旱澇交替脅迫對(duì)粳稻分蘗期葉片解剖結(jié)構(gòu)的影響

陸紅飛，郭相平，甄 博，喬冬梅，周新國(guó)，王振昌，劉春成，楊 泊

（1. 中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)田灌溉研究所，新鄉(xiāng) 453002； 2. 河海大學(xué)水利水電學(xué)院，南京 210098）

旱澇交替脅迫對(duì)粳稻分蘗期葉片解剖結(jié)構(gòu)的影響

陸紅飛1,2，郭相平2※，甄 博1，喬冬梅1，周新國(guó)1，王振昌2，劉春成1，楊 泊1

（1. 中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)田灌溉研究所，新鄉(xiāng) 453002； 2. 河海大學(xué)水利水電學(xué)院，南京 210098）

盆栽試驗(yàn)于2013年進(jìn)行，在粳稻分蘗期分別設(shè)置澇-輕旱（LD）和澇-重旱（HD）2種處理（澇保持水深10 cm），以淺水勤灌（保持水深0～5 cm，CK）為對(duì)照，研究了旱澇交替脅迫對(duì)水稻葉片解剖結(jié)構(gòu)的影響。結(jié)果表明，與CK相比，第1次旱5 d后（階段I），LD處理主脈截面積減小了31.13%，LD處理側(cè)葉大維管束面積和周長(zhǎng)分別降低了28.87% 和15.79%，HD處理則分別降低了24.74%和13.16%（P＜0.05）；LD和HD處理側(cè)葉小維管束面積和周長(zhǎng)也顯著減少。進(jìn)入澇脅迫5 d后（階段II），但LD處理小維管束周長(zhǎng)較HD處理顯著降低了0.13×102μm；HD處理除大維管束外其余指標(biāo)均超過(guò)了CK，說(shuō)明澇后重旱脅迫處理葉片發(fā)育表現(xiàn)出了一定的補(bǔ)償效應(yīng)。澇結(jié)束5 d后（階段III），LD和HD處理主脈面積分別較CK顯著減小了45.47%和53.79%，側(cè)葉器官發(fā)育也落后于CK。第2次旱5 d后（階段IV），LD和HD處理主脈大維管束面積分別較CK顯著降低了18.45%和29.13%；HD處理側(cè)葉大維管束面積和周長(zhǎng)則顯著低于CK和LD處理，HD處理側(cè)葉面積較CK減少了34.49%，LD和HD處理泡面積在受旱時(shí)均低于CK，階段III，泡面積則分別顯著減少了0.38×102和0.57×102μm2。重旱處理對(duì)水稻葉片的迫害在第2次重旱后加重，而輕旱處理則減輕。研究結(jié)果可為制定水稻灌溉方案以及研究光合能力提供依據(jù)。

脅迫；干旱；細(xì)胞；水稻；維管束；葉片；旱澇交替脅迫

陸紅飛，郭相平，甄 博，喬冬梅，周新國(guó)，王振昌，劉春成，楊 泊. 旱澇交替脅迫對(duì)粳稻分蘗期葉片解剖結(jié)構(gòu)的影響[J]. 農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào)，2017，33(7)：116－122.doi：10.11975/j.issn.1002-6819.2017.07.015 http://www.tcsae.org

Lu Hongfei, Guo Xiangping, Zhen Bo, Qiao Dongmei, Zhou Xinguo, Wang Zhenchang, Liu Chuncheng, Yang Bo. Effects of alternative stress of drought and waterlogging on rice leaf anatomical structure at tillering stage[J]. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering (Transactions of the CSAE), 2017, 33(7): 116－122. (in Chinese with English abstract)doi：10.11975/j.issn.1002-6819.2017.07.015 http://www.tcsae.org

0 引 言

維管束是水稻植株的主要微觀結(jié)構(gòu)，莖、葉、葉鞘中都有維管束[1-2]，其在植株體內(nèi)進(jìn)行長(zhǎng)距離運(yùn)輸，承擔(dān)了“源、庫(kù)、流”中的“流”的功能[3]。穗頸節(jié)間、1次枝梗、葉片、2次枝梗、葉鞘等5個(gè)部位形態(tài)解剖性狀關(guān)系緊密[4]，且穗莖節(jié)部位的大維管束能通過(guò)分離和合并來(lái)調(diào)節(jié)生長(zhǎng)[5]。水稻上部葉片、葉鞘中大維管束數(shù)均顯著高于下部葉片[6]，且葉鞘中的維管束數(shù)量稍多于葉片。葉脈是分布于葉肉組織中的維管束，是莖中維管束的分枝，起輸導(dǎo)和支持的作用。一般而言，維管束越大、數(shù)目越多，養(yǎng)分供應(yīng)就越好，有利于葉片的生長(zhǎng)和光合速率的提高[7]。另外，葉片中大而多的氣腔有利于葉部向下運(yùn)送更多氧氣至根部，以吸收更多的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)。葉中部和主脈一側(cè)葉片發(fā)育狀況也能夠反映水稻光合以及運(yùn)輸養(yǎng)分的能力。

