紫花苜蓿葉片水分生理及其解剖結(jié)構(gòu)的水分脅迫響應(yīng)
2025-04-07 00:00:00姚澤于思敏王祺樂(lè)芳軍
草地學(xué)報(bào) 2025年3期
摘要：為探明紫花苜蓿（Medicago sativa"L.）的抗旱機(jī)制，本研究采用‘中苜1號(hào)’（‘Zhongmu No.1’）盆栽進(jìn)行控水試驗(yàn)，探究控水第12，24和36 d適度干旱（田間最大持水量80%～85%，TA）、輕度干旱（田間最大持水量60%～65%，TB）、中度干旱（田間最大持水量40%～45%，TC）和重度干旱（田間最大持水量20%～25%，TD）下的葉片水分生理及其解剖結(jié)構(gòu)變化。結(jié)果表明：隨水分脅迫加劇，葉水勢(shì)和葉片含水率逐漸降低；葉片變薄，柵欄組織與海綿組織厚度比值及葉片結(jié)構(gòu)緊密度在TC和TD下均顯著降低（Plt;0.05），且TD水平下柵欄組織細(xì)胞變小呈多層緊密排列；主脈突起度、木質(zhì)部厚度均顯著增加（Plt;0.05）。冗余分析表明，海綿組織與清晨葉水勢(shì)相關(guān)性較大，且與夜間水分恢復(fù)緊密相關(guān)，午間葉水勢(shì)與主脈突起度負(fù)相關(guān)，二者共同調(diào)節(jié)吸收和運(yùn)輸土壤中的有限水分，確保葉片水分相對(duì)穩(wěn)定以增強(qiáng)其抗旱能力。
關(guān)鍵詞：紫花苜蓿；土壤水分脅迫；水分生理；解剖結(jié)構(gòu)；冗余分析
中圖分類(lèi)號(hào)：S541.9 """""""文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A """""""文章編號(hào)：1007-0435（2025）03-0823-08
Water Physiology and Anatomical Structure of Medicago sativa"Leaves in Response to Water Stress
YAO Ze1，"YU Si-min2，"WANG Qi1*，"LE Fang-jun2
（1.Gansu Desert Control Research Institude，"Lanzhou，"Gansu Province 730070，"China；2.College of Forestry，"Gansu Agricultural University，"Lanzhou，"Gansu Province 730070，"China）
Abstract：In order to investigate the drought resistance mechanism of Medicago sativa"L.，"water controled pot experiment was carried out with ‘Zhongmu No.1’"as plant material. Changes of leaf water physiology and anatomical structure at the levels of TA，"TB，"TC，"and TD （moderate，"slight，"mild and severe drought，"corresponding to maximum field water holding capacity of 80%-85%，"60%-65%，"40%-45% and 20%-25%）"on days 12，"24 and 36 of water control were investigated. The results showed that as water stress intensified，"leaf water potential and leaf moisture content were gradually decreased. The thickness of leaves，"the ratio of pal and sp （P/S）"of between palisade tissue and sponge tissue，"and the cell tension ratio （CTR）"of leaf structure were significantly reduced under TC and TD （Plt;0.05），"and the palisade tissue cells became smaller and arranged in multiple layers at TD level. The degree of main vein protrusion and the thickness of xylem significantly were increased （Plt;0.05）. Redundancy analysis shown that sponge tissue and leaf water potential of morning was highly correlated，"and closely related to water recovery of night time. The leaf water potential of midday was negatively correlated with main vein prominence，"and both regulated the absorption and transportation of limited soil moisture，"ensuring relative stability of leaf water to enhance its drought resistance.
