不同低溫處理對油棕葉片解剖結構的影響

曹紅星　黃漢駒　雷新濤　張大鵬　張如蓮　孫程旭

摘 要 以2年生的油棕幼苗為材料，根據(jù)溫度的日變化規(guī)律，設置4個不同的最低溫度處理，分別為CK（自然溫度處理），16 ℃（T1處理）、12 ℃（T2處理）、8 ℃（T3處理），處理20 d后對其在不同低溫處理下葉片的傷害情況、解剖結構的變化進行了分析研究。結果表明：隨著處理溫度的降低，葉片受傷害情況越來越嚴重。其中油棕葉片總厚度和組織疏松度（SR）2個葉片結構指標在不同低溫處理下變化明顯，可作為油棕抗寒種質(zhì)鑒定的結構指標，為培育適合在中國栽培的抗寒油棕品種提供理論指導。

關鍵詞 油棕；低溫處理；解剖結構

中圖分類號 Q945.78 文獻標識碼 A

油棕（Elaeis guineensis Jacq）是世界上產(chǎn)油效率最高的植物，所生產(chǎn)的油脂比同面積的花生高出5倍，比大豆高出9倍。油棕作為食用油和生物柴油的優(yōu)質(zhì)原料，不但單產(chǎn)高、生態(tài)效益好、實際生產(chǎn)成本較低，而且不與糧食形成競爭，在熱帶地區(qū)頗受青睞[1]。油棕是典型的熱帶作物，喜高溫多濕的氣候，日均溫在18 ℃以上才能開始生長發(fā)育，最適宜的氣溫是24～27 ℃[2]。在中國的海南、兩廣南部、臺灣南部、云南西雙版納等部分地區(qū)均有引種和種植[3-4]。中國地處熱帶北緣，油棕種植的溫度條件與油棕原產(chǎn)區(qū)差距較大，低溫成為限制油棕產(chǎn)量和擴大其種植面積的重要因子。培育和篩選抗寒性較強的品種是中國油棕育種的重要目標，開展油棕抗寒性鑒定研究，篩選抗寒種質(zhì)，對油棕產(chǎn)業(yè)的發(fā)展至關重要[5]。

Rabiah等[6]報道了油棕在開花過程中分生組織解剖結構的變化；Luis等[7]通過研究油棕試管苗和大棚培育的種子幼苗在葉片解剖結構上的差異，包括氣孔的大小和密度、表皮蠟質(zhì)含量、葉肉厚度、細胞間隙的大小等指標，發(fā)現(xiàn)2種幼苗葉片解剖結構的基本組成相似，試管苗的表皮細胞較薄，葉片的中脈由3～4條維管束組成，而大棚培育的種子幼苗葉片較厚，葉片的中脈較粗，中央有1條維管束，為評價2種幼苗對環(huán)境的適應性奠定基礎。Abe等[8]研究了不同資源類型的油棕在維管束結構方面的差異。然而關于低溫對油棕解剖結構變化的影響及利用葉片解剖結構指標對油棕資源的抗寒性評價研究鮮有報道。

本研究通過油棕在低溫處理下葉片解剖結構指標的變化情況研究，篩選出與抗寒相關的結構指標，為創(chuàng)新利用抗寒油棕種質(zhì)資源提供生產(chǎn)直觀、易操作的評價指標，同時為抗寒種質(zhì)資源的早期準確篩選鑒定及縮短其利用周期奠定基礎。

1 材料與方法

1.1 供試材料

供試油棕取自中國熱帶農(nóng)業(yè)科學院椰子研究所（海南省文昌市）育苗基地，選取生長健壯、長勢一致、無病害的2年生盆栽苗。

1.2 低溫脅迫處理

實驗于2013年1月6日至26日進行。選取生長一致的盆栽苗于植物光照培養(yǎng)箱中（型號： RXZ-280B）進行低溫脅迫，以自然條件下盆栽處理為對照（CK），根據(jù)自然條件下溫度的日變化進行模擬，設置不同的最低溫度處理：T1（16 ℃），T2（12 ℃），T3（8 ℃）（表1）。各處理結束后，以頂端下第3片葉做為樣品葉進行石蠟切片，同時觀察植株出現(xiàn)的寒害癥狀，實驗重復3次，每重復3株苗。

1.3 葉片解剖結構的測定

取頂端以下第3片葉，從葉片中部切取5 mm×3 mm的小片，依次經(jīng)過卡諾固定液固定、酒精梯度脫水法脫水、透明、浸蠟、包埋、Leica RM2235型石蠟切片機切片（厚度8～10 μm）、番紅染色、中性樹膠封片，最后于Leica DM2500顯微鏡下觀察拍照，同時測量葉片厚度、上表皮厚度、上角質(zhì)層厚度、柵欄組織厚度、海綿組織厚度、下表皮厚度、下角質(zhì)層厚度，并計算組織緊密度（CTR）、組織疏松度（SR）及（P/I）。每個溫度處理觀察3個切片，每個切片取10個視野測定平均值[9-11]。

