崔曉晗 ，葉麗紅 ，2，賈文龍 ，東保柱 ，張 敏 ，宋 陽 ，2

（1.內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)大學(xué)園藝與植物保護(hù)學(xué)院，內(nèi)蒙古呼和浩特 010010；2.內(nèi)蒙古自治區(qū)設(shè)施園藝工程技術(shù)研究中心，內(nèi)蒙古呼和浩特 010010；3.內(nèi)蒙古淳點(diǎn)實(shí)業(yè)有限公司，內(nèi)蒙古鄂爾多斯 017000；4.固陽縣農(nóng)村社會(huì)事業(yè)發(fā)展中心，內(nèi)蒙古固陽 014200）

沙棘（Hippophae rhamnoides L.）是一種胡頹子科沙棘屬落葉灌木，廣泛分布于我國華北、東北、西北等地區(qū)，為內(nèi)蒙古、陜西、遼寧等地創(chuàng)造了巨大的經(jīng)濟(jì)效益[1]。沙棘果實(shí)營養(yǎng)豐富，含有多種維生素、脂肪酸、類黃酮等營養(yǎng)物質(zhì)，其種子、葉片等其他器官中亦含有活性物質(zhì)，為藥食同源植物，極具藥用價(jià)值、營養(yǎng)價(jià)值及經(jīng)濟(jì)價(jià)值，因此近年來愈發(fā)受到人們關(guān)注，發(fā)展前景廣闊[2]。沙棘對(duì)環(huán)境適應(yīng)性強(qiáng)，具有耐旱、抗風(fēng)沙、耐鹽堿、耐瘠薄等優(yōu)質(zhì)特性，常被用于水土保持、防風(fēng)固沙等生態(tài)環(huán)境治理中[3]。水是貫穿植物整個(gè)生命周期中不可或缺的因素，植物長期處于水分過多或虧缺環(huán)境中皆會(huì)受到不可逆轉(zhuǎn)的傷害。沙棘作為對(duì)環(huán)境適應(yīng)能力較強(qiáng)的植物，在旱澇環(huán)境中可做出積極響應(yīng)，快速適應(yīng)環(huán)境。研究發(fā)現(xiàn)，隨著干旱程度加重，沙棘葉片中超氧化物歧化酶及過氧化物酶活性先升高后降低，可溶性糖及脯氨酸積累增加，這些變化表明沙棘可在一定程度上抵御干旱[4]。南吉斌等[5]比較西藏3種沙棘屬植物干旱脅迫下的光合特性得出，干旱脅迫使3種沙棘屬植物光合效率均有不同程度的降低，其中江孜沙棘光合作用受干旱抑制最小，抗旱性最強(qiáng)。胡建忠等[6]比較5個(gè)沙棘無性系對(duì)干旱的響應(yīng)發(fā)現(xiàn)，其中3個(gè)品種的長期水分利用率及抗氧化酶活性在重度干旱下依然持續(xù)升高，表現(xiàn)出對(duì)長期干旱較強(qiáng)的抗逆性。目前，關(guān)于沙棘在干旱下光合及生理生化方面和不同品種抗旱性評(píng)價(jià)的報(bào)道較多，但缺乏有關(guān)不同土壤含水量下沙棘葉片結(jié)構(gòu)的研究。本試驗(yàn)通過觀察不同土壤含水量下沙棘葉片解剖結(jié)構(gòu)的變化情況，研究沙棘葉片結(jié)構(gòu)對(duì)不同土壤含水量的響應(yīng)，以期為進(jìn)一步深入研究沙棘抗旱耐澇機(jī)制提供參考。

