生活污水对桐花树、秋茄叶片结构特征及生长的影响

袁柳娇,戴连英,余如凤,陈文莲,刘锴栋

(岭南师范学院生命科学与技术学院，广东 湛江 524048)



生活污水对桐花树、秋茄叶片结构特征及生长的影响

袁柳娇,戴连英,余如凤,陈文莲,刘锴栋

(岭南师范学院生命科学与技术学院，广东 湛江 524048)

对采自广东省湛江市霞山区观海长廊的无污染区和污染区桐花树与秋茄所生长的土壤进行分析检测，比较了污染区和无污染区土壤中养分及重金属的含量；对污染区和无污染区的桐花树和秋茄的叶片，采用光学显微镜观察，描述了生活污水对其叶片结构特征指标的影响。结果表明：污染区土壤的重金属含量比无污染区高，土壤的酸性也增强，污染区与无污染区相比，有效磷的含量最高；污染区植物叶片的叶表皮细胞变小，被拉成不规则的多边形，细胞内的单宁含量减少，且叶片干质量及面积都比无污染区的要小。由此可见，生活污水对红树植物的生长有一定的影响。

生活污水；污染；叶片结构；生理指标

红树植物是热带、亚热带的优势植物种，通常分布于海岸附近。红树植物可以抵御风浪，促进渔业的发展，还可以净化环境，对维护生态平衡，保护生态系统发挥着非常重要的作用[1-3]。最近几年，随着沿海地区的发展，城市人口的急剧增长，大量的城市污水排放汇集于河口、海湾区，因此污染物和有毒物质存留在泥滩中,红树植物便吸收、积累这些物质，从而使重金属对红树植物的污染日趋严重。生活污水对红树植物的生长是否有影响，一直是我们关注与争议的问题[4]。

重金属对红树林生态系统的污染问题引起了国内外学者们的关注，对红树植物的研究国内外已取得很多重要的成果。在红树植物叶片结构特征方面：陈燕等研究了5种红树植物的叶片结构及其抗逆性比较[5]；李元跃和林鹏[6]研究了桐花树、白骨壤和秋茄的叶片结构及其生态适应；叶子葳[7]等研究了白骨壤叶片的解剖结构及其生态适应性；张秀枝[8]等和吴细[9]等曾对红树属植物叶片的解剖进行研究，以上的研究说明了红树植物叶片对环境的适应能力比较强。在红树植物生长影响方面：张苏玮[10]研究了不同浓度生活污水对秋茄幼苗生长的影响；李玫等[11]研究生活污水排放对红树林植物生长的影响；陈桂珠[12]等研究了人工合成污水对秋茄幼苗的几个生态生理学指标影响，以上的研究只是对几种红树植物叶片的结构特征进行讨论、比较，单一地研究生活污水对红树植物生长的影响，但是对于污染区和无污染区的红树植物叶片结构的比较并没有相关的研究。

因此，本试验以污染区和无污染区的桐花树和秋茄叶片以及它们的生长土壤作为研究对象，分析叶片结构特征并对其叶片干质量和叶片面积指标进行检测。为科学预测与评价生活污水对红树植物的影响提供科学依据，旨在引导人们减少生活污水的排放，保护红树林湿地的生态环境。

1 材料与方法

1.1 试验材料

试验材料为采自广东省湛江市霞山区观海长廊的污染区和无污染区的健康、长势一致的红树树种枝条及其生长的土壤，选取的植物有污染的桐花树、秋茄以及正常的桐花树、秋茄。

1.2 材料处理

首先将采集回来的红树植物叶片进行初步处理，即挑选发育较为完整成熟的带叶片枝条，每种植物各挑选5株，每一小枝带有3对叶片，接着在实验室用自来水将其清洗干净，并晾干水分备用；同时，将带回来的两种土壤摊放在阴凉的地方，每半天翻动一次，经过4～5 d风干后，再进行土壤分析检测。

1.3 试验方法

待叶片晾干后，参照潘叶[13]等的方法进行叶片横切处理，也就是剪取成熟叶片的中脉两侧约 5 mm×5 mm 的小块放入离心管中，然后用FAA对其进行固定，接着经过一系列酒精脱水后，再用番红—固绿对叶片进行染色，最后再用中性树胶进行封片，制成永久切片。

