全 文 ：植物生理学通讯 第 40 卷 第 3期，2004 年 6 月 305
聚乙二醇引起的水分胁迫下葡萄试管苗的生长和形态变化
李予霞1,* 崔百明2 刘升学1 刘彤2 董新平2
石河子大学1 绿洲生态农业重点实验室，2 生物技术重点实验室，石河子 832003
提要 在 PEG 引起的水分胁迫下，葡萄试管苗生长发育迟滞，植株节间变短，株高变矮，但根数增加，根变长；新生
叶片小而皱缩，气孔指数降低，高浓度 PEG(6%)处理的植株叶片上皮细胞排列更紧凑 ¡£
关键词 葡萄； 试管苗；聚乙二醇；水分胁迫
Effects of PEG-induced Water Stress on Growth and Morphology of Grape (Vitis
vinifera) Plantlet in vitro
LI Yu-Xia1,*, CUI Bai-Ming2, LIU Sheng-Xue1, LIU Tong2, DONG Xin-Ping2
1Key Laboratory of Oasis Ecology Agriculture, 2Key Laboratory of Bio-Technology, Shihezi University, Shihezi 832003
Abstract Under the condition of water stress induced by polyethylene glycol(PEG) treatments, reduced growth
and retarded development of grape plantlets in vitro were observed. Compared with untreated control plantlets,
the treated plantlets had shorter node and plant height, longer root and more root number. New generated leaves
of treated plantlets had smaller sizes and wrinkled. Stomatal index decreased. At high concentration of 6%
PEG, epidermal cells of leaves arranged compactly.
Key words grape; plantlet in vitro; PEG; water stress
收稿 2003-07-04 修定 2004-02-18
*E-mail:lyx1115@tom.com, Tel: 0993-2058300
与其它植物一样，移栽也是葡萄种苗微繁技
术能否成功的关键。如果葡萄试管苗移栽后不能
迅速适应低湿环境，恢复生长。就易因失水萎蔫
而死亡。水分散失是试管苗移栽中遇到的最普遍
的问题[1,2]。解剖结构的改变是试管苗保水性差的
主要原因[3]。而这种结构的改变与培养环境的高
水势有关[4]。移栽前的低水气胁迫锻炼，可以有效
提高试管苗的移栽成活率[5]。聚乙二醇(polyethylene
glycol, PEG)是一种惰性的、非离子型的渗透调节
剂，常用于研究植物渗透胁迫问题[6]。Dami 和
Hughes[7]在生根培养基中加 PEG 降低培养基水势
后，“Valiant”葡萄(Vitis sp.)试管苗的移栽成活
率提高。本文观察 PEG 处理是否对红地球葡萄试
管苗也有类似的变化，以期能对其移栽提供参
考。
材料与方法
外植体取自直径 5 m m 左右的葡萄(Vit i s
vinifera)“红地球”新梢，去叶后将新梢剪成茎
段，每段包含 1~2 个腋芽。茎段用 0.1% 的升汞
消毒8~10 min，再用无菌水冲洗4次，用无菌滤
纸吸去表面水分后，接入含 MS 基础培养基的三
角瓶中。材料放在温度为25℃左右、16/8 h昼 /
夜、36 mmol.m-2.s-1 光强下培养。待新芽长出后，
切取新芽并移入继代培养基(MS培养基附加0.5~1.0
mg.L-1 6-BA、0.1 mg.L-1 IBA)中培养。试管苗每
4周继代1次：试管苗再切成每段含1~2片叶的小
切段，插入新的 MS 培养基中培养。PEG 处理前，
先让试管苗在固体生根培养基(1/2MS+1.0 mg.L-1
IBA)中生根，7~10 d 可见不定根形成。
PEG 10000用液体生根培养基(无琼脂)分别配
制成 0%、15% 和 30% 的渗透液，经高压蒸汽灭
菌后，分别加入已生根试管苗的三角瓶中， PEG
10000 在培养基中的最终浓度分别为 0%、3% 和
6%。处理后的苗放在 25℃、16/8 h 昼 / 夜、36
