干旱胁迫对豇豆幼苗叶片及根显微结构的影响

张 禄 康利平

（1 内蒙古广播电视大学，内蒙古呼和浩特 010051；2 呼和浩特职业学院，内蒙古呼和浩特 010051）

豇豆〔Vigna unguiculata（L.）Walp.〕又名豆角、角豆、带豆、裙带豆等，属豆科豇豆属一年生草本植物。由于它适应性广，可以较粗放栽培，产量较高，品质、风味好，深受广大生产者和消费者的喜爱，我国南北各地广为栽培，尤以南方栽培更为普遍。

水分管理是豇豆栽培上的主要措施之一，水分管理不当会造成豇豆生理代谢紊乱、形态畸形、产品产量和品质的下降。杨玲等（1996）对豇豆叶片压力—容积曲线分析表明，水分胁迫下豇豆叶片的渗透调节能力为0.23 MPa，且细胞壁的弹性较大豆叶片低。陈禅友等（2008）对豇豆种子进行温度和水分胁迫双重处理，发现35 ℃高温和10 ℃低温与水分胁迫互作效应明显，且逆境下豇豆SOD 活性先升高后降低。干旱胁迫下，植物除在生理生化方面上会表现出相应的变化外，在结构上也会有相应的应答反应。高蕾（2009）研究表明，干旱胁迫下大豆幼苗叶片显微结构表现为胁迫初期栅栏组织细胞变短，细胞排列有序，胁迫后期细胞失水、变形，排列紊乱；对根的影响是随着胁迫程度的加深，根的横切面整体形态及中柱细胞都发生了变小、收缩、变形的现象，皮层薄壁细胞萎缩、干瘪。可见，在干旱胁迫下不同植物显微结构的应答有一些相同之处。

本试验通过对豇豆幼苗在干旱胁迫下叶片及根显微结构的变化，探讨其与其他植物在干旱胁迫下显微结构变化的异同，以期对豇豆的水分管理提供理论依据，为豇豆栽培及节水灌溉生产提供指导。

1 材料与方法

1.1 试验材料

以901 青条豇豆为试材。2004年5月1日播种。豇豆种子在28 ℃下浸种催芽后，播于装有等量土壤的营养钵中。出苗后放置于光照培养箱中，进行苗期处理。昼夜温度设置为28 ℃/23 ℃；光照强度为380 μmol·m-2·s-1，光照时间为12 h；每隔1 d 浇1 次水，每次浇水量为20 mL。待幼苗长到四叶一心时进行干旱胁迫处理，停止浇水。对照每隔1 d 浇1 次水，每次浇水量为20 mL。从处理当日起每隔1 d 取样1 次，取样时间均为10：00。

1.2 测定方法

叶片含水量的测定采用烘干称质量法。随机取10 株幼苗，用打孔器取第2 对真叶于质量为W0的称量瓶中，称质量为W1，然后在烘箱里100 ℃烘10 min，再70 ℃烘至恒质量，称质量W2。5 次重复。

叶片含水量（%）=（W1- W2）/（W1- W0）×100%

土壤含水量的测定同样采用烘干称质量法。除去营养钵表面0.5 cm 的土层，在距植株2.5 cm的地方用打孔器取深度为2.5 cm 的土壤，置于质量为W0的称量瓶中，称质量为W1，于40 ℃烘干至恒质量，称质量为W2。5 次重复。

土壤含水量（%）=（W1- W2）/（W1- W0）×100%

1.3 显微切片的制作与观察

选取豇豆幼苗第2 对真叶和已展开的心叶，用刀片切取0.5 cm×1.0 cm 置于含有4 mL 卡诺固定液的青霉素小瓶中。用真空泵进行抽气，待脱气完毕后更换固定液，置于4 ℃冰箱中保存。选取根系中根毛区的根，取0.5 cm 进行相同处理。经过脱气、固定好的叶片和根的材料进行脱水、透明和浸蜡处理，使用药品及浓度的先后顺序如下：50%酒精—70%酒精—85%酒精—95%酒精—100%酒精—100%酒精—1/2 100%酒精+1/2 二甲苯—纯二甲苯—纯二甲苯—浸蜡（56 ℃恒温12 h，之后间隔2 h 换1 次蜡，更换2 次）；然后进行包埋、切片、粘片、染色、封片。脱水和透明过程中每级处理时间20 min，用明胶粘片，番红-固绿对染，加拿大树胶封片，切片厚度8 μm（上海植物生理学会，1985）。