Key words：Alfalfa；Soil water stress；Water physiology；Leaf anatomical structure；Redundancy analysis
水資源的相對(duì)匱乏和干旱化的持續(xù)發(fā)展是長(zhǎng)期以來(lái)制約我國(guó)中西部地區(qū)農(nóng)牧業(yè)生產(chǎn)發(fā)展的主要障礙［1］。在自然狀態(tài)下，植物組織含水量占組織鮮重的75%～90%，是植物生長(zhǎng)、發(fā)育、代謝等多種生理過(guò)程的重要參與者，水分的虧缺會(huì)嚴(yán)重影響植物的生長(zhǎng)發(fā)育和形態(tài)建成［2］。植物經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期的適應(yīng)性進(jìn)化，逐漸演化出適合其生存的調(diào)控機(jī)制與策略，以實(shí)現(xiàn)降低脅迫影響并提升適應(yīng)能力的目標(biāo)［3］。葉水勢(shì)和葉片相對(duì)含水量是水分生理變化的重要指標(biāo)［4］，一般情況下，土壤水分含量越低，植物葉水勢(shì)越低，吸水能力越強(qiáng)［5］，葉片相對(duì)含水量高的其水勢(shì)相應(yīng)較高。嚴(yán)重干旱脅迫下，霸王（Zygophyllum xanthoxylum）、白莖鹽生草（Halogeton arachnoideus）的葉水勢(shì)和葉片相對(duì)含水量均顯著降低［6-7］。葉片是植物體與環(huán)境進(jìn)行物質(zhì)與能量交換的主要器官［8］，對(duì)干旱敏感且可塑性較大，在干旱條件下，葉片的表型形狀和解剖結(jié)構(gòu)等均會(huì)發(fā)生適應(yīng)性改變，以增強(qiáng)植株的適應(yīng)能力［9］。如杜仲（Eucommia ulmoides）葉片受干旱影響海綿組織厚度、下表皮厚度顯著降低［10］。
紫花苜蓿（Medicago sativa L.）作為世界上廣泛栽培的豆科牧草，在控制水土流失、涵養(yǎng)水源、調(diào)節(jié)氣候和改善土壤肥力方面發(fā)揮重要作用，是草畜產(chǎn)業(yè)發(fā)展和生態(tài)恢復(fù)廣泛種植的草種［11］。紫花苜蓿在其生長(zhǎng)過(guò)程中需消耗大量水資源，然而我國(guó)西北地區(qū)廣泛分布著荒漠和沙漠等干旱土壤類(lèi)型，水資源極為匱乏。因此，干旱成為制約紫花苜蓿生長(zhǎng)及其推廣應(yīng)用的主要限制因素［12］?；ㄜ俎＃?em>Medicago ruthenica"L.）為豆科苜蓿屬多年生優(yōu)良牧草，在抗旱、耐寒、耐瘠薄等抗逆性方面遠(yuǎn)優(yōu)于紫花苜蓿，而且在適應(yīng)復(fù)雜多變的惡劣環(huán)境氣候中形成多樣的生活型，在對(duì)這一珍貴資源抗性育種、干旱脅迫下葉片解剖結(jié)構(gòu)特征的研究發(fā)現(xiàn)，抗旱性與其分布地域有關(guān)，干旱脅迫對(duì)其葉片解剖結(jié)構(gòu)具有顯著影響，隨干旱脅迫加劇其葉片柵欄組織厚度增大、海綿組織厚度變小，同時(shí)葉片組織結(jié)構(gòu)緊密度、葉脈突起度和葉片厚度均有明顯的增大［13］。有學(xué)者［14］在紫花苜蓿、黃花苜蓿（Medicago falcata"L.）干旱脅迫下葉片解剖結(jié)構(gòu)的研究中，得到與上述花苜蓿同樣的結(jié)論?！熊?號(hào)’為國(guó)內(nèi)育成的優(yōu)良品種，具有耐鹽堿、耐干旱等特性，在西北地區(qū)大面積種植，目前關(guān)于中苜系列品種的研究多集中在種子萌發(fā)、形態(tài)特征等方面并已逐漸過(guò)渡到生理生化及分子水平［15-20］，而關(guān)于中苜葉片水分生理和葉片解剖結(jié)構(gòu)與干旱脅迫關(guān)系的研究較少。