袁柳嬌,戴連英,余如鳳,陳文蓮,劉鍇棟

(嶺南師范學(xué)院生命科學(xué)與技術(shù)學(xué)院，廣東 湛江 524048)

?

生活污水對(duì)桐花樹、秋茄葉片結(jié)構(gòu)特征及生長(zhǎng)的影響

袁柳嬌,戴連英,余如鳳,陳文蓮,劉鍇棟

(嶺南師范學(xué)院生命科學(xué)與技術(shù)學(xué)院，廣東 湛江 524048)

對(duì)采自廣東省湛江市霞山區(qū)觀海長(zhǎng)廊的無污染區(qū)和污染區(qū)桐花樹與秋茄所生長(zhǎng)的土壤進(jìn)行分析檢測(cè)，比較了污染區(qū)和無污染區(qū)土壤中養(yǎng)分及重金屬的含量；對(duì)污染區(qū)和無污染區(qū)的桐花樹和秋茄的葉片，采用光學(xué)顯微鏡觀察，描述了生活污水對(duì)其葉片結(jié)構(gòu)特征指標(biāo)的影響。結(jié)果表明：污染區(qū)土壤的重金屬含量比無污染區(qū)高，土壤的酸性也增強(qiáng)，污染區(qū)與無污染區(qū)相比，有效磷的含量最高；污染區(qū)植物葉片的葉表皮細(xì)胞變小，被拉成不規(guī)則的多邊形，細(xì)胞內(nèi)的單寧含量減少，且葉片干質(zhì)量及面積都比無污染區(qū)的要小。由此可見，生活污水對(duì)紅樹植物的生長(zhǎng)有一定的影響。

生活污水；污染；葉片結(jié)構(gòu)；生理指標(biāo)

紅樹植物是熱帶、亞熱帶的優(yōu)勢(shì)植物種，通常分布于海岸附近。紅樹植物可以抵御風(fēng)浪，促進(jìn)漁業(yè)的發(fā)展，還可以凈化環(huán)境，對(duì)維護(hù)生態(tài)平衡，保護(hù)生態(tài)系統(tǒng)發(fā)揮著非常重要的作用[1-3]。最近幾年，隨著沿海地區(qū)的發(fā)展，城市人口的急劇增長(zhǎng)，大量的城市污水排放匯集于河口、海灣區(qū)，因此污染物和有毒物質(zhì)存留在泥灘中,紅樹植物便吸收、積累這些物質(zhì)，從而使重金屬對(duì)紅樹植物的污染日趨嚴(yán)重。生活污水對(duì)紅樹植物的生長(zhǎng)是否有影響，一直是我們關(guān)注與爭(zhēng)議的問題[4]。

重金屬對(duì)紅樹林生態(tài)系統(tǒng)的污染問題引起了國(guó)內(nèi)外學(xué)者們的關(guān)注，對(duì)紅樹植物的研究國(guó)內(nèi)外已取得很多重要的成果。在紅樹植物葉片結(jié)構(gòu)特征方面：陳燕等研究了5種紅樹植物的葉片結(jié)構(gòu)及其抗逆性比較[5]；李元躍和林鵬[6]研究了桐花樹、白骨壤和秋茄的葉片結(jié)構(gòu)及其生態(tài)適應(yīng)；葉子葳[7]等研究了白骨壤葉片的解剖結(jié)構(gòu)及其生態(tài)適應(yīng)性；張秀枝[8]等和吳細(xì)[9]等曾對(duì)紅樹屬植物葉片的解剖進(jìn)行研究，以上的研究說明了紅樹植物葉片對(duì)環(huán)境的適應(yīng)能力比較強(qiáng)。在紅樹植物生長(zhǎng)影響方面：張?zhí)K瑋[10]研究了不同濃度生活污水對(duì)秋茄幼苗生長(zhǎng)的影響；李玫等[11]研究生活污水排放對(duì)紅樹林植物生長(zhǎng)的影響；陳桂珠[12]等研究了人工合成污水對(duì)秋茄幼苗的幾個(gè)生態(tài)生理學(xué)指標(biāo)影響，以上的研究只是對(duì)幾種紅樹植物葉片的結(jié)構(gòu)特征進(jìn)行討論、比較，單一地研究生活污水對(duì)紅樹植物生長(zhǎng)的影響，但是對(duì)于污染區(qū)和無污染區(qū)的紅樹植物葉片結(jié)構(gòu)的比較并沒有相關(guān)的研究。

