全 文 ：植物生理学通讯 第 40 卷 第 3期，2004 年 6 月 289
长时间盐胁迫对苋菜叶片细胞结构的影响
王羽梅1,* 任安祥1 潘春香1 新居直 2
1韶关大学英东生物工程学院, 韶关 512005; 2日本名城大学农学部, 日本名古屋 468-8502
提要 生长 40 d 的苋菜秧苗用 300 mmol·L-1 的 NaCl 处理 28 d 后，生长受抑，叶面积变小，叶绿素含量降低；叶肉增厚、
微管束变小，细胞内容物减少、叶绿体收缩、液泡扩大，细胞核染色程度变浅，形状拉长；细胞内淀粉含量增加。
关键词 苋菜；盐胁迫；叶绿体；淀粉；细胞结构
Effect of Long-time Salt Stress on Cell Structure of Leaves in Amaranthus tri-
color
WANG Yu-Mei1,*, REN An-Xiang1, PAN Chun-Xiang1, NII Naosuke2
1College of Yingdong Bioengineering, Shaoguan University, Shaoguan 512005; 2College of Agriculture, Meijo University, Tempaku,
Nagoya 468-8502, Japan
Abstract The results indicated that, after exposed to 300 mmol.L-1 NaCl for 28 d, the growth of amaranth was
limited, the leaf area was reduced, as the results, the chlorophyll content decreased, the leaf thicken, the vascu-
lar bundle diminished, the inclusion cut down, the chloroplast shrinked, the vacuole enlarged, the coloration
extent of karyon thinned, the shape of karyon elongated, and the starch content increased.
Key words Amaranthus tricolor; salt stress; chloroplast; starch; cell structure
收稿 2003-06-23 修定 2003-12-05
资助 广东省自然科学基金项目(021272)。
*E-mail:wym990@sina.com, Tel:0751-8120069
苋菜是苋科 C 4 植物，其耐盐性报道很少。
我们就苋菜在盐渍条件下的光合适应性[1]，渗透
压调节物质甜菜碱合成酶的表达[2]，光合、甜菜
碱含量等随盐处理时间的变化动态[3]，不同种类
和浓度盐对其生长、离子吸收和甜菜碱含量的影
响[4,5]进行研究的结果表明，人工培养室内栽培的
苋菜用 300 mmol·L-1 NaCl 处理后，生长、光合
活性和蒸腾速度均受抑，叶片中甜菜碱含量增加
达40倍[3]。这些都是短时间(5~7 d)盐胁迫后的结
果，而且以研究生长和生理代谢为主。此外，
迄今有关盐胁迫对植物内部细胞显微结构影响的
报道还很少。崔世茂等[6 ]报道，柑桔实生苗用
500 mmol·L-1 NaCl处理1 d和用300 mmol·L-1 NaCl
处理3 d后，根尖细胞的细胞质减少，液泡扩大，
细胞核染色程度低下。NaCl 处理时间延长和处
理浓度增加时，液泡化程度加剧，细胞核崩溃。
Katsuhara等[7~9]的实验结果表明，盐引起大麦根
尖细胞中 DNA 的降解和细胞核的崩溃。至于长
时间盐胁迫对植物叶片细胞显微结构的影响则还
未见报道。为此，本文延长处理时间到 28 d，
观察长时间盐胁迫后，叶片内部和细胞显微结构
的变化。
材料与方法
将在25℃下发芽的苋菜(Amaranthus tricolor)
种子(来自日本Takii种苗株式会社)于12月2日播
