不同叶龄鹊肾树叶解剖结构及其抗旱性分析

赵明苑，冯 顺，王春梅，洪世军，包冬红，李卓阳，顾赵忻，云 勇（.海南省农科院热带园艺研究所，海南 海口 5700；.海南大学园艺园林学院，海南 海口 5708）

不同叶龄鹊肾树叶解剖结构及其抗旱性分析

赵明苑1，冯 顺2，王春梅1，洪世军1，包冬红2，李卓阳2，顾赵忻2，云 勇1
（1.海南省农科院热带园艺研究所，海南 海口 571100；2.海南大学园艺园林学院，海南 海口 570228）

以不同叶龄鹊肾树叶为研究对象，采用常规石蜡切片技术、光学显微观察，测定其叶片厚度、表皮角质层厚度、表皮细胞厚度、栅栏组织厚度、海绵组织厚度，并对栅海比（P/S）、叶片组织结构紧密度（CTR）、疏松度（SR）等指标进行统计分析，比较干旱胁迫和复水对不同叶龄鹊肾树叶解剖结构的影响，以探讨其叶片的形态解剖特征对干旱胁迫的适应性响应机制，也为鹊肾树科学引种提供理论依据。结果表明：（1）面对干旱胁迫，鹊肾树各部位叶片形成了与水分环境相适应的一些解剖结构特征。叶栅栏组织细胞出现短缩现象，由1～2层增至2～3层；海绵细胞长柱状排列整齐、致密，上下表皮角质层均加厚，上下表皮出现更多的表皮毛以抵抗逆境胁迫。复水后，叶片疏松度增加，表皮毛相应减少。（2）对基部、中部、顶部叶片的10个解剖性状指标值进行主成分分析表明：可用上表皮角质层厚度、叶片厚度、栅海比这3个指标来描述干旱胁迫和复水对不同叶龄鹊肾树叶解剖结构的影响。（3）随着干旱胁迫的进行，鹊肾树叶上表皮角质层厚度和叶片厚度增大，复水后恢复正常，中部叶和顶部叶对干旱胁迫的响应灵敏度优于基部叶。

鹊肾树叶片；解剖结构；抗旱性；胁迫

赵明苑，冯顺，王春梅，等 . 不同叶龄鹊肾树叶解剖结构及其抗旱性分析［J］.广东农业科学，2016，43（7）：63-68.

鹊肾树（Streblus asper Lour），桑科鹊肾树属，常绿小乔木或丛状大灌木，生于疏林或灌木丛中，适应性强，耐干旱瘠薄。春花夏果，果实双肾形，成熟时呈金黄色，果肉可食，汁甜［1-2］。鹊肾树在我国分布于广西、云南、广东、海南等地，在国外主要分布于斯里兰卡、印度、马来西亚等国。茎皮纤维可织麻袋，并可作人造棉和造纸原料［3］。对鹊肾树的化学成分以及药理研究表明，该植物具有抑菌［4］、杀虫［5］、抗癌［6］等功效，可以治疗齿龈炎、溃疡、发烧、痢疾等疾病。另外，我国部分地区也将其用作木本饲料［7］。可见，鹊肾树在药用和城市绿化等各方面有广阔的应用前景。

目前关于鹊肾树的研究主要集中在药用化学成分分析方面，对其解剖结构和抗旱性的研究鲜见报道。世界上干旱、半干旱地区约占土地总面积的36%，占耕地总面积的42.9%，发现、筛选并引种栽培适应于干旱环境的植物成为当今世界解决旱区植被重建、生境恢复和沙漠治理的重要措施［8］。叶片是植物进化过程中对环境变化较敏感且可塑性较大的器官，受水分、温度、光照、海拔等环境因子的影响显著［9-11］。随着环境的变化叶片往往表现出叶形、叶厚及内部解剖结构的差异，其中形态指标是最早应用在抗旱性鉴定的指标，因而叶形态结构最能体现植物对环境的适应性强弱［12-13］。因此，本研究以不同叶龄的鹊肾树叶片为研究对象，了解鹊肾树叶片的解剖结构及其干旱适应机制，为科学引种该树种提供理论依据和指导。