1 材料和方法

1.1 試驗(yàn)材料

以一年生中國沙棘（Hippophae rhamnoides L.subsp.sinensis Rousi）扦插苗為試驗(yàn)材料。

1.2 試驗(yàn)方法

試驗(yàn)于2021年4—9月，在內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)大學(xué)教學(xué)基地日光溫室中進(jìn)行。4月10日，將一年生枝條扦插于塑料花盆中（內(nèi)徑15 cm、深20 cm），填充砂壤土。常規(guī)管理（每隔3 d澆水2 L）至6月30日后開始處理。設(shè)置干旱（采取自然干旱方式，每隔7 d澆水2 L）、水澇（每日澆水2 L，花盆底部置于裝水托盤中，并使托盤內(nèi)水面高度始終保持3 cm以上）2個(gè)處理，以常規(guī)灌水（每隔3 d澆水2 L）為對(duì)照（CK），每個(gè)處理10株。處理至8月30日結(jié)束，選取長勢(shì)一致、品質(zhì)較好的植株，取每一株同一層枝條上靠近頂端生長點(diǎn)展平的上層葉片作為幼葉，以及下層靠近莖基部的老葉。每個(gè)處理老葉與幼葉各取10片，參照溫國等[7]的制片方法，葉片中部取樣并切成包含主葉脈的5 mm×5 mm小方塊置于FAA固定液中進(jìn)行2次低壓固定，放置48 h后，進(jìn)行石蠟切片制片。根據(jù)常規(guī)石蠟切片流程，依次進(jìn)行脫水、透明、浸蠟、包埋、修塊、切片、展片、脫蠟、染色、封片。用番紅-固綠染色，加拿大樹膠封片。完成制片后用光學(xué)顯微鏡（OLYMPUS BX53，日本）觀察并照相。

1.3 項(xiàng)目測(cè)定

用OLYMPUS cellSens Standard測(cè)量葉片厚度、上表皮厚度、下表皮厚度、柵欄組織厚度、海綿組織厚度、主葉脈直徑、維管束直徑、木質(zhì)部導(dǎo)管最大直徑，并計(jì)算柵海比、葉片組織結(jié)構(gòu)緊密度（CTR）、葉片組織結(jié)構(gòu)疏松度（SR）[8]。各指標(biāo)選10張切片測(cè)量，取平均值。

柵海比=柵欄組織厚度/海綿組織厚度 （1）

CTR/%=（柵欄組織厚度/葉片厚度）×100 （2）

SR/%=（海綿組織厚度/葉片厚度）×100 （3）

1.4 數(shù)據(jù)處理

用Excel 2007軟件整理數(shù)據(jù)，用IBM SPSS Statistics 26.0統(tǒng)計(jì)學(xué)軟件進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同土壤含水量下沙棘葉片及其表皮結(jié)構(gòu)變化

由圖1可知，沙棘葉片由表皮、葉肉及葉脈構(gòu)成，上、下表皮細(xì)胞均為單層，近似長方形排列于葉肉細(xì)胞外側(cè)。上表皮具有角質(zhì)，下表皮著生表皮毛。葉肉細(xì)胞分化為柵欄組織和海綿組織，柵欄組織位于近軸端，排列整齊緊密。海綿組織位于遠(yuǎn)軸端，排列松散不規(guī)則，其中具有空腔氣室。葉脈中含有單一維管束，由木質(zhì)部、韌皮部、厚角組織及薄壁組織構(gòu)成。維管系統(tǒng)健壯發(fā)達(dá)；木質(zhì)部導(dǎo)管位于上表皮一端，徑向排列；韌皮部位于木質(zhì)部外側(cè)，靠近下表皮。干旱條件下的沙棘葉片表皮細(xì)胞排列較緊密，可減少葉片內(nèi)部水分散失，而水澇條件下的表皮細(xì)胞排列略疏松。

圖1 不同土壤含水量下沙棘幼葉及老葉的葉片結(jié)構(gòu)Figure 1 Leaf structure of seabuckthorn young and old leaves under different soil moisture content

由圖2可知，干旱條件下沙棘幼葉與老葉的葉片厚度、上表皮厚度及下表皮厚度與CK相比均顯著（P<0.05）增加。水澇條件下沙棘幼葉的葉片厚度顯著（P<0.05）小于CK，上、下表皮厚度均顯著（P<0.05）大于CK；老葉的上表皮厚度顯著（P<0.05）大于CK，而葉片及下表皮厚度與CK相比無顯著差異（P>0.05）。CK的老葉葉片厚度、上表皮厚度和下表皮厚度在CK下分別較幼葉增長7.28%、56.10%、33.54%，在干旱條件下分別較幼葉增長10.45%、33.66%、3.98%；在水澇條件下分別較幼葉增長33.65%、42.88%、3.92%?？梢娚臣~片及其表皮在干旱條件下均表現(xiàn)出增厚趨勢(shì)，但其增長量小于CK，說明干旱使沙棘葉片及表皮細(xì)胞發(fā)育受到抑制。水澇條件下幼葉變薄，但表皮增厚，老葉僅上表皮增厚變化顯著，葉片厚度增幅大于CK，說明水澇在一定程度上促進(jìn)沙棘葉片生長發(fā)育。在3種水分條件中，幼葉與老葉的葉片厚度、上表皮厚度及下表皮厚度均表現(xiàn)為干旱條件下最大。

