全 文 ：植物生理学报 Plant Physiology Journal 2012, 48 (5): 477~484 477
盐胁迫下藜的形态结构与生理响应
吕秀云*, 油天钰*, 赵娟, 陈莎莎, 兰海燕**
新疆大学生命科学与技术学院, 新疆生物资源基因工程重点实验室, 乌鲁木齐830046
摘要: 本文采用石蜡切片、扫描电镜和体视显微镜对藜进行了形态结构观察和多种生理指标检测, 研究在盐胁迫下藜的结构
和生理变化。结果表明: 在花期, 藜的株高和茎粗显著降低, 叶未产生明显肉质化。高盐(300 mmol·L-1)胁迫下, 叶维管束的导
管数量及形成层层数增加, 茎的维管束密度增加, 根木质化程度增强, 大导管密度显著降低。叶下表面的盐囊泡较上表面多,
叶和茎细胞中均含有簇状结晶。随着盐浓度的升高, 叶片中含水量降低, 相对电导率升高, 丙二醛(MDA)含量无显著变化, 叶
绿素含量在苗后期先升高后降低, 在花期, 其含量随盐浓度升高而降低。300 mmol·L-1盐胁迫下, 苗后期的可溶性糖、脯氨酸
及甜菜碱含量显著增加; 至花期, 脯氨酸及甜菜碱含量显著高于对照。以上结果初步显示, 高浓度盐胁迫对花期的藜形态结
构及部分生理指标均比苗期产生显著影响, 但300 mmol·L-1盐胁迫下藜仍能完成其生活史。
关键词: 藜; 盐胁迫; 形态结构生理响应; 渗透调节物质; 盐囊泡
Morphology and Physiological Responses of Chenopodium album L. under Salt
Stress
LÜ Xiu-Yun*, YOU Tian-Yu*, ZHAO Juan, CHEN Sha-Sha, LAN Hai-Yan**
Xinjiang Key Laboratory of Biological Resources and Genetic Engineering, College of Life Science and Technology, Xinjiang
University, Urumqi 830046, China.
Abstract: The present study investigated the morphology and physiological changes in Chenopodium album
under salt stress by observation of paraffin sections, scanning electron microscope and stereo microscope. The
results showed that the plant height and stem diameter decreased significantly at flowering stage, while the leaf
succulence was not evident. Under high salt (300 mmol·L-1) stress, the number of vascular vessle and layer of
cambium in leaf increased, and the vascular bundle density in stem also increased, the lignified degree of root
enhanced, the density of large vessle in root reduced significantly. The salt bladders on the abaxial surface were
more than those on adaxial surface, and some clusters of crystallization were observed in cells of leaf and stem.
With the increase of salt concentration, water content decreased; the relative electric conductance increased,
while MDA content showed no difference. The content of chlorophyll increased first and then decreased at the
late seedling stage and decreased also at flowering stage with the increase of salt concentration. The contents of
soluble sugar, proline and betaine increased significantly under 300 mmol·L-1 NaCl at the lately seedling stage,
and the proline and betaine at flowering stage were the same. The preliminary results suggested that under high
salt concentration the morphology and physiological parameters showed more significant changes at flowering
stage compared with the late seedling stage in C. album, however, 300 mmol·L-1 NaCl stress did not affect its
normal life cycle.