本研究旨在通過(guò)探究土壤不同水分含量、持續(xù)不同時(shí)間長(zhǎng)度情況下‘中苜1號(hào)’葉片水分生理及其解剖結(jié)構(gòu)的變化，揭示紫花苜蓿在不同干旱土壤環(huán)境中，其葉片對(duì)持續(xù)干旱脅迫的響應(yīng)機(jī)理，為‘中苜1號(hào)’的推廣及在干旱地區(qū)的種植提供參考依據(jù)，為紫花苜蓿抗旱性的進(jìn)一步研究提供理論依據(jù)。
1 材料與方法
1.1 試驗(yàn)材料
試驗(yàn)材料選用紫花苜蓿優(yōu)良品種‘中苜1號(hào)’種子，實(shí)驗(yàn)種子選用甘肅農(nóng)業(yè)大學(xué)草業(yè)學(xué)院-4℃條件下儲(chǔ)存的新鮮備用種子。
1.2 試驗(yàn)方法
本試驗(yàn)選用26 cm×25 cm的塑料花盆，進(jìn)行盆栽控水試驗(yàn)研究。試驗(yàn)前每個(gè)花盆均裝有8.0 kg經(jīng)0.5 cm篩網(wǎng)過(guò)篩的壤土，同時(shí)每盆增施2.0 g的尿素。于2022年5月4日進(jìn)行播種，每盆播種50 粒，播種后充分澆水以確保正常萌芽出土。待出苗期結(jié)束且幼苗生長(zhǎng)穩(wěn)定后，每盆保留20 株生長(zhǎng)健壯且長(zhǎng)勢(shì)一致的植株，為了盡可能減少測(cè)試誤差，于6月20日對(duì)盆內(nèi)所有植株進(jìn)行了刈割處理，待生長(zhǎng)至7月1日分別稱(chēng)重后，開(kāi)始控水測(cè)試。實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)包括四個(gè)處理組：適度供水（TA）、輕度干旱（TB）、中度干旱（TC）和重度干旱（TD），分別對(duì)應(yīng)田間最大持水量的80%～85%，60%～65%，40%～45%和20%～25%。每個(gè)水分處理設(shè)計(jì)3個(gè)重復(fù)，控水時(shí)間分別為12 d，24 d和36 d，共計(jì)36 盆。在控水試驗(yàn)期間，為了防止天然降水對(duì)試驗(yàn)結(jié)果的影響，采用了可移動(dòng)的防雨棚對(duì)試驗(yàn)區(qū)進(jìn)行了遮擋，同時(shí)每天18：00—19：00對(duì)其稱(chēng)重和補(bǔ)水。
1.3 指標(biāo)測(cè)定
1.3.1 水分生理指標(biāo) 葉水勢(shì)：采用“壓力室”法，選擇清晨（5：00—7：00）和午間（12：00—14：00）兩個(gè)時(shí)間點(diǎn)，剪取植株上部10 cm左右?guī)~頂梢，用錫紙袋包裹平衡20 min，隨后將待測(cè)樣品放入壓力室，緩慢加壓，至切口出現(xiàn)汁液時(shí)，迅速停止加壓并讀數(shù)。每處理測(cè)定3個(gè)重復(fù)。
葉片相對(duì)含水量：采用Antolín等［21］的方法，選取植株中上部健康完好的10片葉片迅速放入鋁盒，立即測(cè)定其鮮重（W1），隨后將其置于水中并在上方覆以紗布浸泡8 h，取出后用吸水紙吸去葉片表面多余水分并稱(chēng)重記錄，再將葉片浸入水中1 h，取出稱(chēng)重，直到最后兩次稱(chēng)定數(shù)值相對(duì)誤差小于0.1%，即為葉片飽和鮮重（W2），最后將葉片放入烘箱于105℃下殺青30 min，再于80℃下烘干24 h至恒重，得葉片干重（W0）。根據(jù)下列公式進(jìn)行計(jì)算：
（1）