1　材料与方法

1.1试验材料

试验材料为鹊肾树3年生实生苗，单株栽培于基质为园土的塑料盆中。

1.2试验方法

试验于2014年7～8月在海南省农业科学研究院温室内进行。4月中旬选取长势相对一致的盆栽苗15株，置于苗圃统一管理，于7月下旬搬入可控温室，温度控制在34～36℃之间，空气湿度为50%，从7月28日搬入温室开始，不再浇水。待植株萎蔫达到70%（8月6日）开始复水，8月9日取样完成后搬出温室，做常规苗木管理。从7月28日起，每隔1 d早上8：00～9：00在南面树冠上层随机选取无病虫害枝条取样。取样时，以完整枝条的基部第一片叶记做基部叶，从枝顶往基部数第2或第3片完全展开的叶片记做顶部叶，以位于基部与顶部正中间的叶片记作中部叶，每个部位叶片均设5次重复，其中，以7月28日取样叶片为胁迫前的叶片，8月5日取样叶片为胁迫后的叶片，8 月9日取样叶片为复水后叶片。

1.3叶解剖结构指标测定

从叶片中部主脉两侧取样，样片切割成5 mm×5 mm大小，FAA固定液固定，石蜡制片。制成10 μm厚的叶横切片，番红-固绿对染，树胶封片。光学显微镜（Olympus CX71）下观察并拍照，每张切片观察5个视野。用显微测微尺测定叶上表皮细胞厚度、上表皮角质层厚度、下表皮细胞厚度、下表皮角质层厚度、栅栏组织、海绵组织和总厚度，计算栅海比、叶片紧密度、叶片疏松度：

栅海比=栅栏组织厚度/海绵组织厚度

叶片栅栏组织结构紧密度（CTR）=栅栏组织厚度/叶片厚度

叶片海绵组织结构疏松度（SR）=海绵组织厚度/叶片厚度

试验数据采用SAS和Canoco软件进行统计分析，采用软件SAS v9.0的ANOVA过程作显著性差异检测；采用软件Canoco v5.0进行主成分分析，筛选出最具代表性的抗旱性指标。

2　结果与分析

2.1不同叶龄鹊肾树叶片在干旱胁迫前、胁迫后、复水后的横切面解剖结构特征分析

如图1所示，干旱胁迫下，鹊肾树各部位叶片形成了与水分环境相适应的一些解剖结构特征。叶栅栏组织细胞出现短缩现象，由1～2层增至2～3层；海绵细胞长柱状排列整齐、致密，上下表皮角质层均加厚，上下表皮出现更多的表皮毛以抵抗逆境胁迫。复水后，叶片疏松度增加，表皮毛相应减少。由此可见，鹊肾树叶的结构变化同干旱胁迫密切相关。

图1　胁迫前、胁迫后、复水后不同叶龄鹊肾树叶片的横切面解剖图（20×）

2.2不同叶龄鹊肾树叶各解剖结构指标的主成分分析

2.2.1基部叶片各解剖结构指标的主成分分析 利用基部叶片解剖性状指标共计10个指标值（上表皮细胞厚度、上表皮角质层厚度、栅栏组织厚度、下表皮细胞厚度、下表皮角质层厚度、海绵组织厚度、叶厚度、栅海比、栅/叶（CTR）、海/叶（SR））进行主成分分析，结果表明，这10个指标值的轴一、轴二累计贡献率可达76.92（表1）。由图2可知，干旱胁迫对基部叶片的影响可分为3类：第一类为以上表皮角质层代表，上、下表皮角质层厚度高度自相关；第二类以叶片厚度为代表，海绵组织厚度、栅栏组织厚度、疏松度、上、下表皮细胞厚度均与叶片厚度呈较强的自相关性；第三类以栅海比为代表，紧密度与栅海比也呈现出一定的自相关性。以上结果说明，上表皮角质层、叶片厚度和栅海比代表性地反映了干旱胁迫对基部叶片各结构指标的胁迫效应。