Key words: Chenopodium album; NaCl stress; morphology; physiological responses; osmotica; salt bladder
土壤大面积盐渍化严重影响了作物生长, 从
而导致干旱、半干旱区农业发展较为缓慢。研究
显示, 在盐渍化土壤中种植具经济、生态价值的
耐盐和盐生植物是解决盐渍土壤农业发展策略之
一(蒋刚强等2007)。尽管这类植物具有较强耐盐
性, 但在长期高盐盐胁迫下, 植株生长也会受到抑
制, 形态结构将发生一定的改变(辛华等1998; 黄庆
收稿 2011-10-24　　修定 2012-03-06
资助 国家自然科学基金(30660012)、新疆自治区科技攻关重大
专项(200731138-3)和新疆生物资源基因工程重点实验室开
放基金项目(XJDX0201-2007-03和XJDX0201-2009-06)。
* 共同第一作者。
** 通讯作者(E-mail: lanhaiyan@xju.edu.cn; Tel: 0991-8583259)。
昌和黄桂玲1991), 同时生理上也会产生相应的变
植物生理学报478
化以适应盐环境, 如积累渗透调节物质、转变光
合作用途径、离子区隔化等(金兰和丁莉2003; Da
Silva等2008; Sabah等2006; 赵可夫和范海2005)。
因此对耐盐植物盐响应机理的深入理解将为更好
利用这些资源提供有益的参考。
本文选择的供试材料藜属于藜科(Chenopodi-
aceae)藜属(Chenopodium)一年生草本植物, 广泛分
布于新疆干旱区的各种生境, 其全草可入药, 叶片
富含蛋白质、类胡萝卜素、抗坏血酸等, 在历史
上曾被某些地区作为蔬菜栽培(中国科学院中国植
物志编委会1979)。我们前期研究显示, 实验室条
件下藜能够耐受300 mmol·L-1 NaCl胁迫, 因此属于
一种耐盐植物(姚世响等2010), 也是具有潜在经济
价值并有望用于改良盐碱地的候选物种。对藜的
报道主要集中在七八十年代对其异型性的研究
(Williams和Harper 1965; Saini等1985; Ahmed
1987), 而对其耐盐性报道较少(姚世响等2010; Yao
等2010a, b, c)。目前还没有关于藜在长期盐胁迫
下不同组织解剖结构变化和不同发育时期渗调质
生理水平响应的相关报道。本研究基于以上现状,
通过体视显微镜、扫描电镜和石蜡切片等方法, 试
图揭示藜在长期盐胁迫下形态结构对盐胁迫响应;
通过对苗期和花期水分代谢、光合及渗透调节物
质等生理指标测定, 了解其对长期盐胁迫的生理
响应, 这对理解藜的耐盐机制具有重要意义, 并为
进一步开发利用其改良盐碱地提供理论依据。
材料与方法
1 实验材料
藜(Chenopodium album L.)种子于2009年9月
采自新疆大学红湖边, 并播于室内(16 h光照/8 h黑
暗, 25~32 ℃, 相对湿度28%~50%)花盆中, 以珍珠
岩:蛭石(1:3)为栽培基质进行培养。当幼苗长至
6~8片真叶时进行盐胁迫处理。每处理选取5盆
(5~8株·盆-1)发育一致的植株作为起始材料。分别
用浓度为0、100、300 mmol·L-1 NaCl的1/2Hoagland
营养液浇灌并淋去多余液体后, 将花盆置于盛满
相应盐溶液的托盘中使充分饱和(5 h), 然后弃去托
盘中剩余液体, 待花盆中基质变干再往托盘补充
相应盐溶液。在盐胁迫2个月后分别在苗后期和
花期取样测定。
2 实验方法
2.1 形态结构观察
在盐胁迫后, 每处理选5株藜植株用直尺和游
标卡尺分别测量苗后期和花期的株高、茎粗和叶
面积。
取藜植株同一叶位上叶片用蒸馏水快速洗去