式中，W是葉片相對(duì)含水量，%；W1是葉片鮮重，g；W2是葉片飽和鮮重，g；W0是葉片干重，g。
植物水分調(diào)節(jié)行為判斷方法：通過(guò)清晨葉水勢(shì)（ΨPD）和午后葉水勢(shì)（ΨMD）來(lái)建立理論模型［22］：
（2）
式中：Λ為蒸騰速率最大時(shí)的水分運(yùn)輸能力，即時(shí)的；σ表示隨減少而下降的幅度，即模型的斜率。根據(jù)值大小對(duì)植物的水分調(diào)節(jié)行為進(jìn)行分類(lèi)：為嚴(yán)格等水調(diào)節(jié)；為嚴(yán)格非等水調(diào)節(jié)；為極端非等水調(diào)節(jié)；則為局部等水調(diào)節(jié)。
1.3.2 葉片解剖結(jié)構(gòu) 參考田晨霞等［23］石蠟切片方法，選擇植株自上而下第5～8分枝處完全展開(kāi)健康的葉片，沿葉片主脈的中部，用預(yù)先備好的專(zhuān)用切刀橫切成1 cm×0.5 cm的數(shù)個(gè)小塊，分別抽氣后用50%福爾馬林-醋酸-酒精（Formalin-Acetic acid-Alcohol，F(xiàn)AA）的固定液固定24 h，然后進(jìn)行脫水、透明、浸蠟和包埋處理，測(cè)得處理后的切片厚度為4 μm，此時(shí)再用番紅-固綠進(jìn)行雙重染色，將染色后的切片用中性樹(shù)膠封存，待光學(xué)顯微鏡下觀測(cè)。本實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)觀測(cè)的指標(biāo)分別為葉片厚度（Thickness of leaves，TL）、上表皮細(xì)胞厚度（Thickness of the upper epidermal cells，TUE）、下表皮細(xì)胞厚度（Thickness of the lower epidermal cells，TLE）、柵欄組織厚度（Thickness of the palisade parenchyma，TPT）、海綿組織厚度（Thickness of the sponge tissue，TST）、主脈厚度（"Main vein thickness，TV）、木質(zhì)部厚度（Thickness of the xylem，TX）、韌皮部厚度（Phloem thickness，TP），單位μm，并計(jì)算以下指標(biāo)：
柵海比（P/S）=柵欄組織厚度/海綿組織厚度"（3）
葉片組織結(jié)構(gòu)緊密度（CTR，%）=（柵欄組織厚度/葉片厚度）100%"（4）
主脈突起度（MPD，%）=（主脈厚度/葉片厚度）100%"（5）
1.4 數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析
試驗(yàn)所獲數(shù)據(jù)均以“平均值±標(biāo)準(zhǔn)偏差”形式表示。數(shù)據(jù)整理與計(jì)算采用Microsoft Excel 2019進(jìn)行，方差分析通過(guò)SPSS 22.0軟件完成，使用Origin 2021及GraphPad Prism 8.0軟件完成數(shù)據(jù)可視化。
2 結(jié)果與分析
2.1 水分脅迫對(duì)紫花苜蓿水分生理的影響