因此，本試驗(yàn)以污染區(qū)和無污染區(qū)的桐花樹和秋茄葉片以及它們的生長(zhǎng)土壤作為研究對(duì)象，分析葉片結(jié)構(gòu)特征并對(duì)其葉片干質(zhì)量和葉片面積指標(biāo)進(jìn)行檢測(cè)。為科學(xué)預(yù)測(cè)與評(píng)價(jià)生活污水對(duì)紅樹植物的影響提供科學(xué)依據(jù)，旨在引導(dǎo)人們減少生活污水的排放，保護(hù)紅樹林濕地的生態(tài)環(huán)境。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

試驗(yàn)材料為采自廣東省湛江市霞山區(qū)觀海長(zhǎng)廊的污染區(qū)和無污染區(qū)的健康、長(zhǎng)勢(shì)一致的紅樹樹種枝條及其生長(zhǎng)的土壤，選取的植物有污染的桐花樹、秋茄以及正常的桐花樹、秋茄。

1.2 材料處理

首先將采集回來的紅樹植物葉片進(jìn)行初步處理，即挑選發(fā)育較為完整成熟的帶葉片枝條，每種植物各挑選5株，每一小枝帶有3對(duì)葉片，接著在實(shí)驗(yàn)室用自來水將其清洗干凈，并晾干水分備用；同時(shí)，將帶回來的兩種土壤攤放在陰涼的地方，每半天翻動(dòng)一次，經(jīng)過4～5 d風(fēng)干后，再進(jìn)行土壤分析檢測(cè)。

1.3 試驗(yàn)方法

待葉片晾干后，參照潘葉[13]等的方法進(jìn)行葉片橫切處理，也就是剪取成熟葉片的中脈兩側(cè)約 5 mm×5 mm 的小塊放入離心管中，然后用FAA對(duì)其進(jìn)行固定，接著經(jīng)過一系列酒精脫水后，再用番紅—固綠對(duì)葉片進(jìn)行染色，最后再用中性樹膠進(jìn)行封片，制成永久切片。

然后用OLYMPUS顯微鏡進(jìn)行拍片、觀察，切片經(jīng)番紅—固綠染色后，部分細(xì)胞被染成紅褐色的小體，有紅褐色的小體就說明有單寧的存在，因?yàn)閱螌幖?xì)胞中的單寧化合物可氧化成褐色和紅褐色的鞣酐[14]。

采用剪紙衡重法測(cè)量葉片的面積，而使用烘干法來測(cè)量葉片的干質(zhì)量。

2 結(jié)果與分析

2.1 試驗(yàn)點(diǎn)的土壤成分狀況

污染區(qū)和無污染區(qū)的土壤成分測(cè)量結(jié)果見表1，由表1可知，無污染區(qū)土壤pH值比污染區(qū)高。土壤中的重金屬，如汞、鉛、鎘、銅、鉻、砷和鋅的標(biāo)準(zhǔn)含量無污染區(qū)比污染區(qū)要低。而污染區(qū)與無污染區(qū)相比，相差最大的是有效磷，污染區(qū)中的有效磷含量是無污染區(qū)的近2倍。

表1 土壤成分分析標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)檢驗(yàn)值

2.2 桐花樹和秋茄葉片解剖特征

A B

C D

圖1 桐花樹

A 正常100倍，B正常200倍，C污染100倍，D 污染200倍

2.2.1 桐花樹葉片結(jié)構(gòu)解剖特征 無污染區(qū)桐花樹具有較厚的角質(zhì)層，上下表皮內(nèi)都具有多層內(nèi)皮層細(xì)胞，細(xì)胞呈橢圓形、數(shù)目比較多、排列很緊密，上表皮比下表皮的角質(zhì)層厚，并且只有下表皮才具有氣孔。還可以清晰地觀察到漲大的葉脈，而葉肉包括柵欄組織和海綿組織，并且只有一層?xùn)艡诮M織，柵欄組織排列規(guī)則，呈柱狀排列，具有一定的細(xì)胞間隙，而海綿組織排列不規(guī)則，具有較大的細(xì)胞空隙，并且各層細(xì)胞都有被染成紫紅色(圖1-B)，也就是各層細(xì)胞都富含單寧，而柵欄組織含量最多。污染區(qū)桐花樹細(xì)胞變小，上層細(xì)胞拉長(zhǎng)呈不規(guī)則多邊形，上表皮的內(nèi)皮層細(xì)胞最明顯(圖 1-B)。細(xì)胞壁間隙增大，界限比較模糊，外膜增厚，折光增強(qiáng)。細(xì)胞的緊密性也減少，排列比較混亂，葉脈皺縮成一團(tuán)，難以區(qū)分海綿組織和葉脈，并且單寧的含量非常少，下表皮的含量較多。