种在装有蛭石和腐叶土(按4∶1混合)培养基的200
m L 容积苗钵中，在玻璃温室中栽培。出苗后用
1/2 浓度的 MS 营养液浇灌。生长 40 d 后，选择
大小比较一致的苗分为2组，每组各30株。NaCl
处理液的浓度为300 mmol.L-1 (用基本营养液调整
盐浓度)，以1/2基本营养液为对照。处理开始后
的最初 1 周，每日从苗钵的上面充分浇液，之后
将底部有孔的营养钵浸在溶液中2~3 cm深。为防
止吸收和水分蒸发引起盐浓度的改变，每2 d更换
处理液和营养液1次。处理28 d后，取样测定叶
绿素含量，并作叶组织固定。
测定叶绿素含量用直径8 mm的打孔器从叶的
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绿色部分取叶圆片各5片，置于100%的乙醇溶液
中，用锡箔纸包住，于 4℃黑暗下抽提。当叶圆
片完全变白时，取出叶圆片，稀释定容提取液
后，用分光光度计按Wintermans和 De Mots[10]的
方法比色，并计算出叶绿素 a 和 b 的含量。每个
处理均重复 3 次，取平均值。
叶面积根据叶长乘叶宽与叶面积的相关法[11]
( r 2= 0 . 9 9 4 )求得。叶片厚度和维管束直径按
Hattersley[12]所描述的方法，将从显微镜下拍摄的
叶切片照片放大后描绘其轮廓，从轮廓的数值和
放大比例求得。
观察叶片显微结构时，从充分展开的叶片上
切取一定大小的组织于固定液(含有 4% 低聚甲醛
和 1% 戊二醛的 0.1 mol.L-1 二甲胂酸缓冲液，pH
7.2)中，真空脱气后在4℃下过夜固定。固定的切
片用乙醇系列脱水后，用 Technovit 7100 树脂
(Kulzer，Wehrheim，Germany)包埋。切片厚度
为 1.5 mm，染色后用光学显微镜(LM)观察，经
甲基蓝染色后观察叶片的整体结构；用DAPI (4,
6-diamidino-2-phenylindole) 染色后，以荧光显微
镜观察细胞核的形状和亮度；用I2-KI染色后观察
淀粉的积累情况[11,13]。
结果与讨论
1 盐胁迫对叶片生长和叶绿素含量的影响
表1显示，300 mmol.L-1 NaCl 处理的苋菜幼
苗生长明显受抑，新叶的展开速度和叶片的扩大
速度都减慢。另外，随着盐处理时间的延长，全
株叶片都有显著的退绿黄化现象。叶绿素含量和
叶绿素a/b均下降，表明盐对叶绿素a的影响大于
b。这与前文[1]中三色苋叶色变化的结果是一致
的。据此可以推测，盐不仅抑制叶绿素的合成，
而且还有可能加速叶绿素的分解。
2 盐胁迫对叶片厚度和维管束直径的影响
盐处理前，将如表 2 所示的未展开叶的大小
进行标记，处理28 d后标记叶取样固定，测量叶
厚度和维管束鞘的直径。结果表明，处理开始
时，经盐处理的植株，其刚刚展开的叶厚度增
加；而处理前已经分化和处理期间展开的叶，则
因盐的影响，分化速度和叶面积生长速度均受
抑，所以叶片不但小而且薄。盐处理时已经展开
的叶，其维管束鞘已经分化完成[11 ]，所以，尽
表1 盐胁迫对苋菜叶面积、叶绿素含量和
叶绿素a/b的影响
Table 1 Effects of salt stress on leaf area, chlorophyll
contents and chl a/b
处理 叶面积 / 叶绿素含量 / 叶绿素
cm2 mg.dm-2 a/b
对照 18.2±1.9A(100) 4.28±0.17A(100) 3.1
盐处理 6.7±0.5B(36.7) 1.23±0.15B(28.7) 2.6
管面积较小，但维管束鞘的直径与未经盐处理的
没有差异；而未展开叶维管束鞘的分化受到了盐
的抑制，直径明显变小(表 2)。
3 盐胁迫对叶片内部显微结构的影响
如图1 所示，未经盐处理的叶中叶绿体大而
饱满，在叶肉细胞和维管束鞘细胞中占去绝大部
表2 处理前后标记叶的大小及处理后叶片厚与维管束鞘直径
Table 2 The leaf size, thickness, and bundle sheath diameter before and after treatment
叶序号
处理前 取样时叶片长×宽 /cm 叶片厚/mm 维管束鞘直径 /mm