表面灰尘, 用吸水纸吸干表面水分后称鲜重; 将材
料置于玻璃管内放入105 ℃烘箱杀青20 min后放
入60 ℃烘箱烘干至恒重, 然后称干重。肉质化程
度按鲜重比干重计算(綦翠华等2005)。
取新鲜藜叶片, 置于体式显微镜下观察并计
数、拍照。常规扫描电镜制样, 将叶片样品剪取
约5 mm×5 mm, 用无水乙醇脱水, 后粘贴于样品架
上, 抽真空, 扫描电镜观察叶表面结构并拍照(蒋虎
祥和田金仙1990)。
选取健康且长势一致的植株, 分别取根、茎
和叶器官, 蒸馏水冲洗表面, 制作常规番红固绿石
蜡切片进行内部结构观察并拍照(曾小鲁1989)。
2.2 生理指标检测
取藜叶片, 称其鲜重(FW), 然后, 于105 ℃下
杀青20 min, 60 ℃烘至恒重, 称干重(DW), 测定含
水量。含水量=(FW-DW)/FW×100% (王虹等
2008)。叶绿体色素含量测定采用浸提法(邹琦
2000); 相对电导率测定采用电导法(陈建勋和王晓
峰2002); 丙二醛(malondialdehyde, MDA)含量测定
采用硫代巴比妥酸(TBA)比色法(陈建勋和王晓峰
2002); 游离脯氨酸含量测定采用磺基水杨酸法(陈
建勋和王晓峰2002); 可溶性糖含量测定采用蒽酮
比色法(邹琦2000); 甜菜碱含量测定采用比色法
(王金贺等2008)。
2.3 数据统计分析
采用GraphPad Prism Version 4.0软件对多个
样本用单因素或双因素方差分析。存在显著差异,
再用Tukey多重比较检验各样本间的差异显著性,
并在图中进行标注。本文图片均采用GraphPad
Prism软件绘制。
实验结果
1 长期NaCl胁迫对藜的形态及解剖结构的影响
1.1 形态响应
结果(图1)表明, 苗后期, 株高和茎粗并未产生
吕秀云等: 藜对盐胁迫的形态结构与生理响应 479
显著差异, 至花期, 随着NaCl浓度的升高, 株高和
茎粗均显著降低(图1-A和C)。叶面积在苗后期随
着盐浓度的升高而降低, 在花期先降低后又升高
(图1-B), 但并未产生明显肉质化现象(图1-D)。
1.2 解剖结构的变化
在盐长期胁迫下藜叶片的解剖结构(图2-a~f)
显示, 在不同浓度NaCl的处理下, 叶肉细胞大小及
层数都没有显著变化, 但高盐处理下导管数量和
形成层层数有所增加。茎的解剖结构(图2-g~l)中,
其整体形态并未发生显著改变, 髓和维管束基本
形态仍保持一致, 但在300 mmol·L-1 NaCl胁迫下维
管束密度和皮层细胞层数增加。在盐处理下, 根
的木质化程度显著增强(图2-m~r), 大导管密度显
著降低, 导管直径明显减小, 在300 mmol·L-1 NaCl
胁迫下以上特征更加明显(图2-r)。
1.3 叶表面的盐囊泡数量和细胞中的结晶结构变化
藜全身密布盐囊泡, 其中叶表面特别是幼叶表
面密度更大, 且下表面数量较上表面更多(图3)。随
叶片增大, 盐囊泡密度减少, 且破裂增多, 但不脱
落。在不同盐浓度处理下, 其密度未观察到显著
变化, 但体积随盐浓度上升有所增大(图4-a~c)。囊
泡的表面和解剖结构(图4-d~f)显示, 囊泡可分为柄
细胞和囊泡细胞两部分。柄细胞小呈方至长方形,
胞质浓; 囊泡直径是柄细胞的5~10倍。同时, 还发
现在叶和茎许多细胞中含有簇状结晶(图4-g~i), 特
别是茎中有大量的含晶细胞, 且在不同盐处理中
都普遍存在, 但未观察到数量上的明显差异。
2 长期NaCl胁迫对藜部分生理指标的影响
2.1 叶片含水量、叶绿素、相对电导率及丙二醛
含量的变化
300 mmol·L-1NaCl胁迫下苗后期的叶片含水
量显著降低, 而花期含水量随盐浓度增加显著降
