2種不同抗旱性冰草葉片解剖結(jié)構(gòu)的比較

李波等

摘要：以強(qiáng)抗旱和弱抗旱2種不同抗旱性的冰草葉片為材料，采用刮片法和石蠟切片法，對(duì)其葉片顯微結(jié)構(gòu)特征進(jìn)行觀察比較，以進(jìn)一步證實(shí)冰草葉片結(jié)構(gòu)特征與抗旱性的關(guān)系。結(jié)果表明，冰草葉片厚度、表皮毛和氣孔的密度及長(zhǎng)度、主葉脈直徑、肋狀突起高度等結(jié)構(gòu)指標(biāo)均與冰草的抗旱性存在密切關(guān)系，抗旱性強(qiáng)的蒙農(nóng)雜種冰草表皮毛的密度和長(zhǎng)度、主葉脈直徑、主脈導(dǎo)管直徑、肋狀突起高度均加大，氣孔的密度變大，長(zhǎng)度減小。

關(guān)鍵詞：苜蓿；葉片組織結(jié)構(gòu)；抗旱性

中圖分類號(hào)： S543+.901文獻(xiàn)標(biāo)志碼： A文章編號(hào)：1002-1302（2015）09-0247-02

全球氣候變化導(dǎo)致越來(lái)越多干旱和半干旱地區(qū)農(nóng)作物生產(chǎn)的干旱問(wèn)題加重，其直接危害是造成農(nóng)作物的減產(chǎn)。隨著生長(zhǎng)環(huán)境的改變，植物會(huì)發(fā)生一些結(jié)構(gòu)上的適應(yīng)性變化[1-2]。葉片是植物進(jìn)行同化作用和蒸騰作用的主要器官，是植物對(duì)干旱脅迫最敏感的器官，其形態(tài)適應(yīng)性能夠最先反映植物對(duì)環(huán)境的適應(yīng)性。冰草（Agropyron cristatum L.Gaertn）作為干旱草原區(qū)一種抗旱能力非常強(qiáng)的優(yōu)良禾本科牧草，草質(zhì)柔軟，品質(zhì)好，營(yíng)養(yǎng)價(jià)值較高，各種家畜都喜愛(ài)食用[3]，且越冬后恢復(fù)生長(zhǎng)早，可較早地為家畜提供青飼料。本試驗(yàn)選取抗旱性不同的2種冰草，利用光學(xué)顯微鏡對(duì)其葉片的解剖結(jié)構(gòu)、葉表皮特征進(jìn)行研究，初步確立適于篩選抗旱冰草的形態(tài)解剖結(jié)構(gòu)指標(biāo)體系，為其抗旱性鑒定和抗旱指標(biāo)的篩選提供理論依據(jù)。

1材料與方法

1.1試驗(yàn)材料

試驗(yàn)材料為抗旱性強(qiáng)的蒙農(nóng)雜種冰草（Agropyron cristatum×Agropyron desertorum cv.Mengnong）和抗旱性弱的中間冰草（Agropyron intermedium），2013年均種植于齊齊哈爾大學(xué)生物園溫室。

1.2試驗(yàn)方法

1.2.1葉片表皮毛、氣孔參數(shù)的測(cè)量取葉片中部2～3 cm 長(zhǎng)的小段，在其上、下表皮分別均勻涂抹透明指甲油，干燥，形成印跡干膜；刀片與材料斷面平行，均勻刮掉葉片下表皮、葉肉和葉脈，使其只剩下葉片上表皮1層細(xì)胞；或刮掉葉片上表皮、葉肉和葉脈，留葉片下表皮1層細(xì)胞；將刮好的葉片表皮制成臨時(shí)裝片，于Motic-MODEL-BA300LE顯微鏡下觀測(cè)氣孔、表皮毛的密度和長(zhǎng)度。各測(cè)定10張切片，計(jì)算平均值。

1.2.2顯微結(jié)構(gòu)樣品的制備與觀測(cè)[4-5]取葉片中部，以中脈為中心橫切成大小為5 mm×5 mm的小塊；將葉片小塊用福爾馬林-乙酸-乙醇固定液（FAA）固定，1%番紅水溶液染色2 h，乙醇梯度脫水；常規(guī)方法制作石蠟切片，厚度 10 mm；切片用0.5%固綠復(fù)染，中性膠封片，于Motic-MODEL-BA300LE顯微鏡下觀測(cè)葉片和上、下表皮的厚度及主葉脈和主脈導(dǎo)管直徑、肋狀突起高度。觀測(cè)10張切片，計(jì)算平均值。

2結(jié)果與分析

2.1冰草葉片氣孔和表皮毛的密度和長(zhǎng)度變化

氣孔是植物與外界進(jìn)行氣體和水分交換的重要門戶，單位面積內(nèi)氣孔數(shù)量越多，蒸騰能力和吸水能力越強(qiáng)，從而植物的抗旱性也就越強(qiáng)。另外，氣孔深陷、密度大、長(zhǎng)度小等也可以減少干旱環(huán)境中葉片水分的散失，從而使旱情緩解。由圖1、表1可見(jiàn)，冰草葉片氣孔在葉脈兩側(cè)呈線形排列，蒙農(nóng)雜種冰草與中間冰草在氣孔密度和長(zhǎng)度上存在顯著性差異；葉片表皮毛有刺毛與微毛的分化，刺毛有膨大為圓形的基部，且其基部在表皮細(xì)胞中下陷，其中部及上部呈尖刺形，細(xì)胞壁厚且木質(zhì)化，微毛為表皮細(xì)胞向上突起而衍生出來(lái)，較微小，先端渾圓，有加厚的細(xì)胞壁；抗旱品種蒙農(nóng)雜種冰草的上、下表皮氣孔密度顯著高于中間冰草，分別為中間冰草的2.38、1.52倍，氣孔長(zhǎng)度顯著小于中間冰草，比中間冰草分別減少了21%、13%；蒙農(nóng)雜種冰草上、下表皮毛的密度和長(zhǎng)度均顯著高于中間冰草，上、下表皮毛的密度分別為中間冰草的179、2.43倍，表皮毛長(zhǎng)度分別為中間冰草的1.12、1.15倍。

