《植物生物学》课程教学资源（文献资料）獐茅盐腺形态结构及其泌盐性

420植物生理与分子生物学学报，JournalofPlantPhysiologyandMolecularBiology2006，32（4)：420-426茅盐腺形态结构及其泌盐性刘志华1，时丽冉！，赵可夫2衡水学院生物系，河北衡水053000：2山东师范大学逆境植物研究所，济南250014摘要显微观察结果显示，獐茅盐腺为典型的双细胞结以期为进一步探讨獐茅泌盐机制奠定基础。构，主要分布在叶脉附近，这样有利于它快速收集来自根部的盐离子。同时，X-ray微区分析结果表明，獐茅盐腺1材料与方法可以有效地将Na从表皮细胞和叶肉细胞转运到基细胞，由帽细胞分泌到体外，从而降低植物体内盐分水平以适1.1材料培养和处理应盐渍环境。用不同盐类处理材料，獐茅对Na、K*和Ca3月初将獐茅（Aeluropuslittoralisvar.sinensis的吸收和分泌均表现为具有不同的选择性，分泌量的顺Debeaux）种子用自来水浸泡、冲洗后播种手干净的序为Na>K>Ca*+，并且仅仅24h内，盐分的分泌量就已细沙中，萌发后用50%的Hoagland培养液浇灌，经超过了叶片内的含量，结果植株体内的总离子含量水平几乎不变，说明獐茅具有较强的泌盐能力。出苗后于温室中培养，温室的叠夜温度为（30±3）℃/(20±3)℃，每天进行光照15h，光强约600Lmolm2关键词：獐茅：盐腺：不同盐类溶液：X-ray微区分析：S-，相对湿度70%~80%。长至3叶期进行疏苗，离子含量：泌盐性每盆保留大小一致的5株幼苗：长至5cm左右时，中图分类号：Q945分别用不同组成或浓度的盐溶液（用50%的Hoagland溶液配制）进行处理，为避免盐冲击效应，将100根据盐生植物的抗盐生理机制、形态结构和生mmol/L的NaC1溶液分为两次，每天提高50mmol/L态学特征，可将盐生植物分为真盐生植物的方式处理幼苗，且每天浇灌一次，浇灌量为土壤(euhalophyte）、泌盐盐生植物（secretohalophyte）和假持水量的4倍。到达最终浓度后，继续处理14d。盐生植物（pseudohalophyte）三种类型（Breckle1995）。然后用重蒸水冲洗植株地上部分，以去掉叶片上的每一种类型都有其独特的形态结构、生理功能和生尘埃及分泌物，24h后，分别取样进行各项生理指态特征。泌盐盐生植物具有特殊的泌盐结构-盐腺或标的测定，每个处理至少3个重复。盐囊泡，可将植物体内过多的盐分排出体外，从而实验所用盐溶液组成和浓度如下：能很好地适应盐渍生境。獐茅（Aeluropuslittoralis(1)：50%Hoagland溶液(2)：(1)+NaCl50mmol/l;var.sinensisDebeaux)是禾本科盐生植物，广泛分布(3):(1)+NaC1100 mmol/;(4):(1)+KCl 50 mmol/L:于中国北方各省内陆以及沿海的盐渍土壤地区，是(5):(1)+KCl100mmol/;(6):(1)+CaCl,50mmol/l:一种优良固沙植物和盐碱地区放牧的优良牧草，还(7):(1)+NaCl 50 mmo1/L+KCl 50 mmol/L: (8):(1)+具有药用价值，为盐生植物中的泌盐植物，抗旱能NaCl50mmol/L+CaC1,50mmo1/L力很强。有人研究过猜茅的种子萌发、营养紧殖和1.2獐茅叶片形态结构的电镜观察个体生态学等生理现象（Pollak和Waisel1968，1970)取100mmol/LNaC1溶液处理材料的新鲜成熟以及茅对NaC1溶液胁迫的响应（刘志华和赵可夫叶片，切成0.5cm小段，放入FAA固定液中48h2005），并已证明獐茅能通过泌盐活动将体内的盐分后取出，由低向高浓度进行不同梯度的乙醇脱水（起排出体外来适应盐环境。本文不仅用扫描电镜观点为50%），每次浓度提高10%，间隔时间为2h。察了獐茅盐腺的分布和形态结构，并用X-ray微区当实验材料进入100%乙醇30min后，取出材料换分析方法测定了盐腺细胞内的Na*相对含量。由手在复杂的盐溃主壤中，除了Na，还有K+和Ca2+，2005-10-11收到，2006-04-18接受。因此我们还探讨了不同组成、不同浓度盐类溶液对国家重点基础研究专项经费(No.G1999011700)资助。*通讯作者（E-mail：Liuzhihua71@126.com：Tel:0318-6895939)。漳茅体内Na、K+和Ca2+含量及其分泌物的影响，(C)1994-2019 China Academic Journal Electronic Publishing House: All rights reserved.http://www.cnki.net

420 植物生理与分子生物学学报, Journal of Plant Physiology and Molecular Biology 2006, 32 (4): 420-426 2005-10-11收到，2006-04-18接受。 国家重点基础研究专项经费(No. G1999011700)资助。 *通讯作者(E-mail: Liuzhihua71@126.com; Tel: 0318-6895939)。 獐茅盐腺形态结构及其泌盐性 刘志华1*，时丽冉1，赵可夫2 1 衡水学院生物系，河北衡水 053000；2山东师范大学逆境植物研究所，济南 250014 摘要：显微观察结果显示，獐茅盐腺为典型的双细胞结 构，主要分布在叶脉附近，这样有利于它快速收集来自根 部的盐离子。同时，X-ray微区分析结果表明，獐茅盐腺 可以有效地将Na+从表皮细胞和叶肉细胞转运到基细胞， 由帽细胞分泌到体外，从而降低植物体内盐分水平以适 应盐渍环境。用不同盐类处理材料，獐茅对Na+、K +和Ca2+ 的吸收和分泌均表现为具有不同的选择性，分泌量的顺 序为Na+ >K+ >Ca2+，并且仅仅24 h内，盐分的分泌量就已 经超过了叶片内的含量，结果植株体内的总离子含量水 平几乎不变，说明獐茅具有较强的泌盐能力。 