低(图5-A)。随盐浓度的升高, 苗后期叶绿素含量
先升高后降低, 而花期的显著降低(图5-B)。苗后
期或花期相对电导率则是随盐浓度升高均升高(图
5-C)。在不同浓度NaCl胁迫下, 苗期和花期丙二醛
含量均无显著变化。
2.2 渗透调节物质变化
在苗后期, 藜的可溶性糖含量随着盐浓度的
升高显著增加, 脯氨酸及甜菜碱含量在低盐胁迫
图1 NaCl胁迫下藜的形态响应
Fig.1 Morphological response of C. album under NaCl stress
植物生理学报480
图2 不同浓度NaCl胁迫下藜不同组织结构的变化
Fig.2 The structural changes of different tissues in C. album under different concentrations of NaCl stress
Ms: 中脉; Mc: 叶肉细胞; V: 导管; M: 髓; Vb: 维管束; C: 皮层; Bv: 大导管。
吕秀云等: 藜对盐胁迫的形态结构与生理响应 481
图4 藜的叶表面盐囊泡和茎、叶细胞中的结晶
Fig.4 The salt bladder on leaf surface and the crystallization of the stem and leaf cells in C. album
a~c: 0、100、300 mmol·L-1 NaCl胁迫下藜叶表面扫描电镜图; d: 体式显微镜下藜叶下表面盐囊泡(对照); e: 藜叶表皮细胞临时装片显
示盐囊泡结构; f: 藜叶石蜡切片显示盐囊泡解剖结构; g: 叶肉细胞中的结晶; h: 茎细胞中结晶; i: 茎细胞中簇状结晶的局部图。
图3 NaCl胁迫下藜叶片上下表面盐囊泡数量变化
Fig.3 Changes of the number of salt bladder on adaxial and
abaxial surfaces of leaf of C. album under NaCl stress
下基本保持不变, 在300 mmol·L-1NaCl胁迫下显著
增加(图6)。至花期, 脯氨酸及甜菜碱均随着盐浓
度的升高含量增加, 但甜菜碱含量的增幅较大, 可
溶性糖含量基本保持不变。
讨　　论
在NaCl长期胁迫下, 植株体内盐分增多, 逐渐
影响到细胞的分裂和扩张, 并严重阻碍根系对水
分的吸收, 最终影响到植株的表型(李尉农等2007;
薛铸等2007)。本研究中, 在苗后期, 藜的株高、茎
粗和叶面积随盐浓度的升高而下降, 但下降幅度
不大, 表明长期NaCl胁迫对藜的生长产生了一定
影响。至花期, 株高和茎粗随盐浓度升高显著降
低, 叶面积先降低后升高, 对植株生长的抑制表现
更加明显, 但不同的器官受盐害的响应不同, 这可
能是由于不同器官中盐离子的分布差异所致(景欣
等2010)。叶片肉质化是植物抵抗高盐产生干旱胁
迫的方式之一, 以此吸收和贮存大量水分, 从而导
致单位重量或体积组织(细胞)含水量显著增加(綦
翠华等2005; 赵可夫1993)。本文中藜叶片肉质化
程度并未发生显著改变, 可能表明藜并非通过叶
片肉质化来耐受盐胁迫。
在盐渍环境中, 植物的组织结构会产生独特
的适应性变化。植物体内养分和水分的运转主要
是靠维管束进行的, 其数量可以保证多条物质运
输通道(梅方竹和周广生2001)。本文中藜的叶和
植物生理学报482
茎中维管束导管数量增加, 从而有利于水分的向
上运输; 同时实验结果也显示在300 mmol·L-1 NaCl
胁迫下根的导管直径明显减小, 从而增强抗负压
能力, 不易倒伏, 使水分输导的安全性提高(张新英
1993), 而这种通过导管直径减小和数目增加的相