隨著水分脅迫的加劇，‘中苜1號(hào)’在清晨、午間的葉水勢(shì)均呈逐漸降低的趨勢(shì)。各控水階段，‘中苜1號(hào)’的清晨葉水勢(shì)TB與TA無(wú)顯著差異，隨著脅迫時(shí)間延長(zhǎng)，第24 d和36 d時(shí)，與TA相比較，TC分別下降了27.39%和21.97%，TD分別下降了49.20%和50.74%，差異顯著（Plt;0.05）（圖1A）?！熊?號(hào)’的午間葉水勢(shì)整體低于清晨葉水勢(shì)，各控水階段，TA與TB均無(wú)顯著差異，TC和TD差異顯著且均顯著低于TA（Plt;0.05）（圖1B）。通過(guò)建立清晨葉水勢(shì)（）和午間葉水勢(shì)（）理論模型（圖1C）發(fā)現(xiàn)，σ為0.82，在0到1之間，這表明‘中苜1號(hào)’能夠在一定程度上調(diào)節(jié)其葉片從早到晚的水勢(shì)穩(wěn)定性，和之間的水勢(shì)差隨下降而下降。
各控水階段，‘中苜1號(hào)’的葉片相對(duì)含水量隨水分脅迫加劇表現(xiàn)為T(mén)Bgt;TAgt;TCgt;TD。第12 d和24 d時(shí)，TD分別為86.32%和68.51%，較其他三個(gè)水分處理顯著降低（Plt;0.05）；第36 d時(shí)，TB與TA無(wú)顯著差異，TC，TD較TA分別降低了8.43%和18.47%，差異顯著（Plt;0.05）。隨著脅迫時(shí)間延長(zhǎng)，同一水分處理下葉片相對(duì)含水量均逐漸降低（圖2）。
2.2 水分脅迫對(duì)紫花苜蓿葉片解剖結(jié)構(gòu)的影響
2.2.1 葉表皮與葉肉特征 ‘中苜1號(hào)’的上、下表皮均由單層細(xì)胞緊密排列而成，細(xì)胞均呈扁平近似長(zhǎng)方形結(jié)構(gòu)，上表皮較厚，下表皮較上表皮薄，葉片的柵欄組織與海綿組織表現(xiàn)出明顯的分化。觀測(cè)發(fā)現(xiàn)，柵欄組織大體由1～3層細(xì)胞構(gòu)成，若在TA，TB和TC處理下，柵欄組織均呈現(xiàn)為1層排列較整齊、長(zhǎng)柱狀的細(xì)胞；而在TD處理下，柵欄組織2～3層的細(xì)胞緊密整齊排列，細(xì)胞長(zhǎng)度明顯變短。海綿組織為4～5層，排列較疏松，細(xì)胞近圓形，間隙較大（圖3）。
各控水階段，隨著水分脅迫加劇，‘中苜1號(hào)’葉片的上、下表皮厚度先減小后增大，均在TD下最大，不同處理間差異不顯著；葉片厚度、柵欄組織和海綿組織厚度均呈下降趨勢(shì)，TC和TD差異顯著，且均較TA，TB顯著減?。?em>Plt;0.05），與TA相比，TC和TD的葉片厚度在各控水階段分別降低16.79%，11.40%，6.87%和21.56%，16.21%，15.56%；柵欄組織厚度分別降低25.88%，17.38%，11.23%和36.40%，26.23%，29.56%；海綿組織厚度在TD下顯著低于TA（Plt;0.05）。柵欄組織與海綿組織厚度的比值及葉片組織結(jié)構(gòu)緊密度隨水分脅迫加劇均逐漸降低，在各控水階段，TC和TD處理下均顯著低于TA（Plt;0.05）（表1）。
2.2.2 葉片主脈結(jié)構(gòu)特征 經(jīng)番紅-固綠染色后紅色部分為木質(zhì)部，圓形細(xì)胞束狀排列，緊密?chē)@其周?chē)男A形細(xì)胞為韌皮部。TA和TB下‘中苜1號(hào)’葉片主脈維管束較小，TC和TD下，主脈厚度增加，木質(zhì)部也有所增加（圖4）。
各控水階段，隨著水分脅迫加劇，主脈厚度和木質(zhì)部厚度逐漸增大，均在TD下達(dá)最大值，第12 d時(shí)，主脈厚度在TC和TD下顯著增大（Plt;0.05），第24 d和36 d時(shí)，TB，TC，TD較TA分別增加了1.71%，5.47%，10.98%和1.92%，4.49%，8.65%，差異顯著（Plt;0.05）；木質(zhì)部厚度在TB，TC和TD下均較TA顯著增大（Plt;0.05）；韌皮部厚度未因水分脅迫而發(fā)生顯著變化，其厚度保持在29～34 μm范圍內(nèi)。主脈的凸起程度則隨著水分脅迫的加劇而逐漸增加，其中在處理TB，TC和TD下，主脈凸起度較處理TA均有顯著提升（Plt;0.05）（表2）。
