外源水杨酸对单盐胁迫下哈密瓜叶片解剖结构的影响

闫 淼，熊 韬，黄全生，吴 婷，吴海波，赵 准，胡国智

（1.新疆农业科学院哈密瓜研究中心，乌鲁木齐 830091；2.新疆农业科学院核技术生物技术研究所，乌鲁木齐 830091）

0 引言

【研究意义】水杨酸（salicylic aci，SA）是一小分子酚类物质，化学名为邻羟基苯甲酸，通过调节植株内相关蛋白基因的表达，参与多种植物的逆境响应并发挥着关键的作用[1]。叶片是植物制造有机养料的重要器官，其解剖结构特征的变化与植物的耐盐性密切相关[9]。盐胁迫不仅降低植物光合能力，破坏叶绿体，而且能改变植物叶片内部形态[10]。研究盐胁迫和SA缓解盐胁迫下哈密瓜叶片解剖结构的变化，对分析盐胁迫下哈密瓜的适应机制有重要意义。【前人研究进展】孙彤彤等[11]发现，SA浸种提升了黄瓜栅栏组织/海绵组织厚度，以提高耐盐性。王虹等[12]发现，在盐胁迫下，盐穗木叶片逐渐变厚，细胞排列由疏松到紧密。张霞等[13]发现，在长期盐胁迫下，耐盐象草品种苏牧2号叶片厚度、叶片主脉直径、上表皮厚度，维管束面积均显著高于对照（清水处理）。【本研究切入点】水杨酸可以诱导多种植物[2-8]产生抗盐性。但未见其在调控哈密瓜耐盐性的研究报道，需研究NaCl胁迫和SA缓解胁迫下哈密瓜叶面解剖结构的变化特征。【拟解决的关键问题】以哈密瓜新品种纳斯密为材料，采用种子发芽试验，筛选NaCl和SA的最适浓度，后用石蜡切片技术，观察2个处理下哈密瓜幼苗叶片横切面，分析叶片厚度、叶片上下表皮厚度及栅栏组织、海绵组织的变化，计算栅海比、叶片组织结构疏松度（SR）以及叶片组织结构紧密度（CTR），并分析相关性，为研究哈密瓜对盐胁迫的适应机制奠定基础。

1 材料与方法

1.1 材料

哈密瓜种子纳斯密由新疆农业科学院哈密瓜研究中心选育提供。用NaCl模拟盐胁迫，通过添加化学试剂SA（C7H6O3）进行缓解处理。

1.2 方法

1.2.1 试验设计

1.2.1.1 筛选NaCl浓度

设置不同浓度的NaCl进行单盐胁迫处理：0（蒸馏水）、50、100、150和200 mmol/L，每个处理20粒种子。在发芽第3 d计算发芽势，发芽第5 d计算发芽率[14]。在发芽第5 d，每个处理选取10株哈密瓜瓜芽苗，用直尺测量芽苗的全长（从胚根底端到胚轴顶端）[15]，用吸水纸吸干表面水分，用电子天平称其鲜质量。

1.2.1.2 筛选外源SA浓度

筛选SA浓度为0、0.25、2.5、5、10 mmol/L，每个处理20粒种子。发芽势、发芽率、芽苗全长和鲜质量的计算方法均参照NaCl浓度筛选。

1.2.1.3 材料培养

将哈密瓜种子置于1%的次氯酸钠溶液中消毒处理大约15 min，用无菌水漂洗3遍。放置28℃培养箱中黑暗条件下催芽。5 d后，转移至带有1/2 Hoagland营养液的水培盒中。光照12 h，黑暗12 h交替培养，温度设置在28℃/22℃，湿度设置在60%。当两片真叶完全展平时，开始SA预处理，用筛选出最适浓度的SA于每天早上10：00叶面喷施，NaCl处理的幼苗喷施蒸馏水，以每片叶上附着一层小水珠为宜。3 d后将2个处理同时转入NaCl进行胁迫处理，此时计为胁迫第1 d。

