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方敏彦, 章明, 戴丹, 顾海荔, 邹思洁. 空气凤梨叶片解剖结构与抗逆相关性[J]. 浙江农业科学, 2017,(4):702-704  
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空气凤梨叶片解剖结构与抗逆相关性
方敏彦1, 章明2, 戴丹1, 顾海荔1, 邹思洁1
1.江苏农林职业技术学院,江苏 句容 2124001
2.句容市园林管理中心,江苏 句容 212400

作者简介:方敏彦(1980—),女,浙江永康人,副研究员,博士,从事园林植物栽培和育种研究工作,E-mail:398621546@qq.com。

基金项目: 江苏农林职业技术学院面上项目(2014kj21)
摘要

利用石蜡切片技术对空气凤梨叶片解剖结构进行研究,并通过胁迫条件下丙二醛含量变化的测定,研究空气凤梨的抗逆性。结果表明,空气凤梨的角质层厚度、栅栏组织排列、维管束数量等影响其抗逆性。通过研究不是空气凤梨原产地的我国大部分地区,选择适宜生长的环境。

关键词: 空气凤梨; 解剖结构; 抗逆性; 生长环境
中图分类号:S682 文献标志码:A 文章编号:0528-9017(2017)04-0702-03 doi: 10.16178/j.issn.0528-9017.20170447

空气凤梨(Tillandsia)又名气生铁兰, 原产于中、南美洲的热带、亚热带地区[1], 属于凤梨科多年生草本植物[2], 其中以凤梨科铁兰属为主。由于空气凤梨的观赏性和价值较为独特, 21世纪初我国开始了对这一物种的引进, 空气凤梨便逐渐在园林艺术、环境保护等方面崭露头角。

对于不是空气凤梨原产地的我国大部分地区而言, 想要让引进的品种正常生长, 就必须要综合研究适合其生长发育的栽培及繁育条件[3]。空气凤梨是一种特殊的植物, 其形态特征和生长方式都不同于其他普通的植物。本文侧重研究其耐阴、耐寒、抗旱性能。空气凤梨生长所需要的水分和营养物质均来自于空气, 无需借助于土壤, 而叶片作为其暴露在空气中最多的部分, 势必会成为吸收水分和营养物质的主要器官, 结构是功能的基础[4], 所以气生凤梨叶片表面或内部一定有些特殊的结构存在, 帮助其行使吸收水分和营养物质的功能[5], 而具不同抗逆性的品种, 其结构也会有一定的异同。

该试验选择4种有代表性的空气凤梨和1种有代表性的地生凤梨, 观察其叶片结构的差异, 包括气孔状态、维管束位置等, 并分别进行遮荫、低温、干旱的胁迫, 对其表现出的抗逆性进行分类, 分析空气凤梨的叶片结构与抗逆性之间的关系。

1 材料与方法
1.1 供试材料

霸王(T.xerographica)、扭叶铁兰(T.streptophylla)、维路提娜(T.velutina)、三色铁兰(T.tricolor)等4种空气凤梨, 以及地生凤梨朱顶红(Hippeastrum advena), 挑选生长状况良好的单株。

1.2 方法

1.2.1 石蜡切片法观察叶片解剖结构

固定。将叶片切成4 mm× 6 mm的小块, 切好的材料用清水冲洗后投入FAA固定液中固定, 固定液体积为固定组织的20倍为宜。

软化。固定24 h后, 用10%HF酸软化7 d。

脱水、透明。经过软化的材料脱水前先用自来水冲洗干净, 再转入30%的乙醇进行脱水→ 70%乙醇(番红预染, 过夜)(70%乙醇100 mL里加0.5 g番红)→ 85%乙醇(1 h)→ 95%乙醇(1 h)→ 无水乙醇(1 h)→ 无水乙醇(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)。