关键词：獐茅；盐腺；不同盐类溶液；X-ray微区分析； 离子含量；泌盐性 中图分类号：Q945 根据盐生植物的抗盐生理机制、形态结构和生 态学特征， 可将盐生植物分为真盐生植物 (euhalophyte)、泌盐盐生植物(secretohalophyte)和假 盐生植物(pseudohalophyte)三种类型(Breckle 1995)。 每一种类型都有其独特的形态结构、生理功能和生 态特征。泌盐盐生植物具有特殊的泌盐结构-盐腺或 盐囊泡，可将植物体内过多的盐分排出体外，从而 能很好地适应盐渍生境。獐茅(Aeluropus littoralis var. sinensis Debeaux)是禾本科盐生植物，广泛分布 于中国北方各省内陆以及沿海的盐渍土壤地区，是 一种优良固沙植物和盐碱地区放牧的优良牧草，还 具有药用价值，为盐生植物中的泌盐植物，抗旱能 力很强。有人研究过獐茅的种子萌发、营养繁殖和 个体生态学等生理现象(Pollak和Waisel 1968, 1970) 以及獐茅对NaCl 溶液胁迫的响应(刘志华和赵可夫 2005)，并已证明獐茅能通过泌盐活动将体内的盐分 排出体外来适应盐渍环境。本文不仅用扫描电镜观 察了獐茅盐腺的分布和形态结构，并用 X-ray 微区 分析方法测定了盐腺细胞内的 Na+ 相对含量。由于 在复杂的盐渍土壤中，除了 Na +，还有 K + 和 Ca 2 +， 因此我们还探讨了不同组成、不同浓度盐类溶液对 獐茅体内 Na +、K + 和 C a 2 + 含量及其分泌物的影响， 以期为进一步探讨獐茅泌盐机制奠定基础。 1 材料与方法 1.1 材料培养和处理 3月初将獐茅(Aeluropus littoralis var. sinensis Debeaux)种子用自来水浸泡、冲洗后播种于干净的 细沙中，萌发后用 50% 的 Hoagland 培养液浇灌， 出苗后于温室中培养，温室的昼夜温度为(30±3)℃/ (20±3)℃，每天进行光照15 h，光强约600 mmol m- 2 s - 1，相对湿度 70%~80% 。长至 3 叶期进行疏苗， 每盆保留大小一致的 5 株幼苗；长至 5 cm 左右时， 分别用不同组成或浓度的盐溶液(用50%的Hoagland 溶液配制) 进行处理，为避免盐冲击效应，将 100 mmol/L 的 NaCl 溶液分为两次，每天提高50 mmol/L 的方式处理幼苗，且每天浇灌一次，浇灌量为土壤 持水量的4 倍。到达最终浓度后，继续处理14 d。 然后用重蒸水冲洗植株地上部分，以去掉叶片上的 尘埃及分泌物，24 h 后，分别取样进行各项生理指 标的测定，每个处理至少 3 个重复。 实验所用盐溶液组成和浓度如下： (1): 50% Hoagland溶液；(2): (1)+NaCl 50 mmol/L； (3): (1)+NaCl 100 mmol/L；(4): (1)+KCl 50 mmol/L； (5): (1)+KCl 100 mmol/L；(6): (1)+CaCl2 50 mmol/L； (7): (1)+NaCl 50 mmol/L+KCl 50 mmol/L；(8): (1)+ NaCl 50 mmol/L+CaCl2 50 mmol/L。 1.2 獐茅叶片形态结构的电镜观察 取 100 mmol/L NaCl溶液处理材料的新鲜成熟 叶片，切成 0.5 cm 小段，放入 FAA 固定液中 48 h 后取出，由低向高浓度进行不同梯度的乙醇脱水(起 点为 50%)，每次浓度提高 10%，间隔时间为 2 h。 当实验材料进入 100% 乙醇 30 min 后，取出材料换

4期刘志华等：燈茅盐腺形态结构及其泌盐性421入丙酮内30min，再移至醋酸异戊酯内浸泡20无叶脉处无盐腺（注：叶面上还有密集的起折光作用min，最后进行临界点干燥，将干燥的材料粘在样的乳突状疣体）。叶片上表皮和下表皮的盐腺分布密品台上，进行离子溅射镀金膜，其厚度为200pm。度相差无几，上表皮平均约为5700个/cm2，下表镀金膜后的材料用日立S-570型扫描电子显微镜对叶皮平均约为5300个/cm2（图版1-1、2）。在嫩叶盐腺片上表皮和下表皮进行扫描观察摄影，统计盐腺数的顶端有分泌物排出，可能从其泌盐孔排出（图版I-量。同时制作石蜡切片，观察其盐腺的显微结构。4）：在老叶上有一些盐腺发生了破裂（图版I-5）。另外1.3茅叶片Na相对含量的-ray微区分析发现，獐茅盐腺由一个较大的基细胞（收集细胞)[直盐处理14d时分别从NaC10和100mmo1/L处理径为(12.90.44)um）和一个较小的圆项状帽细胞（分泌材料的中部取4片叶子，在北京林业大学显微测试中细胞)[直径为（7.75±0.14）um]组成，二者通过一较细心进行细胞不同部位Na*的X-ray微区分析的测定。的“瓶颈”部分相连，基细胞平行镶嵌于表皮层X-ray微区分析样品的制备按照Fritz（1989)和Li中（图版I-6)。等（1990）的方法进行。取植株上相同部位的叶片，2.2NaC1处理对獐茅细胞中Na*相对含量的影响切成3mmx3mm的小段，放入铝网制成的小盒中，表1显示，经NaC1100mmo1/L处理后，獐茅迅速投入用液氮冷却的异戊烷和内烷（体积比1：3）混盐腺细胞、表皮细胞和叶肉细胞中Na+相对含量均合液中快速冷冻，然后转入冷冻干燥机中冷冻干燥有一定程度的上升（P<0.05），但在帽细胞和基细胞处理。将干燥处理后的材料转入T－型真空渗透管中的上升幅度远大于表皮细胞和叶肉细胞中的上升幅中，用乙醚在真空中27℃下渗透24h，然后再将度，表明獐茅盐腺在一定程度上可以收集周围细胞材料用苯乙烯甲基丙烯酸丁酯在常压下渗入后，转中的Na，并将其排出体外，以维持植株正常的生入小胶囊中在60℃下聚合7d。包理后的材料用超理活动。薄切片机干刀切片，切片厚度为1μm。切片在喷2.3不同盐类、浓度及组合对叶片中Na及其分泌碳后备用。