鹽脅迫對(duì)兩種吊蘭光合特性和氣孔形態(tài)的影響

摘要：選用吊蘭（Chlorophytum comosum）和金邊吊蘭（Chlorophytum comosum cv. variegatum）一年生幼苗進(jìn)行盆栽試驗(yàn)，設(shè)置鹽分（NaCl）梯度為0和0.8%，研究了鹽脅迫對(duì)兩種吊蘭生長(zhǎng)、光合特性及氣孔形態(tài)的影響。結(jié)果表明，在鹽脅迫下，兩種吊蘭的葉片葉綠素含量、凈光合速率（Pn）、氣孔導(dǎo)度（Gs）和蒸騰速率（Tr）均下降，而細(xì)胞間CO2濃度（Ci）增加，說明非氣孔限制因素可能是兩種吊蘭光合能力下降的主要原因。兩種吊蘭通過改變根冠比和氣孔密度、開放度來適應(yīng)鹽脅迫環(huán)境，表現(xiàn)出了一定的耐鹽性，但兩個(gè)品種間的耐鹽性并無明顯差異。本試驗(yàn)過程中發(fā)現(xiàn)兩種吊蘭都有泌鹽的現(xiàn)象，通過掃描電鏡技術(shù)分析發(fā)現(xiàn)，兩種吊蘭葉片和幼莖表皮氣孔內(nèi)都有殘留的鹽顆粒存在，說明吊蘭氣孔不僅僅用于氣體和水分的交換，可能還兼有泌鹽的功能。

關(guān)鍵詞：吊蘭（Chlorophytum comosum）；鹽脅迫；氣孔；泌鹽

中圖分類號(hào)：S682.31 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：0439-8114（2016）19-4982-05

DOI：10.14088/j.cnki.issn0439-8114.2016.19.021

Abstract： The pot culture technique was used to study growth，photosynthetic characteristics and stoma structure of Chlorophytum comosum and Chlorophytum comosum cv. Variegatum，under two levels of salt stress（0% and 0.8%）. Photosynthetic rate （Pn），stomatal conductance（Gs），transpiration rate（Tr），the chlorophyll content were lower and intercellular CO2 concentration （Ci） was increased than control，and non-stomata factors were probably the main causes of photosynthetic capacity decrease.Under the high concentration of salt stress，the density of leaf stomas was significantly increased，and the relative opening degree was decreased than those in the control， dry-weight of the overground was decreased，and root cap ratio was increased，this showed that two cultivars’ root cap ratio，density and the relative opening degree of stomas were changed to adapt high salinity environment，they had certain salt tolerance，but two varieties showed no marked difference. In addition， crystallized salt was accumulated on the surface of young leaves and stems，the results showed that excess salt was maybe discharged through two kinds of bracketplant’ s stomas by scanning electron microscope，it has revealed that stomata were not only controlling gas and water exchange，but also could secrete salt.

Key words： Chlorophytum comosum； salt stress； stomata； salt excretion

吊蘭（Chlorophytum comosum）是百合科吊蘭屬多年生草本，原產(chǎn)南非，世界各地廣泛栽培，喜歡溫暖濕潤(rùn)、半陰環(huán)境，適應(yīng)性強(qiáng)，吸收甲醛等有毒氣體的能力強(qiáng)，是良好的室內(nèi)空氣凈化觀葉植物[1]。金邊吊蘭（Chlorophytum comosum cv. variegatum）是其常見的栽培變種之一，同樣具有很高的觀賞價(jià)值。目前，對(duì)吊蘭的研究主要集中在其藥理作用、快繁及生態(tài)修復(fù)等方面[2-4]，目前室內(nèi)栽培吊蘭的基質(zhì)較多是泥炭土和腐殖質(zhì)，這些基質(zhì)營(yíng)養(yǎng)雖充足，但鹽分含量也較高，在長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)吊蘭的生長(zhǎng)會(huì)受到一定的影響，常發(fā)現(xiàn)吊蘭種植后新鮮的嫩葉和嫩莖邊緣出現(xiàn)泌鹽現(xiàn)象，可能通過這種方式，吊蘭將體內(nèi)過多的鹽分排出體外，通常氣孔是用于氣體和水分交換的，但對(duì)于吊蘭來說，可能還兼有泌鹽的功能，但是其機(jī)制尚未明確，關(guān)于鹽脅迫對(duì)吊蘭光合特性和氣孔的密度及形態(tài)變化的影響方面的文獻(xiàn)也未見報(bào)道。本研究分別對(duì)正常和鹽脅迫條件下的吊蘭和金邊吊蘭的葉片進(jìn)行了光合測(cè)定和電鏡掃描，試圖探討鹽環(huán)境與兩種吊蘭光合能力、氣孔形態(tài)及泌鹽能力之間的關(guān)系，為吊蘭耐鹽性方面的研究提供一定的參考。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