采用冗余分析（Redundancy analysis，RDA）方法，將葉片解剖結(jié)構(gòu)的11個(gè)指標(biāo)作為響應(yīng)變量，將葉片相對(duì)含水量和葉水勢(shì)作為解釋變量，對(duì)其進(jìn)行分析（圖5）。ψMD和ψPD呈正相關(guān)關(guān)系，二者與RWC呈負(fù)相關(guān)關(guān)系；葉片厚度、海綿組織厚度、韌皮部厚度與ψPD呈正相關(guān)關(guān)系且相關(guān)性較強(qiáng)，相關(guān)性大小依次為TSTgt;TLgt;TP；葉片組織結(jié)構(gòu)緊密度、柵欄組織厚度、柵欄組織與海綿組織的比值，均與ψMD呈正相關(guān)關(guān)系，主脈突起度與ψMD呈負(fù)相關(guān)關(guān)系，相關(guān)性大小依次為MPDgt;CTRgt;TPTgt;P/S；結(jié)構(gòu)緊密度和柵海比均與RWC呈正相關(guān)關(guān)系，主脈厚度、木質(zhì)部厚度及葉片上、下表皮厚度均與RWC呈負(fù)相關(guān)，尤其主脈厚度和木質(zhì)部厚度與RWC相關(guān)性很強(qiáng)。葉片水勢(shì)和相對(duì)含水量對(duì)葉片解剖結(jié)構(gòu)指標(biāo)前2軸的累積解釋量占特征值總和的96.47%，即排序軸能夠有效反映水分生理與解剖結(jié)構(gòu)之間的變化特征。
3 討論
3.1 紫花苜蓿對(duì)干旱脅迫的生理響應(yīng)與適應(yīng)
葉水勢(shì)是直接反映植物水分狀況的重要生理指標(biāo)［24］，能夠靈敏地反映環(huán)境對(duì)植物水分平衡的影響，以及植物對(duì)水分脅迫的適應(yīng)能力［25］。當(dāng)植物感知到水分缺失時(shí)，會(huì)通過(guò)自我調(diào)節(jié)發(fā)生一系列生理生化反應(yīng)及改變形態(tài)結(jié)構(gòu)以適應(yīng)環(huán)境帶來(lái)的影響［26］。本研究中，隨著干旱脅迫的加劇，‘中苜1號(hào)’的清晨和午間葉水勢(shì)在中度和重度干旱下顯著降低（Plt;0.05），且清晨葉水勢(shì)整體高于午間葉水勢(shì)，在干旱脅迫下植株通過(guò)降低自身葉水勢(shì)來(lái)調(diào)節(jié)對(duì)土壤有限水分的吸收潛力，以增強(qiáng)對(duì)干旱脅迫環(huán)境的適應(yīng)能力和抵抗能力［27］。清晨葉水勢(shì)整體高于午間葉水勢(shì)的現(xiàn)象，可能與植物在白天通過(guò)蒸騰作用失去水分有關(guān)，進(jìn)一步說(shuō)明植物在干旱脅迫下通過(guò)調(diào)節(jié)葉水勢(shì)來(lái)維持水分平衡和增強(qiáng)抗旱能力［28］。缺水狀況下，土壤不能及時(shí)給植物補(bǔ)充水分，故葉水勢(shì)很低，這與Shafqat等［29］對(duì)柑橘（Citrus reticulata Blanco）的研究結(jié)果相似。葉片相對(duì)含水量是指在干旱脅迫條件下，葉片實(shí)際含水量與葉片在完全水分飽和狀態(tài)下所含最大水量的比值。通常情況下，葉片相對(duì)含水量越高，表明植物的保水能力和抗旱性越強(qiáng)［30-31］。在本研究中，葉片相對(duì)含水量在前24 d控水階段，除在重度干旱下顯著降低外，均維持在80%以上，表明‘中苜1號(hào)’在干旱脅迫初期具有較強(qiáng)的保水能力，可能是其適應(yīng)干旱脅迫的重要策略之一。然而在第36 d時(shí)中度和重度干旱下葉片相對(duì)含水量均顯著下降，這與Masheva等［32］對(duì)大豆［Glycine max"（L.）"Merr.］突變體的研究結(jié)果一致，說(shuō)明持續(xù)的干旱脅迫導(dǎo)致植物水分虧缺嚴(yán)重，葉片大量失水。