量的影响将制备好的切片在配有EDAX-9100能谱仪的日图1显示，植株经过NaC1与KC1共同处理后，立H-800型透射电镜下进行测定，加速电压为150分泌物中的Na+含量大约是经过同浓度NaC1单独处kV，取出角为25°，样品测量计数时间为60S，测理时的70%，表明K+在一定程度上可以减弱盐腺对出的数值分别以每种元素的峰值减去背景值后的每利Na*的分泌：同样，CaCl2对Na分泌也有减弱作脉冲数（CPS，countspersecond）表示，以CPS表示用。Na+在叶片中的留存情况也是如此（图2），即当元素的相对含量。在检测时，对每一胞质区（细胞有KCl或CaC1,共同参与处理时，Na*含量要比同浓质和液泡）至少测定7个点，求出其平均值。度NaC1单独处理时的低。另外由图1与图2对比可1.4植物叶片及其分泌物中离子含量的测定以看出，叶片中的Na+量低于叶片每天分泌物中的分别用50mL重蒸水充分润洗经不同盐溶液处理Na量。的材料上相同部位叶片。润洗时，将叶片浸入重蒸2.4不同盐类、浓度及组合对叶片中K*及其分泌量水中，用毛笔轻轻地刷洗叶片，保留润洗液待测。的影响然后分别剪下润洗过的叶片进行烘干，迅速杀青10图3显示，Na+也可以减弱盐腺对K+的分泌，min，于80℃下烘干至恒重，再于550℃下灰化24并且这种减弱作用强于K+对Na*分泌的减弱作用，h，用2~3滴浓HNO溶解灰分后用重蒸水定容至50在KC1与NaC1共同处理下，分泌物中的K*含量大mL，用日立Z-8000型原子吸收光谱仪测定叶片和润约是经过同浓度KC1单独处理时的50%。在CaC12洗液中的Nat、K+和Ca2+含量（赵可夫1993）。处理下，叶片和分泌物中的K+含量都明显高于对照（图3、4），说明Ca2+对K+的吸收和分泌有一定的2结果促进作用。当植株被NaCl与CaCl2共同处理时，Ca2+对K*的吸收和分泌的促进作用会被Na*的减弱作用2.1獐茅盐腺的分布和形态结构抵消一部分（图3、4）。相同浓度的KC1和NaC1分我们发现獐茅叶片上的盐腺均分布于叶脉上，(C)1994-2019 China Academic Journal Electronic Publishing House: All rights reserved.http://www.cnki.net

4期 刘志华等: 獐茅盐腺形态结构及其泌盐性 421 入丙酮内 30 min，再移至醋酸异戊酯内浸泡 2 0 min，最后进行临界点干燥，将干燥的材料粘在样 品台上，进行离子溅射镀金膜，其厚度为 200 pm。 镀金膜后的材料用日立S-570型扫描电子显微镜对叶 片上表皮和下表皮进行扫描观察摄影，统计盐腺数 量。同时制作石蜡切片，观察其盐腺的显微结构。 1.3 獐茅叶片Na +相对含量的X-ray微区分析 盐处理14 d时分别从NaCl 0和100 mmol/L处理 材料的中部取4片叶子，在北京林业大学显微测试中 心进行细胞不同部位 Na+ 的 X-ray 微区分析的测定。 X-ray微区分析样品的制备按照Fritz (1989)和Li 等(1990)的方法进行。取植株上相同部位的叶片， 切成 3 mm×3 mm 的小段，放入铝网制成的小盒中， 迅速投入用液氮冷却的异戊烷和丙烷(体积比1:3)混 合液中快速冷冻，然后转入冷冻干燥机中冷冻干燥 处理。将干燥处理后的材料转入 T - 型真空渗透管 中，用乙醚在真空中27℃下渗透 24 h，然后再将 材料用苯乙烯甲基丙烯酸丁酯在常压下渗入后，转 入小胶囊中在 60℃下聚合 7 d。包埋后的材料用超 薄切片机干刀切片，切片厚度为1 mm。切片在喷 碳后备用。 将制备好的切片在配有 EDAX-9100 能谱仪的日 立 H-800 型透射电镜下进行测定，加速电压为 150 kV，取出角为 25°，样品测量计数时间为60 s，测 出的数值分别以每种元素的峰值减去背景值后的每秒 脉冲数(CPS, counts per second)表示，以CPS表示 元素的相对含量。在检测时，对每一胞质区( 细胞 质和液泡) 至少测定 7 个点，求出其平均值。 1.4 植物叶片及其分泌物中离子含量的测定 分别用50 mL重蒸水充分润洗经不同盐溶液处理 的材料上相同部位叶片。润洗时，将叶片浸入重蒸 水中，用毛笔轻轻地刷洗叶片，保留润洗液待测。 然后分别剪下润洗过的叶片进行烘干，迅速杀青 10 min，于 80℃下烘干至恒重，再于 550℃下灰化24 h，用 2~3 滴浓 HNO3 溶解灰分后用重蒸水定容至 50 mL，用日立 Z-8000 型原子吸收光谱仪测定叶片和润 洗液中的 Na+、K + 和 Ca2 + 含量(赵可夫 1993)。 2 结果 2.1 獐茅盐腺的分布和形态结构 我们发现獐茅叶片上的盐腺均分布于叶脉上， 无叶脉处无盐腺(注：叶面上还有密集的起折光作用 的乳突状疣体)。叶片上表皮和下表皮的盐腺分布密 度相差无几，上表皮平均约为 5 700 个 /cm2，下表 皮平均约为 5 300个/cm2 (图版I-1、2)。在嫩叶盐腺 的顶端有分泌物排出，可能从其泌盐孔排出(图版I- 4); 在老叶上有一些盐腺发生了破裂(图版I-5)。另外 发现，獐茅盐腺由一个较大的基细胞(收集细胞)[直 径为(12.9±0.44) mm]和一个较小的圆顶状帽细胞(分泌 细胞)[直径为(7.75±0.14) mm]组成，二者通过一较细 的“瓶颈”部分相连，基细胞平行镶嵌于表皮层 中(图版I-6)。 2.2 NaCl处理对獐茅细胞中N a +相对含量的影响 表 1 显示，经 NaCl 100 mmol/L 处理后，獐茅 盐腺细胞、表皮细胞和叶肉细胞中Na+ 相对含量均 有一定程度的上升(P<0.05)，但在帽细胞和基细胞 中的上升幅度远大于表皮细胞和叶肉细胞中的上升幅 度，表明獐茅盐腺在一定程度上可以收集周围细胞 中的 N a +，并将其排出体外，以维持植株正常的生 理活动。 2.3 不同盐类、浓度及组合对叶片中N a + 及其分泌 量的影响 图 1 显示，植株经过 NaCl 与 KCl 共同处理后， 分泌物中的 Na+ 含量大约是经过同浓度 NaCl 单独处 理时的 70%，表明 K + 在一定程度上可以减弱盐腺对 Na + 的分泌；同样，CaCl2 对 N a + 分泌也有减弱作 用。Na+ 在叶片中的留存情况也是如此(图 2)，即当 有 KCl 或 CaCl2 共同参与处理时，Na+ 含量要比同浓 度 NaCl 单独处理时的低。