全 文 ：广 西 植 物 Guihaia 29(5)：640— 643 2009年 9月
甘草腺体结构及对渗透胁迫的调节作用
魏 胜 林
(苏州大学 金螳螂建筑与城市环境学院，江苏 苏州 215123)
摘 要：甘草叶片上的腺体是其特殊的耐旱形态学结构 ，通过腺体分泌多糖调节叶肉细胞渗透势是其耐旱的
重要生理特征。甘草叶片处于两面对称叶尚未展开期，部分腺体头部已分泌积 累呈球状的多糖液，约占总腺
体数的 13．0 ；部分腺体开始分泌多糖液，约占总腺体数的 11．6 ；75．3 的腺体尚未开始分泌多糖液，表明
该期的腺体已有部分开始参与渗透调节。甘草发育成熟的功能叶上的所有腺体头部都分泌有呈球状的多糖
液，表明该期所有的腺体都通过向外分泌多糖参与渗透调节。15 PEG+Hoagland培养的渗透胁迫 比 Ho—
agland培养的非渗透胁迫，叶内多糖增加了59．8 (P<0．01)。甘草通过腺体 向腺体外分泌多糖液的作用，
维持叶肉细胞适合的渗透势是甘草一种主动调节过程和方式。
关键词：甘草；渗透胁迫；多糖 ；腺体
中图分类号 ：Q945 文献标识码 ：A 文章编号：1000—3142(2009)05—0640—04
Glands structure of liquorice and its
mechanism on osmosis stress
WEI Sheng-Lin
(Gold Mantis School of Architecture and Urban Environment，Soochow University，Suzhou 215123，China)
Abstract：Foliar glands of liquorices are special morphological structures for drought tolerance．The glandular organ
regulates osmotic potential of diachyma cells by secretes polysaccharide。and it’S also an important physiological char—
acteristic of drought tolerance．During folded period，the two sides of young leaves are symmetrical，and about 1 3．0
of glandular organ heads start to secrete or accumulate polysaccharide liquid bal1． About 1 1．6 glandular organ
starts to secrete polysaccharide liquid．About 75．3 glandular organ doesn’t secrete polysaccharide liquid．It’S indi—
cated that some glandular organ starts to take part in osmoregulation at that time．Al glandular organ heads of ma—
ture leaf secrete polysaccharide liquid bal which indicate that al glandular organ participate osmoregulation by secrete
polysaccharide toward outside．Compared with the control，the level of leaf polysaceharide increased 59．8 (P
side in order tO keep suitable osmotic potential by glandular organ，which is an initiative adjusting process and style．
Key words：liquorice；osmosis stress；polysaccharide；gland
甘草(Glycyrrhiza uralensis)为多年生草本豆
科植物，由于具发达的地下根和根茎，既有较强的耐
旱、抗风沙能力 ，又是重要的中药材(王立等，1999；
冯建忠等，l995；王照兰等，2O02)，在植被治沙工程
中是一种生态效益和经济效益兼顾的草本 固沙植
物。何兰(2004)的研究指出甘草由于具有深而发达
的根系及根／冠比值高是其沙生耐旱特征。我们在
研究中发现甘草叶片上着生有大量的能分泌水溶性
多糖的腺体 ，这些腺体是甘草适应荒漠化干旱环境
长期进化出的特殊的旱生结构，尤其是甘草的这种
腺体能向腺体外分泌水溶性多糖，从而维持细胞液
低的渗透势。这种低渗透势的维持正是沙漠植物的
收稿日期：2008—07—14 修回日期：2008—12—05