2.2.2 秋茄葉片結(jié)構(gòu)解剖特征 無污染區(qū)秋茄的角質(zhì)層較厚，上下表皮內(nèi)具有多層內(nèi)皮層細(xì)胞(圖2-A)，排列緊密，上表皮比下表皮的角質(zhì)層厚,排列緊密。葉肉包括柵欄組織和海綿組織，并且有兩層?xùn)艡诮M織，分別是上柵欄組織和下柵欄組織，上柵欄組織比下柵欄組織厚，排列緊密，而海綿組織的排列比桐花樹的排列還要疏松，細(xì)胞間隙非常發(fā)達(dá)，這種結(jié)構(gòu)有利于其通氣，適合在淤泥的海灘邊生活。葉脈漲的很大(圖2-A)，并且只有下表皮才具有氣孔，氣孔下陷。各層細(xì)胞均含有較多的單寧。污染區(qū)秋茄細(xì)胞的形狀變小，各層細(xì)胞都被拉成扁形或近方形，排列比較疏松，葉脈皺縮，變小，導(dǎo)致葉脈與海綿組織的區(qū)別不是很明顯，單寧含量非常少。

A B

C D

圖2 秋茄

A 正常100倍，B 正常200倍，C 污染100倍，D 污染200倍

2.2.3 桐花樹和秋茄葉片解剖結(jié)果比較 從葉片橫切面解剖圖可以看出：無污染區(qū)的桐花樹和秋茄都出現(xiàn)了較厚的角質(zhì)層，上下表皮都有多層呈橢圓形的細(xì)胞，并且上表皮都比下表皮厚，排列比較緊密，起到保護(hù)作用，而無污染區(qū)的細(xì)胞被拉成扁形或近方形，排列比較疏松；無污染區(qū)的葉脈漲得很大，起到運(yùn)輸作用，而污染區(qū)的葉脈變小，皺縮成一團(tuán)；無污染區(qū)葉片單寧被染成鮮紅色，而污染區(qū)葉片單寧被染成褐紅色；無污染區(qū)桐花樹與秋茄的胞質(zhì)呈紅色數(shù)比污染區(qū)多，也就是無污染區(qū)葉片中含有單寧量比污染區(qū)多。單寧含量的多少是衡量植物是否受到污染的依據(jù)?？梢姡廴緟^(qū)這些結(jié)構(gòu)特征的改變，可能不利于紅樹植物的生長(zhǎng)和繁殖。

2.3 生活污水對(duì)葉片干質(zhì)量和葉片面積的影響

表2 桐花樹、秋茄葉片干質(zhì)量及面積大小

由表2可知，無污染區(qū)的秋茄葉片干質(zhì)量最大，達(dá)19.74 g，污染區(qū)的桐花樹最小，為4.50 g；無污染區(qū)桐花樹和秋茄的葉片干質(zhì)量都分別比污染區(qū)重。相應(yīng)的葉片面積從大到小依次為無污染區(qū)秋茄、污染區(qū)秋茄、無污染區(qū)桐花樹、污染區(qū)桐花樹。結(jié)果表明：無污染區(qū)桐花樹和秋茄的葉片面積也分別比污染區(qū)大。由于污染區(qū)的紅樹植物葉片細(xì)胞變??；秋茄葉片大并且具有肉質(zhì)厚葉，氣孔下陷，適于抗鹽，而氣孔是蒸騰作用的主要“門戶”，因此，下陷的氣孔可以抑制葉片的水分蒸騰，有利于調(diào)節(jié)水分平衡。桐花樹葉肉內(nèi)有泌鹽細(xì)胞，可以把葉片內(nèi)的含鹽水液排出葉片。這些特殊的生理特征可能對(duì)桐花樹和秋茄的干質(zhì)量及面積產(chǎn)生重要的影響。

3 討論與結(jié)論

生活污水排放對(duì)紅樹林植物有著較大的影響。鄭康振等[15]研究表明，低濃度的生活污水不但沒有影響紅樹植物的正常生長(zhǎng)，反而污水中的氮和磷等營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)對(duì)植物的生長(zhǎng)發(fā)育還有促進(jìn)作用，并且還可以凈化環(huán)境；高濃度的生活污水對(duì)紅樹植物則會(huì)產(chǎn)生抑制的作用，隨著污水濃度的升高,凈化的效果隨之降低，并且紅樹植物因?yàn)槲?、積累過多的重金屬，進(jìn)而通過食物鏈傳遞，從而導(dǎo)致動(dòng)植物受到傷害[16]。由土壤成分分析的結(jié)果表明：污染區(qū)的土壤所含的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)和重金屬大部分都明顯高于無污染區(qū)，無污染區(qū)的紅樹植物的葉片干質(zhì)量和面積都比無污染區(qū)的植株要小，可見，較高濃度的生活污水對(duì)紅樹植物的葉片指標(biāo)有一定的影響，即污染區(qū)的紅樹植物的生長(zhǎng)和繁殖受到了一定的影響。