土壤水分對(duì)水稻各器官的生長(zhǎng)及其功能起到重要作用。水稻的御旱性或受抑制程度與水稻根系、葉片形態(tài)結(jié)構(gòu)的關(guān)系密切[8-9]。在受到旱脅迫之后，水稻葉片大、小維管束，泡狀細(xì)胞數(shù)目均明顯減少，可能引起產(chǎn)量降低[10-11]，且維管束的大小能影響水分虧缺條件下水稻對(duì)水分的維持[12]。一般而言，在水稻幼苗期肥力對(duì)維管束的影響較為明顯；與肥料全部基施相比，氮肥分開(kāi)施用花序梗和葉片的導(dǎo)管總橫截面積更大，并可增加分化階段的導(dǎo)管數(shù)量和大小[13]。旗葉葉片和主莖鞘小維管束數(shù)目和橫截面積均隨著施氮水平的增加而增加[14]。水稻葉片主脈內(nèi)的維管束、氣腔的數(shù)目和大小或者葉肉細(xì)胞超微結(jié)構(gòu)及葉綠體基粒片層結(jié)構(gòu)差異可以作為水稻高產(chǎn)的評(píng)價(jià)指標(biāo)。目前針對(duì)不同品種[15]、干旱和水作條件下[16-17]水稻葉片解剖結(jié)構(gòu)的研究已取得諸多成果，也有學(xué)者從葉片解剖結(jié)構(gòu)來(lái)研究旱稻抗旱特性，但對(duì)于旱-澇交替脅迫條件下水稻葉片解剖結(jié)構(gòu)的研究較為少見(jiàn)。前人從根系解剖結(jié)構(gòu)上已證明了旱澇交替脅迫可以增強(qiáng)水稻抗倒伏能力[18]，針對(duì)莖解剖結(jié)構(gòu)的研究[19]也表明短期旱脅迫可促進(jìn)根系通氣組織的發(fā)育，而不會(huì)造成水稻耐澇能力的降低。水稻分蘗期易受水肥等環(huán)境因素影響，完全展開(kāi)葉的數(shù)目及發(fā)育情況對(duì)水稻干物質(zhì)的積累起著重要作用。本文擬通過(guò)盆栽試驗(yàn)，研究旱澇交替脅迫對(duì)水稻分蘗期葉片解剖結(jié)構(gòu)的影響，分析維管束、主脈等器官的發(fā)育狀況，剖析水稻抗旱耐澇能力，以期為分析水稻光合能力、養(yǎng)分輸送等提供依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)地氣象資料

試驗(yàn)地位于南京市江寧經(jīng)濟(jì)技術(shù)開(kāi)發(fā)區(qū)，該地四季分明，屬北亞熱帶季風(fēng)氣候區(qū)，年平均降水量為1 072.9 mm，平均年日照時(shí)數(shù)為2 017.2 h，年蒸發(fā)量為1 472.5 mm，年無(wú)霜期為 224 d，年平均氣溫為 15.7 ℃，年平均風(fēng)速2.5 m/s。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)采用盆栽人工控水方式，于水稻分蘗期進(jìn)行水分脅迫處理。水稻分蘗期試驗(yàn)方案為：設(shè)輕旱（LD）與重旱（HD）2個(gè)脅迫處理，均為旱-輕澇-旱連續(xù)脅迫各5 d，旱脅迫結(jié)束后立即轉(zhuǎn)入澇脅迫，且澇之后待水分自然落干進(jìn)入水分下限時(shí)第2次旱脅迫開(kāi)始，CK水深維持在0～5 cm。參照文獻(xiàn)[19-20]將田間持水率的60%作為水稻重度旱脅迫的水分下限，同時(shí)設(shè)置其水分上限為田間持水率的70%，而輕旱水分控制在田間持水率的70%～80%；輕澇為控制水深10 cm。水稻水分脅迫開(kāi)始前與結(jié)束后水分管理同CK，除水分脅迫外，其他管理同大田。