另外由图 1 与图 2 对比可 以看出，叶片中的 Na+ 量低于叶片每天分泌物中的 Na +量。 2.4 不同盐类、浓度及组合对叶片中K +及其分泌量 的影响 图 3 显示，N a + 也可以减弱盐腺对 K + 的分泌， 并且这种减弱作用强于 K + 对 N a + 分泌的减弱作用， 在 KCl 与 NaCl 共同处理下，分泌物中的K + 含量大 约是经过同浓度KCl 单独处理时的 50%。在 CaCl2 处理下，叶片和分泌物中的 K + 含量都明显高于对照 (图 3、4)，说明 Ca2 + 对 K + 的吸收和分泌有一定的 促进作用。当植株被 NaCl与CaCl2 共同处理时，Ca2+ 对 K + 的吸收和分泌的促进作用会被Na+ 的减弱作用 抵消一部分(图 3、4)。相同浓度的KCl 和 NaCl 分

42232卷植物生理与分子生物学学报31089415KYX586R10u546SecretionCap cellBasacell21089315KV2：50k12：80图版！蒙盐娠的分布与形态结构PlateIDistributionandmorphological structureofsaltglands ofAeluropuslittoralis var.sinensisDebeaux1:Uppen leaf epidermis:2:Lower Teaf epidermis:3:Salt glands on tender leaf:4:Secreting salt gland:S:Salt glands on old leaf:6:Microstructure of salt ghand.表1施加NaC1对獐茅盐腺细胞、表皮细胞和叶肉细胞内部Na相对含量的影响Table1EffectsofNaClonrelativeNa'contentofsaltglandcells (capcellsandbasal cells),epidermal cellsandmesophyllouscellsofleavesofAeluropuslittoralisvar.sinensisDebeauxNa' content (mmol/g DW)NaC1Cap cellsBasal cellsEpidermal cellsMesophyllous cellsconcentration(mmol/L)CytoplasmVacuoleVacuoleVacuoleCytoplasmVacuoleCytoplasmCytoplasm01. 74±0. 102. 29±0.151. 08±0. 162. 07±0. 201. 30±0. 192. 05±0. 161. 19±0. 112. 50±0.1710045.23±2.5589.47±4.1937.64±2.2679. 37±3. 3626.42±2.4235.71±2.5715. 74±1.7425.02±2.66Thedata (relativeNa'content)unit in theformis CPS (countspersecond)±SD(r-7).量（图3、4）。别处理材料时，獐茅对K*分泌得少留存得多，而2.5不同盐类、浓度及组合对叶片中Ca2+及其分泌对Na分泌得多留存得少（图1~4）：植株在KC1与NaC1量的影响共同处理下，叶片中的K+含量明显高于Na+（图2、4)。与Na*相反，叶片中的K+量高于分泌物中的K由图5和图6看出，相对于Na和K而言，獐(C)1994-2019 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved.http://www.cnki.net

422 植物生理与分子生物学学报 32卷 别处理材料时，獐茅对 K + 分泌得少留存得多，而 对Na+分泌得多留存得少(图1~4); 植株在KCl与NaCl 共同处理下，叶片中的 K + 含量明显高于 Na + (图 2、 4)。与 Na+ 相反，叶片中的 K + 量高于分泌物中的 K + 量( 图 3 、4 ) 。 2.5 不同盐类、浓度及组合对叶片中C a 2 +及其分泌 量的影响 由图 5 和图 6 看出，相对于 Na+ 和 K + 而言，獐 表1 施加NaCl对獐茅盐腺细胞、表皮细胞和叶肉细胞内部Na+相对含量的影响 Table 1 Effects of NaCl on relative Na+ content of salt gland cells (cap cells and basal cells), epidermal cells and mesophyllous cells of leavesof Aeluropus littoralisvar. sinensis Debeaux Na+ content (mmol/g DW) NaCl concentration Cap cells Basal cells Epidermal cells Mesophyllous cells (mmol/L) Cytoplasm Vacuole Cytoplasm Vacuole Cytoplasm Vacuole Cytoplasm Vacuole 0 1.74±0.10 2.29±0.15 1.08±0.16 2.07±0.20 1.30±0.19 2.05±0.16 1.19±0.11 2.50±0.17 100 45.23±2.55 89.47±4.19 37.64±2.26 79.37±3.36 26.42±2.42 35.71±2.57 15.74±1.74 25.02±2.66 The data (relative Na+ content) unit in the form is CPS (counts per second) ±SD (n=7)