圖2 不同土壤含水量下沙棘葉片及表皮厚度變化Figure 2 Changes of leaf and epidermal thickness of seabuckthorn under different soil moisture content

2.2 不同土壤含水量下沙棘葉肉結(jié)構(gòu)變化

由圖3可知，干旱條件下沙棘幼葉柵欄組織厚度、柵海比和CTR顯著（P<0.05）大于CK，SR顯著（P<0.05）小于CK，海綿組織厚度與CK差異不顯著（P>0.05）；老葉海綿組織厚度和SR顯著（P<0.05）大于CK，柵海比和CTR顯著（P<0.05）小于CK，柵欄組織厚度與CK無顯著差異（P>0.05）。水澇條件下沙棘幼葉與老葉的柵欄組織厚度、柵海比和CTR均顯著（P<0.05）小于CK，海綿組織厚度和SR均顯著（P<0.05）大于CK?？梢姼珊禇l件下沙棘幼葉柵欄組織發(fā)達(dá)，葉肉較緊實(shí)，但干旱使柵欄組織發(fā)育退化，老葉海綿組織增厚，葉肉疏松，柵海比和CTR均較幼葉顯著降低。而水澇條件對(duì)柵欄組織和海綿組織發(fā)育均有促進(jìn)，但幼葉及老葉均表現(xiàn)為海綿組織更為發(fā)達(dá)，柵海比和CTR均為3種水分條件中最低。

圖3 不同土壤含水量下沙棘葉肉結(jié)構(gòu)變化Figure 3 Structural changes of seabuckthorn mesophyll under different soil moisture content

2.3 不同土壤含水量下沙棘葉脈結(jié)構(gòu)變化

由圖4可知，干旱條件下沙棘葉片的主葉脈直徑、維管束直徑和木質(zhì)部最大導(dǎo)管直徑均表現(xiàn)為幼葉與CK相比無顯著差異（P>0.05），老葉顯著（P<0.05）大于CK。水澇條件下幼葉的維管束直徑顯著（P<0.05）小于CK，主葉脈直徑和木質(zhì)部最大導(dǎo)管直徑與CK無顯著差異（P>0.05）；老葉主葉脈直徑、維管束直徑和木質(zhì)部最大導(dǎo)管直徑均顯著（P<0.05）大于CK。CK的沙棘老葉主葉脈直徑、維管束直徑和木質(zhì)部最大導(dǎo)管直徑分別較幼葉增長2.19%、-6.39%、3.81%，在干旱條件下分別較幼葉增長35.51%、15.05%、38.76%，在水澇條件下分別較幼葉增長22.88%、42.52%、34.10%。可見干旱和水澇條件均使沙棘葉片的主葉脈及維管系統(tǒng)生長量較CK增加，且使老葉的主葉脈及維管系統(tǒng)顯著增粗，但對(duì)幼葉無顯著影響。這可能是由于幼葉距離莖基部較遠(yuǎn)，維管系統(tǒng)傳輸能力及效率較老葉弱，故對(duì)水分響應(yīng)沒有老葉敏感。

圖4 不同土壤含水量下沙棘葉脈結(jié)構(gòu)變化Figure 4 Changes of seabuckthorn leaf vein structure under different soil moisture content