試驗(yàn)采用的水稻品種為“南粳44”。2013年5月上旬育秧，待秧苗生長(zhǎng)較為粗壯時(shí)（6月21日）選擇大小相同的秧苗移栽（均為3葉1心），在每個(gè)盆里種3穴，共6株，每個(gè)處理6次重復(fù)。試驗(yàn)在河海大學(xué)南方地區(qū)高效灌排與農(nóng)業(yè)水土環(huán)境教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室玻璃溫室內(nèi)進(jìn)行。5月初在試驗(yàn)地附件田地挖取供試土壤，經(jīng)檢測(cè)該處土壤為黏壤土，田間持水率為31.4%。將土平鋪在溫室平地上風(fēng)干，經(jīng)打碎、剔除石子并過(guò)0.5 mm篩后，裝桶備用。

試驗(yàn)盆缽為塑料桶（從南京市潤(rùn)泰市場(chǎng)購(gòu)置），其尺寸為：桶底、上口直徑分別為18、24 cm，高25.5 cm。試驗(yàn)時(shí)每盆裝干土7.5 kg（干土初始含水率為10.84%），干土中含全氮 60.1 mg/kg、速效氮 50.2 mg/kg、全磷39.4 mg/kg、速效磷9.58 mg/kg。施肥方案為：每盆施尿素（CO(NH2)2）、硫酸鉀（K2SO4）、磷酸二氫鉀（KH2PO4）和有機(jī)肥質(zhì)量分別為1.63、0.65、1.9和12.5 g，有機(jī)肥含氮質(zhì)量分?jǐn)?shù)為3.75%，每盆總施氮質(zhì)量為1.23 g（27.2 kg/hm2），所有肥料同時(shí)施入，將土與肥料攪拌均勻，并在大桶里搖勻后再裝桶，輕微震蕩，不壓實(shí)，盆中土壤體積質(zhì)量為1.29 g/cm3。采用稱質(zhì)量法控制土壤水分，上午、下午各稱量1次。澇脅迫時(shí)，將6盆水稻一并放入水箱中，維持水桶水深高于盆中土壤表面高度10 cm。

1.3 葉片解剖結(jié)構(gòu)觀測(cè)方法和觀測(cè)指標(biāo)

葉片解剖結(jié)構(gòu)觀測(cè)方法：第一次旱5 d后（階段I：7 月21日－7月25日）、澇5 d后（階段II：7月26日－7月31日）、澇結(jié)束后5 d（階段III：8月1日－8月5日）和第二次旱5 d后（階段IV：8月7日－8月12日），取3盆長(zhǎng)勢(shì)一致的水稻，在每個(gè)盆中選取2片完全展開(kāi)的倒二葉，共計(jì) 6片，用刀片切取葉片中部 8～10 mm葉段制作石蠟切片。葉片石蠟材料包埋、固定、切片、染色方法同文獻(xiàn)[19]。采用奧林巴斯生產(chǎn)的OLYMPUS-BX41顯微鏡觀察切片（20和40倍），通過(guò)Cell Sence Standard 軟件量測(cè)大（?。┚S管束數(shù)目、大（?。┚S管束面積（μm2）和周長(zhǎng)（μm）、主脈截面積（μm2）和周長(zhǎng)（μm）、泡狀細(xì)胞組面積（簡(jiǎn)稱泡面積，μm2）和主脈一側(cè)葉片（簡(jiǎn)稱為側(cè)葉）截面積（μm2），選擇紋理清晰的切片拍照，大、小維管束數(shù)目、側(cè)葉面積、主脈面積和周長(zhǎng)均記錄4組數(shù)據(jù)，主脈大、小維管束面積記錄8組數(shù)據(jù)，側(cè)葉大、小維管束和泡面積記錄12組數(shù)據(jù)。

采用EXCEL和SPSS軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)與分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 水稻葉片解剖結(jié)構(gòu)圖片分析

不同處理水稻葉片20（主脈）和40倍（側(cè)葉）解剖結(jié)構(gòu)如圖1所示。圖1中綠色、藍(lán)色部分分別為主脈大、小維管束，橙色部分為側(cè)葉大維管束，紫色和紅色部分分別為側(cè)葉小維管束和泡狀細(xì)胞組。從圖1中可以看出，各處理葉片大小維管束、氣腔、泡狀細(xì)胞組均清晰可見(jiàn)，發(fā)育均比較完整，不同處理各器官外形不同，但無(wú)法判別處理間的差異性。因此，必須從周長(zhǎng)、面積等指標(biāo)進(jìn)行細(xì)致分析。