基金项目：国家“863”新概念课题(2002AA327070)[Supported by the Chinese National“863”Project of Sand Treating Technology for Plant Improvement
by Ion Beam Combined with New Mate al(20。2AA327O7。)]
作者简介：魏胜林(1958一)，男．安徽巢湖人，教授 ，博士．主要从事植物生理生态学研究 ，(E-mail)slwei@suda．edu．cn。
5期 魏胜林 ：甘草腺体结构及对渗透胁迫的调节作用 641
一 个极重要的生理特征，低渗透势能够使甘草从十
分干燥的土壤夺取水分(刘家琼等，2003)。因此，甘
草的腺体及通过腺体分泌多糖对叶肉细胞渗透势的
调节应是甘草耐渗透胁迫的主要特殊旱生结构和生
理特征之一。本试验 旨在研究甘草腺体的发生、发
育和结构特征及在渗透胁迫下叶片腺体、腺体分泌
多糖和叶内多糖适应性变化 。研究结果对甘草的人
工栽植及甘草叶片多糖的提取具有参考价值。
1 材料与方法
1．1材料
试材为乌拉尔甘草 (Glycyrrhiza uralesis)，种
子由安徽亳州皖北中药材栽培技术研究所提供。将
种子播种于45 cm、 6 cm(中)的树脂培养瓶中．栽培
基质为珍珠岩。对照为非渗 透胁迫 ：用 HoagIand
完全营养液培养；处理为渗透胁迫：用 15 PEG(上
海脯东高南化工厂生产)+Hoagland完全营养液培
养。每隔 4 d称重补充损失的水分。对照和处理各
l5盆，每盆 株，3个重复。生长室光强 200 mol-
m 。” · s～
，RH一30％．温度 26±2℃，昼／夜光照时间
14 h 10 h，培养时间为 2002年 11月 2003年 2月。
1．2方法
1．2．1多糖的测定 (1)甘草叶面腺体分泌多糖 的
提取和测定 取每株甘草茎顶端开始的第 4～5片
发育成熟的功能叶的 I／2(沿主脉剪开)叶片 5O mg，
置 j mL水中于 3O℃温箱中常温提取 24 h(镜检腺
体多糖液已水溶)，取 0．5 mI 该提取 液加 0．5 mL
6 苯酚，2．5 mL浓 H2SO ，冷却后在 BECKMAN，
DU640核 酸 和蛋 白质 分 析仪 (Nucleic Acid and
Protein Analyzer)的 489 nm处测 0D值。(2)甘草
叶片多糖提取和测定 取叶面腺体多糖已提取后的
甘草叶片5O mg，研磨后水定容 10 mL，30℃条件下
提取 24 h，过滤定容 l0 mL，取 0．5 mL，加 6 苯酚
0．5 mI ，浓 H 2S0 2．5 mL，冷却后在 BECKMAN，
DU640核 酸 和 蛋 白质 分 析 仪 (Nucleic Acid and
Protein Analyzer)的 489 nrn处测 0D值 。(3)多糖
测定标准曲线的制作和换算 标准溶液的配制和标
准曲线的制作见文献(王惟杰，l994；高丽娟等，
2002)，得葡萄糖微克数和 OD值回归方程为：C=
I．142± 94．612X(r：0．9949，P< O．01)。
换算因子测定：甘草多糖 由中国科学院离子束
生物工程 学重点 实验室 提取 、纯 化，多糖 纯度 为
92 9／6。精密称取甘草多糖 25 mg置于 100 mL容量
瓶中，加少量水溶解稀释至刻度，摇匀，作为储备液。
精密吸取储备液 100 L。照标准曲线制作项下 的
方法测定光密度，由回归方程式求出葡萄糖的浓度，
按 f—W／(cD)计算换算因子，式中W／／*g为多糖含
量；c／( g·mL)为多糖溶液中葡萄糖 的浓度 ；D为
多糖的稀释因素，测得 f：2．04。
1．2．2腺体形态特征观测 多糖水溶后的腺体正
面 、侧面，腺体分泌多糖，幼叶腺体分布及多糖分泌，
成熟叶腺体分泌多糖，枯黄衰老叶腺体及多糖的观
测用 OLYMPUS解剖镜观测摄影。甘草茎尖生长
点外第一片幼叶的腺体观测使用醋酸洋红染色后用
OI YMPUS显微镜观测摄影 。叶背面腺体数(甘草
叶大部分腺体位于背面)的统计方法是：取每株甘草
茎顶端开始的第 4～5片发育成熟的功能叶的 l／2
(沿主脉剪开)，在 OLYMPUS解剖镜下统计 j个视
野下的腺体数 ，然后求平均每个视野的腺体数。甘
草茎顶端生长点外第一片幼叶的腺体发生和发育用
激光共聚焦显微镜(CLSM：confocal laser scanning
microscope，Leica Tcs sp2／0)扫描，放大倍数为 4O
×10×1．0，镜头型号为 HCX PL APO CS 40．0×
0．85 CORR U。
1．2．3统计与分析 差异显著性用 t检验 ，P<0．0l
为极显著性差异。
2 结果与分析
2．1甘草幼腺体的发育和结构特征
图 1：A是甘草茎顶端生长点外第一片幼叶，其
上已着生许多甘草“幼腺体”，但并没有开始分泌多
糖液，并且在非渗透胁 迫和渗透胁迫培养下均有同