4期刘志华等：茅盐腺形态结构及其泌盐性4231.0O9OnGOSOSEN0.00(booeoan9(g B/louw)ueo.y0910eOsn8E%s pue/beon000.5工CSINIOEN0.3%s es工a0Saltconcentration (mmol/L)0Saltconcentration (mmoi/L)图1不同盐类、浓度及组合对Na*分泌量的影响Fig.1Effects of trcatments with different salts, thcir combination图4不同盐类、浓度及组合对叶中K含量的影响and concentrations on the secretion of Na*by plant leavesEffects of treatments with different salts, their combinationFig.4All bars contain treatment of 50% Hoagland.The same cases are inand concentrations an Ktcontent of plant leavesFigs.2-6.0.21.0raoaaee98Ima B(p) uauooen8SOOSON80.1OOSOENIOPNN%speeoOEN0.5OSENCSIOX%os pue/BeohEn28000on020Saitconoantration (mmol/L)DSalt concentration (mmol/L)图5不同盐类、浓度及组合对Ca+分泌量的影响Fig.5Effects of treatnents with different salts, their combination图2不同盐类、浓度及组合对中Na*含量的影响and concentrations on the secretion of Caby plant leavesFig.2Effects of treatments with different salts, their combination8and cuncentrations on Na'content of piant leaves0S10R00snH0.6 r0.20010Xpa6o)omaesyaouoooeo6s ioen8ODGOEN%0s pue/beph OSOENCO0.30.78Osnenn%ospuebeon8SYT豆nSalt concentration (mmol/L)Salt concentration (mmol/L)浓度及组合对叶中Ca+含量的影响图6不同盐类、图3不同盐类、浓度及组合对K*分泌量的能响Fig.6Effects of treatments with different salts,their combinatiomFig.3Effects of treatments with different salts, their combinationand concentrations on Ca"contentof plant leavesand concentrations on the secretion of K*by plant leaves(C)1994-2019 China Academic Journal Electronic Publishing House: All rights reserved. http://www.cnki.net

4期 刘志华等: 獐茅盐腺形态结构及其泌盐性 423

32卷424植物生理与分子生物学学报茅对Ca2+的吸收和分泌能力都比较低，单用CaC123讨论处理时，Ca2+的分泌量及其在叶片中含量高一些，獐茅和其它禾本科植物一样，上下表皮的盐腺当有NaC1参与处理时，Ca2+的分泌量及其在叶片中数量相近，平行排列于叶脉上，其它部位均无盐含量降低，说明Na*对Ca2+的吸收和分泌都有一定腺，这种分布有利于就近快速收集来自根部的盐离的减弱作用。子，并区域化到盐腺细胞中。盐腺细胞特别是帽细2.6不同盐类、浓度及组合对叶片中Na+、K+和胞中的Na含量较高且明显高于周围细胞（表1)，说Ca2+总含量及其分泌量的影响明盐腺是Na*区域化机制中的一个必要环节，其活相对于K+和Ca2+，Na+对茅的分泌和吸收有动可以降低周围细胞中的盐分，以维持其正常的生较大的促进作用。当用100mmo1/L的NaC溶液处理功能：同时也表明盐腺分泌活动不是在任何条件理时，3种离子的总含量在分泌物中明显增高（图下随时进行的，只有当盐腺细胞中的盐分达到一定7），在叶片内也增高的相对多一些（图8）。另外，浓度时才开始把Na向体外排出。在各种盐处理中，3种离子的总含量几乎维持在同在正常生理状态下，植物细胞内的离子保持均一水平（图8）。衡状态，而在盐胁迫下，细胞质中过多的离子尤其是Na对植物细胞的代谢活动会有伤害（陈宗权1.28(.PMG.fjouw)1987）。K是植物中最丰富的无机离子之一，它在C000sS植物的营养、发育和生理调节中起重要作用，是植00O0物生存必不可少的元素（邱全胜1999）。大多数植物0n产OE88EOy在盐胁迫下，组织内的K+含量会降低，少数植物oeuonauoos +O0.6工中的K+含量不但不下降，反而增加（Chary等1994），%spebeo但是选择K+拒绝Na+的盐生植物与选择Na*拒绝K的盐生植物具有同样的抗盐性（Glenn等1992)。獐茅体内的K+含量变化也是随NaC1浓度的升高而呈升高O口趋势（图4），这样既可以保持一定的K+营养，还可Saitconoontration (mmol/L)以保持一定的K/Na比，这对植物本身生长有利，图7不同盐类、浓度及组合对Na+K*+Ca分泌量的影响因为植物只有维持较高的K+/Na比，才能保证气孔Fig.7Effects of treatments with different salts, their combination的正常功能和许多代谢的正常进行（高辉远和李卫军and conccntrations on the secretion of Nat+K*+Ca*by plant leaves1995)。目前，关于不同离子的分泌性和相互关系的报81.2 rN(Mo B/o)aoneo+en告很少。