圖1 各處理葉片解剖結(jié)構(gòu)Fig.1 Leaf anatomical structure of different treatments

2.2 分蘗期旱澇交替脅迫對(duì)水稻葉片主脈及大維管束面積、周長(zhǎng)的影響

不同處理水稻葉片主脈和大維管束面積、周長(zhǎng)見(jiàn)表1。由表1可知，第1次旱5 d后（階段I），各處理葉片大維管束數(shù)目相同；LD處理大維管束面積和周長(zhǎng)低于CK，但無(wú)顯著差異，而HD處理則與CK相接近；與CK相比，LD處理主脈截面積顯著減小了31.13%（P＜0.05）；LD 和HD處理主脈周長(zhǎng)均較CK有所降低，但差異不顯著。旱脅迫結(jié)束后，進(jìn)入澇脅迫，5 d后（階段II），各處理大維管束數(shù)目均為3個(gè)，但是LD和HD處理大維管束面積和周長(zhǎng)均顯著低于CK（P＜0.05），其中LD和HD處理主脈大維管束面積較CK顯著降低了22.22%和16.16% （P＜0.05）；LD和 HD處理主脈面積和周長(zhǎng)也低于 CK （P＞0.05）；另外，LD處理大維管束和主脈的面積和周長(zhǎng)與HD差異不顯著（P＞0.05），HD處理除大維管束外其余指標(biāo)均超過(guò)了CK，說(shuō)明澇后重旱脅迫處理葉片發(fā)育表現(xiàn)出了一定的補(bǔ)償效應(yīng)。

澇脅迫結(jié)束后5 d（土壤在逐漸干旱的過(guò)程中，此時(shí)盆中已無(wú)水層，階段III），LD和HD處理大維管束數(shù)目與CK無(wú)顯著差異；而LD和HD處理大維管束面積和周長(zhǎng)相接近，但仍低于CK；而LD和HD處理主脈面積分別較CK顯著減小了45.47%和53.79%（P＜0.05），主脈周長(zhǎng)則分別較CK減小了0.8×103和0.9×103μm（P＜0.05），水分脅迫處理葉片主脈的發(fā)育狀況遠(yuǎn)落后于CK。第二次旱5 d后（階段IV），與CK相比，LD和HD處理大維管束面積分別降低了18.45%和29.13%（P＜0.05），大維管束周長(zhǎng)則分別降低了9.77%和16.71%（P＜0.05），LD處理大維管束面積和周長(zhǎng)均高于HD處理，但差異不顯著；LD和HD處理主脈截面積和周長(zhǎng)與CK差異不顯著（P＞0.05），此時(shí)，脅迫處理葉片主脈的發(fā)育狀況接近于CK。

表1 水稻葉片主脈解剖結(jié)構(gòu)統(tǒng)計(jì)結(jié)果Table1 Statistical results of anatomical structure of main veins in rice leaves

2.3 分蘗期旱澇交替脅迫對(duì)水稻主脈一側(cè)解剖結(jié)構(gòu)的影響

不同處理水稻葉片主脈一側(cè)大小維管束發(fā)育狀況、泡面積和側(cè)葉面積如表2所示。由表2可知，階段I，LD 和HD處理大維管束數(shù)目與CK無(wú)顯著差異；與CK相比，LD處理大維管束面積和周長(zhǎng)分別降低了 28.87%和15.79%（P＜0.05），HD處理則分別降低了 24.74%和13.16%（P＜0.05）；而 LD和HD處理小維管束數(shù)目較CK分別減少了11.76%和4.81%（P＞0.05），且二者小維管束面積和周長(zhǎng)也顯著低于 CK（P＜0.05）；LD和 HD處理泡面積和側(cè)葉面積與CK無(wú)顯著差異，而HD處理泡面積顯著高于LD處理（P＜0.05）；此時(shí)，LD處理大（小）維管束面積和周長(zhǎng)、側(cè)葉面積均低于HD處理，且LD處理泡面積較HD處理顯著降低了11.11%（P＜0.05），說(shuō)明水稻經(jīng)歷重旱脅迫（HD處理）后，葉片的發(fā)育狀況優(yōu)于輕旱脅迫（LD處理）。