样特征。图 1：B是 甘草茎顶端生长点外第一片幼
叶叶片上腺体发生发育及处于该发育期甘草腺体的
完整形态结构。从图 1：B看 出，该期完整的甘草腺
体包括一个“头部(a)”和“稍细长的颈部(b)”及“基
部(c)”，头部由 8～1O个细胞径向排列。颈部径向切
面宽度约有 4个细胞构成，纵向切面长度约有 5～7
个细胞构成，细长的“颈部”下紧贴叶面有一个“基
部”。甘草处于该发育期的腺体发生发育应是先从
叶面适当的位点生长发育出“头部”，再进行“颈部”
伸长发育。图 l：C是甘草幼腺体头部正面观平面
结构。从图 1：C看出，甘草幼腺体“头部”圆周约有
21个细胞 ，中央约有 29个细胞构成 。
5期 魏胜林 ：甘草腺体结构及对渗透胁迫的调节作用 643
land营养液培养的渗透胁迫下甘草株高生长比 Ho—
agland营养液培养的非渗透胁迫下降低 了 27．0％
(P<0．01)，而在渗透胁迫下甘草叶背面腺体数增
加了 6O．73 (P<0．01)(图 4：A，B)。这表明甘草
株高生长受渗透胁迫抑制及叶背面腺体的发生发育
受渗透胁迫诱导。
处理 CK 处理
图 4 渗透胁迫对甘草株高生长(n一75)
和叶背面腺体数(n一225)的影响
Fig．4 The effect of osmosis stress on stem height
growth (n=75)and gland number in back
leaves of liquorice(n=225)
2．5渗透胁迫对甘草腺体分泌多糖及叶内多糖含量
的影响
1 PEG+Hoagland营养液培养的渗透胁迫
比 Hoagland营养液培养的非渗透胁迫甘草腺体分
泌多糖增加了 44．1 (P％O．01)，叶内多糖增加了
59．8 (P<0．01)，但甘草腺体分泌多糖在非渗透
胁迫条件下 占叶内多糖的 31．4 ，在渗透胁迫条件
下腺体分泌多糖仅占叶内多糖的 28．3 (图 j：A，
B)，这表明在渗透胁迫条件下有更多的多糖参与叶
肉细胞的渗透调节。
3 讨论
适应能使植物通过多种途径增加基本生存的可
能，是任何生物都具有的一种本能，且是可以遗传的
特征。甘草生长点外第一片幼叶上着生许多“幼腺
体”，这表明甘草叶片腺 体的发生发育具有遗传特
征，而且渗透胁迫能显著地诱导腺体数的增加。甘
草是典型的沙生耐旱植物，有机体要想生存就必须
给后代传递足够信息以使它们能适应不断变化的环
境。抗旱就是一种适应方式，植物对干旱环境的适
应包括在形态特征方面表现出有利于它在干旱环境
中生存的特征及其对干旱环境生态因子变化的调节
能力(朱志梅等，2003)。渗透胁迫诱导腺体的增加
应是甘草在形态上适应渗透胁迫的一种响应 。甘草
叶发育处于对称两面叶尚未展开期，其上已有部分
腺体通过分泌多糖液开始参与渗透调节 ，随着幼叶
A一腺体多糖 B一叶内多糖
PoI ysacchari de at gI and s PoI ysacchari de i n I eaves
图 5 渗透胁迫对甘草腺体多糖和叶内多糖的影nN(n=15)
Fig．5 The effect of osmosis stress on polysaccharide
at glands and leaves of liquorice(n一 15)
的展开和发育成熟，叶上的腺体通过向腺体外分泌
可溶性多糖，全面参与调节叶内的渗透势。甘草枯
黄衰老叶上的腺体仍具有完整的球状多糖液，这表
明甘草通过腺体向叶外分泌可溶性多糖液维持适当
的叶内渗透势是“单向不可逆”过程，腺体是甘草特
有的外分泌腺 ，是将叶内多糖 向腺体外分泌的通道。
渗透胁迫虽然都能极显著地提高甘草腺体分泌
多糖和叶内多糖 的含量，但甘草腺体分泌多糖在非
渗透胁迫条件下占叶内多糖的 31．4 ，在渗透胁迫
条件下腺体分泌多糖仅占叶内多糖的 28．3 ，而且
通过腺体向腺体外分泌多糖液在从成熟的功能叶向
衰老枯黄叶的发育进程中又是一个“单向不可逆”过
程。因此 ，甘草叶内多糖应是参与甘草在渗透胁迫
下调节渗透的主要渗透调节物质，腺体多糖并不是
参与甘草渗透调节的主要物质。我们在其他相关研
究中也得出在渗透胁迫下甘草株高生长和叶内多糖
含量呈极显著的正相关 (r一0．71 66，P<0．01)(魏
胜林等，2007)。通过腺体向腺体外分泌多糖液使甘
草适应干旱环境水分胁迫，维持叶肉细胞合适的多
糖含量，从而保持叶肉细胞适合的渗透势是甘草一
种主动 自我调节过程和作用 。甘草多糖具有较好的
水溶性，能降低叶片和根系的渗透势，另外多糖虽然
具有复杂的结构和种类 ，但在其分子结构中都含有
大量的 OH，能通过氢键和细胞液中的水分子形成
大量的束缚水 ，而束缚水对提高植物耐旱性具有重
要的作用(Franca等，2000；Garg等，2001；Vanrens
(下转第 693页 Continue on page 693)
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5期 沈芳等 ：假丝酵母菌 GXU08产脂肪酶发酵条件的优化 693