渗蜡。封蜡完毕后置于37 ℃的电热恒温培养箱中24~48 h。将电热恒温箱升温至60 ℃约0.5 h, 倒去约1/3体积石蜡与二甲苯的混合物, 加入等体积纯蜡(1~2 h)→ 倒去约1/2体积石蜡与二甲苯的混合物, 加入等体积纯蜡(1~2 h)→ 纯蜡Ⅰ (1~2 h)→ 纯蜡Ⅱ (1~2 h), 0.5 h后进行包埋。

包埋。先准备镊子、酒精灯、一盆冷水、包埋用的纸盒及火柴。准备包埋用的纸盒必须用硬质而光滑的纸折成, 纸盒的大小可根据材料的大小及多少而定。包埋时将纯净的石蜡倒入纸盒内, 然后把镊子在酒精灯上烧热, 赶走石蜡内的气泡。用镊子将材料放入纸盒内, 迅速把材料排列整齐。待石蜡开始凝固时, 将纸盒平放入冷水中, 使石蜡很快冷凝; 或将材料直接放入装有石蜡的纸盒中过夜, 便可将蜡块从纸盒中取出。

修块、切片。将石蜡块修成梯形, 用刀片将材料周围多余的石蜡切去, 使切面尽可能小, 但不要挤压到材料。装置材料, 调整厚度标志器, 使所指刻度正适合所要厚度。蜡块硬度和切片速度都会影响切片质量。

粘片。将一小滴粘贴剂涂在载玻片上(载玻片需事先经过95%酒精浸泡数小时, 用布擦干), 用手指涂匀, 将蜡带轻放到载玻片上, 并滴加3%的福尔马林, 使蜡带展开。将带有蜡带的载玻片放在温台上, 使表面烤干。将载玻片置于37 ℃电热恒温培养箱中2~5 d, 加速其干燥。

染色。采用番红-固绿对染法。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%番红(12 h)→ 50%乙醇(5 min)→ 70%乙醇(5 min)→ 85%乙醇(5 min)→ 95%乙醇(5 min)→ 0.1%固绿(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、镜检。迅速将盖玻片从二甲苯中取出(不能使二甲苯干很久后才封片), 滴1~2滴中性树胶封片, 盖上盖玻片, 尽量避免有气泡产生, 37 ℃电热恒温培养箱中烘干过夜后, 用光学显微镜观察并拍照。

1.2.2 胁迫处理测定丙二醛含量

对供试材料分别进行遮荫、低温、干旱胁迫处理, 同时设置对照试验。

丙二醛(MDA)的提取。称取受逆境胁迫的植物叶片1 g, 加入少量石英砂和10%三氯乙酸TCA 2 mL, 研磨至匀浆, 再加8 mL 10%三氯乙酸TCA进一步研磨, 匀浆以4 000 r· min-1离心10 min, 取其上清液。

显色反应及测定。取4支干净试管, 编号, 3支为样品管(重复3次), 各加入提取液2 mL, 对照管加蒸馏水2 mL, 然后各管再加入2 mL的0.6%硫代巴比妥酸TBA。摇匀, 混合液在沸水浴中反应15 min, 迅速冷却后再离心。取上清液分别在450、532和600 nm波长下测定消光度(D值)。

结果计算。MDA浓度/(μ mol· L-1)=6.45(D532-D600)-0.56 D450, MDA含量/(μ mol· g-1)=(MDA浓度× 提取液体积)/植物组织鲜重。

利用Excel对不同逆境胁迫下丙二醛进行统计分析计算平均数、标准差, 并进行差异显著性分析。

2 结果与分析
2.1 叶片剖面结构

由图1和表1可知, 三色铁兰、霸王、地生铁兰的角质层较厚; 霸王、扭叶铁兰、维路缇娜的栅栏组织较发达; 三色铁兰、霸王、扭叶铁兰、维路缇娜的维管束数量多; 三色铁兰、霸王、扭叶铁兰的维管束鞘明显。