表2 水稻葉片側(cè)葉解剖結(jié)構(gòu)統(tǒng)計(jì)結(jié)果Table2 Statistical results of anatomical structure of lateral leaf of rice leaves

階段II，LD處理和HD處理大維管束數(shù)目與CK無(wú)顯著差異；與CK相比，LD和HD處理大維管束面積分別顯著降低了44.78%和39.55%（P＜0.05），大維管束周長(zhǎng)分別顯著降低了21.43%和16.67%（P＜0.05）；LD和HD處理小維管束數(shù)目均低于CK，但差異不顯著；各處理小維管束面積相接近；LD和HD處理小維管束周長(zhǎng)與CK無(wú)顯著差異，但 LD處理較 HD處理顯著減少了0.13×102μm（P＜0.05），二者泡面積和側(cè)葉面積與CK也無(wú)顯著差異；此時(shí)，LD處理側(cè)葉解剖結(jié)構(gòu)各項(xiàng)指標(biāo)均低于CK和HD處理，而HD處理除大維管束及小維管束數(shù)目外其余指標(biāo)均超過(guò)了CK，說(shuō)明澇后重旱脅迫處理葉片發(fā)育表現(xiàn)出了一定的補(bǔ)償效應(yīng)。

階段III，各處理大維管束數(shù)目與CK無(wú)顯著差異；與CK相比，LD和HD處理大維管束面積分別減少了27.27%和31.82%（P＜0.05），而周長(zhǎng)則分別減少了13.89% 和16.67%（P＜0.05）；LD和HD處理小維管束數(shù)目和周長(zhǎng)以及側(cè)葉面積均低于 CK，但處理間無(wú)顯著差異，而LD和 HD處理小維管束面積則分別較 CK顯著減少了20.0%和 18.82%（P＜0.05），泡面積則分別顯著減少了0.38×102和0.57×102μm2（P＜0.05），說(shuō)明經(jīng)過(guò)旱-澇脅迫后的一段時(shí)間內(nèi)，水稻葉片的發(fā)育狀況仍持續(xù)受到抑制；此時(shí)，LD處理葉片發(fā)育狀況逐漸恢復(fù)，大維管束面積和周長(zhǎng)、小維管束周長(zhǎng)以及泡面積均超過(guò)了 HD處理，但LD側(cè)葉面積低于HD處理。

階段 IV，各處理大維管束數(shù)目表現(xiàn)與澇結(jié)束后 5 d時(shí)無(wú)顯著差異；LD和HD處理大維管束面積和周長(zhǎng)均低于 CK，其中 HD處理大維管束面積降低了 30.56% （P＜0.05），但LD處理與CK無(wú)顯著差異，而HD處理則顯著低于CK和LD處理（P＜0.05）；不同于大維管束，LD和HD處理小維管束面積和周長(zhǎng)接近CK，二者小維管束數(shù)目與CK無(wú)顯著差異；LD處理泡面積較CK降低了10.33%（P＜0.05），而HD處理則與CK無(wú)顯著差異；HD處理側(cè)葉面積較CK顯著減少了34.49%（P＜0.05）；此時(shí)LD處理葉片發(fā)育狀況得到加強(qiáng)，除側(cè)葉面積及泡面積外，LD處理各指標(biāo)與CK無(wú)顯著差異。說(shuō)明前期經(jīng)歷輕旱-澇脅迫后，水稻抗旱能力得到增強(qiáng)。