Huang PX(黄品鲜)。Li PY(李飘 英)，Li WG(李 伟光)．1998．
Extraction and separation of Malania oleifera Chum oil by organ—
ic solvent(有机溶剂萃取分离蒜头果油的研究)[J]．Guangxi
Chemical Industry(广西化工)．27(3)：1—3
Lj C，Bai J．Cai Z．et a1．2002．Optimization of cultural medium for
hacteriocin production by Lactococcus lactis using response sur—
face metl1odology[J]。Biotahnology．93：27—34
Liu XM(刘雄民)．Shen F(沈芳)，Liang JJ(梁静娟)，et a1．2004．
Study on screening of lactonizing lipase and efect of activity on
yield of cyelopentadecanol|de(合成环十五内酯脂肪酶产生菌的
筛选及酶活对转化的影响)[J-I．J Guangxi Univ(广西大学学
报)．29(4)：274—277
Niu DY(牛 冬云 )。Zhang YZ(张义 正)．2003．Selection of an al—
kaline lpase_producing strains and optimalization of its ferm ent—
ation conditions(碱性脂肪酶 产生 菌的筛选及产酶条件的优
化)[J]．Food and Fermentation Industries(食品与发酵工业)，
29(5)：28— 31
Shen F(沈芳)，Liang JJ(梁静娟)，Liu XM()Ij雄民)．Lipase cata一
(上接第 643页 Continue from page 643)
burg，1994；Rascio等，1998)。通常把束缚水当作抗旱
重要因素，植物保水力与束缚水含量有关，束缚水多干
旱时植物体内保持的水量也就多，从而不易受旱害。
渗透调节是植物在逆境条件下降低渗透势，抵抗逆境
胁迫的一种重要方式，在一定胁迫范围内，某些植物通
过自身的渗透调节作用表现出抗外界胁迫的能力，它
是植物重要的抗逆生理机制(朱志梅等，2003；Levit，
1980)。甘草是典型的耐旱沙生植物，耐旱机理除已有
的研究指出其具有发达的根系能吸收沙地、沙漠深层
水分外，本研究发现可溶性多糖是甘草重要的渗透调
节物质，并且叶片专门分化出具有遗传特征和生物活
性的能分泌多糖的外分泌腺，通过腺体向外分泌多余
的多糖来维持叶片内部一定的多糖含量和渗透势，在
一 定范围内主动调节自身和干旱环境的适应性也是甘
草在形态和生理上特有的重要耐旱特征和作用。
参考文献：
何兰．2004．拘杞甘草[M]．北京：科学技术文献出版社，l52 161
刘家琼．丘明新，刘金祥．2003．大漠之绿[M]．北京：化学工业出
版社 ，45—53
王惟杰．1 994．糖复合物生化研究技术[M]．杭州：浙江大学出
版杜 ，l6
Feng Jz(冯建忠)．Lu XZ(陆行舟)，Lv JM(吕建民)。et a1．1995．A
study on development of animal husbandry by using Glytyrrhiza
，ralensi．~resources(利用甘草资源发展畜牧业生产的探讨)[J]．
J Arid L R Em iron(干旱区资源与环境)，9(2)：84—89
Franea MGC．Thi ATP．Pimentel C．el“
． 2000． Differences in
growth and water relations among Phaseolus vulgaria cuhivars
in response to induced drought stress[J~．Environ Experiment(zl
lyzed synthesis of cyelopentadecanolide from methyl hydroxyl
pentadecanate(脂肪酶催化 羟基十五烷酸 甲酯合成环十五
内酯)LJ]．Chin J Appl Chem(应用化学)，24(2)：63—66
Wu SH(伍时华)，Xu YF(徐雅飞)，Zl~ng J(张健)，et a1．20<)6．Study
on medium optimization of bleudne fermentation(L-亮氨酸发酵培
养基优化试验)[J]_Guihaia(广西植物)，26(6)：692-696
Zhang B(张搏)。Yang JK(杨江科)，Su HW(苏华武)，et a1．2007．