3.2 紫花苜蓿葉片組織結(jié)構(gòu)對(duì)干旱脅迫的響應(yīng)與適應(yīng)
葉片是植物對(duì)干旱脅迫應(yīng)答最敏感的器官之一，是控制植物與外界環(huán)境水分和氣體交換的開(kāi)關(guān)［33］。在水分虧缺條件下，植物通過(guò)調(diào)整葉片形態(tài)和解剖結(jié)構(gòu)以減少水分散失，從而適應(yīng)不利環(huán)境［34-35］。有研究表明植物的葉片和上下表皮細(xì)胞越厚，儲(chǔ)水能力越強(qiáng)，有利于防止水分散失［36］。本研究中，‘中苜1號(hào)’的葉片隨干旱脅迫加劇在中度和重度干旱下變薄，可能是脅迫使水分代謝受到影響，導(dǎo)致物質(zhì)合成受阻，進(jìn)而抑制了葉片的生長(zhǎng)，這與He等［37］和黨曉宏等［38］對(duì)干旱脅迫下油茶（Camellia oleifera）和濱藜屬（Atriplex）牧草的研究結(jié)果一致，表明不同植物種類(lèi)在應(yīng)對(duì)干旱脅迫時(shí)具有相似的葉片結(jié)構(gòu)調(diào)整策略。高度發(fā)達(dá)的柵欄組織不僅能夠有效保護(hù)葉肉細(xì)胞免受強(qiáng)光輻射的損傷，還能夠充分利用散射光進(jìn)行光合作用。研究表明，柵欄組織越厚，其細(xì)胞排列越緊密，越有助于提升植物的光合效能［39-40］。排列較為松散的海綿組織，可以散射光照而減少水分蒸發(fā)和耗散，提高植物對(duì)水分的利用效率［41］。本研究中，‘中苜1號(hào)’的柵欄和海綿組織厚度隨干旱脅迫加劇逐漸減小，在重度干旱下柵欄組織細(xì)胞變小呈多層緊密排列，海綿組織厚度顯著降低。柵欄組織與海綿組織的比值和葉片組織結(jié)構(gòu)緊密度均在中度脅迫下顯著降低（Plt;0.05），說(shuō)明水分虧缺條件下‘中苜1號(hào)’通過(guò)調(diào)整葉片結(jié)構(gòu)減少光照輻射對(duì)其的傷害，葉片內(nèi)部結(jié)構(gòu)適應(yīng)性調(diào)整以提高抗旱能力［38，41］。根據(jù)RDA分析推測(cè)‘中苜1號(hào)’的柵欄組織和海綿組織厚度的減小應(yīng)是受葉片總體厚度的抑制影響，李鴻雁等［42］通過(guò)探討6種豆科牧草葉片解剖特征與其抗旱性之間的關(guān)系，研究發(fā)現(xiàn)葉片厚度與柵欄組織厚度以及海綿組織厚度之間，均具有極顯著的正相關(guān)關(guān)系（Plt;0.01），相關(guān)系數(shù)分別為0.96和0.987。顯然，該結(jié)論與本文研究結(jié)果相一致，進(jìn)一步證明了葉片解剖特征在植物抗旱性中的重要性。
研究表明，葉片主脈的尺寸與植物體內(nèi)水分運(yùn)輸能力密切相關(guān)，主脈越粗大，其水分調(diào)控能力越強(qiáng)，主脈厚度與植物的抗旱性呈正相關(guān)關(guān)系［43］。維管組織中的木質(zhì)部和韌皮部同樣具有輸導(dǎo)水分和光合產(chǎn)物的功能［44］。本研究結(jié)果表明‘中苜1號(hào)’的主脈厚度和木質(zhì)部厚度隨水分脅迫加劇而增加，受水分脅迫影響，主脈增強(qiáng)水分運(yùn)輸能力，以應(yīng)對(duì)干旱。赤皮青岡葉片的主脈維管束在中度、重度干旱脅迫下變大，輸導(dǎo)能力提高，增強(qiáng)耐旱性［42］，與本研究結(jié)果一致。主脈突起度隨干旱脅迫的加劇逐漸增大，主脈突起度與水分運(yùn)輸有關(guān)［41］，重度干旱脅迫下通過(guò)增大主脈突起度，以更好的運(yùn)輸水分來(lái)適應(yīng)干旱逆境，從而維持生存，這與花苜蓿葉片解剖結(jié)構(gòu)對(duì)不同水分處理的響應(yīng)研究結(jié)果一致［13］。