2.4 土壤含水量和葉片類型對(duì)沙棘葉片解剖結(jié)構(gòu)雙因素方差分析

由表1可知，土壤含水量和葉片類型對(duì)葉片厚度、上表皮厚度及下表皮厚度均有極顯著影響（P<0.01），二者交互作用對(duì)葉片厚度和下表皮厚度有顯著影響（P<0.05），對(duì)上表皮厚度無顯著影響（P>0.05）。葉片類型對(duì)柵欄組織厚度及海綿組織厚度有顯著影響（P<0.05），對(duì)柵海比、CTR和SR無顯著影響（P>0.05）。土壤含水量及二者交互作用對(duì)沙棘葉片柵欄組織厚度、海綿組織厚度、柵海比、CTR和SR均有極顯著影響（P<0.01）。土壤含水量、葉片類型及其交互作用均對(duì)沙棘主葉脈直徑、維管束直徑和木質(zhì)部最大導(dǎo)管直徑存在顯著影響（P<0.05）。

表1 土壤含水量和葉片類型對(duì)沙棘葉片解剖結(jié)構(gòu)雙因素方差分析Table 1 Soil moisture content and type of leaf on the anatomical structure of seabuckthorn leaves by two-way ANOVA

3 討論與結(jié)論

葉片是植物生長過程中直接暴露于環(huán)境中的器官，故對(duì)環(huán)境溫度、濕度、光照、CO2和O2濃度等變化極為敏感，且具有較強(qiáng)的可塑性，尤其在植物遭受水分脅迫時(shí)，葉片特征變化最為直觀。當(dāng)植物處于不同水分環(huán)境中，其葉片解剖結(jié)構(gòu)變化可有效體現(xiàn)出植物對(duì)不同水分條件的響應(yīng)[9-11]。

表皮是控制葉片吸收光量子的關(guān)鍵因素，因此在光合作用和蒸騰作用中具有重要意義[12-13]。研究表明，表皮在干旱環(huán)境下表現(xiàn)增厚，能夠減少植物體內(nèi)水分散失，使植物適應(yīng)干旱環(huán)境[14-15]。劉紅茹等[16-17]研究發(fā)現(xiàn)，表皮細(xì)胞越厚，越利于提高植物的抗旱性。較厚的表皮細(xì)胞具有一定的貯水能力[18]。徐揚(yáng)等[19]分析蘋果屬植物葉片解剖結(jié)構(gòu)發(fā)現(xiàn)，表皮細(xì)胞較厚的品種具有更強(qiáng)的抗旱能力。本試驗(yàn)結(jié)果表明，無論是沙棘幼葉還是老葉，處于干旱條件下，其葉片及上、下表皮均較CK顯著增厚，且在3種水分條件中最大，這與于海燕等[20]研究結(jié)果一致。水澇條件下沙棘幼葉顯著變薄，表皮增厚；老葉厚度無顯著變化，僅上表皮增厚。