在生活污水污染的環(huán)境下桐花樹和秋茄的葉片雖然沒有出現(xiàn)明顯的傷害癥狀，但是桐花樹和秋茄的葉片指標(biāo)以及葉片結(jié)構(gòu)都發(fā)生了一定變化。由葉片橫切面解剖圖可知：由無污染區(qū)較厚的角質(zhì)層、排列緊密的上下表皮細(xì)胞到污染區(qū)形狀變小、排列疏松的細(xì)胞。由無污染區(qū)的各層細(xì)胞富含單寧到污染區(qū)單寧的含量很少，因此這些結(jié)構(gòu)與生理生化指標(biāo)都發(fā)生了明顯的變化。角質(zhì)層是由脂肪性的物質(zhì)組成，所以可以避免植物體表浸濕，防止病菌孢子的附著及萌發(fā)，而較厚的角質(zhì)層結(jié)構(gòu)可以減少水分的蒸發(fā)，提供機(jī)械支持的作用，也可以避免強(qiáng)光對(duì)植物的灼傷[17],還有利于在有機(jī)質(zhì)的淤泥中生長(zhǎng)，抵御風(fēng)浪。而內(nèi)皮層細(xì)胞具有貯水的功能，可調(diào)節(jié)植物的水分平衡。因此，紅樹植物對(duì)海灘的環(huán)境起著非常重要的作用。

李正理[18]認(rèn)為，單寧的主要作用是妨礙水分的流動(dòng)。豐富的單寧含量在其抵御各種不良環(huán)境中發(fā)揮著積極的作用。單寧是紅樹植物對(duì)環(huán)境的另一適應(yīng)，它跟紅樹植物的抗腐蝕具有密切聯(lián)系[19]，由于單寧的澀味,減輕了昆蟲和動(dòng)物對(duì)植物的直接啃食，所以它是一種抗蟲的油質(zhì)物質(zhì)。單寧對(duì)紅樹植物的生存、對(duì)污染的抗性和凈化作用，以及藥物利用和各種工業(yè)用途方面具有極為重要的影響和意義[20]。在葉片解剖結(jié)構(gòu)圖中，不同種類的紅樹植物單寧分布部位不同，并且無污染區(qū)含有的單寧比污染區(qū)多，而單寧含量的多少具有一定的顯色效應(yīng)，因此，單寧的含量可作為判別紅樹植物是否受到污染的依據(jù)之一。而在植物分類學(xué)上，單寧的有無是分類特征的一個(gè)參考依據(jù)。

本研究的結(jié)果表明，在較高濃度的生活污水條件下，桐花樹和秋茄的葉片結(jié)構(gòu)和生理指標(biāo)都發(fā)生了明顯的變化，這種變化在一定程度上抑制了植物的生長(zhǎng)和繁殖。因此，本研究為進(jìn)一步研究生活污水的濃度對(duì)紅樹植物的生長(zhǎng)和繁殖提供了有力的科學(xué)依據(jù)。

[1] 李慶芳, 章家恩, 劉金苓, 等. 紅樹林生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能研究綜述[J]. 生態(tài)科學(xué), 2006, 25(5):472-475

[2] 伍卡蘭, 彭逸生, 鄭康振, 等. 五種紅樹植物通氣組織對(duì)人工非潮汐生境的響應(yīng)[J]. 生態(tài)學(xué)報(bào), 2010, 30(24):6927-6934

[3] 林鵬. 中國(guó)紅樹林生態(tài)系統(tǒng)[M]. 北京:科學(xué)出版社, 1997：14-19

[4] Peng SQ. The Stress Physiological Fundamentals of Plants[M]. University of Northeast Forestry Press, 1990. 106

[5] 陳燕, 劉鍇棟, 黎海利, 等. 5種紅樹植物的葉片結(jié)構(gòu)及其抗逆性比較[J]. 東北林業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào), 2014, 42(7):27-68

[6] 李元躍, 林鵬. 三種紅樹植物葉片的比較解剖學(xué)研究[J]. 熱帶亞熱帶植物學(xué)報(bào), 2006, 14(4):301-306

[7] 葉子葳, 嚴(yán)慕婷, 葉創(chuàng)興, 等. 紅樹植物白骨壤葉片的解剖結(jié)構(gòu)及其生態(tài)適應(yīng)性[J]. 廣西植物, 2010, 30(2):174-176