mmol.m-2.s-1 光强下培养。
PEG 处理后 15 d、生出新生叶片约 3 片时，
每个处理取 10 个植株，测量其株高、叶数、根
数及每条根的长度，计算节间长度及总根长，同
时观察叶片气孔和叶片横截面。叶片横截面切片
植物生理学通讯 第 40 卷 第 3期，2004 年 6 月306
采用电镜的半薄切片法：新生叶片用戊二醛固定
24 h，再用0.1 mol.L-1磷酸缓冲液(pH 7.0)洗3次，
每次 20 min。依次用 50%、70%、80%、90%、
95% 和 100% 的丙酮脱水，每次 20 min，100% 丙
酮再脱水 3 次，用包埋剂逐步替换丙酮。包埋剂
的组成为：7 mL 环氧树脂Epon 812、4 mL DDSA
(十二烷基琥珀酸酐)、4 mL NMA(甲基内次甲基
二甲酸酐)、1.5% DMP-30[2,4,6-三(二甲氨基甲基)
苯酚]。具体操作为：包埋剂∶丙酮 =1∶3 处理
1 h；包埋剂∶丙酮 =1∶1 处理 1 h；包埋剂∶
丙酮 =3∶1 处理 3 h；纯包埋剂过夜。最后用包
埋剂将样品包埋在胶囊中，60℃聚合 48 h。自动
切片机切成 0.9 mm 切片，火焰固定，0.1% 亚甲
基蓝染色，10×20 倍显微镜观察照相。
气孔数采用Dami和Hughes[7]的指甲油印模法 ：
在叶背面均匀地涂一层指甲油，空气干燥 1 0
min，用透明胶带将印模粘住轻轻地从叶片上取
下，平铺在载玻片上，1 0 ×2 0 倍显微镜观察照
相。气孔指数按公式：气孔指数 = 气孔数 ×100/
(气孔数 +表皮细胞数)计算。
每个处理观察12个视野，数据用等方差的平
均值 T 检验进行分析比较。
结果与讨论
1 水分胁迫对葡萄试管苗生长的影响
PEG 引起的水分胁迫对葡萄试管苗各器官生
长的影响不同。从表 1 可见，PEG 胁迫下试管苗
茎叶的生长受抑：株高下降，节间变短，叶片
数减少，新叶发育迟滞；而对根部的生长和发育
似有促进作用：根长度增加，根数增多， PEG浓
度在6%以下时，这种促进作用随着胁迫强度的增
加而增强。
P E G 处理对葡萄试管苗不同器官的影响不
同：抑制茎叶的生长，而促进根的生长。本结
果与Dami和Hughes[7]的研究结果不尽一致。在他
们的研究中，PEG 处理同样抑制根的生长。这可
能是处理方法不同所致。Dami 是将切下的试管
苗茎段直接插在含 PEG 的培养基中，伤口直接
与胁迫环境接触，因而受到的伤害更严重，以
致根原基的诱导受阻；而我们是在试管苗生长1
周的培养基中加入 P E G ，切口已形成愈伤组
织，且部分根原基也已形成，所以受伤较小。
2 水分胁迫对葡萄试管苗叶片形态和结构的影响
PEG 处理与否的葡萄试管苗，它们的新生叶
片形态明显不同；而两种浓度 PEG 对叶片形态的
影响基本相同。胁迫条件下试管苗的同一植株上
呈现两种类型的叶片：胁迫前发育的叶片与未受
胁迫的一致，叶片舒展、平整、较大；胁迫后
的新生叶片明显变小，叶脉多而皱缩，有些甚至
出现畸形——不对称、无正常叶缘锯齿，在
6 % P E G 中，个别植株还发生玻璃化现象。
一般来说，自然条件下植物叶片栅栏组织由
致密的柱形细胞整齐排列而成。“红地球”的葡
萄试管苗叶中栅栏组织由 1~2 层细胞组成，细胞
成椭圆形或圆形，排列较松散且不规则。叶中海
绵组织有 2~3 层细胞，比栅栏组织细胞大，呈不
规则形状，组织内有大量空隙(图1-a)。表明“红
地球”葡萄试管苗的栅栏组织发育不全，光合能
力和抗逆能力差。PEG 处理下的叶中栅栏组织没
有明显变化，叶中大量叶肉组织纤维化，细胞伸
长逐步分化为导管(图1-d)，叶脉增多，叶表面粗
糙、叶片皱缩。说明水分胁迫促进叶脉的形成。
Dami和 Hughes[1]认为，PEG可能是改善葡萄
试管苗叶中栅栏组织的一条途径。我们在实验中
未观察到栅栏组织有明显变化。相反， 6% PEG
处理的一些叶片，甚至出现玻璃化。这可能与我
们采用的葡萄品种及 PEG 浓度与 Dami 的不同有
关。
3 水分胁迫对葡萄试管苗叶表皮细胞和气孔形态
的影响
PEG 还影响葡萄试管苗叶表皮细胞及气孔的
表1 PEG对葡萄试管苗生长的影响
Table 1 Effect of PEG on the growth of
grape plantlet in vitro
PEG浓度/ 株高/ 叶数/ 根总长/ 最大根长/ 根数/ 节长/
% cm 片 cm cm 条 cm
0 3.73a 4.41a 6.20a 2.56a 3.06a 0.85a
3 2.13b 3.50b 8.85ab 2.93a 3.92a 0.60b
6 2.80b 4.11a 12.67b 4.33b 5.22b 0.68b
　　同列数据经T检验，字母不同者差异显著(a=0.05)。