葉片柵欄組織與海綿組織的比例可間接反映環(huán)境中的水分狀態(tài)[21]。發(fā)達(dá)的柵欄組織可避免葉肉細(xì)胞遭受強(qiáng)光灼傷，且能高效利用衍射光進(jìn)行光合作用，提高光合效能，減少植物體內(nèi)水分耗散[22]。柵欄組織增厚，海綿組織變薄，柵海比及CTR增加等變化，利于提高葉片光合效率，提高植物保水能力及抗旱性[21]。本試驗(yàn)中，觀察各處理下沙棘葉片解剖結(jié)構(gòu)可以發(fā)現(xiàn)，幼葉的柵欄組織厚度在3種水分條件下表現(xiàn)為干旱>CK>水澇，干旱條件下柵欄組織細(xì)胞層數(shù)多于CK，水澇條件下與CK基本一致；老葉的柵欄組織厚度在干旱條件下與CK相比差異不顯著，水澇條件下顯著小于CK。沙棘幼葉的海綿組織厚度在3種處理下無顯著差異；老葉的海綿組織在干旱和水澇條件下均較CK增厚。觀察沙棘解剖結(jié)構(gòu)可見干旱條件下老葉的柵欄組織細(xì)胞排列較幼葉疏松，柵欄組織在干旱條件下較幼葉有所退化，海綿組織較幼葉增厚；水澇條件下老葉柵欄組織及海綿組織均較幼葉增厚。沙棘幼葉在干旱下柵欄組織增厚、細(xì)胞層數(shù)增加的現(xiàn)象體現(xiàn)出對(duì)干旱環(huán)境的適應(yīng)；而老葉在干旱下海綿組織增厚的表現(xiàn)與唐軍榮等[23]對(duì)干熱河谷牛角瓜的研究結(jié)果相似，海綿組織細(xì)胞間隙較大有利于貯藏水分，并增加葉片內(nèi)表面積，可促進(jìn)光合作用的氣體交換，從而提高光合效率。水澇條件下沙棘幼葉及老葉的柵欄組織厚度均顯著小于CK，海綿組織厚度高于CK，以弱化柵欄組織，強(qiáng)化海綿組織發(fā)育適應(yīng)水澇條件。柵海比能反映植物的抗旱能力，其值越高，抗旱能力越強(qiáng)[24-25]。本試驗(yàn)中，干旱條件下沙棘幼葉柵海比顯著升高，老葉卻顯著降低。幼葉通過升高柵海比減少葉片蒸騰失水，但老葉對(duì)干旱的響應(yīng)沒有幼葉積極。水澇條件下幼葉和老葉的柵海比均為3種處理下最低，可見沙棘在水分過于充足的環(huán)境下，能夠通過提高海綿組織比例加速葉片蒸騰作用，散失多余水分。CTR和SR值體現(xiàn)了葉片厚度、柵欄組織厚度與海綿組織厚度之間存在一定的相互制約關(guān)系，使其比值能夠保持相對(duì)穩(wěn)定[26]。干旱條件下沙棘幼葉的CTR顯著高于CK，SR顯著低于CK；老葉相反。水澇條件下沙棘幼葉和老葉的CTR均為3種處理中最低，SR最高。水澇環(huán)境下葉片結(jié)構(gòu)疏松，利于氣體在葉肉細(xì)胞之間自由流動(dòng)；干旱下幼葉結(jié)構(gòu)緊密，有助于植物保存葉片內(nèi)部水分；老葉結(jié)構(gòu)疏松，植物抗旱能力減弱。

發(fā)達(dá)的維管系統(tǒng)可提高植物水分和養(yǎng)分的運(yùn)輸效率，減緩干旱對(duì)葉片造成的萎蔫損傷[27-28]。于海燕等[20]研究發(fā)現(xiàn)，文冠果在干旱環(huán)境中葉脈維管系統(tǒng)明顯更加發(fā)達(dá)，導(dǎo)管明顯增粗。本試驗(yàn)結(jié)果中，沙棘幼葉僅維管束直徑表現(xiàn)出水澇條件下顯著小于CK，主葉脈直徑和木質(zhì)部最大導(dǎo)管直徑在3種水分條件下無顯著差異；老葉在干旱和水澇條件下的主葉脈直徑、維管束直徑和木質(zhì)部最大導(dǎo)管直徑均顯著大于CK。這可能是幼葉距莖基部較遠(yuǎn)，故葉脈和維管組織對(duì)不同水分條件反應(yīng)不敏感；而老葉相對(duì)靠近莖基部，水分運(yùn)輸路徑較短，所以可積極發(fā)育，以加速水分由根系向葉片輸送，適應(yīng)干旱和水澇環(huán)境，干旱環(huán)境下有助于葉片抵御缺水萎蔫，水澇環(huán)境下與疏松程度較高的葉肉組織配合加速蒸騰。另外，沙棘幼葉相較于老葉，感受強(qiáng)光輻射及高溫更為敏感，葉片蒸騰量大于老葉，故葉片厚度及葉肉組織相關(guān)指標(biāo)對(duì)干旱和水澇的反應(yīng)強(qiáng)于老葉。

綜上所述，對(duì)輻射及高溫較敏感的沙棘幼葉通過葉片、表皮和柵欄組織顯著增厚，柵海比和CTR顯著升高，SR顯著降低等表皮和葉肉結(jié)構(gòu)變化適應(yīng)干旱環(huán)境；通過葉片、柵欄組織顯著變薄，柵海比和CTR顯著降低，SR顯著升高等葉肉結(jié)構(gòu)變化適應(yīng)水澇?？拷敹司嗲o基部較近的沙棘老葉則主要通過葉脈維管組織顯著增粗適應(yīng)不同水分條件。