表1　基部叶片各解剖结构指标的主成分分析统计值

图2　基部叶片各解剖结构指标的主成分分析

2.2.2 中叶片各解剖结构指标的主成分分析 对中部叶片解剖性状指标的10个指标值主成分分析结果见表2，这10个指标值的轴一、轴二累计贡献率达73.17，与基部主成分分析累计贡献率相近。由图3可知，干旱胁迫对中部叶片的影响可分为3类：第一类为以上表皮角质层代表，疏松度、下表皮角质层厚度与上表皮角质层高度自相关；第二类以叶片厚度为代表，海绵组织厚度、栅栏组织厚度、紧密度、上表皮细胞厚度均与叶片厚度呈较强的自相关性；第三类以栅海比为代表，下表皮细胞与栅海比有一定的自相关性。以上结果说明，上表皮角质层、叶片厚度和栅海比可代表性地反映干旱胁迫对中部叶片各结构指标的胁迫效应。

表2　中部叶片各解剖结构指标的主成分分析统计值

图3　中部叶片各解剖结构指标的主成分分析

2.2.3顶部叶片各解剖结构指标的主成分分析 对顶部叶片解剖性状指标的10个指标值进行主成分分析结果见表3，这10个指标值的轴一、轴二累计贡献率为63.04，明显低于基部和中部的主成分累计贡献率。由图4可知，干旱胁迫对顶部叶片的影响可分为两类：第一类为以上表皮角质层代表，栅海比、下表皮角质层厚度与上表皮角质层高度自相关；第二类以叶片厚度为代表，海绵组织厚度、栅栏组织厚度等指标均与叶片厚度呈较强的自相关性。以上结果说明，上表皮角质层和叶片厚度可代表性地反映干旱胁迫对顶部叶片各结构指标的胁迫效应。

表3　顶部叶片各解剖结构指标的主成分分析统计值

图4　顶部叶片各解剖结构指标的主成分分析

2.3鹊肾树不同叶龄叶片解剖结构响应干旱胁迫的比较

根据主成分分析结果，将上表皮角质层厚度、叶片厚度、栅海比作为主要分析指标，分析干旱胁迫对鹊肾树不同叶龄叶片解剖结构的影响，结果见图5。在上表皮角质层厚度方面，中部叶片随着干旱时间的延长，上表皮角质层厚度逐渐增大，在胁迫后期基部、中部、顶部叶片上表皮角质层厚度激增39%～54%，复水后，基部和中部叶片上表皮角质层厚度迅速恢复正常。由此可见，上表皮角质层厚度对干旱胁迫的响应比较灵敏，以中部叶片变化最为规律。在叶片厚度方面，基部叶片对干旱和复水的响应规律不明显，中部叶片变化趋于平稳，但是顶部叶片厚度对干旱和复水表现出较强的规律性：随着胁迫的进行，顶部叶片厚度逐渐增加，至胁迫结束前达峰值，复水后顶部叶片厚度开始恢复正常。在栅海比方面，干旱胁迫和复水对叶片栅海比的影响因取样部位而异，随着胁迫的进行，顶部叶片栅海比大体上呈现逐渐增大至峰值后下降的趋势，有利于提高其抗逆性。以上结果说明鹊肾树叶片解剖结构指标中，响应干旱胁迫的最主要指标是上表皮角质层厚度和叶片厚度，中部叶和顶部叶对干旱胁迫的响应灵敏度优于基部叶。

图5　鹊肾树不同部位叶片解剖结构对干旱胁迫的响应

3　结论与讨论

植物器官的形态结构与其生长环境密切相关，在外界生态因素的长期影响下，叶的结构比茎和根更能清晰地反映干旱对植物生长发育的影响，国内外学者在这方面做了大量研究［14］。不同植物通过不同对策来适应干旱胁迫，在叶片结构上主要是向着增强储水性、降低蒸腾速率和提高光合效率几个方面发展［15］。所以，叶旱生结构的主要特点表现为：具有发达的角质层，能够防止植物体内水分的过度蒸腾；多具表皮毛，保护植物在强光照射下减少蒸腾并反射强光；发达的栅栏组织强化的机械组织可以减少萎蔫时的损伤［16］。本试验结果表明，对干旱胁迫，鹊肾树各部位叶片形成了与水分环境相适应的一些解剖结构特征。叶栅栏组织细胞出现短缩现象，由1～2层增至2～3层；海绵细胞长柱状排列整齐、致密，上下表皮角质层均显著加厚，上下表皮上的表皮毛增加。复水后，叶片疏松度增加，表皮毛相应减少。