表1葉片表皮氣孔的密度和長(zhǎng)度

品種名稱密度（個(gè)/mm2）長(zhǎng)度（μm）上表皮下表皮上表皮下表皮蒙農(nóng)雜種冰草152.64a69.38a25.42b27.03b中間冰草64.02b45.50b32.00a31.16a注：同列數(shù)據(jù)后標(biāo)有不同小寫(xiě)字母表示差異顯著（P<0.05）。下表同。

表2葉片表皮毛的密度和長(zhǎng)度

品種名稱密度（個(gè)/mm2）長(zhǎng)度（μm）上表皮下表皮上表皮下表皮蒙農(nóng)雜種冰草275.48a198.16a79.06a36.34a中間冰草153.81b81.58b70.41b31.64b

2.2冰草葉片的顯微結(jié)構(gòu)特征

由圖2可見(jiàn)，冰草葉片由表皮、葉肉組織和葉脈構(gòu)成；表皮為1層細(xì)胞，主要有2個(gè)作用，一是保護(hù)內(nèi)部的組織結(jié)構(gòu)，二是貯存水分，其中夾生著較小、染色深的成對(duì)氣孔保衛(wèi)細(xì)胞，兩側(cè)略大一些的為副衛(wèi)細(xì)胞，泡狀細(xì)胞為2個(gè)維管束之間上表皮細(xì)胞中一些較大的薄壁細(xì)胞，常常幾個(gè)連在一起，在橫切面上成扇形排列；葉肉沒(méi)有柵欄組織和海綿組織分化，細(xì)胞形狀不規(guī)則，胞間隙小，其中含有大量的葉綠體；具平行葉脈，維管束按葉片方向排列，維管束鞘的內(nèi)鞘細(xì)胞相對(duì)較小，有加厚的細(xì)胞壁且不含葉綠體，薄壁細(xì)胞構(gòu)成外鞘細(xì)胞，其中含有較多的葉綠體。由表2可見(jiàn)，蒙農(nóng)雜種冰草和中間冰草葉片上、下表皮的厚度差異不顯著；蒙農(nóng)雜種冰草葉片厚度顯著高于中間冰草；蒙農(nóng)雜種冰草主葉脈直徑、主脈導(dǎo)管直徑、肋狀突起高度均顯著高于中間冰草，分別為中間冰草的1.20、119、1.24倍。

2.3冰草葉片組織結(jié)構(gòu)參數(shù)與抗旱性的關(guān)系

植物器官的形態(tài)結(jié)構(gòu)往往與其生理功能相適應(yīng)。蒙農(nóng)雜種冰草和中間冰草這2種冰草由于抗旱性不同，其葉片的表皮氣孔密度和長(zhǎng)度、葉片表皮毛密度和長(zhǎng)度、葉片厚度、主葉脈直徑、主脈導(dǎo)管直徑和肋狀突起高度等存在顯著性差異。石蠟制片結(jié)果表明，2個(gè)冰草品種的葉片上、下表皮細(xì)胞厚度差異不大，但基本薄壁組織厚度存在一定差異，抗旱性強(qiáng)的蒙農(nóng)雜種冰草葉片上表皮比下表皮厚，而抗旱性弱的中間冰草葉片上表皮比下表皮薄，這可能也是冰草對(duì)不良生境產(chǎn)生一定適應(yīng)性反應(yīng)的表征。

3討論

植物器官的形態(tài)和結(jié)構(gòu)與其生理功能和生長(zhǎng)環(huán)境密切相關(guān)。逆境將會(huì)影響植物的生長(zhǎng)，導(dǎo)致細(xì)胞形態(tài)和結(jié)構(gòu)發(fā)生相應(yīng)的變化，這是植物對(duì)逆境自身調(diào)節(jié)和適應(yīng)的結(jié)果[6]。葉片作為光合作用的主要器官，受水分、溫度和光因子的影響顯著，并在形態(tài)及解剖結(jié)構(gòu)等方面表現(xiàn)出一定差異。有研究表明，植物葉片越厚，儲(chǔ)水能力越強(qiáng)，有利于防止水分的過(guò)分蒸

騰，這與本試驗(yàn)結(jié)論較為吻合。葉片厚度可以作為衡量冰草抗旱能力的一個(gè)重要指標(biāo)。

植物葉片單位面積氣孔數(shù)目越多，氣孔密度越大，越有利于蒸騰散熱和增強(qiáng)被動(dòng)吸水的能力，有利于光合氣體交換，保持較強(qiáng)的光合作用；表皮毛不僅能夠反射強(qiáng)光，還能避免植物葉片被灼傷?？购敌詮?qiáng)的蒙農(nóng)雜種冰草，其葉片上、下表皮氣孔密度大、氣孔深陷、長(zhǎng)度小，這可以減少葉片在干旱環(huán)境中的水分散失；另外，蒙農(nóng)雜種冰草上、下表皮的表皮毛密度高、長(zhǎng)度長(zhǎng)，可以有效降低冰草在強(qiáng)光下的蒸騰作用，減少水分的蒸發(fā)。

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