1.2.2 测定指标

参照张德[16]的方法，在胁迫第4和6 d，分别选取顶端往下第2～3节位成熟叶，用双面刀片沿叶片主脉中部横切成0.5 cm×0.5 cm的小块。放入福尔马林-醋酸-酒精（FAA）固定液中固定、抽气，切片厚度为8～10µm，番红-固绿双重染色，中性树胶封片。用CaseViewer 2.4软件观察拍照，每个叶解剖结构参数均为15个观察视野，取平均值，并计算以下指标[11]：

叶片组织结构紧密度（CTR）=（栅栏组织厚度/叶片总厚度）×100%；

叶片组织结构疏松度（SR%）=（海绵组织厚度/叶片总厚度）×100%；

栅海比=栅栏组织厚度/海绵组织厚度×100%。

1.3 数据处理

使用Excle 2007整理数据，用SPSS 20.0对试验数据进行单因素方差分析和相关性分析。

2 结果与分析

2.1 NaCl浓度的筛选

研究表明，低浓度的NaCl能促进种子萌发，但芽苗全长和鲜重量出现了下降的趋势。150 mmol/LNaCl溶液处理对哈密瓜种子萌发及芽苗全长、鲜质量抑制过重。当NaCl溶液浓度200 mmol/L时，哈密瓜种子已完全不能萌发。选择100 mmol/LNaCl溶液作为盐胁迫浓度。表1

表1 NaCl浓度的筛选Table 1 Screening of NaCl concentration

2.2 SA浓度的筛选

研究表明，在100 mmol/LNaCl处理下，0.25 mmol/LSA处理显著提高了盐胁迫下哈密瓜种子的发芽势、发芽率，并与对照差异不显著（P＜0.05）；高浓度的SA处理反而抑制了种子的发芽势和发芽率，0.25 mmol/L为缓解NaCl胁迫的浓度。表2

表2 水杨酸浓度的筛选Table 2 Screening of SA concentration

2.3 外源水杨酸对单盐胁迫下哈密瓜叶片解剖结构的影响

2.3.1 叶表皮特征

研究表明，哈密瓜叶片上下表皮均为单细胞，下表皮细胞比上表皮要小，排列较为紧密。随着NaCl胁迫时间的延长，叶片厚度、上下表皮厚度均出现了不断增加的趋势，且上表皮厚度均大于下表皮厚度。在胁迫第4 d，SA处理显著提高了上下表皮厚度（P＜0.05），升幅分别为39.76%和55.11%；在胁迫第6 d，SA处理显著提高了叶片厚度，升幅为15.18%（P＜0.05）。表3，图1

表3 外源水杨酸对单盐胁迫下哈密瓜叶表皮解剖结构变化Table 3 Effect of exogenous SA on the leaf epidermis anatomical structure of Hami-melon under NaCl stress

2.3.2 叶肉特征

研究表明，在NaCl胁迫下，栅栏组织排列疏松，叶肉间隙越来越大。而叶面喷施SA缓解处理后，栅栏组织排列较为紧密，叶肉间隙缩小。2个处理的栅海比、栅栏组织和海绵组织厚度、叶片组织结构疏松度（SR）在第4 d和6 d均出现显著差异（P＜0.05），相比NaCl处理，SA处理显著提高了栅海比和栅栏组织厚度，升幅为37.74%、53.63%和17.10%、26.13%（P＜0.05）；SA处理显著降低了海绵组织厚度和叶片组织结构疏松度（SR），降幅为33.58%、57.53%和40.18%、86.33%（P＜0.05）。在第4 d，SA处理显著提高了叶片组织结构紧密度（CTR），升幅为12.93%（P＜0.05）。表4，图1

图1 外源水杨酸对单盐胁迫下哈密瓜叶片解剖结构变化Fig.1 Effects of exogenous SA on the leaf anatomical structure of Hami-melon under NaCl stress