試驗(yàn)材料為1年生的吊蘭及其變種金邊吊蘭，將大小一致且生長(zhǎng)狀況相同的吊蘭和金邊吊蘭小苗分別種植于15 cm×17 cm塑料花盆中，培養(yǎng)基質(zhì)為紹興文理學(xué)院實(shí)驗(yàn)基地的地表0～5 cm土壤，試驗(yàn)設(shè)置2個(gè)NaCl濃度處理，即0、0.8%NaCl溶液，每個(gè)處理重復(fù)3次，對(duì)照組（CK，金邊吊蘭為CK1，吊蘭為CK2）澆等量的1/10 Hoagland’s營(yíng)養(yǎng)液（pH 6.0），處理組（T，金邊吊蘭為T1，吊蘭為T2）的處理液為1/10 Hoagland’s營(yíng)養(yǎng)液和NaCl配制。每3 d澆灌一次處理液，使處理液從盆底滲出，以交換基質(zhì)中的積余鹽。鹽脅迫處理30 d后進(jìn)行生長(zhǎng)指標(biāo)、光合參數(shù)、葉綠素含量測(cè)定，以及掃描電鏡觀察。

1.2 試驗(yàn)方法

1.2.1 形態(tài)指標(biāo) 測(cè)定吊蘭和金邊吊蘭植株高度，測(cè)定地上部分和根系干重，根冠比（地下部分干重/地上部分干重）。

1.2.2 光合及葉綠素含量測(cè)定 采用Li-6400便攜式光合測(cè)定系統(tǒng)分析儀（USA，Li-COR）于10：00-14：00在有充足陽(yáng)光下隨機(jī)測(cè)定植株葉片的凈光合速率（Pn）、氣孔導(dǎo)度（Gs）、細(xì)胞間CO2濃度（Ci）和蒸騰速率（Tr）。

取鮮葉，剪成細(xì)絲，稱取0.1 g用丙酮、無水乙醇和蒸餾水按4.5∶4.5∶1.0混合液浸提（10 mL），置室溫、黑暗條件下，每隔一定時(shí)間觀察浸提情況，以材料完全變白為準(zhǔn)（一般需要24 h左右），取上清液，用混合浸提液作空白調(diào)零，分別測(cè)定OD663 nm和OD645 nm。計(jì)算：Ca（葉綠素a）=12.7OD663 nm-2.69OD645 nm；Cb（葉綠素b）=22.9OD645 nm-4.68OD663 nm；CT（葉綠素總量）=Ca+Cb；葉綠素含量=C×V/（A×1000）；式中，C為葉綠素濃度（mg/g），V為提取液總體積（mL），A為葉片鮮重（g）。

1.2.3 掃描電鏡觀察 將葉片和幼嫩莖表面的灰塵洗凈，取葉的中部主脈與葉緣之間的中間部分，切取5 mm×5 mm大小，此處的氣孔分布有代表性，用刀片削去幼莖表皮，切取5 mm×5 mm大小，葉片和幼莖表皮用5.0%戊二醛固定2 h，然后1.0%鋨酸固定2 h，再經(jīng)20%、40%、60%、80%、90%、100%乙醇系列脫水，最后用低溫冷凍干燥儀脫水30 min。樣品干燥后，用導(dǎo)電雙面膠帶紙黏貼，置于載物臺(tái)上，真空噴金，用JSM-6360LV掃描電鏡（JEOL，Japan）觀察，電鏡工作電壓為30 kV。

1.2.4 數(shù)據(jù)處理 利用Microsoft Excel 2003軟件進(jìn)行試驗(yàn)數(shù)據(jù)整理和作圖，SPSS 13.0軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)的顯著性分析（LSD法，α=0.05）。

2 結(jié)果與分析

2.1 鹽脅迫對(duì)兩種吊蘭生長(zhǎng)的影響

由表1可知，0.8%NaCl脅迫下，金邊吊蘭和吊蘭的株高、地上部分干重相對(duì)于對(duì)照顯著降低，地上干重差異不顯著，而根冠比相對(duì)于對(duì)照顯著增加。由此說明0.8%NaCl脅迫對(duì)兩種吊蘭地上部分的生長(zhǎng)有較強(qiáng)的抑制作用。兩種吊蘭的生長(zhǎng)量差距不大，說明兩品種之間的耐鹽能力并無差異。

