不同葉齡鵲腎樹葉解剖結構及其抗旱性分析

趙明苑，馮 順，王春梅，洪世軍，包冬紅，李卓陽，顧趙忻，云 勇（.海南省農科院熱帶園藝研究所，海南 ?？?5700；.海南大學園藝園林學院，海南 ?？?5708）

不同葉齡鵲腎樹葉解剖結構及其抗旱性分析

趙明苑1，馮 順2，王春梅1，洪世軍1，包冬紅2，李卓陽2，顧趙忻2，云 勇1
（1.海南省農科院熱帶園藝研究所，海南 海口 571100；2.海南大學園藝園林學院，海南 ?？?570228）

以不同葉齡鵲腎樹葉為研究對象，采用常規(guī)石蠟切片技術、光學顯微觀察，測定其葉片厚度、表皮角質層厚度、表皮細胞厚度、柵欄組織厚度、海綿組織厚度，并對柵海比（P/S）、葉片組織結構緊密度（CTR）、疏松度（SR）等指標進行統(tǒng)計分析，比較干旱脅迫和復水對不同葉齡鵲腎樹葉解剖結構的影響，以探討其葉片的形態(tài)解剖特征對干旱脅迫的適應性響應機制，也為鵲腎樹科學引種提供理論依據(jù)。結果表明：（1）面對干旱脅迫，鵲腎樹各部位葉片形成了與水分環(huán)境相適應的一些解剖結構特征。葉柵欄組織細胞出現(xiàn)短縮現(xiàn)象，由1～2層增至2～3層；海綿細胞長柱狀排列整齊、致密，上下表皮角質層均加厚，上下表皮出現(xiàn)更多的表皮毛以抵抗逆境脅迫。復水后，葉片疏松度增加，表皮毛相應減少。（2）對基部、中部、頂部葉片的10個解剖性狀指標值進行主成分分析表明：可用上表皮角質層厚度、葉片厚度、柵海比這3個指標來描述干旱脅迫和復水對不同葉齡鵲腎樹葉解剖結構的影響。（3）隨著干旱脅迫的進行，鵲腎樹葉上表皮角質層厚度和葉片厚度增大，復水后恢復正常，中部葉和頂部葉對干旱脅迫的響應靈敏度優(yōu)于基部葉。

鵲腎樹葉片；解剖結構；抗旱性；脅迫

趙明苑，馮順，王春梅，等 . 不同葉齡鵲腎樹葉解剖結構及其抗旱性分析［J］.廣東農業(yè)科學，2016，43（7）：63-68.

鵲腎樹（Streblus asper Lour），?？迄o腎樹屬，常綠小喬木或叢狀大灌木，生于疏林或灌木叢中，適應性強，耐干旱瘠薄。春花夏果，果實雙腎形，成熟時呈金黃色，果肉可食，汁甜［1-2］。鵲腎樹在我國分布于廣西、云南、廣東、海南等地，在國外主要分布于斯里蘭卡、印度、馬來西亞等國。莖皮纖維可織麻袋，并可作人造棉和造紙原料［3］。對鵲腎樹的化學成分以及藥理研究表明，該植物具有抑菌［4］、殺蟲［5］、抗癌［6］等功效，可以治療齒齦炎、潰瘍、發(fā)燒、痢疾等疾病。另外，我國部分地區(qū)也將其用作木本飼料［7］?？梢?，鵲腎樹在藥用和城市綠化等各方面有廣闊的應用前景。

目前關于鵲腎樹的研究主要集中在藥用化學成分分析方面，對其解剖結構和抗旱性的研究鮮見報道。世界上干旱、半干旱地區(qū)約占土地總面積的36%，占耕地總面積的42.9%，發(fā)現(xiàn)、篩選并引種栽培適應于干旱環(huán)境的植物成為當今世界解決旱區(qū)植被重建、生境恢復和沙漠治理的重要措施［8］。葉片是植物進化過程中對環(huán)境變化較敏感且可塑性較大的器官，受水分、溫度、光照、海拔等環(huán)境因子的影響顯著［9-11］。隨著環(huán)境的變化葉片往往表現(xiàn)出葉形、葉厚及內部解剖結構的差異，其中形態(tài)指標是最早應用在抗旱性鑒定的指標，因而葉形態(tài)結構最能體現(xiàn)植物對環(huán)境的適應性強弱［12-13］。因此，本研究以不同葉齡的鵲腎樹葉片為研究對象，了解鵲腎樹葉片的解剖結構及其干旱適應機制，為科學引種該樹種提供理論依據(jù)和指導。