然后用OLYMPUS显微镜进行拍片、观察，切片经番红—固绿染色后，部分细胞被染成红褐色的小体，有红褐色的小体就说明有单宁的存在，因为单宁细胞中的单宁化合物可氧化成褐色和红褐色的鞣酐[14]。

采用剪纸衡重法测量叶片的面积，而使用烘干法来测量叶片的干质量。

2 结果与分析

2.1 试验点的土壤成分状况

污染区和无污染区的土壤成分测量结果见表1，由表1可知，无污染区土壤pH值比污染区高。土壤中的重金属，如汞、铅、镉、铜、铬、砷和锌的标准含量无污染区比污染区要低。而污染区与无污染区相比，相差最大的是有效磷，污染区中的有效磷含量是无污染区的近2倍。

表1 土壤成分分析标准物质检验值

2.2 桐花树和秋茄叶片解剖特征

A B

C D

图1 桐花树

A 正常100倍，B正常200倍，C污染100倍，D 污染200倍

2.2.1 桐花树叶片结构解剖特征 无污染区桐花树具有较厚的角质层，上下表皮内都具有多层内皮层细胞，细胞呈椭圆形、数目比较多、排列很紧密，上表皮比下表皮的角质层厚，并且只有下表皮才具有气孔。还可以清晰地观察到涨大的叶脉，而叶肉包括栅栏组织和海绵组织，并且只有一层栅栏组织，栅栏组织排列规则，呈柱状排列，具有一定的细胞间隙，而海绵组织排列不规则，具有较大的细胞空隙，并且各层细胞都有被染成紫红色(图1-B)，也就是各层细胞都富含单宁，而栅栏组织含量最多。污染区桐花树细胞变小，上层细胞拉长呈不规则多边形，上表皮的内皮层细胞最明显(图 1-B)。细胞壁间隙增大，界限比较模糊，外膜增厚，折光增强。细胞的紧密性也减少，排列比较混乱，叶脉皱缩成一团，难以区分海绵组织和叶脉，并且单宁的含量非常少，下表皮的含量较多。

2.2.2 秋茄叶片结构解剖特征 无污染区秋茄的角质层较厚，上下表皮内具有多层内皮层细胞(图2-A)，排列紧密，上表皮比下表皮的角质层厚,排列紧密。叶肉包括栅栏组织和海绵组织，并且有两层栅栏组织，分别是上栅栏组织和下栅栏组织，上栅栏组织比下栅栏组织厚，排列紧密，而海绵组织的排列比桐花树的排列还要疏松，细胞间隙非常发达，这种结构有利于其通气，适合在淤泥的海滩边生活。叶脉涨的很大(图2-A)，并且只有下表皮才具有气孔，气孔下陷。各层细胞均含有较多的单宁。污染区秋茄细胞的形状变小，各层细胞都被拉成扁形或近方形，排列比较疏松，叶脉皱缩，变小，导致叶脉与海绵组织的区别不是很明显，单宁含量非常少。

A B

C D

图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 桐花树和秋茄叶片解剖结果比较 从叶片横切面解剖图可以看出：无污染区的桐花树和秋茄都出现了较厚的角质层，上下表皮都有多层呈椭圆形的细胞，并且上表皮都比下表皮厚，排列比较紧密，起到保护作用，而无污染区的细胞被拉成扁形或近方形，排列比较疏松；无污染区的叶脉涨得很大，起到运输作用，而污染区的叶脉变小，皱缩成一团；无污染区叶片单宁被染成鲜红色，而污染区叶片单宁被染成褐红色；无污染区桐花树与秋茄的胞质呈红色数比污染区多，也就是无污染区叶片中含有单宁量比污染区多。单宁含量的多少是衡量植物是否受到污染的依据。可见，污染区这些结构特征的改变，可能不利于红树植物的生长和繁殖。