組織緊密度（CTR）/%=柵欄組織厚度/葉片總厚度×100

組織疏松度（SR）/%=海綿組織厚度/葉片總厚度×100

（P/I）=柵欄組織厚度/海綿組織厚度

1.4 數(shù)據(jù)分析

利用Excel軟件對原始數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計，然后采用SPSS軟件，對測定的解剖結構指標數(shù)據(jù)進行單因素方差分析和Duncan多重比較分析。

2 結果與分析

2.1 低溫脅迫下植株的寒害表現(xiàn)

通過對2年生油棕在不同低溫脅迫下植株的寒害情況進行觀察發(fā)現(xiàn)（表2），在自然溫度（CK）處理條件下，油棕幼苗生長正常，植株葉形、葉色未見明顯變化，無萎蔫脫水的現(xiàn)象；在T1（最低溫度16 ℃）處理第8天時開始出現(xiàn)葉片萎焉的現(xiàn)象，第16天葉片縮緊，第17天葉片輕度折疊，第20天葉片有點變干；在T2（最低溫度12 ℃）處理時，也是第8天開始出現(xiàn)葉片萎焉的現(xiàn)象，但第11天葉片縮緊，第17天葉片變干，第19天表現(xiàn)為少許葉片變褐，第20天和第19天的變化差異不大；而在T3（最低溫度8 ℃）處理時，第6天葉片就開始出現(xiàn)萎焉的現(xiàn)象，第10天葉片縮緊，第16天時發(fā)現(xiàn)葉片收緊，部分葉片失水變褐，第20天葉片全部變成褐色，嚴重失水。由此可知，隨著溫度的降低，植株寒害程度不斷加劇，出現(xiàn)萎蔫和葉片緊縮的時間越來越早，失水現(xiàn)象越嚴重。

2.2 低溫脅迫下葉片的解剖結構比較

對不同低溫處理下油棕葉片解剖結構變化的研究發(fā)現(xiàn)（圖1），氣孔多分布于下表皮，自然處理條件下柵欄組織排列緊密，但隨著處理溫度的下降，細胞失水程度不斷增大，細胞間隙越來越大，柵欄組織單個細胞長度越變越大，排列越來越不規(guī)則，柵欄組織的厚度變?。蛔匀粭l件下海綿組織邊緣規(guī)則，隨著溫度的下降，胞間隙擴大，邊緣越來越不規(guī)則，尤其在T3處理下，柵欄組織和海綿組織幾乎不能區(qū)別，細胞結構變形。

2.3 低溫脅迫下葉片組織解剖結構指標比較分析

2.3.1 葉片總厚度和角質(zhì)層厚度 由表3可知，隨著處理溫度的降低，油棕總葉片厚度逐漸減小，CK的葉片總厚度和T1、T2、T3處理都存在顯著水平的差異，并且T2、T3處理之間還達到極顯著差異水平。T1、T2、T3處理的葉片總厚度與CK相比，分別減少了9.75%、18.15%、36.57%，表明T1處理的低溫即對葉片產(chǎn)生脅迫，在T2、T3處理下葉片受到的脅迫傷害加深。

上下角質(zhì)層厚度變化呈現(xiàn)先下降后上升的趨勢。T1處理和CK的上下角質(zhì)層厚度相比分別降低了10.95%、3.23%，但都未達到顯著差異的水平；T2和T3處理的上下角質(zhì)層厚度與CK的差異均達到極顯著水平，其上角質(zhì)層厚度分別比CK減少58.10%、47.63%，下角質(zhì)層厚度分別比CK減少48.39%、43.23%。但在T3處理中，其角質(zhì)層厚度反而比T2處理有所增加，可能與該處理下角質(zhì)層結構已變形有關。

2.3.2 表皮厚度和復表皮厚度變化 由表3可知，T1處理下上下表皮的厚度都比CK處理的值小，降幅分別達21.03%、16.79%。但未達到顯著差異水平。但在T2和T3處理下的表皮厚度反而比T1處理的值高，可能因為氣孔多分布于表皮，隨著低溫脅迫的進行，氣孔關閉，使得視野中觀察到的表皮厚度反而增加，推測油棕表皮厚度對T2、T3處理反應較為敏感。