当切片完全风干后，采用OLYMPUS 显微照相系统进行切片的观察并照相。

2 结果与分析

2.1 干旱胁迫对豇豆幼苗叶片含水量和土壤含水量的影响

由表1 可见，正常浇水的豇豆幼苗土壤含水量略有变化，呈上下波动，但波动幅度甚小。经干旱胁迫处理后，土壤含水量随胁迫时间的延长而降低，在胁迫初期，土壤含水量下降速度很快；胁迫后期，下降速度平缓，当胁迫处理14 d 后，土壤含水量仅为5.29%。

干旱胁迫下，正常浇水的豇豆幼苗叶片含水量变化较小，在90%上下波动；而干旱胁迫处理的叶片含水量则明显下降，在胁迫初期，叶片含水量的下降速度很缓慢，胁迫处理10 d后，叶片含水量迅速下降，到胁迫处理14 d时下降到80.86%，与对照呈极显著性差异。

表1 干旱胁迫对豇豆幼苗叶片含水量、土壤含水量的影响

2.2 干旱胁迫对豇豆幼苗显微结构的影响

2.2.1 干旱胁迫对豇豆幼苗心叶显微结构的影响 通过对豇豆幼苗进行干旱胁迫处理，结果发现（图1）：在处理0、4、8 d 时，豇豆幼苗心叶显微结构与对照（图1-a、c、e）相比并无明显变化，上下表皮完整，栅栏组织较厚，细胞排列整齐，胞内叶绿体变化不明显，海绵组织细胞变小，细胞数目增多，排列有序（图1-b、d、f）。这可能是由于胁迫程度处于中轻度时，植株能够通过自我调节来适应这种逆境，是植物对逆境的一种结构上的适应。干旱胁迫12 d 时，与对照（图1-g）相比，豇豆幼苗心叶上下表皮细胞排列紧密，细胞体积变小，栅栏组织细胞变短，细胞由近似长方形变成椭圆形，排列杂乱；海绵组织细胞变形，排列无序，细胞干瘪（图1-h）。干旱胁迫16 d 时，与对照（图1-i）相比，豇豆幼苗心叶显微结构的变化更加明显，上下表皮细胞体积减小，细胞干瘪、排列散乱，出现明显的细胞间隙（图1-j），这主要是由于干旱处理使细胞失水，导致膨压降低的缘故。此时心叶已处于严重干旱胁迫条件下，细胞不能进行正常的生理代谢。可见，豇豆幼苗只有在一定程度的干旱胁迫条件下才能够通过结构上的变化进行自我调节，适应逆境。

2.2.2 干旱胁迫对豇豆幼苗成熟叶显微结构的影响 对豇豆幼苗进行干旱胁迫处理后发现（图2），处理4 d 时，豇豆幼苗成熟叶细胞饱满，栅栏组织排列紧密，海绵组织细胞无明显变化，上下表皮均完整，表皮细胞排列整齐、有序，叶绿体散布于叶肉组织中（图2-d）。处理8 d 时，豇豆幼苗成熟叶叶绿体偏向于分布在细胞边缘，细胞中央分布较少，细胞继续失水，表现为部分皱缩（图2-f）。干旱胁迫12 d 时，豇豆幼苗成熟叶栅栏组织细胞变短，海绵组织细胞变形，叶绿体仍然在海绵组织内有所分布，但在栅栏组织内少见（图2-h）。干旱胁迫程度最重的时候，如图2-j所示，豇豆幼苗成熟叶虽然上下表皮完整，但其细胞体积变小，细胞变形严重，叶肉细胞已无明显栅栏组织和海绵组织的区分，细胞破碎，各细胞器散布于其中。此时，豇豆幼苗成熟叶细胞结构已严重破坏，丧失生物功能，不能进行正常的生理代谢，与心叶相比其结构破坏更为严重，而对照并无明显结构变化，细胞丰厚、饱满，结构完整，能进行正常的生理代谢，生命活动旺盛（图2-a、c、e、g、i）。

