PEG6000模擬干旱對油茶幼苗形態(tài)結(jié)構(gòu)的影響

摘要：以二年生油茶（Camellia oleifera Abel.）幼苗為試驗試材，Hogland營養(yǎng)液為水培底液，用聚乙二醇6000（PEG6000）人工模擬干旱脅迫環(huán)境，設(shè)置不同濃度（m/V）的PEG6000（5%、10%、15%、20%）對油茶幼苗進(jìn)行水分脅迫處理，研究油茶幼苗在干旱脅迫下根系形態(tài)及葉片解剖結(jié)構(gòu)的變化及適應(yīng)性機(jī)制。結(jié)果表明，隨著干旱脅迫的增強(qiáng)，油茶幼苗根粗呈現(xiàn)逐漸減小的趨勢，根冠比則明顯提高。5%、10%、15%的PEG6000干旱脅迫使油茶幼苗根體積增大以及最長根長降低，而20%的PEG6000干旱脅迫則使根體積與最長根長顯著增加。隨著干旱脅迫的增強(qiáng)，油茶幼苗葉片逐漸變薄，上表皮、下表皮、柵欄組織、海綿組織等厚度均呈下降趨勢，柵海比逐漸升高。

關(guān)鍵詞：油茶（Camellia oleiferaAbel.）；PEG6000；根系形態(tài)；葉片解剖結(jié)構(gòu)

中圖分類號：S794.4 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：0439-8114（2016）11-2829-05

DOI：10.14088/j.cnki.issn0439-8114.2016.11.029

油茶（Camellia oleifera Abel.）為中國特有的油料樹種，是世界四大木本油料植物之一[1]。茶油是一種品質(zhì)優(yōu)良穩(wěn)定的食用油[2]。隨著國家把食用油安全上升到國家戰(zhàn)略的高度，中國油茶產(chǎn)業(yè)發(fā)展極為迅速，據(jù)2011年《中國林業(yè)年鑒》表明，中國油茶的種植面積已達(dá)300萬hm2，主要分布在湖南、江西、廣西、貴州、安徽、福建、浙江等地，占中國木本油料植物總種植面積的80%，油茶子的年產(chǎn)量超過146萬t。

中國南方氣候濕潤，極端溫度變化較少，較為適合油茶生長[3]。但雨量時空分布極不均勻，降雨主要集中在夏季，加之種植區(qū)域50%以上的土地為低丘崗地類型，水源緊缺，導(dǎo)致季節(jié)性干旱比較突出，這不僅限制了油茶產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，而且也對現(xiàn)有的油茶產(chǎn)業(yè)帶來嚴(yán)重威脅。因此，如何提高油茶的抗旱性以及對抗旱性油茶品種的良種選育已成為油茶產(chǎn)業(yè)目前亟需解決的問題之一。近年來關(guān)于作物抗旱的研究主要集中在小麥、水稻等糧食作物上[4-8]，關(guān)于油茶的研究報道較少。因此，本試驗利用不同濃度的聚乙二醇6000（PEG6000）水培液對二年生油茶幼苗進(jìn)行模擬干旱培養(yǎng)，旨在通過觀察油茶幼苗在不同程度的干旱脅迫下其根系結(jié)構(gòu)及葉片微形態(tài)結(jié)構(gòu)的變化，來探討油茶幼苗在面對干旱脅迫時形態(tài)結(jié)構(gòu)方面的響應(yīng)與適應(yīng)，為研究油茶的抗旱性機(jī)理及抗旱油茶品種的良種選育提供參考。

1 材料與方法

1.1 供試苗木

試驗油茶幼苗由湖北省咸寧市通城縣黃袍山油茶基地提供，品種為長林3號，為二年生嫁接容器苗。

1.2 方法

1.2.1 試驗處理 2015年4月5日選取大小一致、長勢基本相同的油茶幼苗20棵，用自來水將根系清洗干凈，隨機(jī)分為5組。將5組油茶幼苗的根系用硬紙板固定于5個裝有5 L去離子水的盆中。2 d后，改用1/2濃度的Hogland營養(yǎng)液培養(yǎng)，再過2 d用全濃度的Hogland營養(yǎng)液培養(yǎng)，2 d后進(jìn)行PEG6000干旱脅迫處理。PEG6000干旱脅迫設(shè)置5%、10%、15%、20% 4個濃度（m/V，下同）梯度，溶液均用Hogland營養(yǎng)液配制。溶液配制好后分別加入5個盆子中并編號，1號盆為對照組，用正常的營養(yǎng)液培養(yǎng)；2、3、4、5號盆分別用5%、10%、15%、20%的PEG6000培養(yǎng)。每天定時攪拌通氣3次。