叶长/cm 对照 盐处理 对照 盐处理 对照 盐处理
1 3.0~4.0 8.0×3.9 5.7×2.4 194.6±16.8 219.8±35.6 93.4±12.3 94.3±12.0
2 2.1~2.4 8.7×3.3 5.3×2.2 185.6±12.0 193.0±6.3 84.6±13.1 78.1±6.3
3 1.2~1.5 8.2×3.2 3.2×1.3 183.9±12.1 143.7±14.4 89.8±8.7 63.6±5.6
4 <1.0 9.2×3.2 1.9×0.5 193.3±9.1 111.3±6.1 79.0±8.6 48.2±5.2
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分体积；而盐处理的叶中叶绿体明显变小，在叶
肉细胞中紧靠细胞壁排列，在维管束鞘细胞中向
心排列，在叶肉细胞和维管束鞘细胞中比例极
小，表明盐对叶绿体发育有明显影响。其中机制
尚待进一步研究。盐处理的叶肉细胞的绝大部分
图1 甲基蓝染色的苋菜叶片纵切面
Fig.1 Photomicrographs of cross-sections of amaranth
leaves stained with methyl blue showing differences
of chloroplast distribution between control (a)
and NaCl treatment(b)
a.对照; b.NaCl处理。箭头所指为叶绿体。
图2 DAPI荧光染色的苋菜叶片纵切面
Fig.2 Fluorescence micrographs of cross-sections of
amaranth leaves stained with DAPI showing differences
of cell nucleus between control (a) and NaCl treatment (b)
a.对照; b. NaCl处理。箭头所指为细胞核。
被液泡充满，液泡化程度显著加剧。这与崔世茂
等[6]在柑桔根尖细胞中的结果相一致。我们的实
验中盐处理时间长，液泡化程度更加突出。至于
盐处理后叶细胞液泡化的生理意义也待深入探讨。
此外，盐对叶细胞的细胞核也有影响。图 2
显示，经盐处理的叶细胞的细胞核不但明显变
小，而且染色程度也明显变弱，表明盐处理后细
图3 I2-KI溶液染色的苋菜叶片纵切面
Fig.3 Photomicrographs of cross-sections of amaranth leaves stained with I2-KI solution showing differences of starch
accumulation between control (a) and NaCl treatment (b)
a.对照; b.NaCl 处理。黑色颗粒为淀粉粒。
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胞核中 DNA 含量减少。盐处理的细胞核在形态
上也发生变化，细胞核呈长条形，紧贴于细胞
壁上，这可能和液泡的扩大挤压有关。崔世茂
等[6]和Katsuhara和Kawasaki[8]分别在柑桔和大麦
见到短时间盐处理会促使根尖细胞中细胞核DNA
降解、细胞核崩溃。我们的结果也表明盐处理
会使叶片的 DNA 含量降低，细胞核形态虽也发
生改变，但并没有引起核的崩溃。这表明盐处
理对根尖细胞核的影响可能比对叶片细胞核的影
响更大。
4 盐胁迫对苋菜淀粉积累的影响
从图3 可以看到，盐处理的苋菜，不但叶片
细胞中淀粉积累量明显增加，而且淀粉粒也显著
变大，叶绿体中充满了淀粉粒。另外，淀粉的
分布也发生明显变化：未作盐处理的淀粉主要积
蓄在维管束鞘细胞中，叶肉细胞中很少；而经盐
处理的叶肉细胞和维管束鞘细胞中都观察到大量大
而多的淀粉粒。这可能是因为盐对光合产物的代
谢和运出的抑制比对光合作用的抑制影响更大所
致。
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