空氣鳳梨葉片解剖結(jié)構(gòu)與抗逆相關(guān)性

方敏彥，章 明，戴 丹，顧海荔，鄒思潔

(1.江蘇農(nóng)林職業(yè)技術(shù)學院，江蘇 句容 2124001； 2.句容市園林管理中心，江蘇 句容 212400)

空氣鳳梨葉片解剖結(jié)構(gòu)與抗逆相關(guān)性

方敏彥1，章 明2，戴 丹1，顧海荔1，鄒思潔1

(1.江蘇農(nóng)林職業(yè)技術(shù)學院，江蘇 句容 2124001； 2.句容市園林管理中心，江蘇 句容 212400)

利用石蠟切片技術(shù)對空氣鳳梨葉片解剖結(jié)構(gòu)進行研究，并通過脅迫條件下丙二醛含量變化的測定，研究空氣鳳梨的抗逆性。結(jié)果表明，空氣鳳梨的角質(zhì)層厚度、柵欄組織排列、維管束數(shù)量等影響其抗逆性。通過研究不是空氣鳳梨原產(chǎn)地的我國大部分地區(qū)，選擇適宜生長的環(huán)境。

空氣鳳梨； 解剖結(jié)構(gòu)； 抗逆性； 生長環(huán)境

空氣鳳梨(Tillandsia)又名氣生鐵蘭，原產(chǎn)于中、南美洲的熱帶、亞熱帶地區(qū)[1]，屬于鳳梨科多年生草本植物[2]，其中以鳳梨科鐵蘭屬為主。由于空氣鳳梨的觀賞性和價值較為獨特，21世紀初我國開始了對這一物種的引進，空氣鳳梨便逐漸在園林藝術(shù)、環(huán)境保護等方面嶄露頭角。

對于不是空氣鳳梨原產(chǎn)地的我國大部分地區(qū)而言，想要讓引進的品種正常生長，就必須要綜合研究適合其生長發(fā)育的栽培及繁育條件[3]?？諝怿P梨是一種特殊的植物，其形態(tài)特征和生長方式都不同于其他普通的植物。本文側(cè)重研究其耐陰、耐寒、抗旱性能?？諝怿P梨生長所需要的水分和營養(yǎng)物質(zhì)均來自于空氣，無需借助于土壤，而葉片作為其暴露在空氣中最多的部分，勢必會成為吸收水分和營養(yǎng)物質(zhì)的主要器官，結(jié)構(gòu)是功能的基礎(chǔ)[4]，所以氣生鳳梨葉片表面或內(nèi)部一定有些特殊的結(jié)構(gòu)存在，幫助其行使吸收水分和營養(yǎng)物質(zhì)的功能[5]，而具不同抗逆性的品種，其結(jié)構(gòu)也會有一定的異同。

該試驗選擇4種有代表性的空氣鳳梨和1種有代表性的地生鳳梨，觀察其葉片結(jié)構(gòu)的差異，包括氣孔狀態(tài)、維管束位置等，并分別進行遮蔭、低溫、干旱的脅迫，對其表現(xiàn)出的抗逆性進行分類，分析空氣鳳梨的葉片結(jié)構(gòu)與抗逆性之間的關(guān)系。

1 材料與方法

1.1 供試材料

霸王(T.xerographica)、扭葉鐵蘭(T.streptophylla)、維路提娜(T.velutina)、三色鐵蘭(T.tricolor)等4種空氣鳳梨，以及地生鳳梨朱頂紅(Hippeastrumadvena)，挑選生長狀況良好的單株。

1.2 方法

1.2.1 石蠟切片法觀察葉片解剖結(jié)構(gòu)

固定。將葉片切成4 mm×6 mm的小塊，切好的材料用清水沖洗后投入FAA固定液中固定，固定液體積為固定組織的20倍為宜。

軟化。固定24 h后，用10%HF酸軟化7 d。

脫水、透明。經(jīng)過軟化的材料脫水前先用自來水沖洗干凈，再轉(zhuǎn)入30%的乙醇進行脫水→70%乙醇(番紅預(yù)染，過夜)(70%乙醇100 mL里加0.5 g番紅)→85%乙醇(1 h)→95%乙醇(1 h)→無水乙醇(1 h)→無水乙醇(0.5 h)→3/4乙醇+1/4二甲苯(1 h)→1/2乙醇+1/2二甲苯(1 h)→1/4乙醇+3/4二甲苯(1 h)→二甲苯(1 h)→二甲苯(0.5 h)。

滲蠟。封蠟完畢后置于37 ℃的電熱恒溫培養(yǎng)箱中24～48 h。將電熱恒溫箱升溫至60 ℃約0.5 h，倒去約1/3體積石蠟與二甲苯的混合物，加入等體積純蠟(1～2 h)→倒去約1/2體積石蠟與二甲苯的混合物，加入等體積純蠟(1～2 h)→純蠟Ⅰ(1～2 h)→純蠟Ⅱ(1～2 h)，0.5 h后進行包埋。

