下表皮气孔器的保卫细胞皆有不同程度的角质层，有些则完全被角质层覆盖，气孔边缘角质层呈现不同程度加厚(图1、图2)。

表2 盐胁迫对红心灰菜叶片下表皮气孔特性的影响

图2 扫描电镜下变红心灰菜叶片下表皮微形态特征

4 结论与讨论

总体来说，红心灰菜对盐胁迫具有较强的耐性，可尝试作为盐碱环境园林绿化材料进行应用。植物能够通过自身的形态变化和生理生化反应来适应不断变化的环境[13]，植物的表面直接与外界环境接触，外界环境的各种不利因素首先作用于叶片表面，植物叶表皮结构特征可真实反映植物种或品种的特性[14～16]。红心灰菜叶表皮结构表现出盐生植物的特点，藜科藜属有许多典型的泌盐盐生植物，如灰绿藜(Chenopodiumglaucum)、西伯利亚滨藜(Atriplexsibirica)等[17]，红心灰菜的盐腺可能与灰绿藜类似，为具有泌盐功能的泌盐盐生植物。红心灰菜叶表面的盐腺、刺毛状角质层嵴等结构，是其能够在很高的盐浓度胁迫下仍能正常生长而未表现出盐害的重要原因。

气孔是植物叶片上的孔状结构，作为植物进行气体交换的重要器官，气孔控制CO2进入叶肉细胞和水分蒸腾散失，气孔开张度、大小、密度和空间分布格局等对植物生长产生重要影响[18,19]。盐胁迫下，红心灰菜气孔开度、大小及密度均先增大后减小，可见红心灰菜通过调整气孔开度和密度，在低盐环境中增强蒸腾拉力，吸收更多水分，在高盐环境中减少过度蒸腾，达到保水的目的，这可能是红心灰菜对盐胁迫的应答和适应机制。