1　材料與方法

1.1試驗材料

試驗材料為鵲腎樹3年生實生苗，單株栽培于基質為園土的塑料盆中。

1.2試驗方法

試驗于2014年7～8月在海南省農業(yè)科學研究院溫室內進行。4月中旬選取長勢相對一致的盆栽苗15株，置于苗圃統(tǒng)一管理，于7月下旬搬入可控溫室，溫度控制在34～36℃之間，空氣濕度為50%，從7月28日搬入溫室開始，不再澆水。待植株萎蔫達到70%（8月6日）開始復水，8月9日取樣完成后搬出溫室，做常規(guī)苗木管理。從7月28日起，每隔1 d早上8：00～9：00在南面樹冠上層隨機選取無病蟲害枝條取樣。取樣時，以完整枝條的基部第一片葉記做基部葉，從枝頂往基部數(shù)第2或第3片完全展開的葉片記做頂部葉，以位于基部與頂部正中間的葉片記作中部葉，每個部位葉片均設5次重復，其中，以7月28日取樣葉片為脅迫前的葉片，8月5日取樣葉片為脅迫后的葉片，8 月9日取樣葉片為復水后葉片。

1.3葉解剖結構指標測定

從葉片中部主脈兩側取樣，樣片切割成5 mm×5 mm大小，F(xiàn)AA固定液固定，石蠟制片。制成10 μm厚的葉橫切片，番紅-固綠對染，樹膠封片。光學顯微鏡（Olympus CX71）下觀察并拍照，每張切片觀察5個視野。用顯微測微尺測定葉上表皮細胞厚度、上表皮角質層厚度、下表皮細胞厚度、下表皮角質層厚度、柵欄組織、海綿組織和總厚度，計算柵海比、葉片緊密度、葉片疏松度：

柵海比=柵欄組織厚度/海綿組織厚度

葉片柵欄組織結構緊密度（CTR）=柵欄組織厚度/葉片厚度

葉片海綿組織結構疏松度（SR）=海綿組織厚度/葉片厚度

試驗數(shù)據(jù)采用SAS和Canoco軟件進行統(tǒng)計分析，采用軟件SAS v9.0的ANOVA過程作顯著性差異檢測；采用軟件Canoco v5.0進行主成分分析，篩選出最具代表性的抗旱性指標。

2　結果與分析

2.1不同葉齡鵲腎樹葉片在干旱脅迫前、脅迫后、復水后的橫切面解剖結構特征分析

如圖1所示，干旱脅迫下，鵲腎樹各部位葉片形成了與水分環(huán)境相適應的一些解剖結構特征。葉柵欄組織細胞出現(xiàn)短縮現(xiàn)象，由1～2層增至2～3層；海綿細胞長柱狀排列整齊、致密，上下表皮角質層均加厚，上下表皮出現(xiàn)更多的表皮毛以抵抗逆境脅迫。復水后，葉片疏松度增加，表皮毛相應減少。由此可見，鵲腎樹葉的結構變化同干旱脅迫密切相關。

圖1　脅迫前、脅迫后、復水后不同葉齡鵲腎樹葉片的橫切面解剖圖（20×）

2.2不同葉齡鵲腎樹葉各解剖結構指標的主成分分析

2.2.1基部葉片各解剖結構指標的主成分分析 利用基部葉片解剖性狀指標共計10個指標值（上表皮細胞厚度、上表皮角質層厚度、柵欄組織厚度、下表皮細胞厚度、下表皮角質層厚度、海綿組織厚度、葉厚度、柵海比、柵/葉（CTR）、海/葉（SR））進行主成分分析，結果表明，這10個指標值的軸一、軸二累計貢獻率可達76.92（表1）。由圖2可知，干旱脅迫對基部葉片的影響可分為3類：第一類為以上表皮角質層代表，上、下表皮角質層厚度高度自相關；第二類以葉片厚度為代表，海綿組織厚度、柵欄組織厚度、疏松度、上、下表皮細胞厚度均與葉片厚度呈較強的自相關性；第三類以柵海比為代表，緊密度與柵海比也呈現(xiàn)出一定的自相關性。以上結果說明，上表皮角質層、葉片厚度和柵海比代表性地反映了干旱脅迫對基部葉片各結構指標的脅迫效應。