[8] 張秀枝, 吳細(xì). 紅樹屬植物葉片的解剖學(xué)研究[J]. 信陽農(nóng)業(yè)高等?？茖W(xué)校學(xué)報(bào), 2008, 18(1):121-123

[9] 吳鈿, 葉昌輝, 韓維棟. 5種紅樹科植物葉片的比較解剖及其生態(tài)適應(yīng)研究[J]. 植物研究, 2012, 32(2):143-146

[10] 張?zhí)K瑋. 不同濃度生活污水對(duì)秋茄幼苗生長(zhǎng)的影響[J]. 佳木斯教育學(xué)院學(xué)報(bào), 2014, 13(3):439-441

[11] 李玫, 章金鴻, 陳桂珠. 生活污水排放對(duì)紅樹林植物生長(zhǎng)的影響[J]. 防護(hù)林科技, 2002, 53(3):1-5

[12] 陳桂珠, 繆紳裕, 譚鳳儀, 等. 人工合成污水對(duì)秋茄幼苗的幾個(gè)生態(tài)生理學(xué)指標(biāo)影響初報(bào)[J]. 應(yīng)用生態(tài)學(xué)報(bào), 1994, 5(2):221-224

[13] 潘葉, 馮永慶, 馬煥普. 一種適用于植物組織的快速石蠟制片法[J]. 中國(guó)農(nóng)學(xué)通報(bào), 2008, 24(3):112-115

[14] K 伊稍. 種子植物解剖學(xué)[M]. 李正理譯. 上海:上海人民出版社, 1973：158

[15] 鄭康振, 陳耿, 鄭杏雯, 等. 人工紅樹林濕地系統(tǒng)凈化污水研究進(jìn)展[J]. 生態(tài)學(xué)雜志, 2009, 28(1):138-145

[16] 程軍. 土壤中重金屬的危害及防治措施[J]. 經(jīng)濟(jì)研究導(dǎo)刊, 2014, 249(31):300-301

[17] 強(qiáng)勝. 植物學(xué)[M]. 北京:高等植物出版社, 2006

[18] 李正理. 旱生植物的形態(tài)和結(jié)構(gòu)[J]. 生物學(xué)通報(bào), 1981(4):9-12

[19] 林鵬. 紅樹林[M]. 北京:海洋出版社, 1984：L21-34

[20] Lin Peng, Fu Qin. Environmental Ecology and Economic Utilization of Mangrove in China[M]. Beijing:China Higher Education Press and Springer -Verlag Berlin Heidelberg, 2000：118-230

Effect of Sewage on Anotomic Features and Morphological Structure of Leaves ofAegicerascorniculatumandKandeliacandel

Yuan Liujiao, Dai Lianying, Yu Rufeng, Chen Wenlian, Liu Kaidong

(Life Science and Technology School, Lingnan Normal University, Zhanjiang 524048,China)

The soil in whichAegicerascorniculatum&Kandeliacandelgrew in polluted & unpolluted areas in the sea promenade in Xiashan District of Zhanjiang City of Guangdong Province were tested. The contents of nutrients and heavy metals in the soil in polluted & unpolluted areas were compared. The effects of sewage on the structure features of leaves and physiological indices were described by optical microscope. Result shows that the content of heavy metals in polluted soil was higher than that in unpolluted area, and the acidity of soil is also enhanced. The content of available phosphorus is the highest in polluted area compared with that in unpolluted area. The size of cell of leaf epidermal becomes smaller; the leaves are pulled into irregular polygons; content of intracellular tannin decrease; and leaf dry weight and area is smaller than that in unpolluted area. This shows that domestic sewage have a certain impact on the growth of mangrove plants.

sewage;pollution; structure of leaves; physiological indices

1005-5215(2016)11-0004-04

2016-10-13

廣東省林業(yè)科技創(chuàng)新項(xiàng)目(2013KJCX011-03; 2015KJCX025)；國(guó)家級(jí)大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練計(jì)劃項(xiàng)目(201510579277)；嶺南師范學(xué)院自然科學(xué)研究項(xiàng)目(LZL1507) ；湛江市熱帶特色資源植物技術(shù)開發(fā)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室項(xiàng)目(2014A06008)

袁柳嬌(1977-)，女，廣東湛江人，本科在讀.

劉鍇棟(1982-)，男，廣東電白人，碩士，副研究員，現(xiàn)從事植物生物學(xué)研究.

Q948

A

10.13601/j.issn.1005-5215.2016.11.002