Screening identification of lipase production bacteria and optimi za—
tion of the lipase production(肪酶产生菌的筛选、鉴定及其产酶
条件优化)[J]．Biotechnology(生物技术)，17(1)：23—26
Zheng Y，Das PK．2000．Improved response sudace method and
its application to stifened plate reliability analysis[J]．Engi—
neering Structures，22：544— 55 1
Zhou YH(周永 红)，Li WG(李伟 光)，Yi FP(易封 萍)，etⅡ ．
200 1．Determination of fatty acids in Malania olei ra oil by
gas chromatography-mass spectrometry(气相色一质谱法测定
蒜头果油中的脂肪酸)[J]．Chin J Chromatography(色谱)，19
(2)．147— 148
Bot，43(3)：227— 237
Oao LJ(高丽娟)，TianXY(田晓燕)．2002．Determination of pol—
ysaccharides in residues of glycyrrhiza with spectrophoto-metry
(甘草残渣中多糖含量的分光光度法测定)[J]．J Ningxia
(Nat Sci )(宁夏大学学报)，23(2)：182—184
Garg BK，Kathtu S，Burman U．2001．Influence of water stress on
water relations，photosynthetic parameters and nitrogen metaho—
lism of moth bean genotypes[J]．Biologia Plantarum，44(2)：
289～ 292
Levit J．1980．Responses of plants to Environmental Stress[M]．
Second Edition New，London，Aeadem icpress 1I：5—6
Rascio A，RUSSO M ，Patani C．et a1．1998．Drought intensity effects
on genotypic differences in tissue afinty for strongly bound wa—
ter[J]．Plant Sci．(132)：l21—126
Vanrensburg L． 1994． Osmoregulation．M onitored by pressure-
volume tissue water component analysis。in cultivars of nico tiana—
tabacum-I of different drought tolerance[』]．South Africal J
But，60(3)：139—144
Wang ZL(王照兰)，Du JC(杜建材 )，Yu LQ(于林 清)．et a1．
2002．The utilization vslue，curent research and problems of
Glycyrrhiza(甘草的利用价值、研究现状及存在的问题)[J]．
GrasaHand oJ China(中国草地)，24(1)：73～76
Wang L(王立)，Li』H(李家恒)．1999．Technical system of artifi—
cial cultivating Glycyrrhiza uralensis fisceh innorthwest region
(西北地区甘草人工栽培技术体系研究)[J]．Sci Silv Sin(林
业科学)．35(1)129—133
Wei SL(魏 胜林 )，wu LI(吴李 君)，Yu ZL(余增 亮)．2007．
Effects of N+ implantation on polysaccharide and osmosis stress
resistance of liquorice(N 注入对甘草多糖及耐渗透胁迫的影
响[J]．J Radiat Res Radiat Process(辐射研究与辐射工艺学
报)，25(5)：271—274
Zhu ZM(朱志梅 )，Yang C(扬持 )．2003．Research summarizing
of plant’s change and adapation in sandy desertification process
(沙漠化过程中植物 的变化和适应机理研究概述)[J]．Acta
Sti Nat Univ Nei Mongol(内蒙古大学学报)，34(1)：1O3一l】4