包埋。先準備鑷子、酒精燈、一盆冷水、包埋用的紙盒及火柴。準備包埋用的紙盒必須用硬質(zhì)而光滑的紙折成，紙盒的大小可根據(jù)材料的大小及多少而定。包埋時將純凈的石蠟倒入紙盒內(nèi)，然后把鑷子在酒精燈上燒熱，趕走石蠟內(nèi)的氣泡。用鑷子將材料放入紙盒內(nèi)，迅速把材料排列整齊。待石蠟開始凝固時，將紙盒平放入冷水中，使石蠟很快冷凝；或?qū)⒉牧现苯臃湃胙b有石蠟的紙盒中過夜，便可將蠟塊從紙盒中取出。

修塊、切片。將石蠟塊修成梯形，用刀片將材料周圍多余的石蠟切去，使切面盡可能小，但不要擠壓到材料。裝置材料，調(diào)整厚度標志器，使所指刻度正適合所要厚度。蠟塊硬度和切片速度都會影響切片質(zhì)量。

粘片。將一小滴粘貼劑涂在載玻片上(載玻片需事先經(jīng)過95%酒精浸泡數(shù)小時，用布擦干)，用手指涂勻，將蠟帶輕放到載玻片上，并滴加3%的福爾馬林，使蠟帶展開。將帶有蠟帶的載玻片放在溫臺上，使表面烤干。將載玻片置于37 ℃電熱恒溫培養(yǎng)箱中2～5 d，加速其干燥。

染色。采用番紅-固綠對染法。二甲苯Ⅰ(20 min)→二甲苯Ⅱ(20 min)→1/2二甲苯+1/2乙醇(5 min)→100%乙醇(5 min)→95%乙醇(5 min)→85%乙醇(5 min)→70%乙醇(5 min)→50%乙醇(5 min)→30%乙醇(5 min)→1%番紅(12 h)→50%乙醇(5 min)→70%乙醇(5 min)→85%乙醇(5 min)→95%乙醇(5 min)→0.1%固綠(1～3 min)→95%乙醇(5 min)→100%乙醇Ⅰ(5 min)→100%乙醇Ⅱ(5 min)→1/2二甲苯+1/2乙醇(5 min)→二甲苯Ⅰ(20 min)→二甲苯Ⅱ(20 min)。

封片、鏡檢。迅速將蓋玻片從二甲苯中取出(不能使二甲苯干很久后才封片)，滴1～2滴中性樹膠封片，蓋上蓋玻片，盡量避免有氣泡產(chǎn)生，37 ℃電熱恒溫培養(yǎng)箱中烘干過夜后，用光學顯微鏡觀察并拍照。

1.2.2 脅迫處理測定丙二醛含量

對供試材料分別進行遮蔭、低溫、干旱脅迫處理，同時設(shè)置對照試驗。

丙二醛(MDA)的提取。稱取受逆境脅迫的植物葉片1 g，加入少量石英砂和10%三氯乙酸TCA 2 mL，研磨至勻漿，再加8 mL 10%三氯乙酸TCA進一步研磨，勻漿以4 000 r·min-1離心10 min，取其上清液。

顯色反應(yīng)及測定。取4支干凈試管，編號，3支為樣品管(重復3次)，各加入提取液2 mL，對照管加蒸餾水2 mL，然后各管再加入2 mL的0.6%硫代巴比妥酸TBA。搖勻，混合液在沸水浴中反應(yīng)15 min，迅速冷卻后再離心。取上清液分別在450、532和600 nm波長下測定消光度(D值)。

結(jié)果計算。MDA濃度/(μmol·L-1)=6.45(D532-D600)-0.56D450，MDA含量/(μmol·g-1)=(MDA濃度×提取液體積)/植物組織鮮重。

利用Excel對不同逆境脅迫下丙二醛進行統(tǒng)計分析計算平均數(shù)、標準差，并進行差異顯著性分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 葉片剖面結(jié)構(gòu)

由圖1和表1可知，三色鐵蘭、霸王、地生鐵蘭的角質(zhì)層較厚；霸王、扭葉鐵蘭、維路緹娜的柵欄組織較發(fā)達；三色鐵蘭、霸王、扭葉鐵蘭、維路緹娜的維管束數(shù)量多；三色鐵蘭、霸王、扭葉鐵蘭的維管束鞘明顯。

表1 不同鳳梨品種的葉片結(jié)構(gòu)特點

2.2 抗逆性

干旱脅迫下不同品種丙二醛含量的變化不同。在干旱逆境條件下活性氧量超過閥值，其毒害之一是直接引發(fā)或加劇膜脂的過氧化作用，使膜上的不飽和脂肪酸氧化，導致其終產(chǎn)物MDA含量增加，即抗旱植株MDA含量變化小。

由表2～3可知，品種間抗旱性強弱為霸王>三色鐵蘭>維路提娜>扭葉鐵蘭，供試品種間差異顯著。后兩者的差異不顯著。低溫脅迫下不同品種丙二醛含量的變化不同。MDA是膜脂過氧化的產(chǎn)物,其含量變化反映自由基傷害的程度，耐寒變異體植株的MDA含量變化較小。