图1 不同凤梨品种的剖面结构

表1 不同凤梨品种的叶片结构特点
2.2 抗逆性

干旱胁迫下不同品种丙二醛含量的变化不同。在干旱逆境条件下活性氧量超过阀值, 其毒害之一是直接引发或加剧膜脂的过氧化作用, 使膜上的不饱和脂肪酸氧化, 导致其终产物MDA含量增加, 即抗旱植株MDA含量变化小。

由表2~3可知, 品种间抗旱性强弱为霸王> 三色铁兰> 维路提娜> 扭叶铁兰, 供试品种间差异显著。后两者的差异不显著。低温胁迫下不同品种丙二醛含量的变化不同。MDA是膜脂过氧化的产物, 其含量变化反映自由基伤害的程度, 耐寒变异体植株的MDA含量变化较小。

表2 供试材料干旱胁迫下丙二醛变化量
表3 供试材料低温胁迫下丙二醛变化量

根据数据得出抗寒性的强弱:霸王> 三色铁兰> 维路提娜> 扭叶铁兰, 供试品种间差异显著。低温胁迫下不同品种丙二醛含量的变化不同。光强的变化会对抗氧化胁迫的能力产生影响。随着光强的减弱MDA含量上升。由表4可知, 品种间耐阴性强弱为维路提娜> 三色铁兰> 扭叶铁兰> 霸王, 供试品种间差异显著。

表4 供试材料遮荫胁迫下丙二醛变化量
2.3 抗逆性与叶片解剖结构的相关性

试验测得抗旱性强弱依次为霸王> 三色铁兰> 维路提娜> 扭叶铁兰。观察其解剖结构可以发现, 叶片表皮角质层厚度, 叶肉组织及维管束的发达程度与抗旱性密切相关。如抗旱性最强的霸王, 其叶片角质层最厚, 叶肉组织及维管束最发达, 抗旱性最弱的扭叶铁兰, 其叶片角质层较薄, 叶肉组织虽发达, 维管束分布较少。试验测得抗寒性强弱依次为:霸王> 三色铁兰> 维路提娜> 扭叶铁兰, 这与抗旱性的研究结果高度一致, 说明叶片解剖结构与供试品种的抗旱及抗寒性的相关性较为一致。试验测得耐阴性强弱依次为:维路提娜> 三色铁兰> 扭叶铁兰> 霸王, 虽有研究报道叶片解剖结构与耐阴性有一定相关性, 但本试验叶片解剖结构与耐阴性强弱并无直接相关性。

3 讨论

对于非空气凤梨原产地的我国大部分地区而言, 其叶片解剖结构与功能关系有着一定的适应性变化。据本试验得出, 不同品种空气凤梨的叶片解剖特征存在不同程度的差异, 为能适应所在环境, 也都具有相似的抗逆结构特征。

3.1 空气凤梨叶片解剖结构的特殊性

空气凤梨的解剖结构比较特殊, 较其他单子叶植物而言, 角质层和栅栏组织更厚, 叶肉组织更发达, 维管束更多。

3.2 空气凤梨叶片解剖与抗逆功能相关性

角质层是不透水的脂肪性物质, 可减缓水分蒸发, 具有一定的机械支撑能力[6]。角质层厚度与植物所在环境密切相关, 角质层越厚, 对细胞的受害缓冲作用越有利, 因此角质层厚度可用于评价植物的抗性[7]。

叶肉组织可避免干旱环境下强烈光照对叶肉的灼伤, 还可有效利用衍射光进行光合作用[8]。耐寒品种主要的叶片特征为叶肉组织发达、分化程度高、栅栏组织厚、排列紧密等特点, 这与韩善华等[9]的研究相符合。维管束主要起输导和机械支持的作用, 发达的维管束和强化的机械组织能提高植物对逆境的防御能力[10]。

空气凤梨的叶片结构与功能关系之间的影响因素有很多, 要用多个指标从多方面来综合研究才算比较客观。其抗逆性与很多的因素相关, 本文只针对叶片的解剖结构方面来研究。空气凤梨该品种比较奇特, 研究价值较高, 叶片结构与功能关系之间还有待继续研究。

The authors have declared that no competing interests exist.

参考文献:
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