植物的葉片解剖結(jié)構(gòu)是評(píng)價(jià)植物抗旱性的重要指標(biāo)［45］。從RDA分析中可以看出，葉片厚度、海綿組織厚度、韌皮部厚度分別與清晨葉水勢(shì)緊密相關(guān)，推測(cè)這三個(gè)指標(biāo)與葉片的水分恢復(fù)存在緊密聯(lián)系。而柵欄組織厚度、葉片組織結(jié)構(gòu)緊密度、柵欄組織與海綿組織的比值及主脈突起度與午間葉水勢(shì)緊密相關(guān)，這些指標(biāo)與苜蓿在強(qiáng)度干旱條件下的水分調(diào)節(jié)緊密相關(guān)，推測(cè)這幾項(xiàng)指標(biāo)的變化能更直接表征植株的抗旱能力［46］。其中，主脈突起度與午間葉水勢(shì)呈現(xiàn)強(qiáng)烈的負(fù)相關(guān)關(guān)系，這表明在水分虧缺較嚴(yán)重的情況下，‘中苜1號(hào)’可能是通過(guò)增加主脈的突起度維持水分的運(yùn)輸，增強(qiáng)其抗旱能力，這與許少祺［47］研究結(jié)果相似。
4 結(jié)論
水分脅迫使‘中苜1號(hào)’葉水勢(shì)和葉片相對(duì)含水量逐漸降低，葉片變薄；隨著脅迫加劇，柵欄組織、柵欄組織與海綿組織的比值及葉片結(jié)構(gòu)緊密度降低，主脈厚度、木質(zhì)部厚度及主脈突起度增加?！熊?號(hào)’通過(guò)降低午間葉水勢(shì)和增加主脈突起度來(lái)調(diào)節(jié)其植株體內(nèi)水分的吸收和運(yùn)輸，保持較穩(wěn)定的葉片相對(duì)含水量，以增強(qiáng)應(yīng)對(duì)土壤干旱脅迫下的適應(yīng)能力和抵抗能力。因此，葉片柵欄組織厚度、組織結(jié)構(gòu)緊密度、柵欄組織與海綿組織的比值及其主脈突起度可作為評(píng)價(jià)紫花苜?？购的芰Φ闹匾笜?biāo)。
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（責(zé)任編輯""閔芝智）
引用格式：姚澤， 于思敏， 王祺，"等.紫花苜蓿葉片水分生理及其解剖結(jié)構(gòu)的水分脅迫響應(yīng)[J].草地學(xué)報(bào)，2025，33（3）：823-830
Citation：YAO Ze， YU Si-min， WANG Qi， et al.Water Physiology and Anatomical Structure of"Medicago sativa"Leaves in Response to Water Stress[J].Acta Agrestia Sinica，2025，33（3）：823-830
基金項(xiàng)目：中央財(cái)政林草科技推廣示范項(xiàng)目（甘〔2024〕ZYTG003號(hào)）；甘肅省重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃—農(nóng)業(yè)領(lǐng)域（24YFNA010）；中央引導(dǎo)地方發(fā)展專(zhuān)項(xiàng)（24ZYQA052）資助
作者簡(jiǎn)介：姚澤（1971-），男，漢族，甘肅會(huì)寧人，碩士，高級(jí)工程師，主要從事生態(tài)林業(yè)研究，"E-mail：yaozeqq@163.com；"*通信作者Author for correspondence，"E-mail：wangqisxy@163.com
