張 祿 康利平

（1 內蒙古廣播電視大學，內蒙古呼和浩特 010051；2 呼和浩特職業(yè)學院，內蒙古呼和浩特 010051）

豇豆〔Vigna unguiculata（L.）Walp.〕又名豆角、角豆、帶豆、裙帶豆等，屬豆科豇豆屬一年生草本植物。由于它適應性廣，可以較粗放栽培，產量較高，品質、風味好，深受廣大生產者和消費者的喜愛，我國南北各地廣為栽培，尤以南方栽培更為普遍。

水分管理是豇豆栽培上的主要措施之一，水分管理不當會造成豇豆生理代謝紊亂、形態(tài)畸形、產品產量和品質的下降。楊玲等（1996）對豇豆葉片壓力—容積曲線分析表明，水分脅迫下豇豆葉片的滲透調節(jié)能力為0.23 MPa，且細胞壁的彈性較大豆葉片低。陳禪友等（2008）對豇豆種子進行溫度和水分脅迫雙重處理，發(fā)現35 ℃高溫和10 ℃低溫與水分脅迫互作效應明顯，且逆境下豇豆SOD 活性先升高后降低。干旱脅迫下，植物除在生理生化方面上會表現出相應的變化外，在結構上也會有相應的應答反應。高蕾（2009）研究表明，干旱脅迫下大豆幼苗葉片顯微結構表現為脅迫初期柵欄組織細胞變短，細胞排列有序，脅迫后期細胞失水、變形，排列紊亂；對根的影響是隨著脅迫程度的加深，根的橫切面整體形態(tài)及中柱細胞都發(fā)生了變小、收縮、變形的現象，皮層薄壁細胞萎縮、干癟。可見，在干旱脅迫下不同植物顯微結構的應答有一些相同之處。

本試驗通過對豇豆幼苗在干旱脅迫下葉片及根顯微結構的變化，探討其與其他植物在干旱脅迫下顯微結構變化的異同，以期對豇豆的水分管理提供理論依據，為豇豆栽培及節(jié)水灌溉生產提供指導。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

以901 青條豇豆為試材。2004年5月1日播種。豇豆種子在28 ℃下浸種催芽后，播于裝有等量土壤的營養(yǎng)缽中。出苗后放置于光照培養(yǎng)箱中，進行苗期處理。晝夜溫度設置為28 ℃/23 ℃；光照強度為380 μmol·m-2·s-1，光照時間為12 h；每隔1 d 澆1 次水，每次澆水量為20 mL。待幼苗長到四葉一心時進行干旱脅迫處理，停止?jié)菜?。對照每? d 澆1 次水，每次澆水量為20 mL。從處理當日起每隔1 d 取樣1 次，取樣時間均為10：00。

1.2 測定方法

葉片含水量的測定采用烘干稱質量法。隨機取10 株幼苗，用打孔器取第2 對真葉于質量為W0的稱量瓶中，稱質量為W1，然后在烘箱里100 ℃烘10 min，再70 ℃烘至恒質量，稱質量W2。5 次重復。

葉片含水量（%）=（W1- W2）/（W1- W0）×100%

土壤含水量的測定同樣采用烘干稱質量法。除去營養(yǎng)缽表面0.5 cm 的土層，在距植株2.5 cm的地方用打孔器取深度為2.5 cm 的土壤，置于質量為W0的稱量瓶中，稱質量為W1，于40 ℃烘干至恒質量，稱質量為W2。5 次重復。

土壤含水量（%）=（W1- W2）/（W1- W0）×100%

1.3 顯微切片的制作與觀察

選取豇豆幼苗第2 對真葉和已展開的心葉，用刀片切取0.5 cm×1.0 cm 置于含有4 mL 卡諾固定液的青霉素小瓶中。用真空泵進行抽氣，待脫氣完畢后更換固定液，置于4 ℃冰箱中保存。選取根系中根毛區(qū)的根，取0.5 cm 進行相同處理。經過脫氣、固定好的葉片和根的材料進行脫水、透明和浸蠟處理，使用藥品及濃度的先后順序如下：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—純二甲苯—純二甲苯—浸蠟（56 ℃恒溫12 h，之后間隔2 h 換1 次蠟，更換2 次）；然后進行包埋、切片、粘片、染色、封片。脫水和透明過程中每級處理時間20 min，用明膠粘片，番紅-固綠對染，加拿大樹膠封片，切片厚度8 μm（上海植物生理學會，1985）。

當切片完全風干后，采用OLYMPUS 顯微照相系統(tǒng)進行切片的觀察并照相。

2 結果與分析

2.1 干旱脅迫對豇豆幼苗葉片含水量和土壤含水量的影響

由表1 可見，正常澆水的豇豆幼苗土壤含水量略有變化，呈上下波動，但波動幅度甚小。經干旱脅迫處理后，土壤含水量隨脅迫時間的延長而降低，在脅迫初期，土壤含水量下降速度很快；脅迫后期，下降速度平緩，當脅迫處理14 d 后，土壤含水量僅為5.29%。