图1 干旱胁迫对豇豆幼苗心叶显微结构的影响

图2 干旱胁迫对豇豆幼苗成熟叶显微结构的影响

图3 干旱胁迫对豇豆根中柱细胞显微结构的影响

图4 干旱胁迫对豇豆幼苗根整体形态的影响

2.2.3 干旱胁迫对豇豆幼苗根显微结构的影响 随着干旱胁迫时间的延长，豇豆幼苗根的显微结构也发生了一系列的变化（图3、4）。干旱胁迫4 d 时，与对照（图3-c）相比，豇豆幼苗根显微结构变化不明显（图3-d）；干旱胁迫8 d 时，豇豆幼苗根的整体形态发生了变化，根内皮层薄壁细胞部分失水，根外表皮向内凹陷（图4-f），与对照（图3-e、图4-e）相比较，木质部不发达；且中柱内薄壁细胞失水严重，变形（图3-f）。干旱胁迫12 d 时，豇豆幼苗根整体形态变化更加严重，皮层薄壁细胞继续失水，变形、干瘪（图4-h），只剩中柱鞘细胞较饱满；中柱内木质部减少，中央薄壁细胞破坏（图3-h）。随着胁迫时间的延长，干旱胁迫16 d 时豇豆幼苗根的整体形态发生变形，四周向内凹陷，呈不规则形（图 4-j），中柱也随之发生形变，呈不规则形，皮层薄壁细胞干瘪、变形，只有中柱外的一层薄壁细胞较饱满，中柱内木质部分离，分别向不同方向延伸（图 3-j）。豇豆幼苗根发生整体变形主要是由于土壤丧失水分，引起根部皮层薄壁组织的不均匀失水，使根表皮细胞失水，向内凹陷的结果。

3 结论与讨论

关于豇豆幼苗干旱胁迫下叶片显微结构的变化报道较少，而在其他胁迫下如营养缺乏对植物解剖结构影响的研究报道较多。周晓峰和王运华（1993）研究表明棉花缺硼时细胞严重变形，排列混乱。褚天泽等（1986，1995）研究表明，植物缺锌时叶肉细胞收缩，细胞间隙增大，叶肉细胞中叶绿体数量减少，输导组织发育受到抑制，机械组织不发达。Craham（1983）的研究表明植物缺铜时组织的木质化受到抑制。王秀荣等（1999）在研究菜豆缺磷时发现叶片厚度、栅栏组织、海绵组织厚度增加，单位面积栅栏组织细胞数也增加，而大部分菜豆基因型的栅栏组织细胞面积和液泡面积减小。盐胁迫下，植物显微结构的变化也有报道。朱宇旌等（2001）对小花碱茅叶片进行研究表明：盐胁迫下叶片及叶肉变厚，下表皮气孔数增加，叶肉细胞排列整齐、紧密，并与维管束紧密结合。苗琛等（1994）对普通白菜和甘蓝的研究发现，在38～39 ℃的热胁迫下，耐热品种表现为叶肉组织排列紧密，而不耐热品种表现为排列疏松。本试验通过对豇豆幼苗进行干旱胁迫处理，结果表明经胁迫处理后叶片的栅栏组织厚度有所增加，细胞数目增加；严重干旱胁迫时，细胞失水、变形，细胞间隙增大，这与褚天泽等（1986，1995）、王秀荣等（1999）研究营养缺乏时的植物解剖结构结果一致，并且心叶对水分缺乏结构上的变化大于成熟叶的变化。由此可推断，心叶对水分缺乏的敏感程度大于成熟叶。在逆境胁迫下，无论营养胁迫、盐胁迫还是干旱胁迫植物在解剖结构上的变化总存在一些相同之处，即在逆境下植物的应答反应可能存在一个相同的机制，这个机制有待于进一步探讨。

干旱胁迫下，豇豆幼苗根的显微结构的变化尚未见报道，而其他植物及其他胁迫条件下根显微结构变化的研究有一些报道。曲桂敏等（1999）对苹果根显微结构的研究表明，干旱胁迫下苹果新根的中柱变粗、变扁，凯氏带越来越不明显，导管比正常供水时更发达。而在盐胁迫下，崔世茂等（2002）研究了柑橘根显微结构的变化，结果表明：盐处理后根皮层细胞轮廓模糊，细胞内液泡化程度加剧；朱宇旌（2001）对小花碱茅根显微结构的研究表明：盐胁迫下根的外皮层由1～3 层细胞组成，细胞壁有所加厚，同时内皮层强烈加厚。

本试验研究了豇豆幼苗根显微结构随干旱胁迫时间的延长所发生的一系列变化。发现根在结构上对干旱胁迫做出的反应较叶片早，且干旱胁迫对根的生长的抑制程度大于叶片。可见，根系是最初感受水分亏缺的部位。同时，随干旱胁迫程度的加深，根的横切面整体形态及中柱细胞都发生变小、紧缩、变形的现象，到严重干旱胁迫时，皮层薄壁细胞萎缩、干瘪，根中柱的输导组织增多，有利于从土壤中吸水。当受到干旱胁迫时，根系细胞的膨压首先发生变化，引起内源ABA 的大量合成，ABA 作为一种胞间信号传导到叶片保卫细胞，识别ABA 经胞内信使传导从而引起气孔关闭（杨洪强 等，2001），代谢活动随之改变，使各细胞器能进行正常的生理代谢以适应逆境。这也说明根系是感知逆境信号的部位，但其在液泡上的变化有待进一步研究。

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