1.2.2 測定方法

1）根系形態(tài)參數(shù)的測定。測定的根系形態(tài)參數(shù)主要有根體積、主根根粗、最長根長、根冠比。根體積用自制虹吸管進(jìn)行測定。主根根粗采用游標(biāo)卡尺測量，每次測同一植株的同一部位。最長根長用刻度尺測量。根冠比的測量采用電子秤稱重，植株在干旱條件下培養(yǎng)4 d后，用剪刀在根與莖的部位剪開并分別烘干，在電子秤上分別測定每棵油茶幼苗的根系干重與地上部分干重。

2）葉片解剖結(jié)構(gòu)參數(shù)的測定。用PEG6000溶液對油茶幼苗模擬干旱脅迫培養(yǎng)4 d后，每棵植株上取兩片大小、形狀相近的葉片進(jìn)行切片觀察。將葉片切片放置在光學(xué)顯微鏡下觀察，并用顯微測微尺測定葉片厚度、上下表皮厚度、柵欄組織厚度、海綿組織厚度。所有觀測值均為5個視野的平均值。

1.3 數(shù)據(jù)處理

采用Microsoft Excel 2003作圖，用SPSS 17.0中的Duncan檢驗法進(jìn)行LSD檢驗（P<0.05）。數(shù)據(jù)均為3次重復(fù)的平均值；在處理根系形態(tài)的數(shù)據(jù)時，對圖表采用歸一法進(jìn)行處理，有利于觀察不同濃度的PEG6000處理對根系形態(tài)影響的差異性[9]。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同濃度PEG6000處理對油茶幼苗根系形態(tài)的影響

2.1.1 不同濃度PEG6000處理對油茶幼苗根系外部形態(tài)的影響 圖1中顏色較深的根系是處理前的根系，顏色較淺的根系是處理后的新生根系。從圖1可以看出，對照的新生根系比5%、10%、15%PEG6000干旱脅迫處理的新生根系多而長，但明顯少于20% PEG6000的處理。5% PEG6000脅迫處理的根系幾乎沒有生長。5%、10%、15% PEG6000脅迫組之間隨著干旱脅迫的增強(qiáng)，新生根的長度及數(shù)量均呈增加趨勢，但都低于對照。20% PEG6000脅迫處理的新生根系相對對照的新生根系長而細(xì)，表明油茶幼苗的根系在遭受干旱脅迫較重時朝細(xì)長的方向生長。

2.1.2 不同濃度PEG6000處理對油茶幼苗根體積的影響 從圖2可以看出，不同濃度的PEG6000干旱脅迫下油茶幼苗的根體積隨脅迫時間的延長而增大。干旱脅迫的第1天，各脅迫處理的根體積無顯著差異，從第2天開始，5%、10%、15% PEG6000的脅迫處理根體積均顯著低于對照，而20% PEG6000脅迫處理與對照沒有明顯差異。5%、10%、15% PEG6000脅迫處理之間，隨著PEG6000濃度的加大，即隨著干旱脅迫程度增強(qiáng)根體積逐漸增大。表明低濃度的干旱脅迫會對根體積的增大產(chǎn)生抑制作用，而隨著PEG6000濃度的增加，根體積的增大也越來越明顯，說明植物在面臨干旱逆境時并不是被動忍受干旱逆境，也會主動調(diào)節(jié)其生理代謝過程[10]。20%PEG6000處理下，油茶幼苗根體積的增加略高于對照，說明高濃度的PEG6000脅迫能更快地激發(fā)油茶幼苗的抗旱機(jī)制，誘導(dǎo)根系下扎，有利于根系吸收深層土壤中的水分以滿足植株生長的需要。