3 討 論

水稻分蘗期對(duì)水分十分敏感，干旱和澇漬均會(huì)對(duì)水稻的生長(zhǎng)產(chǎn)生不利影響[21-23]。已有研究表明水稻分蘗后期進(jìn)行旱-輕澇不會(huì)引發(fā)葉片的衰老，卻有助于根系活力的提高[20]。本試驗(yàn)研究發(fā)現(xiàn)，旱脅迫5 d后（階段I），LD和HD處理主脈大維管束數(shù)目、主脈截面積和周長(zhǎng)均低于常規(guī)灌溉（CK），這與張佳宇[16]的研究結(jié)果相似。旱-澇脅迫后（階段II），LD和HD處理主脈大維管束面積和周長(zhǎng)顯著低于CK，這可能是因?yàn)楹禎畴p重脅迫對(duì)葉片的生長(zhǎng)產(chǎn)生了明顯的抑制。而在由澇轉(zhuǎn)入第 2次旱的過(guò)程中（階段III），LD和HD處理主脈大維管束的發(fā)育仍落后于 CK，且主脈面積和周長(zhǎng)與 CK的差異顯著（P＜0.05），尤其是主脈截面積，水分脅迫處理僅為 CK的1/2左右，原因可能是經(jīng)過(guò)旱澇雙重脅迫后水稻植株的生長(zhǎng)整體受到抑制，例如株高降低、分蘗減少等，葉片的發(fā)育也較慢，導(dǎo)致葉片比較瘦小。第2次旱脅迫后（階段IV），LD和HD處理主脈大維管束面積和周長(zhǎng)顯著低于CK，但是HD處理大維管束數(shù)目超過(guò)了CK，此時(shí)主脈截面積和周長(zhǎng)雖落后于CK，但差異不顯著，說(shuō)明水稻分蘗前期旱-澇脅迫并不會(huì)顯著降低分蘗后期的抗旱能力。階段I和階段II，LD處理主脈解剖結(jié)構(gòu)的發(fā)育均落后于HD處理，而進(jìn)入階段III時(shí)LD處理主脈截面積和周長(zhǎng)，以及階段IV LD處理大維管束面積和周長(zhǎng)均超過(guò)HD處理，但是二者之間差異均不顯著，說(shuō)明重旱和輕旱對(duì)葉片主脈的影響差異并不明顯，可能與主脈對(duì)干旱的敏感性有關(guān)。

旱澇交替脅迫減少了水稻葉片主脈一側(cè)大小維管束數(shù)目，這與宋俊喬等[24]研究結(jié)果較為相似。階段I至階段II，LD和HD處理側(cè)葉大維管束面積和周長(zhǎng)均顯著低于CK；階段I時(shí)LD和HD處理側(cè)葉小維管束面積和周長(zhǎng)均顯著低于CK，而階段II時(shí)LD和HD處理小維管束發(fā)育得到恢復(fù)，尤其是HD處理小維管束面積和周長(zhǎng)均超過(guò)了CK和LD處理，且周長(zhǎng)顯著高于CK，說(shuō)明澇后水稻小維管束表現(xiàn)出一定的補(bǔ)償效應(yīng)。但是階段I和階段II，各處理泡面積和側(cè)葉面積差異并不是十分顯著，并且階段II時(shí)HD處理側(cè)葉面積較CK高10.94%，也表現(xiàn)出補(bǔ)償效應(yīng)。階段III側(cè)葉解剖結(jié)構(gòu)的表現(xiàn)與主脈相似，大小維管束面積和周長(zhǎng)、泡面積、側(cè)葉面積均較CK有較大降幅，其中 LD處理小維管束面積和側(cè)葉面積降幅分別為20%和23.20%，HD處理大維管束面積和泡面積分別降低了31.82%和25.00%，可能是由于葉片水分和養(yǎng)分得不到充分供給導(dǎo)致其發(fā)育不良。到階段IV時(shí)，LD處理大維管束面積和周長(zhǎng)雖仍低于CK，但差異不顯著，HD處理則顯著低于CK和LD處理，說(shuō)明重旱對(duì)側(cè)葉大維管束的抑制作用大于輕旱。階段IV時(shí)LD和HD處理小維管束面積和周長(zhǎng)與 CK無(wú)差異，但是泡面積和側(cè)葉面積均較CK有較大差距，說(shuō)明水稻葉片不同器官的抗旱特性表現(xiàn)不一。

綜合水稻主脈和側(cè)葉解剖結(jié)構(gòu)的變化可以發(fā)現(xiàn)，從階段I至階段II，LD處理解剖結(jié)構(gòu)相關(guān)指標(biāo)先低于HD處理，階段III至階段IV，LD處理部分指標(biāo)高于HD處理，且部分指標(biāo)接近CK，說(shuō)明水稻多次經(jīng)歷重旱不利于水稻葉片發(fā)育，而多次輕旱則對(duì)水稻葉片發(fā)育造成的不利影響相對(duì)較弱，同樣輕旱對(duì)莖[18]和根[19]解剖結(jié)構(gòu)的不利影響也弱于重旱。旱澇交替脅迫促進(jìn)分蘗期根系的發(fā)育和通氣組織的較早形成[19]，對(duì)水稻根的生長(zhǎng)發(fā)育產(chǎn)生了積極作用，而旱澇交替則限制了分蘗期葉片大小維管束的發(fā)育，不利于葉片生長(zhǎng)，主要表現(xiàn)為葉面積的降低和葉片生長(zhǎng)的萎縮[25]。這可能是因?yàn)楦珊禇l件下，葉片失水較多，正常發(fā)育所需水分和養(yǎng)分得不到滿足，而根系則不斷調(diào)整以提高從干旱土壤中吸水的能力，并增強(qiáng)輸水能力以維持水稻在逆境下的生長(zhǎng)能力。