2.2 鹽脅迫對(duì)兩種吊蘭光合及葉綠素含量的影響

由圖1可知，0.8%NaCl脅迫處理（T）對(duì)兩種吊蘭的凈光合速率（Pn）、氣孔導(dǎo)度（Gs）、細(xì)胞間CO2濃度（Ci）和蒸騰速率（Tr）都有顯著影響，鹽脅迫下金邊吊蘭和吊蘭的Pn相對(duì)于CK分別下降了75.28%、74.94%，Gs分別下降了82.10%、55.62%，Tr分別下降了58.01%、58.74%，Ci分別增加了68.57%、42.37%，這表明0.8%NaCl脅迫導(dǎo)致了兩種吊蘭的光合作用能力嚴(yán)重下降，兩個(gè)吊蘭品種間光合能力也有一定差異，但對(duì)鹽脅迫的反應(yīng)是一致的。

由圖2可知，鹽脅迫對(duì)金邊吊蘭和吊蘭的葉綠素a和葉綠素b含量有較大影響，金邊吊蘭和吊蘭的葉綠素a含量相對(duì)于CK有顯著下降，分別下降了31.75%和31.20%，葉綠素b含量相對(duì)于CK分別下降了47.57%和45.84%，葉綠素總量相對(duì)于CK分別下降了31.57%和47.01%，這表明0.8%NaCl脅迫導(dǎo)致了兩種吊蘭的葉綠素合成受阻，含量降低。

2.3 鹽脅迫對(duì)兩種吊蘭葉表皮氣孔密度和形態(tài)影響

氣孔是植物葉片與環(huán)境交換氣體的器官，氣孔密度越大，吸收CO2的量就越多，從而提高植物的光合速率。由圖3中的A0、A1、B0、B1可以看出，在500倍鏡頭下，鹽脅迫下的兩種吊蘭葉表皮氣孔數(shù)量較之對(duì)照都有所增加，同樣由表2的統(tǒng)計(jì)結(jié)果可知，鹽脅迫下的兩種吊蘭葉片氣孔數(shù)量遠(yuǎn)高于對(duì)照組，可見鹽脅迫會(huì)促使吊蘭葉表皮氣孔密度的增加。

許多植物在鹽脅迫和干旱脅迫下，為了減少體內(nèi)水分蒸發(fā)，通過葉表皮氣孔下陷、縮小氣孔孔徑等來對(duì)高鹽或者干旱環(huán)境做成迅速的應(yīng)對(duì)。本試驗(yàn)同樣發(fā)現(xiàn)，無鹽脅迫的吊蘭和金葉吊蘭葉表皮上的氣孔呈較規(guī)則的形狀，而鹽脅迫下，兩種吊蘭葉表皮上的氣孔有部分變得扭曲和下陷（圖3-A1、B1）；由表2可知，鹽脅迫下兩種葉表皮氣孔長(zhǎng)度和寬度相對(duì)于照組都顯著減少，說明鹽脅迫下兩種吊蘭葉表皮氣孔面積變小，同時(shí)處理組開放氣孔所占的比例相對(duì)于對(duì)照組也顯著下降，這可能是鹽脅迫下的吊蘭表皮細(xì)胞表面起伏扭曲，褶皺較多，或相互重疊，部分氣孔內(nèi)陷于葉肉細(xì)胞中，氣孔關(guān)閉不能正常行使其功能。

2.4 鹽脅迫下兩種吊蘭葉片和幼莖表皮氣孔泌鹽的現(xiàn)象

本研究中發(fā)現(xiàn)鹽脅迫下生長(zhǎng)的兩種吊蘭葉片和幼莖有氣孔泌鹽的現(xiàn)象，由圖A2和B2可見，在鹽脅迫下，吊蘭葉片氣孔右側(cè)有殘留的結(jié)晶鹽存在，圖中白色箭頭所示，呈正方形；金邊吊蘭葉片氣孔被殘留的結(jié)晶鹽顆粒比較大，呈不規(guī)則形狀，覆蓋住了整個(gè)氣孔。由圖A3和B3可看出，在鹽脅迫下，兩種吊蘭幼莖表皮氣孔為橢圓形，氣孔內(nèi)的兩枚保衛(wèi)細(xì)胞清晰可見，同時(shí)也可看出保衛(wèi)細(xì)胞處于關(guān)閉狀態(tài)，在氣孔邊緣和氣孔附近有大量鹽顆粒存在，鹽顆粒相對(duì)于葉片上的較小，呈球形顆粒狀。

3 討論

植物受高濃度鹽脅迫時(shí)，通過抑制地上部分生長(zhǎng)量來減少水分消耗，提升根冠比，從而提高耐鹽能力[5，6]。高濃度鹽脅迫下，金邊吊蘭和吊蘭地上部分的生長(zhǎng)受到抑制，根冠比增加，說明了兩種吊蘭幼苗通過調(diào)整不同器官生物量分配來適應(yīng)鹽脅迫環(huán)境；同時(shí)，兩種吊蘭的地下部分生長(zhǎng)未受影響，證明兩種吊蘭根系生長(zhǎng)基本正常，由此也表明兩種吊蘭有一定的耐鹽性，但兩者的耐鹽性差異不明顯。