无叶怪柳（Tamarixaphylla）对3种离子的分3IX+泌量顺序为Nat>Ca2+>K+（Waisel1961），而红树为8800Nat>Kt>Ca2+（Scholander1962）。獐茅对三种离子的3EN8ee%s pue/bohOENIOXEN分泌量的顺序与红树相似，即Na>K+>Ca2+。在獐O工r0.6T5茅叶片及其分泌物中，Ca2+含量比Na*和K+都低（图1~6），其可能原因有：（1)植物体内Ca2的移动性远比Na*和K+的小：（2)高浓度的Na+和K+可能会取代质膜上的Ca2+，降低膜上的Ca2+数量，从而破坏细胞膜的完整性，导致质膜透性加大，这一方面使细Salt concentration (mmal/L)胞内各种离子（包括Ca2+）和可溶性小分子外渗，同图8不同盐类、浓度及组含对叶中Na++K++Ca+含量的影响时由于Ca+进入细胞有其专一的通道，膜上Ca+被Fig.8Effects oftreatnents with different salts,their combination取代后，其通道关闭，致使外界Ca2+流入受阻，结and concentrations on Na'+K*+Ca*content of plant leaves果导致胞内Ca水平降低（Cramer等1991）：（3）在实验(C)1994-2019 China Academic Journal Electronic Publishing House: All rights reserved. http://www.cnki.ne

424 植物生理与分子生物学学报 32卷 3 讨论 獐茅和其它禾本科植物一样，上下表皮的盐腺 数量相近，平行排列于叶脉上，其它部位均无盐 腺，这种分布有利于就近快速收集来自根部的盐离 子，并区域化到盐腺细胞中。盐腺细胞特别是帽细 胞中的 Na+ 含量较高且明显高于周围细胞(表 1)，说 明盐腺是 Na+ 区域化机制中的一个必要环节，其活 动可以降低周围细胞中的盐分，以维持其正常的生 理功能；同时也表明盐腺分泌活动不是在任何条件 下随时进行的，只有当盐腺细胞中的盐分达到一定 浓度时才开始把 N a + 向体外排出。 在正常生理状态下，植物细胞内的离子保持均 衡状态，而在盐胁迫下，细胞质中过多的离子尤其 是 N a + 对植物细胞的代谢活动会有伤害( 陈宗权 1987)。K + 是植物中最丰富的无机离子之一，它在 植物的营养、发育和生理调节中起重要作用，是植 物生存必不可少的元素(邱全胜 1999)。大多数植物 在盐胁迫下，组织内的 K + 含量会降低，少数植物 中的 K +含量不但不下降，反而增加(Chary等1994)， 但是选择K + 拒绝 Na+ 的盐生植物与选择 Na+ 拒绝 K + 的盐生植物具有同样的抗盐性(Glenn等1992)。獐茅 体内的 K +含量变化也是随NaCl浓度的升高而呈升高 趋势(图 4)，这样既可以保持一定的K + 营养，还可 以保持一定的K + /Na+ 比，这对植物本身生长有利， 因为植物只有维持较高的 K + /Na+ 比，才能保证气孔 的正常功能和许多代谢的正常进行(高辉远和李卫军 1995)。 目前，关于不同离子的分泌性和相互关系的报 告很少。无叶柽柳(Tamarix aphylla)对3种离子的分 泌量顺序为 Na+ >Ca2+>K+ (Waisel 1961)，而红树为 Na+ >K+ >Ca2+ (Scholander 1962)。獐茅对三种离子的 分泌量的顺序与红树相似，即 Na + >K + >Ca2 +。在獐 茅叶片及其分泌物中，Ca2+ 含量比 Na+ 和 K + 都低(图 1~6)，其可能原因有：(1)植物体内 Ca2+ 的移动性远 比 Na+ 和 K + 的小；(2)高浓度的 Na+ 和 K + 可能会取代 质膜上的 Ca2 +，降低膜上的Ca2 + 数量，从而破坏细 胞膜的完整性，导致质膜透性加大，这一方面使细 胞内各种离子(包括 Ca2 +)和可溶性小分子外渗，同 时由于 Ca2+ 进入细胞有其专一的通道，膜上 Ca2+ 被 取代后，其通道关闭，致使外界 Ca2 + 流入受阻，结 果导致胞内Ca2+水平降低(Cramer等1991); (3)在实验 茅对 Ca2 + 的吸收和分泌能力都比较低，单用 CaCl2 处理时，C a 2 + 的分泌量及其在叶片中含量高一些， 当有 NaCl 参与处理时，Ca2+ 的分泌量及其在叶片中 含量降低，说明 Na+ 对 Ca2 + 的吸收和分泌都有一定 的减弱作用。 2.6 不同盐类、浓度及组合对叶片中 N a + 、K + 和 C a 2 + 总含量及其分泌量的影响 相对于 K + 和 Ca2 +，Na+ 对獐茅的分泌和吸收有 较大的促进作用。当用 100 mmol/L 的 NaCl 溶液处 理时，3 种离子的总含量在分泌物中明显增高( 图 7)，在叶片内也增高的相对多一些(图 8 )。另外， 在各种盐处理中，3 种离子的总含量几乎维持在同 一水平(图 8)

4期425刘志华等：燈茅盐腺形态结构及其泌盐性参考文献分析中，用重蒸水润洗叶片时，可能无法洗下不易溶解的钙盐（例如碳酸钙）中的钙离子，从而不能测BerryWL,Thomsonww(1962).Compositionof saltsecretedby定钙离子的真实含量，这些可能性需再做进一步研salt glands of Tomavixaphylla.Can J Bot45:1774-1775Breckle Sw (1995).How do halophytes overcome salinity? In:究来澄清。Khan MA, Ungar IA (eds). Biology of Salt Tolerant Plants.有人认为，植物盐腺对离子的分泌没有选择Book Crafters,Michigan, USA199-213性，即培养基提供什么离子，它就分泌什么离子。