已有研究[26]表明分蘗期旱澇交替脅迫能顯著降低光合速率、氣孔導(dǎo)度，且分蘗期末輕旱和重旱處理葉片干物質(zhì)量極顯著低于CK[27]，可能與葉片解剖結(jié)構(gòu)的發(fā)育受限有關(guān)，尤其是與維管束面積的發(fā)育關(guān)系密切，這一點(diǎn)需要進(jìn)一步進(jìn)行光合指標(biāo)和養(yǎng)分積累與解剖結(jié)構(gòu)相關(guān)指標(biāo)的相關(guān)性分析進(jìn)行驗(yàn)證；另外，針對(duì)光合作用的研究也證明了前期受旱并不會(huì)降低后期水稻耐澇能力，前期輕度旱澇脅迫卻能顯著提高水稻后期抗旱能力。

分蘗期水稻葉片位置尚未完全固定（劍葉未展開(kāi)），且不同葉位葉片解剖結(jié)構(gòu)差異較大[28]，這一點(diǎn)需要加強(qiáng)研究。徐靜等[29]研究發(fā)現(xiàn)水稻窄葉基因主要通過(guò)調(diào)控生長(zhǎng)素的合成與極性運(yùn)輸、維管組織的發(fā)育和分布，影響葉片維管束的數(shù)目。另外，分析葉片解剖結(jié)構(gòu)的變化，可以反映水稻運(yùn)輸養(yǎng)分的能力，主要從“流”的角度來(lái)分析其對(duì)水稻光合作用的影響，但光合還受氣孔[30]、葉綠體等器官的影響，因此需要加強(qiáng)葉片電鏡掃描、化學(xué)微觀成分、超微結(jié)構(gòu)[7,15]、分子遺傳學(xué)、大維管束和泡狀細(xì)胞面積比以及泡狀細(xì)胞下陷深度等方面的研究，并考察分蘗期旱澇交替脅迫結(jié)束后復(fù)水時(shí)水稻葉片在拔節(jié)期、抽穗期等的變化，以更加全面地評(píng)價(jià)旱澇交替脅迫下水稻葉片的發(fā)育。

4 結(jié) 論

1）水稻分蘗期旱脅迫能夠顯著限制側(cè)葉大、小維管束的發(fā)育，但對(duì)主脈大維管束的影響較弱；旱-澇脅迫后主脈和側(cè)葉大維管束的面積和周長(zhǎng)顯著降低，其中LD和HD處理主脈大維管束面積較CK顯著降低了22.22%和16.16%（P＜0.05），但側(cè)葉小維管束、泡狀細(xì)胞組、側(cè)葉截面積的變化不明顯；受旱后水稻仍然有一定的耐澇能力。

2）在水稻進(jìn)入第2次干旱脅迫的過(guò)程中，前期葉片所受迫害仍未消除，主要表現(xiàn)在主脈和側(cè)葉大、小維管束的面積和周長(zhǎng)以及泡狀細(xì)胞組面積顯著降低，其中LD 和HD處理主脈面積較CK顯著降低了45.47%和53.79%，而泡面積則分別減少了 0.38×102和 0.57×102μm2（P＜0.05）。

3）旱-澇-旱脅迫后，主脈大維管束發(fā)育仍受到抑制，而輕旱處理（LD）側(cè)葉除泡狀細(xì)胞組面積顯著降低了10.33%（P＜0.05），其余葉片器官發(fā)育較為正常，但重旱處理（HD）側(cè)葉大維管束和側(cè)葉截面積顯著降低了30.56%和34.49%。前期輕旱與澇脅迫并不會(huì)降低水稻后期的耐旱能力。

綜合來(lái)看，水稻分蘗期經(jīng)歷 2次輕旱后葉片發(fā)育仍然比較良好，但應(yīng)避免水稻經(jīng)歷多次重旱。

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Effects of alternative stress of drought and waterlogging on rice leaf anatomical structure at tillering stage

Lu Hongfei1,2, Guo Xiangping2※, Zhen Bo1, Qiao Dongmei1, Zhou Xinguo1, Wang Zhenchang2, Liu Chuncheng1, Yang Bo1
(1.Farmland Irrigation Research Institute, Chinese Academy of Agricultural Sciences, Xinxiang453002,China; 2.College of Water Conservancy and Hydropower Engineering, Hohai University, Nanjing210098,China)