表4 外源水杨酸对单盐胁迫下哈密瓜叶肉解剖结构变化Table 4 Effect of exogenous SAon the leaf flesh anatomical structure of Hami-melon under NaCl stress

2.4 2个处理下叶片形态指标的相关性

研究表明，2个处理的栅栏组织厚度均和CTR成极显著正相关，海绵组织厚度均和SR成极显著正相关（P＜0.01）。栅海比在NaCl胁迫下和栅栏组织厚度成极显著正相关，和海绵组织厚度成极显著负相关（P＜0.01）；在SA缓解处理下，栅海比仅和海绵组织厚度成显著负相关（P＜0.05）。表5

表5 2个处理下哈密瓜叶片形态指标的相关性Table 5 Correlation analysis of morphological indicators of Hami-melon leaves under 2 treatments

3 讨论

试验结果表明，低浓度的NaCl溶液反而促进哈密瓜种子萌发，但浓度过高会抑制甚至阻止种子萌发。与前人[17-18]研究一致，是高渗条件抑制了种子的吸水量，使种子遭受单盐胁迫及离子毒害，影响各种生理代谢。在单盐胁迫下，适宜浓度的SA能显著提高种子的发芽率，且SA对植物缓解胁迫存在浓度的依赖性，浓度过低缓解作用不显著，浓度过高反而起到了抑制作用。在不同植物上，SA最佳浓度的选择也不一致[19-20]。研究发现，0.25 mmol/L的SA处理显著提高100 mmol/LNaCl下哈密瓜种子的萌发指标与幼苗质量。

长期盐胁迫会影响植物的形态建成，其叶片解剖结构则可以完美体现植物对盐胁迫的响应程度及承受能力[21]。植物叶片、表皮细胞越厚，越有利于水分的贮藏，耐盐能力就越强[22]。试验结果表明，随着NaCl胁迫时间的延长，哈密瓜幼苗叶片厚度、上下表皮厚度均出现了不断增加的趋势。SA处理可进一步提高上下表皮厚度和叶片厚度，SA可以通过增加哈密瓜叶片表皮厚度适应胁迫，提高其耐盐能力。叶片栅栏组织越厚，栅海比和CTR越大，则细胞排列会越紧实，植物耐盐性就越强；海绵组织越厚，则细胞排列会越疏松，植物耐盐性就越差[23-24]。海绵组织厚度越发达，细胞排列疏松，不利于保水[25-26]。研究中，在NaCl胁迫下，叶片栅栏组织排列疏松，叶肉间隙越来越大。而叶面喷施SA缓解处理后，栅栏组织排列较为紧密，叶肉间隙缩小。在处理的第4 d和第6 d，SA处理显著提高了栅海比和栅栏组织厚度，降低了海绵组织厚度和SR，缓解了盐胁迫。

研究发现，在2个处理下，栅海比、CTR、SR和叶表皮解剖结构（叶片厚度、叶上下表皮厚度）无相关性。CTR和栅栏组织厚度成极显著正相关，SR和海绵组织厚度成极显著正相关（P＜0.01），与前人研究基本一致[27]。

4 结论

NaCl胁迫下，哈密瓜幼苗叶片厚度、上下表皮厚度均出现了不断增加的趋势，栅栏组织排列疏松，叶肉间隙越来越大。而叶面喷施SA缓解处理后，栅栏组织排列较为紧密，叶肉间隙缩小，SA处理通过提高叶片上下表皮厚度、叶片厚度、栅栏组织厚度，栅海比，降低海绵组织厚度、叶片组织结构疏松度（SR）来缓解单盐胁迫。2个处理下，栅栏组织厚度和叶片组织结构紧密度（CTR）成极显著正相关，海绵组织厚度和叶片组织结构疏松度成极显著正相关（P＜0.01）。