干旱脅迫下，正常澆水的豇豆幼苗葉片含水量變化較小，在90%上下波動；而干旱脅迫處理的葉片含水量則明顯下降，在脅迫初期，葉片含水量的下降速度很緩慢，脅迫處理10 d后，葉片含水量迅速下降，到脅迫處理14 d時下降到80.86%，與對照呈極顯著性差異。

表1 干旱脅迫對豇豆幼苗葉片含水量、土壤含水量的影響

2.2 干旱脅迫對豇豆幼苗顯微結構的影響

2.2.1 干旱脅迫對豇豆幼苗心葉顯微結構的影響 通過對豇豆幼苗進行干旱脅迫處理，結果發(fā)現（圖1）：在處理0、4、8 d 時，豇豆幼苗心葉顯微結構與對照（圖1-a、c、e）相比并無明顯變化，上下表皮完整，柵欄組織較厚，細胞排列整齊，胞內葉綠體變化不明顯，海綿組織細胞變小，細胞數目增多，排列有序（圖1-b、d、f）。這可能是由于脅迫程度處于中輕度時，植株能夠通過自我調節(jié)來適應這種逆境，是植物對逆境的一種結構上的適應。干旱脅迫12 d 時，與對照（圖1-g）相比，豇豆幼苗心葉上下表皮細胞排列緊密，細胞體積變小，柵欄組織細胞變短，細胞由近似長方形變成橢圓形，排列雜亂；海綿組織細胞變形，排列無序，細胞干癟（圖1-h）。干旱脅迫16 d 時，與對照（圖1-i）相比，豇豆幼苗心葉顯微結構的變化更加明顯，上下表皮細胞體積減小，細胞干癟、排列散亂，出現明顯的細胞間隙（圖1-j），這主要是由于干旱處理使細胞失水，導致膨壓降低的緣故。此時心葉已處于嚴重干旱脅迫條件下，細胞不能進行正常的生理代謝?？梢姡褂酌缰挥性谝欢ǔ潭鹊母珊得{迫條件下才能夠通過結構上的變化進行自我調節(jié)，適應逆境。

2.2.2 干旱脅迫對豇豆幼苗成熟葉顯微結構的影響 對豇豆幼苗進行干旱脅迫處理后發(fā)現（圖2），處理4 d 時，豇豆幼苗成熟葉細胞飽滿，柵欄組織排列緊密，海綿組織細胞無明顯變化，上下表皮均完整，表皮細胞排列整齊、有序，葉綠體散布于葉肉組織中（圖2-d）。處理8 d 時，豇豆幼苗成熟葉葉綠體偏向于分布在細胞邊緣，細胞中央分布較少，細胞繼續(xù)失水，表現為部分皺縮（圖2-f）。干旱脅迫12 d 時，豇豆幼苗成熟葉柵欄組織細胞變短，海綿組織細胞變形，葉綠體仍然在海綿組織內有所分布，但在柵欄組織內少見（圖2-h）。干旱脅迫程度最重的時候，如圖2-j所示，豇豆幼苗成熟葉雖然上下表皮完整，但其細胞體積變小，細胞變形嚴重，葉肉細胞已無明顯柵欄組織和海綿組織的區(qū)分，細胞破碎，各細胞器散布于其中。此時，豇豆幼苗成熟葉細胞結構已嚴重破壞，喪失生物功能，不能進行正常的生理代謝，與心葉相比其結構破壞更為嚴重，而對照并無明顯結構變化，細胞豐厚、飽滿，結構完整，能進行正常的生理代謝，生命活動旺盛（圖2-a、c、e、g、i）。