植物的抗旱性是多指标交互作用的结果，需进行综合性筛选分析，才能得出相对科学的抗旱性比较结果，不同的植物筛选出的抗旱性评价指标也不尽相同［17］。韩刚等［18］以叶片上表皮细胞层厚度、叶片厚度和气孔密度3 个指标作为评价6种灌木抗旱性的指标；梁文斌等［19］选取表皮角质层厚度、栅栏组织厚度、栅海比等5项叶片结构指标对28个桤木无性系进行了抗旱性评价。本试验主成分分析表明，不同叶龄的鹊肾树叶片其抗旱评价指标大同小异，筛选出基部、中部、顶部叶片的共同抗旱性评价主要指标为上表皮角质层厚度和叶片厚度。

随干旱程度的加剧，叶片小而厚，这种变化既减少叶片的蒸腾面积，提高了贮水性，又不影响同化作用的正常进行，是植物从形态上对干旱环境的适应性改变。所以，叶片厚度可作为植物抗旱性的指标［20］。角质层是一种膜质，其主要功能是减少水分向大气散失，是植物提高保水能力的重要结构，厚的角质层除有保水作用外，还有机械支撑作用，使植株在水分供应不足时，不会立即萎蔫，较厚的角质层是反映植物抗旱性的重要指标［21］。因此，本试验筛选出的上表皮角质层厚度和叶片厚度这两项解剖结构指标来评价不同叶龄的鹊肾树叶片的抗旱性是比较合理的。

综上所述，鹊肾树叶片较厚，上下表皮均有表皮毛着生，表面蜡质多，栅栏组织厚且排列紧密，海绵组织排列较整齐，具有典型的抗旱性特征，可考虑做抗旱树种引种栽培。

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（责任编辑 白雪娜）

Anatomy of different ages of Streblus asper leaves and their drought resistance

ZHAO Ming-yuan1，FENG Shun2，WANG Chun-mei1，HONG Shi-jun1，BAO Dong-hong2，LI Zhuo-yang2，GU Zhao-xin2，YUN Yong1
（ 1.Institute of Tropical Horticulture，Hainan Academy of Agricultural Sciences，Haikou 571100，China；2.College of Horticulture and Landscape Architecture，Hainan University，Haikou 570228，China）

The leaf thickness，stratum corneum thickness，epidermis thickness，palisade tissue thickness and sponge tissue thickness of streblus asper leaves at different ages were observed by using paraffin section technology and optical microscopic observation to explore the anatomic adaptive response mechanism to drought stress，also provide a theoretical basis for S. asper introduction. The results showed that：Under drought stress，various parts of S. asper leaf anatomy showed some characteristics adapted to water environment. Leaf palisade tissue cells became shorter，increasing from 1-2 layers to 2-3 layers；Sponge cells arranged in neat，compact，upper and down epidermis were thickened. Upper and down epidermis produced more trichomes to resist stress. After rehydration，porosity blade increased and trichomes had a corresponding reduction. The principal component analysis showed that the stratum corneum thickness，leaf thickness and palisade was available to describe the impact of stress and rehydration on different ages of S. asper leaf anatomy. Under drought stress，S. asper leaf stratum corneum thickness and leaf thickness increased and leaves returned to normal after rehydration. Middle and top leaves were better than basal leaves in response to drought stress sensitivity.

Streblus asper leaves；anatomical structure；drought resistance；stress

Q945.78

A

1004-874X（2016）07-0063-06

2016-01-08

海南省农业科学院农业科技创新专项（琼农院［2013］32号）

赵明苑 （1973-），男，高级工程师，E-mail：371974096@qq.com

云勇（1965-），男，副研究员，E-mail：yyong-3027@163.com