2.1.3 不同濃度PEG6000處理對油茶幼苗根粗的影響 由圖3可知，對照和5% PEG6000處理在處理期根粗有所增加，且前者顯著高于后者。10%PEG6000處理在處理期根粗未出現(xiàn)明顯變化，15%和20% PEG6000處理在處理期內(nèi)油茶幼苗根粗出現(xiàn)下降，且20% PEG6000處理根粗下降的幅度顯著高于15% PEG6000處理。表明隨著干旱脅迫的增強(qiáng)，油茶幼苗根粗的生長減緩甚至停滯，說明油茶幼苗在面對干旱逆境時其根系會往細(xì)長方面變化，根系向細(xì)長方向的生長有利于植物吸收土壤深層的水分，增強(qiáng)植物應(yīng)對干旱脅迫的能力[11]。

2.1.4 不同濃度PEG6000處理對油茶幼苗最長根長的影響 由圖4可以看出，在干旱脅迫下油茶幼苗最長根長的變化趨勢與根體積變化趨勢相似。5%、10%、15% PEG6000處理最長根長的增加均顯著低于對照，20% PEG6000處理最長根長的增加顯著高于對照。5%、10%、15% PEG6000這3個處理中，隨著干旱脅迫程度的增強(qiáng)，最長根長的增加也出現(xiàn)遞增的趨勢。表明低濃度的干旱脅迫抑制油茶幼苗根系最長根長的增加，而高濃度的干旱脅迫能激發(fā)油茶幼苗的抗旱機(jī)制使得其最長根長增加，說明油茶幼苗在面對干旱脅迫時，其抗旱反應(yīng)機(jī)制與外界脅迫的程度有關(guān)，低濃度的干旱脅迫使油茶幼苗脅迫反應(yīng)滯后，高濃度的干旱脅迫能迫使油茶幼苗反應(yīng)迅速。

2.1.5 不同濃度PEG6000處理對油茶幼苗根冠比的影響 從圖5可知，隨著干旱脅迫的增強(qiáng)，油茶幼苗的根冠比也隨之增大。說明根冠比與植物的抗旱性密切相關(guān)，當(dāng)油茶幼苗面臨干旱脅迫時，根冠比的增大能明顯增強(qiáng)其抗旱性。關(guān)于根冠比增大的原因主要是植物在干旱脅迫下其光合產(chǎn)物優(yōu)先分配給根系，使得植物根系的質(zhì)量迅速增加而植株地上部分的質(zhì)量增加緩慢，根系質(zhì)量的增加使根系更加發(fā)達(dá)，而發(fā)達(dá)的根系更加利于植物對土壤中水分的吸收[12]。

2.2 不同濃度PEG6000處理對油茶幼苗葉片解剖結(jié)構(gòu)的影響

圖6表明，隨著干旱脅迫程度的增強(qiáng)，葉片的整體厚度逐漸下降，葉片厚度的下降主要是海綿組織厚度下降所引起的，海綿組織厚度下降使得葉片的結(jié)構(gòu)更加緊密，這可能是油茶幼苗應(yīng)對干旱的一種機(jī)制。柵欄組織厚度的變化不大，但是柵欄組織細(xì)胞排列趨于緊密，緊密的柵欄組織細(xì)胞可以有效減緩葉肉細(xì)胞中水分的流失。由于海綿組織厚度的下降程度比柵欄組織大，導(dǎo)致葉片的柵海比逐漸增大。從圖6還可以看出，上下表皮的厚度略有減小，但是結(jié)構(gòu)卻更加緊密。緊密的表皮能夠減緩植物的蒸騰作用從而減少水分的蒸發(fā)[13]。

從表1可以看出，經(jīng)過干旱脅迫后，油茶幼苗葉片厚度明顯降低，PEG6000干旱脅迫處理葉片厚度均顯著低于對照，其中，5%和10% PEG6000處理間無顯著差異，其他處理間差異均達(dá)顯著水平；葉片的上表皮厚度整體呈下降趨勢，5% PEG6000處理與對照間差異不顯著，而其他處理均顯著低于對照；柵欄組織厚度的變化較小，5% PEG6000處理與對照以及10%、15% PEG6000處理組間差異均未達(dá)顯著水平；隨著干旱脅迫程度的增強(qiáng)，油茶幼苗葉片海綿組織厚度逐漸下降，各脅迫處理與對照的差異均達(dá)顯著水平，但5%、10%和15%、20% PEG6000處理組間差異未達(dá)顯著水平；輕度干旱脅迫對油茶幼苗葉片下表皮厚度的影響較小，重度干旱脅迫使得下表皮厚度顯著下降；油茶幼苗葉片柵海比面臨干旱脅迫時比較敏感，柵海比均顯著高于對照，柵海比升高主要是由海綿組織厚度下降引起的。