Pn是反映植株光合系統(tǒng)正常與否的指標(biāo)[7]，鹽脅迫下氣孔的變化是葉片Pn變化的主要因素[8]，本研究發(fā)現(xiàn)高鹽脅迫下Pn與Gs之間存在平行的變化趨勢(shì)，較之對(duì)照都有顯著下降，說明了鹽脅迫下氣孔限制因素是兩種吊蘭Pn降低的因素之一，試驗(yàn)結(jié)果顯示鹽脅迫下Ci增加，說明了非氣孔限制因素應(yīng)是兩種吊蘭Pn降低的主要因素，可能是葉片細(xì)胞結(jié)構(gòu)、葉綠體結(jié)構(gòu)破壞所致。

葉綠素是直接影響植物光合能力最重要的因素，在一定范圍內(nèi)其含量與光合速率呈正相關(guān)[9]，鹽脅迫下葉綠體結(jié)構(gòu)易受破壞，使葉綠素含量降低，導(dǎo)致植株光合能力減弱，本研究發(fā)現(xiàn)，鹽脅迫下兩種吊蘭葉片的葉綠素a、b及葉綠素總量都有顯著下降，可能是鹽脅迫導(dǎo)致了葉綠體結(jié)構(gòu)受損，葉綠素分解，這與柴勝豐等[10]、李學(xué)孚等[11]研究結(jié)果一致。

氣孔是由植物葉片表皮上成對(duì)的保衛(wèi)細(xì)胞及之間的孔隙組成的結(jié)構(gòu)[12]，是控制CO2進(jìn)入葉肉細(xì)胞和水分蒸騰散失的重要門戶，因此，氣孔的變化會(huì)對(duì)植物的生長(zhǎng)產(chǎn)生重要影響[13]。鹽脅迫是氣孔發(fā)生變化的重要原因之一，當(dāng)土壤中鹽濃度發(fā)生變化時(shí)，植物葉片表皮氣孔密度和氣孔開放率等受到較大影響[14]。本研究發(fā)現(xiàn)兩種吊蘭在鹽脅迫下葉表皮氣孔密度較對(duì)照組有顯著增加，同時(shí)氣孔的長(zhǎng)度和寬度有所減少，說明吊蘭在鹽脅迫環(huán)境中有相應(yīng)的調(diào)整外部結(jié)構(gòu)的適應(yīng)能力，這一結(jié)果與沈禹穎[15]結(jié)果一致。然而也有一些學(xué)者[16，17]認(rèn)為鹽脅迫會(huì)使植物表皮氣孔密度變小。本研究中發(fā)現(xiàn)兩種吊蘭的葉片表皮氣孔的開放度與鹽脅迫有很大關(guān)系，在鹽脅迫下氣孔的開放度減少，氣孔關(guān)閉不但可以減少水分的損失，也可以防止高滲溶液進(jìn)入葉表皮，是吊蘭對(duì)鹽脅迫的積極應(yīng)答和適應(yīng)機(jī)制；其他學(xué)者[18-21]發(fā)現(xiàn)核桃、國(guó)槐、臭柏和水稻等植物在鹽脅迫下氣孔開放度也會(huì)降低。在鹽脅迫下，吊蘭和金邊吊蘭通過增加氣孔密度和減少氣孔開放度來適應(yīng)不良的環(huán)境。

本試驗(yàn)過程中發(fā)現(xiàn)兩種吊蘭都有泌鹽的現(xiàn)象，通過掃描電鏡技術(shù)分析發(fā)現(xiàn)，兩種吊蘭葉片和幼莖表皮氣孔都有殘留的鹽顆粒存在，進(jìn)一步證明了人們的猜想，吊蘭氣孔不僅作用于氣體和水分的交換，可能還兼有泌鹽的功能，但是其機(jī)制尚未明確，有待于人們進(jìn)一步研究。吳耿等[22]、Wu等[23]研究發(fā)現(xiàn)生長(zhǎng)于巖溶富鈣環(huán)境下的華南忍冬葉片表面不同晶型的鈣鹽是由氣孔排出后形成的。同樣，人們猜測(cè)吊蘭在高濃度鹽脅迫下，也會(huì)通過氣孔泌鹽的方式，將體內(nèi)過多的鹽分排出體外以減少傷害。

綜上所述，在鹽脅迫下，兩種吊蘭幼苗葉片氣孔密度變大、開放度減少，葉綠素a、b含量下降，從而導(dǎo)致葉片光合能力減弱，導(dǎo)致地上部分生長(zhǎng)量下降，根冠比增加，表現(xiàn)兩種吊蘭都有一定的耐鹽性，吊蘭品種間耐鹽性的差異不明顯。

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