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(xué)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(xué)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(duì)空氣鳳梨葉片解剖結(jié)構(gòu)進(jìn)行研究,并通過脅迫條件下丙二醛含量變化的測(cè)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(guó)大部分地區(qū),選擇適宜生長(zhǎng)的環(huán)境。
空氣鳳梨; 解剖結(jié)構(gòu); 抗逆性; 生長(zhǎng)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(jià)值較為獨(dú)特,21世紀(jì)初我國(guó)開始了對(duì)這一物種的引進(jìn),空氣鳳梨便逐漸在園林藝術(shù)、環(huán)境保護(hù)等方面嶄露頭角。
對(duì)于不是空氣鳳梨原產(chǎn)地的我國(guó)大部分地區(qū)而言,想要讓引進(jìn)的品種正常生長(zhǎng),就必須要綜合研究適合其生長(zhǎng)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(zhǎng)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(zhǎng)所需要的水分和營(yíng)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(shì)必會(huì)成為吸收水分和營(yíng)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(yíng)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(huì)有一定的異同。
該試驗(yàn)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(jìn)行遮蔭、低溫、干旱的脅迫,對(duì)其表現(xiàn)出的抗逆性進(jìn)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。
1.1 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(zhǎng)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(jìn)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(jìn)行包埋。
包埋。先準(zhǔn)備鑷子、酒精燈、一盆冷水、包埋用的紙盒及火柴。準(zhǔn)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(shí)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(shí),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(biāo)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(huì)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(shí),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(tái)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(duì)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(xué)顯微鏡觀察并拍照。
1.2.2 脅迫處理測(cè)定丙二醛含量
對(duì)供試材料分別進(jìn)行遮蔭、低溫、干旱脅迫處理,同時(shí)設(shè)置對(duì)照試驗(yàn)。
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(jìn)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(cè)定。取4支干凈試管,編號(hào),3支為樣品管(重復(fù)3次),各加入提取液2 mL,對(duì)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(zhǎng)下測(cè)定消光度(D值)。
結(jié)果計(jì)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(duì)不同逆境脅迫下丙二醛進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析計(jì)算平均數(shù)、標(biāo)準(zhǔn)差,并進(jìn)行差異顯著性分析。
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(dá);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(diǎn)
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(dǎo)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(qiáng)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)正常抗旱變化值霸王0.7960.7540.042a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(qiáng)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(qiáng)的變化會(huì)對(duì)抗氧化脅迫的能力產(chǎn)生影響。隨著光強(qiáng)的減弱MDA含量上升。由表4可知,品種間耐陰性強(qiáng)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(yàn)測(cè)得抗旱性強(qiáng)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(dá)程度與抗旱性密切相關(guān)。如抗旱性最強(qiáng)的霸王,其葉片角質(zhì)層最厚, 葉肉組織及維管束最發(fā)達(dá),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(dá),維管束分布較少。試驗(yàn)測(cè)得抗寒性強(qiáng)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(yàn)測(cè)得耐陰性強(qiáng)弱依次為:維路提娜>三色鐵蘭>扭葉鐵蘭>霸王,雖有研究報(bào)道葉片解剖結(jié)構(gòu)與耐陰性有一定相關(guān)性,但本試驗(yàn)葉片解剖結(jié)構(gòu)與耐陰性強(qiáng)弱并無直接相關(guān)性。
對(duì)于非空氣鳳梨原產(chǎn)地的我國(guó)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(yàn)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(dá),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(jī)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(duì)細(xì)胞的受害緩沖作用越有利,因此角質(zhì)層厚度可用于評(píng)價(jià)植物的抗性[7]。
葉肉組織可避免干旱環(huán)境下強(qiáng)烈光照對(duì)葉肉的灼傷,還可有效利用衍射光進(jìn)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(dá)、分化程度高、柵欄組織厚、排列緊密等特點(diǎn),這與韓善華等[9]的研究相符合。維管束主要起輸導(dǎo)和機(jī)械支持的作用,發(fā)達(dá)的維管束和強(qiáng)化的機(jī)械組織能提高植物對(duì)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(gè)指標(biāo)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(duì)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?jī)r(jià)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(zé)任編輯:張瑞麟)
2016-12-02
江蘇農(nóng)林職業(yè)技術(shù)學(xué)院面上項(xiàng)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(xiàn)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(xué),2017,58(4):702-704,708.