上下復表皮厚度均隨著溫度的降低而呈現(xiàn)下降的趨勢，T1、T2和T3處理的上復表皮厚度分別比CK減少10.94%、22.00%、31.25%，下復表皮厚度分別比CK減少7.50%、29.17%、46.67%。其中CK處理的下復表皮厚度與T2、T3處理都達到極顯著差異水平，但與T1處理間未達到顯著差異水平。

2.3.3 柵欄組織與海綿組織厚度變化 柵欄組織和海綿組織厚度隨著溫度的降低而降低，與葉片厚度變化趨勢一致。T1、T2和T3處理下，柵欄組織厚度分別比CK減少4.38%、15.63%、35.63%，海綿組織厚度分別比CK減少9.87%、13.00%、42.60%（表3）。柵欄組織厚度在T3處理下與T1、T2、CK的差異分別達到極顯著差異水平，而海綿組織厚度的變化也表現(xiàn)出了類似情況，可能與該處理下柵欄組織和海綿組織結構受到嚴重破壞變形有關。

2.3.4 CTR、SR及（P/I）的變化 根據(jù)表3所示，CTR 值在不同溫度處理下變化幅度較小，僅有CK和T3處理達到顯著差異的水平，所有處理之間都未達到極顯著差異的水平。SR值在不同處理之間都達到顯著差異的水平，T1、T2和T3處理和CK處理都達到極顯著差異的水平。在不同低溫脅迫下，P/I變化不明顯，都未達到顯著差異的水平。

3 討論與結論

低溫是油棕生長發(fā)育和擴大種植面積的重要限制因子之一[12]，葉片是進行光合作用和蒸騰作用的主要器官，對低溫脅迫反應敏感，葉片解剖結構的變化是植物對環(huán)境變化響應與適應的基礎，因此葉片結構指標的變化常被用來作為植物抗寒鑒定的依據(jù)之一。

本研究發(fā)現(xiàn)葉片厚度、海綿組織厚度、柵欄組織厚度等指標均隨著溫度的降低而呈現(xiàn)遞減趨勢。在低溫處理下，葉片厚度減小[13-14]，可能是隨著處理溫度的降低，造成細胞脫水，根部吸水能力降低，此時植株通過減少葉片厚度來降低組織含水量，從而增加胞液濃度以提高其抗寒能力，同時也伴隨出現(xiàn)植株脫水寒害癥狀；角質(zhì)層可防止水分蒸發(fā)，維持正常代謝，保溫、保水，T2處理對角質(zhì)層厚度的變化有顯著的影響作用，但在T3處理下，葉片萎蔫變干，角質(zhì)層遭到破壞，其變化不規(guī)律；T1處理下表皮厚度減小，但在T2和T3處理下，變化不規(guī)律，可能氣孔分布在表皮上，其開關閉合容易受低溫的影響，導致表皮厚度的變化大；油棕的柵欄組織和海綿組織厚度在不同溫度處理下都表現(xiàn)出下降的趨勢，尤其是T3處理和其他處理之間都達到極顯著差異水平，可能與該處理下組織結構嚴重變形有關。本實驗研究表明，在重度低溫脅迫（如T3處理）下，油棕植株嚴重脫水死亡，細胞結構變形，與已有的一些研究結果相類似[15-17]。

在利用葉片解剖結構指標評價植物的抗寒性時，單一的葉片結構參數(shù)受環(huán)境影響大，不能反映植物的抗寒能力，所以建議采用葉片組織結構緊密度（CTR）和疏松度（SR）作為評價抗寒能力的指標。相關學者對杏[18]，越橘[19]，翅莢木[20]，茶樹[21]，核桃屬[22]，廣玉蘭[23]，楊樹[24]等葉片解剖結構的研究發(fā)現(xiàn)，葉片細胞組織結構緊密度和疏松度與植物的抗寒性有一定的關系，CTR 值越大，SR值越小，其抗寒性越強。本研究中，CTR和P/I相對比較穩(wěn)定，SR的變化相對較大，不同處理之間都達到顯著差異水平。但不同低溫處理的CTR均比SR小，說明油棕抗寒性較弱。

通過上述油棕葉片解剖結構在低溫處理下的變化研究，認為油棕葉片總厚度和組織疏松度（SR）2個葉片結構指標在不同低溫處理下變化明顯，可作為油棕抗寒種質(zhì)鑒定的結構指標。T2處理（最低溫度12 ℃）和T3處理（最低溫度8 ℃）對油棕的傷害比較大，不僅使葉片變褐，而且引起其結構紊亂，可在T1處理時進行油棕幼苗低溫鍛煉，以增強其抗寒性。本研究認為油棕在T1處理下受到輕度低溫脅迫，在T2處理下受到中度脅迫，T3處理下受到嚴重脅迫傷害，導致幼苗葉片失綠，逐近變成褐色，甚至停止生長。

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