Chary P, Di1lon D, Schroeder AL, Nativg DO (1994). Superoxide什么离子多，分泌的也就多，呈紧密平行关系dismutase (sod-1)null mutant of Neurospora crassa:(Berry和Thomson1962；Thomson等1969）。但茅oxidativestresssensitivity,spontaneousmutationrateand并不完全是这样，除外界溶液的浓度以外，其盐溶responsetomutagent.Genetics137:723-730ChenZQ（陈宗权）（1987).Discussagainthemiddleplantbetween液的种类和组成也对盐腺分泌活动有很大的影响。C,-C.PlantMag（植物杂志）6：35-45（inChinese)例如，在混合盐的处理下，植株对一种盐离子的分Cramer GR, Epstein E, LauchliA(1991).Effects of sodium,泌在一定程度上会被另一种离子所抑制。有趣的potassiumand calciumon salt-stressedbarley.II.Element是，尽管盐腺的分泌活动受到了影响，但植物体内analysis.PlantPhysio181:197-202FritzE (1989).X-raymicroanalysisofdiffusibleelementsinplant的离子总含量受到的影响不大，几乎不变（图8）。随cellsafterfreeze-drying:pressureinfiltrationwithetherand着盐溶液组成和浓度的变化，虽然猜茅叶片和分泌embedding in plastic.Scanning Microsc 3:517-526物中的Na、K和Cat含量也都随之变化，但变化GaoHY（高辉远），LiWJ（李卫军）（1995).EffectsofNa,SO,stress幅度不同，结果同种离子含量在分泌物与叶中的比on absorption and assignment of Festuca arundinacea值，以及不同离子之间的含量比值发生了不同变Schreb.andDactylisglomerataL.GrasslandChina（中国草化。当植株经过相同浓度的NaC1和KC1分别处理后，地)5：43-48(inChinese)GlennEP,WatsonMC,O"LearyJW(1992).Comparison of salt就分泌量而言，是Na*的高于K*的（图1、3）：而就toleranceandosmoticadjustmentoflow-sodiumandhigh-叶片中的含量而言，则是K+的高于Na的（图2、4）。sodium subspecies of theC,halophyte, Atriplex canescens.由此看来，植物把离子有选择性地吸收到体内以Plant Cel1Environ 15:711-718后：盐腺再有选择性地把它们按不同的比例分泌到LiQi,FritzE,LiTQ,HuttermannA(1990).X-raymicroanalysis体外，从而维持体内的离子均衡状态，保持植物体ofioncontentsinstemtipmeristemand leaves of Populusmaximowicziigrown underpotassium andphosphorus正常的生理活动。deficiency.JPlantPhysiol136:6l-65Na*和3种离子在植物体内周转的速度很快，仅LiuZH（刘志华），ZhaoKF（赵可夫）(2005).Effectsofsaltstress仅24h内的周转量就已经超过了叶片内的含量（图on the growthandNa andK contents in Aeluropus littoralis1、2、7、8），说明盐离子从植物根部运输到叶var.sinensisDebeauxJPlantPhysiolMolBiol（植物生理片后，能够很快再被盐腺按不同的比例选择性地分与分子生物学学报）31(3)：311-316（inChinese)PollakG, WaiselY(1968).Salt secretioninAeluropus littoralis泌到体外，而在叶片中留存下来的量较少，从而维(Wi11d.)Parl. IsraelJBot17:126-127持植物体内低的Na*和3种离子水平，以及较低的PollakG, WaiselY (1970). Salt secretioninAeluropus littoralisNa+/K+比。(Willd.) Parl.Ann Bot 34: 879-888综上所述，在盐渍环境中，獐茅可以通过双细QiuQS（邸全胜）(1999).StructureandfunctionofH-ATPaseof胞型的盐腺活动将外界盐离子选择性地吸收进来，plantcytoplasmmembrane.ChinBul1Bot（植物学通报）16(2) : 122-126 (inChinese)然后再选择性地排出体外，即吸收时优先选择K+，Scholander PF,Hammel HT,Hemmingsen E, Grey W (1962).而排出时优先选择Na，从而维持体内的低盐水Salt balance in mangroves.Plant Physiol 37:722-729平，使之表现出较强的耐盐性，再加上它具有发达Thomson wW,BerryWL,LiuLL (1969).Localization and的根状茎，繁殖快，蔓延迅速，所以獐茅可以在secretionof saltbythe saltglands of Tamarixaphylla.Proc改良土壤、保护生态环境和绿化海滩等方面发挥很Nat1Acad Sci USA63:310-317重要的作用。Waisel Y (1961).Ecological studies on Tamarix aphylla (L.)(C)1994-2019 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved.http://www.cnki.net