2.3 生活污水对叶片干质量和叶片面积的影响

表2 桐花树、秋茄叶片干质量及面积大小

由表2可知，无污染区的秋茄叶片干质量最大，达19.74 g，污染区的桐花树最小，为4.50 g；无污染区桐花树和秋茄的叶片干质量都分别比污染区重。相应的叶片面积从大到小依次为无污染区秋茄、污染区秋茄、无污染区桐花树、污染区桐花树。结果表明：无污染区桐花树和秋茄的叶片面积也分别比污染区大。由于污染区的红树植物叶片细胞变小；秋茄叶片大并且具有肉质厚叶，气孔下陷，适于抗盐，而气孔是蒸腾作用的主要“门户”，因此，下陷的气孔可以抑制叶片的水分蒸腾，有利于调节水分平衡。桐花树叶肉内有泌盐细胞，可以把叶片内的含盐水液排出叶片。这些特殊的生理特征可能对桐花树和秋茄的干质量及面积产生重要的影响。

3 讨论与结论

生活污水排放对红树林植物有着较大的影响。郑康振等[15]研究表明，低浓度的生活污水不但没有影响红树植物的正常生长，反而污水中的氮和磷等营养物质对植物的生长发育还有促进作用，并且还可以净化环境；高浓度的生活污水对红树植物则会产生抑制的作用，随着污水浓度的升高,净化的效果随之降低，并且红树植物因为吸收、积累过多的重金属，进而通过食物链传递，从而导致动植物受到伤害[16]。由土壤成分分析的结果表明：污染区的土壤所含的营养物质和重金属大部分都明显高于无污染区，无污染区的红树植物的叶片干质量和面积都比无污染区的植株要小，可见，较高浓度的生活污水对红树植物的叶片指标有一定的影响，即污染区的红树植物的生长和繁殖受到了一定的影响。

在生活污水污染的环境下桐花树和秋茄的叶片虽然没有出现明显的伤害症状，但是桐花树和秋茄的叶片指标以及叶片结构都发生了一定变化。由叶片横切面解剖图可知：由无污染区较厚的角质层、排列紧密的上下表皮细胞到污染区形状变小、排列疏松的细胞。由无污染区的各层细胞富含单宁到污染区单宁的含量很少，因此这些结构与生理生化指标都发生了明显的变化。角质层是由脂肪性的物质组成，所以可以避免植物体表浸湿，防止病菌孢子的附着及萌发，而较厚的角质层结构可以减少水分的蒸发，提供机械支持的作用，也可以避免强光对植物的灼伤[17],还有利于在有机质的淤泥中生长，抵御风浪。而内皮层细胞具有贮水的功能，可调节植物的水分平衡。因此，红树植物对海滩的环境起着非常重要的作用。

李正理[18]认为，单宁的主要作用是妨碍水分的流动。丰富的单宁含量在其抵御各种不良环境中发挥着积极的作用。单宁是红树植物对环境的另一适应，它跟红树植物的抗腐蚀具有密切联系[19]，由于单宁的涩味,减轻了昆虫和动物对植物的直接啃食，所以它是一种抗虫的油质物质。单宁对红树植物的生存、对污染的抗性和净化作用，以及药物利用和各种工业用途方面具有极为重要的影响和意义[20]。在叶片解剖结构图中，不同种类的红树植物单宁分布部位不同，并且无污染区含有的单宁比污染区多，而单宁含量的多少具有一定的显色效应，因此，单宁的含量可作为判别红树植物是否受到污染的依据之一。而在植物分类学上，单宁的有无是分类特征的一个参考依据。

本研究的结果表明，在较高浓度的生活污水条件下，桐花树和秋茄的叶片结构和生理指标都发生了明显的变化，这种变化在一定程度上抑制了植物的生长和繁殖。因此，本研究为进一步研究生活污水的浓度对红树植物的生长和繁殖提供了有力的科学依据。

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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

广东省林业科技创新项目(2013KJCX011-03; 2015KJCX025)；国家级大学生创新创业训练计划项目(201510579277)；岭南师范学院自然科学研究项目(LZL1507) ；湛江市热带特色资源植物技术开发重点实验室项目(2014A06008)

袁柳娇(1977-)，女，广东湛江人，本科在读.

刘锴栋(1982-)，男，广东电白人，硕士，副研究员，现从事植物生物学研究.

Q948

A

10.13601/j.issn.1005-5215.2016.11.002