互协调方式, 能有效增强水分运输能力, 并以此度
过不良环境(杨美娟2005)。另外, 在300 mmol·L-1
NaCl胁迫下, 根中木质化程度明显增强, 与高盐土
壤中盐地碱蓬(Suaeda salsa)根的解剖结构一致(孔
令安等2000), 使导管的牢固性增强, 更加有利于水
分的安全运输。
盐囊泡可将植物体内过多的盐分排至体外,
故能很好地适应盐渍生境(周三等2001)。藜植株
密布囊泡, 以叶表面分布最为丰富, 下表面比上表
面多, 幼叶较老叶多, 这可能利于植物的生长发育
(杨美娟等2006), 但囊泡的密度并未随盐浓度增加
而发生显著变化。囊泡结构均由一柄细胞和一个
较大的囊泡组成, 这与中亚滨藜(Atriplex central-
asiatica Iljin)盐囊泡结构一致(杨美娟2005)。另外,
藜叶和茎细胞中存在大量簇状晶体, 茎比叶中更
普遍存在且数量丰富, 从结晶形状来看与草酸钙
结晶类似。功能假说认为草酸钙具有稳定离子平
衡、植物防御、组织支持物、解毒等功能(Arnott
和Pautard 1980), 因此认为藜中大量的草酸钙结晶
可能与植株所处的逆境相关联。
盐胁迫对植物造成的主要危害之一是渗透胁
迫(刘友良和汪良驹1998)。藜含水量在花期显著
降低, 而苗后期仅在高盐浓度(300 mmol·L-1)下显
著减少, 表明藜在苗后期的耐盐能力强于花期。
叶片中光合色素含量是反映植物光合能力的一个
重要指标, 环境因子的改变会引起叶绿体色素含
量的变化, 进而引起光合性能的改变(王素平和郭
世荣2006)。在苗期, 藜叶绿体色素含量在低盐处
理下升高, 是盐生植物积极适应逆境的一种生理
响应, 随着盐浓度的升高, 叶绿素含量显著降低,
可能是由于高盐胁迫下藜叶绿体酶活性增加, 促
进了叶绿素b分解(毛桂莲等2004)。100 mmol·L-1
NaCl胁迫下, 花期叶绿素含量显著降低, 在某种程
度上进一步表明花期与苗后期相比对盐胁迫更加
敏感。
图5 NaCl胁迫下藜一些生理指标的变化
Fig.5 Changes of some physiological parameters of C. album under NaCl stress
吕秀云等: 藜对盐胁迫的形态结构与生理响应 483
植物器官衰老或在逆境下遭受伤害, 细胞膜
透性(用相对电导率表示)会发生改变。在长期胁
迫下, 相对电导率在花期和苗期都有显著升高, 但
植株仍然可以正常完成生活史。丙二醛测定结果
显示, 藜在长期胁迫下丙二醛含量无显著变化, 与
相对电导率结果似乎存在矛盾, 其内在原因还有
待进一步实验确证。
渗透调节是植物耐盐的最基本特征之一。其
能力的提高也是植物抗盐性增强的重要机制, 重
要的渗透调节物质包括可溶性糖、脯氨酸和甜菜
碱等(肖强等2005; 时丽冉等2010)。藜在整个胁迫
过程中, 可溶性糖含量在苗期随盐浓度升高显著
增加, 而脯氨酸及甜菜碱含量在高盐胁迫下显著
增加, 说明低盐处理下藜可能通过可溶性糖的增
加就可以实现渗透调节, 随着胁迫程度的加重, 脯
氨酸及甜菜碱也参与细胞内外水势的调节。在花
期, 可溶性糖含量保持稳定, 脯氨酸和甜菜碱含量
随盐浓度升高而增加, 其中后者增幅更大, 表明甜
菜碱可能作为藜花期的主要渗透调节物质。
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图6 NaCl胁迫下藜叶片渗透调节物质的变化
Fig.6 Changes of osmotic adjustment substances in leaf of C.
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