不同土壤含水量对盆栽葡萄新根细胞结构的影响

 

摘　要：以葡萄扦插苗为试材，通过持续水涝及自然土壤干旱处理，观察了不同土壤水分条件下盆栽葡萄新根在发育过程中形态学及解剖学特性，探究了果树根系对土壤水分的适应性机理。

 

结果表明：当木质部单极维管束中导管数达到５或１０时，干旱条件下葡萄根内皮层细胞壁栓质化程度较低，可观察到点状凯氏带；而水涝处理区内皮层半数以上细胞壁发生栓质化。与对照相比，水涝条件促进了内皮层细胞壁栓质化，而干旱条件则延缓了该进程。

 

与内皮层相比，外皮层栓质化完成较早，但不同土壤水分条件对外皮层栓质化的影响无显著差异。另外，各处理区新根成熟部位皮层中形成大量栓质化的通气组织。

 

根是植物重要的营养器官，不仅负责吸收水分及养分，还起着支撑植物体、合成并贮存有机物的作用。葡萄以其优良的果实品质及较强的抗逆性，成为北方地区常见果树之一，对干寒气候具有良好的适应性。

 

葡萄具有较好的耐旱性，然而其根系耐涝的特点经常被忽略［１］，内蒙古西部地区有较大面积的温室葡萄栽培，半封闭的设施内部则具有良好的水分条件。盆栽果树以其低矮、便于管理、销售模式多样的特点，在温室果树栽培中的比重也逐渐加大。

 

特殊栽培条件易引起幼嫩器官细胞结构的变化，为了更好地探究根系对不同土壤含水量的适应机理，从根细胞结构入手研究其结构发生及变化的规律则显得十分重要。

 

逆境下植物根系结构及生理特性的研究已经十分广泛。其中，ＲＩＣＨＡＲＤＳ［２］对葡萄根系进行了详细的描述，介绍了葡萄根的解剖形态与土壤环境的关系，以及根的功能和根与茎系统之间的相互关系。ＳＯＮＧ等［３］描述了葡萄新根发生特点，伴随根的伸长生长观察了凯氏带及内皮层栓质化的发生规律。

 

ＫＡＲＡＨＡＲＡ等［４］的研究表明，ＮａＣｌ处理改变了凯氏带的外形，从根尖到发生凯氏带所处位置的距离随着ＮａＣｌ浓度的增加而减小。ＷＡＬＫＥＲ等［５］观察到盐胁迫下柑橘内皮层及外皮层细胞壁的栓质化程度显著加强。土壤干旱条件下，内皮层凯氏带的发生位置比对照更接近根尖［６－９］。

 

在盐胁迫及水分胁迫条件下，这些作物接近根尖处的内皮层细胞壁栓质化程度有所增加，而包括凯氏带在内的细胞壁木栓层一度被认为可以调节进入到木质部导管中的水分和养分［１０］。由于根的伸长率极易受到土壤水分条件的影响，所以对于同为多年生的葡萄而言，不能简单地根据离根尖的距离来确定根的年龄［８－９］。根际水分条件较差时，根系伸长率会有显著的下降，内皮层及外皮层细胞壁栓质化的发生则十分接近根尖［６，１０－１１］。

 

该试验从葡萄根的解剖学与形态学观察入手，探究根皮层细胞特殊结构与土壤水分环境的关系，总结了土壤干旱及水涝条件下凯氏带发生及皮层细胞壁栓质化的规律，以期为设施葡萄盆栽过程中水分管理及适宜品种选育提供参考依据。

 

１　材料与方法

 

１．１　试验材料

 

供试材料为３年生葡萄扦插苗（Ｖｉｔｉｓ　ｌａｂｒｕｓ－ｃａｎａ　ｃｖ．Ｄｅｌａｗａｒｅ），该品种原产于美国，属酿造用早熟品种，果实无狐臊味，品质受低温高湿环境影响小。试材由内蒙古华申创达科技有限公司试验基地提供，种植于日光温室内塑料盆中（内径３０ｃｍ，盆壁孔径３ｃｍ），盆内壁及盆底用薄无纺布内衬，以沙壤土填充。