植物生理学通讯 第 40 卷 第 3期，2004 年 6 月 307
发育: 未经PEG处理的葡萄试管苗表皮细胞和气孔
的大小和形状不太一致，细胞排列松散不规则(图
2-a); 而PEG处理的表皮细胞、气孔的大小和形状
图1 葡萄试管苗叶片的横截面(×200)
Fig.1 Cross sections of grape leaves (×200)
a. 0%PEG; b.3%PEG; c. 6%PEG; d. 叶肉组织纤维化(6% PEG)。
图2 PEG对葡萄试管苗叶表皮细胞形态的影响(×200倍)
Fig.2 Effect of PEG treatment on morphology of abaxial surfaces cells of grape plantlets in vitro
a. 0%PEG; b. 3%PEG; c. 6%PEG; d. 异常的巨大气孔(6%PEG)。箭头所指为气孔。
则相对一致，细胞排列致密，气孔呈椭圆形(图
2-b、c)。
随着 PEG 处理浓度的提高，葡萄试管苗叶片
植物生理学通讯 第 40 卷 第 3期，2004 年 6 月308
气孔数减少，气孔指数下降(表 2)。这与前人报
道有些不同。 Capellades等 [9]报道说试管环境不影
响植物的气孔指数，Dami和 Hughes[7]的报道中也
提出，2%PEG 处理的葡萄试管苗气孔指数没有显
著差别。本文结果与他们之所以不同，是否与
P E G 浓度有关，尚需进一步研究。
表2 PEG对葡萄试管苗气孔指数(SI)的影响
Table 2 Effect of PEG treatment on leaf stomatal index (SI)
of grape plantlet in vitro
PEG浓度/% 气孔指数
0 8.5a
3 7.4a
6 4.4b
　　平均值经 T检验，字母不同者差异显著(a=0.05)。
参考文献
1 Dami I，Hughes HG. Leaf anatomy and water loss of in vitro
PEG-treated ‘Valiant’grape. Plant Cell Tiss Org Cult，1995,
42:179~184
2 Brainerd KE，Fuchigami LH. Acclimatization of aseptically
cultured apple plants to low relative humidity. J Am Soc Hortic
Sci, 1981, 106:515~518
3 Sutter EG. Stomatal and cuticular water loss from apple, cherry,
sweetgum plants after removal from in vitro culture. J Am Soc
Hortic Sci, 1988,133:234~238
4 Wardle K, Dobbs EB, Short KC. In vitro acclimatization of
aseptically cultured plantlets to humidity. J Am Soc Hortic Sci，
1983, 108:386~389
5 崔百明，李予霞，宋玉洋．葡萄试管苗移栽研究．石河
子农学院学报，1996,14:68
6 Krizek DK. Method of inducing water stress in plants. HortSci，
1985,20:1028~1038
7 Dami I, Hughes HG. Effects of PEG-induced water stress on in
vitro hardening of ‘Valiant’grape. Plant Cell Tiss Org Cult,
1997,47:97~101
8 Büssis D, Kauder F, Heineke D. Acclimation of potato plants to
polyethylene glycol-induced water deficit I. Photosynthesis and
metabolism. J Exp Bot, 1998,49(325):1349~1360
9 Capellades M, Fontarnau R, Carulla C et al. Environment influ-
ences anatomy of stomata and epidermal cells in tissue-cultured
Rosa multiflora. J Am Soc Hortic Sci, 1990,115:141~145