Vascular bundle is the main microstructure of rice plants, which is conducive to the growth of leaf and photosynthetic rate, and the greater the vascular bundle, the more the number, the better the supply of nutrients. Pot experiments were performed to research the effects of alternative stress of drought and waterlogging at tillering stage on rice leaf anatomical structure, including the number, area and perimeter of large (small) vascular bundles, sectional area and perimeter of major vein, area of bulliform cell group and sectional area of side blade, and 2 treatments were set up in 2013: waterlogging - light drought (LD) and waterlogging - severe drought (HD), in which the water depth of waterlogging was 10 cm, using regular irrigation (CK) as the control. The experiments were conducted in the greenhouse of Key Laboratory of Efficient Irrigation-Drainage and Agricultural Soil-Water Environment in Southern China (Hohai University), Ministry of Education. The results showed that alternative stress of drought and waterlogging decreased the number of large (small) vascular bundles, but there was no significant difference compared to the CK; after the first drought for 5 d (Stage I), the sectional area of major vein of LD treatment was reduced by 31.13% compared to the CK (P＜0.05), and that of HD treatment was reduced by 13.9×104μm2, which yet had no significant difference with the CK; the area and perimeter of large vascular bundle of side blade were reduced by 28.87% and 15.79% for LD treatment, respectively, and by 24.74% and 13.16% for HD treatment, respectively, and the area and perimeter of small vascular bundle of side blade for LD and HD treatments were also lower than that of the CK. After waterlogging for 5 d (Stage II), the perimeter of small vascular bundle of side blade for LD and HD treatments had no significant difference with the CK, and that of LD treatment was reduced by 0.13×102μm compared to HD treatment. Except large vascular bundle, other indices of HD treatment were all over than the CK, indicating that leaf development showed a certain compensation effect. Five days after waterlogging (Stage III), the sectional area of major vein of LD and HD treatments was significantly reduced by 24.6×104and 29.1×104μm2respectively compared to the CK, and the development of side blade organ was also behind the CK. After the second drought for 5 d (Stage IV), the area of large vascular bundle of major vein for LD and HD treatments was significantly reduced by 19.42% and 29.13% respectively compared to the CK; the area and perimeter of large vascular bundle of side blade under LD treatment had no significant difference with the CK, and those under HD treatment were significantly lower than LD treatment and CK. The areas of bulliform cell group of LD and HD treatments were lower than the CK when the rice was in drought, and especially in Stage III, the areas of bulliform cell group were significantly reduced by 0.38×102and 0.57×102μm2, respectively; the sectional areas of side blade of LD and HD treatments in Stage I, III and IV were lower than the CK, while in Stage II, the sectional area of side blade of HD treatment was higher than the CK, but the difference was not significant. After the water stress, the development of the main vein’s large vascular bundle was inhibited, and the development of side blade was also subject to certain persecution, but the persecution of rice leaves under severe drought treatment was increased after the second drought stage, while it was reduced under light drought treatment, indicating that the rice drought tolerance was enhanced, and after the drought stress, the waterlogging tolerance of rice was still strong. The results of this study can provide the basis for the development of appropriate water management plan and the research of rice photosynthesis.

stresses; drought; cells; rice; vascular bundle; leaf; alternative stress of drought and waterlogging

10.11975/j.issn.1002-6819.2017.07.015

S274.1

A

1002-6819(2017)-07-0116-07

2016-10-09

2017-04-01

國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目（51070942、51309080）；“十二五”公益性行業(yè)（農(nóng)業(yè)）科研專項(xiàng)經(jīng)費(fèi)資助項(xiàng)目（201203077、201203032）；中央級(jí)科研院所基本科研業(yè)務(wù)費(fèi)專項(xiàng) （中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)田灌溉研究所） 資助項(xiàng)目（1610262016028）；江蘇省水利科技項(xiàng)目

陸紅飛，江蘇淮安人，助理研究員，主要從事節(jié)水灌溉理論與技術(shù)研究。新鄉(xiāng) 中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)田灌溉研究所，453002。

Email：gofeigo@sina.com

※通信作者：郭相平，山東人，教授，博士，主要從事農(nóng)業(yè)水土工程研究。南京 河海大學(xué)水利水電學(xué)院，210098。

Email：xpguo@hhu.edu.cn