3 小結(jié)與討論

3.1 不同程度的PEG6000干旱脅迫處理對油茶幼苗根系形態(tài)的影響

植物的根系是直接吸收和利用土壤中水分的器官，當(dāng)土壤中出現(xiàn)水分短缺時，根系能最先感知土壤中的水分脅迫并作出相應(yīng)反應(yīng)。根系的一些形態(tài)特征指標(biāo)，如根體積、根長、根直徑等可以反映根系的健壯程度，在干旱脅迫時可以作為植物抗旱性評價的指標(biāo)[12]。通常認(rèn)為，根系體積大小可以反映根系活力的高低。根系體積越大，根系與土壤的接觸機(jī)會越多，其吸收水分與養(yǎng)分的能力越強(qiáng)。許多研究表明，植物通過根體積的增加、根系直徑變細(xì)以及根長的增長來表現(xiàn)較強(qiáng)的抗旱性[14，15]。本研究中油茶幼苗根長的增長與根體積的增加在干旱脅迫下呈現(xiàn)相似的變化趨勢，即低濃度的PEG6000干旱脅迫抑制根長與根體積的增加而高濃度的干旱脅迫能顯著促進(jìn)根長與根體積的增加，王曉東等[16]的研究結(jié)果也支持了本結(jié)論。

前人研究表明，植物受到干旱脅迫時根系直徑都會有所下降，朝細(xì)長方面生長，有利于植物吸收利用土壤中的水分[12]，本研究也得到了類似結(jié)果。根冠比是反映植物地下部分與地上部分比例的一個參數(shù)，通常認(rèn)為較發(fā)達(dá)的根系和較大的根冠比有利于植物抗旱，但是過大的根系又會影響到地上生物量及產(chǎn)量[17]。因此，合理的根冠比對植物的抗旱及產(chǎn)量的提高意義重大。本研究結(jié)果表明，隨著PEG6000脅迫程度的增強(qiáng)，油茶幼苗的根冠比出現(xiàn)逐漸升高的現(xiàn)象，說明干旱脅迫不但影響根系的發(fā)育及形態(tài)，而且也改變了植株器官生長的進(jìn)程，干旱脅迫下，光合作用產(chǎn)物優(yōu)先分配給根系，使得植物的根冠比增加。

3.2 葉解剖結(jié)構(gòu)在不同程度干旱脅迫下的響應(yīng)

在植物的進(jìn)化過程中，葉片總是對外部環(huán)境的變化較為敏感，環(huán)境變化常導(dǎo)致葉的長、寬、厚度以及葉表面氣孔密度、表皮細(xì)胞，柵欄組織、海綿組織、細(xì)胞間隙、厚角組織和葉脈等形態(tài)解剖結(jié)構(gòu)發(fā)生變化[18]。本研究發(fā)現(xiàn)，隨著干旱脅迫的加劇，油茶幼苗葉片厚度、上下表皮厚度及海綿組織厚度都出現(xiàn)明顯下降，隨著干旱脅迫程度加深，上下表皮厚度的變化比較緩慢但呈逐漸減小的趨勢。這與曹娟云等[18]對狗頭棗葉片的研究結(jié)果一致。王順才等[19]對蘋果的研究中發(fā)現(xiàn)，干旱脅迫下，蘋果幼苗柵欄組織排列趨于緊湊且柵欄組織細(xì)胞變短，而海綿組織細(xì)胞明顯變小，但總體表現(xiàn)為葉片厚度及柵欄組織厚度逐漸減小，海綿組織的厚度逐漸增加。本研究中，海綿組織厚度隨著干旱脅迫的增強(qiáng)并沒有出現(xiàn)增加的現(xiàn)象，這可能是由于蘋果幼苗與油茶幼苗的抗旱性不同從而表現(xiàn)出對干旱脅迫的不同適應(yīng)。前人認(rèn)為發(fā)達(dá)的柵欄組織在植物適應(yīng)干旱環(huán)境中起著重要的作用[20]。本研究中，油茶幼苗葉片隨著干旱脅迫程度的加強(qiáng)，其柵欄組織排列趨于緊密且柵欄組織厚度變化不大及柵海比的增加都使得葉片提高了光能的利用效率，這可能是油茶幼苗適應(yīng)干旱的一種表現(xiàn)。

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