表1　基部葉片各解剖結構指標的主成分分析統(tǒng)計值

圖2　基部葉片各解剖結構指標的主成分分析

2.2.2 中葉片各解剖結構指標的主成分分析 對中部葉片解剖性狀指標的10個指標值主成分分析結果見表2，這10個指標值的軸一、軸二累計貢獻率達73.17，與基部主成分分析累計貢獻率相近。由圖3可知，干旱脅迫對中部葉片的影響可分為3類：第一類為以上表皮角質層代表，疏松度、下表皮角質層厚度與上表皮角質層高度自相關；第二類以葉片厚度為代表，海綿組織厚度、柵欄組織厚度、緊密度、上表皮細胞厚度均與葉片厚度呈較強的自相關性；第三類以柵海比為代表，下表皮細胞與柵海比有一定的自相關性。以上結果說明，上表皮角質層、葉片厚度和柵海比可代表性地反映干旱脅迫對中部葉片各結構指標的脅迫效應。

表2　中部葉片各解剖結構指標的主成分分析統(tǒng)計值

圖3　中部葉片各解剖結構指標的主成分分析

2.2.3頂部葉片各解剖結構指標的主成分分析 對頂部葉片解剖性狀指標的10個指標值進行主成分分析結果見表3，這10個指標值的軸一、軸二累計貢獻率為63.04，明顯低于基部和中部的主成分累計貢獻率。由圖4可知，干旱脅迫對頂部葉片的影響可分為兩類：第一類為以上表皮角質層代表，柵海比、下表皮角質層厚度與上表皮角質層高度自相關；第二類以葉片厚度為代表，海綿組織厚度、柵欄組織厚度等指標均與葉片厚度呈較強的自相關性。以上結果說明，上表皮角質層和葉片厚度可代表性地反映干旱脅迫對頂部葉片各結構指標的脅迫效應。

表3　頂部葉片各解剖結構指標的主成分分析統(tǒng)計值

圖4　頂部葉片各解剖結構指標的主成分分析

2.3鵲腎樹不同葉齡葉片解剖結構響應干旱脅迫的比較

根據(jù)主成分分析結果，將上表皮角質層厚度、葉片厚度、柵海比作為主要分析指標，分析干旱脅迫對鵲腎樹不同葉齡葉片解剖結構的影響，結果見圖5。在上表皮角質層厚度方面，中部葉片隨著干旱時間的延長，上表皮角質層厚度逐漸增大，在脅迫后期基部、中部、頂部葉片上表皮角質層厚度激增39%～54%，復水后，基部和中部葉片上表皮角質層厚度迅速恢復正常。由此可見，上表皮角質層厚度對干旱脅迫的響應比較靈敏，以中部葉片變化最為規(guī)律。在葉片厚度方面，基部葉片對干旱和復水的響應規(guī)律不明顯，中部葉片變化趨于平穩(wěn)，但是頂部葉片厚度對干旱和復水表現(xiàn)出較強的規(guī)律性：隨著脅迫的進行，頂部葉片厚度逐漸增加，至脅迫結束前達峰值，復水后頂部葉片厚度開始恢復正常。在柵海比方面，干旱脅迫和復水對葉片柵海比的影響因取樣部位而異，隨著脅迫的進行，頂部葉片柵海比大體上呈現(xiàn)逐漸增大至峰值后下降的趨勢，有利于提高其抗逆性。以上結果說明鵲腎樹葉片解剖結構指標中，響應干旱脅迫的最主要指標是上表皮角質層厚度和葉片厚度，中部葉和頂部葉對干旱脅迫的響應靈敏度優(yōu)于基部葉。

圖5　鵲腎樹不同部位葉片解剖結構對干旱脅迫的響應

3　結論與討論

植物器官的形態(tài)結構與其生長環(huán)境密切相關，在外界生態(tài)因素的長期影響下，葉的結構比莖和根更能清晰地反映干旱對植物生長發(fā)育的影響，國內外學者在這方面做了大量研究［14］。不同植物通過不同對策來適應干旱脅迫，在葉片結構上主要是向著增強儲水性、降低蒸騰速率和提高光合效率幾個方面發(fā)展［15］。所以，葉旱生結構的主要特點表現(xiàn)為：具有發(fā)達的角質層，能夠防止植物體內水分的過度蒸騰；多具表皮毛，保護植物在強光照射下減少蒸騰并反射強光；發(fā)達的柵欄組織強化的機械組織可以減少萎蔫時的損傷［16］。本試驗結果表明，對干旱脅迫，鵲腎樹各部位葉片形成了與水分環(huán)境相適應的一些解剖結構特征。葉柵欄組織細胞出現(xiàn)短縮現(xiàn)象，由1～2層增至2～3層；海綿細胞長柱狀排列整齊、致密，上下表皮角質層均顯著加厚，上下表皮上的表皮毛增加。復水后，葉片疏松度增加，表皮毛相應減少。