圖1 干旱脅迫對豇豆幼苗心葉顯微結構的影響

圖2 干旱脅迫對豇豆幼苗成熟葉顯微結構的影響

圖3 干旱脅迫對豇豆根中柱細胞顯微結構的影響

圖4 干旱脅迫對豇豆幼苗根整體形態(tài)的影響

2.2.3 干旱脅迫對豇豆幼苗根顯微結構的影響 隨著干旱脅迫時間的延長，豇豆幼苗根的顯微結構也發(fā)生了一系列的變化（圖3、4）。干旱脅迫4 d 時，與對照（圖3-c）相比，豇豆幼苗根顯微結構變化不明顯（圖3-d）；干旱脅迫8 d 時，豇豆幼苗根的整體形態(tài)發(fā)生了變化，根內皮層薄壁細胞部分失水，根外表皮向內凹陷（圖4-f），與對照（圖3-e、圖4-e）相比較，木質部不發(fā)達；且中柱內薄壁細胞失水嚴重，變形（圖3-f）。干旱脅迫12 d 時，豇豆幼苗根整體形態(tài)變化更加嚴重，皮層薄壁細胞繼續(xù)失水，變形、干癟（圖4-h），只剩中柱鞘細胞較飽滿；中柱內木質部減少，中央薄壁細胞破壞（圖3-h）。隨著脅迫時間的延長，干旱脅迫16 d 時豇豆幼苗根的整體形態(tài)發(fā)生變形，四周向內凹陷，呈不規(guī)則形（圖 4-j），中柱也隨之發(fā)生形變，呈不規(guī)則形，皮層薄壁細胞干癟、變形，只有中柱外的一層薄壁細胞較飽滿，中柱內木質部分離，分別向不同方向延伸（圖 3-j）。豇豆幼苗根發(fā)生整體變形主要是由于土壤喪失水分，引起根部皮層薄壁組織的不均勻失水，使根表皮細胞失水，向內凹陷的結果。

3 結論與討論

關于豇豆幼苗干旱脅迫下葉片顯微結構的變化報道較少，而在其他脅迫下如營養(yǎng)缺乏對植物解剖結構影響的研究報道較多。周曉峰和王運華（1993）研究表明棉花缺硼時細胞嚴重變形，排列混亂。褚天澤等（1986，1995）研究表明，植物缺鋅時葉肉細胞收縮，細胞間隙增大，葉肉細胞中葉綠體數量減少，輸導組織發(fā)育受到抑制，機械組織不發(fā)達。Craham（1983）的研究表明植物缺銅時組織的木質化受到抑制。王秀榮等（1999）在研究菜豆缺磷時發(fā)現葉片厚度、柵欄組織、海綿組織厚度增加，單位面積柵欄組織細胞數也增加，而大部分菜豆基因型的柵欄組織細胞面積和液泡面積減小。鹽脅迫下，植物顯微結構的變化也有報道。朱宇旌等（2001）對小花堿茅葉片進行研究表明：鹽脅迫下葉片及葉肉變厚，下表皮氣孔數增加，葉肉細胞排列整齊、緊密，并與維管束緊密結合。苗琛等（1994）對普通白菜和甘藍的研究發(fā)現，在38～39 ℃的熱脅迫下，耐熱品種表現為葉肉組織排列緊密，而不耐熱品種表現為排列疏松。本試驗通過對豇豆幼苗進行干旱脅迫處理，結果表明經脅迫處理后葉片的柵欄組織厚度有所增加，細胞數目增加；嚴重干旱脅迫時，細胞失水、變形，細胞間隙增大，這與褚天澤等（1986，1995）、王秀榮等（1999）研究營養(yǎng)缺乏時的植物解剖結構結果一致，并且心葉對水分缺乏結構上的變化大于成熟葉的變化。由此可推斷，心葉對水分缺乏的敏感程度大于成熟葉。在逆境脅迫下，無論營養(yǎng)脅迫、鹽脅迫還是干旱脅迫植物在解剖結構上的變化總存在一些相同之處，即在逆境下植物的應答反應可能存在一個相同的機制，這個機制有待于進一步探討。

干旱脅迫下，豇豆幼苗根的顯微結構的變化尚未見報道，而其他植物及其他脅迫條件下根顯微結構變化的研究有一些報道。曲桂敏等（1999）對蘋果根顯微結構的研究表明，干旱脅迫下蘋果新根的中柱變粗、變扁，凱氏帶越來越不明顯，導管比正常供水時更發(fā)達。而在鹽脅迫下，崔世茂等（2002）研究了柑橘根顯微結構的變化，結果表明：鹽處理后根皮層細胞輪廓模糊，細胞內液泡化程度加劇；朱宇旌（2001）對小花堿茅根顯微結構的研究表明：鹽脅迫下根的外皮層由1～3 層細胞組成，細胞壁有所加厚，同時內皮層強烈加厚。

本試驗研究了豇豆幼苗根顯微結構隨干旱脅迫時間的延長所發(fā)生的一系列變化。發(fā)現根在結構上對干旱脅迫做出的反應較葉片早，且干旱脅迫對根的生長的抑制程度大于葉片。可見，根系是最初感受水分虧缺的部位。同時，隨干旱脅迫程度的加深，根的橫切面整體形態(tài)及中柱細胞都發(fā)生變小、緊縮、變形的現象，到嚴重干旱脅迫時，皮層薄壁細胞萎縮、干癟，根中柱的輸導組織增多，有利于從土壤中吸水。當受到干旱脅迫時，根系細胞的膨壓首先發(fā)生變化，引起內源ABA 的大量合成，ABA 作為一種胞間信號傳導到葉片保衛(wèi)細胞，識別ABA 經胞內信使傳導從而引起氣孔關閉（楊洪強 等，2001），代謝活動隨之改變，使各細胞器能進行正常的生理代謝以適應逆境。這也說明根系是感知逆境信號的部位，但其在液泡上的變化有待進一步研究。

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