 

１．２　试验方法

 

１．２．１　材料准备与处理

 

选择大小相近、长势一致、根系生长良好的植株进行分组。开始水分处理前将植株从盆内挖出，剪断盆内中下部的新根，然后将植株根系包覆大孔纱网后种植于内径４０ｃｍ盆中。材料分别在水涝（Ｗｅｔ）、正常灌水（ＣＫ）及干旱（Ｄｒｙ）３种条件下栽培，每处理１０株。为避免盆外土壤水分由盆底进入到盆内，每盆植株下放置一个深度为６ｃｍ、直径为４５ｃｍ的塑料圆盘，水分处理于２０１８年７月１５日开始。

 

水涝处理区植株每２ｄ进行１次灌水，灌水５Ｌ，并使盆下圆盘内保持有２～３ｃｍ深的积水；对照区盆内表土变白即进行灌水，依温室光温条件不同，约３～５ｄ进行１次灌溉，灌水５Ｌ；干旱区新叶发黄且盆内１０ｃｍ深土壤较干较硬时进行灌水，约８～１０ｄ灌水１次，灌水３Ｌ。处理于１０月１５日结束，将材料从盆中挖出后，从根系中收集露于纱网外侧的新根并浸泡于蒸馏水中，保存于４℃冰箱，２ｄ内完成冷冻切片的制作。

 

１．２．２　冷冻切片及照相

 

将暂存于４℃冰箱中各处理的根材料分别进行外观照相，并于各处理中选取具有代表性的２０条根材料进行冷冻切片制作。开启冷冻切片机（Ｌｅｉｃａ　ＣＭ１８６０，Ｇｅｒｍａｎｙ）后降温至－１８℃。从距离根尖５ｍｍ处起，每隔１０ｍｍ用薄刀片快速切断，随即从每切口处向后切取３～４ｍｍ根段用于冷冻切片。滴少量ＯＣＴ包埋剂于样品支撑器上，将根段垂直粘在支撑器上，放置于冷冻台上冰冻１～３ｍｉｎ，待包埋剂与组织冻结呈白色冰体时即可进行切片，切片厚度为１０μｍ。选择完整、平滑的切片放在装有蒸馏水的培养皿中暂存于４℃冰箱中。

 

皮层细胞结构的观察采用荧光显微镜（Ｏ－ｌｙｍｐｕｓ　ＢＸ５３，Ｊａｐａｎ；激发波长：３６５ｎｍ），对冷冻切片进行初步镜检后，挑选优质切片漂洗后置于载玻片上用蒸馏水封片做成临时切片进行照相。

 

通气组织栓质化观察采用苏丹红７Ｂ染色法。将０．１％（ｍ／ｖ）苏丹红７Ｂ的聚乙二醇溶液与等体积９０％（ｖ／ｖ）丙三醇溶液混合倒入培养皿后将切片浸泡于染色剂中，７０℃下染色１ｈ后，用５０％酒精漂洗３次，蒸馏水封片做成临时切片，在光学显微镜（Ｏｌｙｍｐｕｓ　ＢＸ７０，Ｊａｐａｎ）下照相。

 

１．３　项目测定

 

长期水分胁迫后，选取每植株侧蔓相同部位的叶片，于叶柄基部剪断置于冰盒中暂存。称量叶片鲜质量后，将叶柄基部浸于装有蒸馏水的烧杯中，并将烧杯放置于可密封的大玻璃罐中，达到饱和湿润条件。２４ｈ后再次称量叶片（饱和鲜质量）后将其冻干并测定干质量，按照公式计算叶水分饱和亏（ＷＳＤ）［８］。

 

土壤含水量（ＳＷＣ）的测定采用烘干法，挖取各处理区每盆１０ｃｍ深的土壤分别装入金属样品盒中，称量盒与土的质量并记录，将样品盒置于烘箱内１０５℃高温烘烤３０ｍｉｎ后，调节温度至６０℃烘烤３ｄ。再次称量装有土样的盒质量，将土样倒出后称量盒质量，并计算土壤含水量［９］。