植物的抗旱性是多指標交互作用的結果，需進行綜合性篩選分析，才能得出相對科學的抗旱性比較結果，不同的植物篩選出的抗旱性評價指標也不盡相同［17］。韓剛等［18］以葉片上表皮細胞層厚度、葉片厚度和氣孔密度3 個指標作為評價6種灌木抗旱性的指標；梁文斌等［19］選取表皮角質層厚度、柵欄組織厚度、柵海比等5項葉片結構指標對28個榿木無性系進行了抗旱性評價。本試驗主成分分析表明，不同葉齡的鵲腎樹葉片其抗旱評價指標大同小異，篩選出基部、中部、頂部葉片的共同抗旱性評價主要指標為上表皮角質層厚度和葉片厚度。

隨干旱程度的加劇，葉片小而厚，這種變化既減少葉片的蒸騰面積，提高了貯水性，又不影響同化作用的正常進行，是植物從形態(tài)上對干旱環(huán)境的適應性改變。所以，葉片厚度可作為植物抗旱性的指標［20］。角質層是一種膜質，其主要功能是減少水分向大氣散失，是植物提高保水能力的重要結構，厚的角質層除有保水作用外，還有機械支撐作用，使植株在水分供應不足時，不會立即萎蔫，較厚的角質層是反映植物抗旱性的重要指標［21］。因此，本試驗篩選出的上表皮角質層厚度和葉片厚度這兩項解剖結構指標來評價不同葉齡的鵲腎樹葉片的抗旱性是比較合理的。

綜上所述，鵲腎樹葉片較厚，上下表皮均有表皮毛著生，表面蠟質多，柵欄組織厚且排列緊密，海綿組織排列較整齊，具有典型的抗旱性特征，可考慮做抗旱樹種引種栽培。

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（責任編輯 白雪娜）

Anatomy of different ages of Streblus asper leaves and their drought resistance

ZHAO Ming-yuan1，F(xiàn)ENG Shun2，WANG Chun-mei1，HONG Shi-jun1，BAO Dong-hong2，LI Zhuo-yang2，GU Zhao-xin2，YUN Yong1
（ 1.Institute of Tropical Horticulture，Hainan Academy of Agricultural Sciences，Haikou 571100，China；2.College of Horticulture and Landscape Architecture，Hainan University，Haikou 570228，China）

The leaf thickness，stratum corneum thickness，epidermis thickness，palisade tissue thickness and sponge tissue thickness of streblus asper leaves at different ages were observed by using paraffin section technology and optical microscopic observation to explore the anatomic adaptive response mechanism to drought stress，also provide a theoretical basis for S. asper introduction. The results showed that：Under drought stress，various parts of S. asper leaf anatomy showed some characteristics adapted to water environment. Leaf palisade tissue cells became shorter，increasing from 1-2 layers to 2-3 layers；Sponge cells arranged in neat，compact，upper and down epidermis were thickened. Upper and down epidermis produced more trichomes to resist stress. After rehydration，porosity blade increased and trichomes had a corresponding reduction. The principal component analysis showed that the stratum corneum thickness，leaf thickness and palisade was available to describe the impact of stress and rehydration on different ages of S. asper leaf anatomy. Under drought stress，S. asper leaf stratum corneum thickness and leaf thickness increased and leaves returned to normal after rehydration. Middle and top leaves were better than basal leaves in response to drought stress sensitivity.

Streblus asper leaves；anatomical structure；drought resistance；stress

Q945.78

A

1004-874X（2016）07-0063-06

2016-01-08

海南省農業(yè)科學院農業(yè)科技創(chuàng)新專項（瓊農院［2013］32號）

趙明苑 （1973-），男，高級工程師，E-mail：371974096@qq.com

云勇（1965-），男，副研究員，E-mail：yyong-3027@163.com