表2 供試材料干旱脅迫下丙二醛變化量

圖1 不同鳳梨品種的剖面結(jié)構(gòu)

品種MDA/(μmol·g-1)正?？购底兓蛋酝?.7960.7540.042a三色鐵蘭1.0061.4840.478b扭葉鐵蘭0.1881.5181.330c維路提娜1.1981.8660.668b

根據(jù)數(shù)據(jù)得出抗寒性的強弱：霸王>三色鐵蘭>維路提娜>扭葉鐵蘭，供試品種間差異顯著。低溫脅迫下不同品種丙二醛含量的變化不同。光強的變化會對抗氧化脅迫的能力產(chǎn)生影響。隨著光強的減弱MDA含量上升。由表4可知，品種間耐陰性強弱為維路提娜>三色鐵蘭>扭葉鐵蘭>霸王，供試品種間差異顯著。

表4 供試材料遮蔭脅迫下丙二醛變化量

2.3 抗逆性與葉片解剖結(jié)構(gòu)的相關(guān)性

試驗測得抗旱性強弱依次為霸王>三色鐵蘭>維路提娜>扭葉鐵蘭。觀察其解剖結(jié)構(gòu)可以發(fā)現(xiàn)，葉片表皮角質(zhì)層厚度，葉肉組織及維管束的發(fā)達程度與抗旱性密切相關(guān)。如抗旱性最強的霸王,其葉片角質(zhì)層最厚, 葉肉組織及維管束最發(fā)達,抗旱性最弱的扭葉鐵蘭,其葉片角質(zhì)層較薄, 葉肉組織雖發(fā)達,維管束分布較少。試驗測得抗寒性強弱依次為：霸王>三色鐵蘭>維路提娜>扭葉鐵蘭，這與抗旱性的研究結(jié)果高度一致，說明葉片解剖結(jié)構(gòu)與供試品種的抗旱及抗寒性的相關(guān)性較為一致。試驗測得耐陰性強弱依次為：維路提娜>三色鐵蘭>扭葉鐵蘭>霸王，雖有研究報道葉片解剖結(jié)構(gòu)與耐陰性有一定相關(guān)性，但本試驗葉片解剖結(jié)構(gòu)與耐陰性強弱并無直接相關(guān)性。

3 討論

對于非空氣鳳梨原產(chǎn)地的我國大部分地區(qū)而言，其葉片解剖結(jié)構(gòu)與功能關(guān)系有著一定的適應(yīng)性變化。據(jù)本試驗得出，不同品種空氣鳳梨的葉片解剖特征存在不同程度的差異，為能適應(yīng)所在環(huán)境，也都具有相似的抗逆結(jié)構(gòu)特征。

3.1 空氣鳳梨葉片解剖結(jié)構(gòu)的特殊性

空氣鳳梨的解剖結(jié)構(gòu)比較特殊，較其他單子葉植物而言，角質(zhì)層和柵欄組織更厚，葉肉組織更發(fā)達，維管束更多。

3.2 空氣鳳梨葉片解剖與抗逆功能相關(guān)性

角質(zhì)層是不透水的脂肪性物質(zhì)，可減緩水分蒸發(fā)，具有一定的機械支撐能力[6]。角質(zhì)層厚度與植物所在環(huán)境密切相關(guān)，角質(zhì)層越厚，對細胞的受害緩沖作用越有利，因此角質(zhì)層厚度可用于評價植物的抗性[7]。

葉肉組織可避免干旱環(huán)境下強烈光照對葉肉的灼傷，還可有效利用衍射光進行光合作用[8]。耐寒品種主要的葉片特征為葉肉組織發(fā)達、分化程度高、柵欄組織厚、排列緊密等特點，這與韓善華等[9]的研究相符合。維管束主要起輸導和機械支持的作用，發(fā)達的維管束和強化的機械組織能提高植物對逆境的防御能力[10]。

空氣鳳梨的葉片結(jié)構(gòu)與功能關(guān)系之間的影響因素有很多，要用多個指標從多方面來綜合研究才算比較客觀。其抗逆性與很多的因素相關(guān)，本文只針對葉片的解剖結(jié)構(gòu)方面來研究?？諝怿P梨該品種比較奇特，研究價值較高，葉片結(jié)構(gòu)與功能關(guān)系之間還有待繼續(xù)研究。

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(責任編輯：張瑞麟)

2016-12-02

江蘇農(nóng)林職業(yè)技術(shù)學院面上項目(2014kj21)

方敏彥(1980—)，女，浙江永康人，副研究員，博士，從事園林植物栽培和育種研究工作，E-mail：398621546@qq.com。

10.16178/j.issn.0528-9017.20170447

S682

A

0528-9017(2017)04-0702-03

文獻著錄格式：方敏彥，章明，戴丹，等. 空氣鳳梨葉片解剖結(jié)構(gòu)與抗逆相關(guān)性[J].浙江農(nóng)業(yè)科學，2017，58(4)：702-704，708.