4期 刘志华等: 獐茅盐腺形态结构及其泌盐性 425 分析中，用重蒸水润洗叶片时，可能无法洗下不易 溶解的钙盐(例如碳酸钙)中的钙离子，从而不能测 定钙离子的真实含量，这些可能性需再做进一步研 究来澄清。 有人认为，植物盐腺对离子的分泌没有选择 性，即培养基提供什么离子，它就分泌什么离子。 什么离子多，分泌的也就多，呈紧密平行关系 (Berry和Thomson 1962; Thomson等1969)。但獐茅 并不完全是这样，除外界溶液的浓度以外，其盐溶 液的种类和组成也对盐腺分泌活动有很大的影响。 例如，在混合盐的处理下，植株对一种盐离子的分 泌在一定程度上会被另一种离子所抑制。有趣的 是，尽管盐腺的分泌活动受到了影响，但植物体内 的离子总含量受到的影响不大，几乎不变(图8)。随 着盐溶液组成和浓度的变化，虽然獐茅叶片和分泌 物中的 Na+、K + 和 Ca2 + 含量也都随之变化，但变化 幅度不同，结果同种离子含量在分泌物与叶中的比 值，以及不同离子之间的含量比值发生了不同变 化。当植株经过相同浓度的NaCl 和 KCl 分别处理后， 就分泌量而言，是 Na+ 的高于 K + 的(图 1、3); 而就 叶片中的含量而言，则是 K + 的高于Na+ 的(图 2、4)。 由此看来，植物把离子有选择性地吸收到体内以 后，盐腺再有选择性地把它们按不同的比例分泌到 体外，从而维持体内的离子均衡状态，保持植物体 正常的生理活动。 Na+ 和3 种离子在植物体内周转的速度很快，仅 仅 24 h 内的周转量就已经超过了叶片内的含量(图 1 、2 、7 、8 ) ，说明盐离子从植物根部运输到叶 片后，能够很快再被盐腺按不同的比例选择性地分 泌到体外，而在叶片中留存下来的量较少，从而维 持植物体内低的Na + 和 3 种离子水平，以及较低的 Na + / K + 比。 综上所述，在盐渍环境中，獐茅可以通过双细 胞型的盐腺活动将外界盐离子选择性地吸收进来， 然后再选择性地排出体外，即吸收时优先选择 K +， 而排出时优先选择 N a + ，从而维持体内的低盐水 平，使之表现出较强的耐盐性，再加上它具有发达 的根状茎，繁殖快，蔓延迅速，所以獐茅可以在 改良土壤、保护生态环境和绿化海滩等方面发挥很 重要的作用。 参 考 文 献 Berry WL, Thomson WW (1962). Composition of salt secreted by salt glands of Tomavix aphylla. Can J Bot 45 : 1774-1775 Breckle SW (1995). How do halophytes overcome salinity? In: Khan MA, Ungar IA (eds). Biology of Salt Tolerant Plants. Book Crafters, Michigan, USA 199-213 Chary P, Dillon D, Schroeder AL, Nativg DO (1994). Superoxide dismutase (sod-1) null mutant of Neurospora crassa: oxidative stress sensitivity, spontaneous mutation rate and response to mutagent. Genetics 137: 723-730 Chen ZQ (陈宗权)(1987). Discuss again the middle plant between C3 -C4. Plant Mag (植物杂志) 6 : 35-45 (in Chinese) Cramer GR, Epstein E, L äuchli A (1991). Effects of sodium, potassium and calcium on salt-stressed barley. II. Element analysis. Plant Physiol81: 197-202 Fritz E (1989). X-ray microanalysis of diffusible elements in plant cells after freeze-drying: pressure infiltration with ether and embedding in plastic. Scanning Microsc 3: 517-526 Gao HY(高辉远), Li WJ(李卫军) (1995).Effects of Na2SO4 stress on absorption and assignment of Festuca arundinacea Schreb. and Dactylis glomerata L. Grassland China(中国草 地) 5: 43-48 (in Chinese) Glenn EP, Watson MC, O’Leary JW (1992). Comparison of salt tolerance and osmotic adjustment of low-sodium and high￾sodium subspecies of the C4 halophyte,Atriplex canescens. Plant Cell Environ 15: 711-718 Li Qi, Fritz E, Li TQ, Hüttermann A (1990). X-ray microanalysis of ion contents in stem tip meristem and leaves of Populus maximowiczii grown under potassium and phosphorus deficiency. J Plant Physiol136: 61-65 Liu ZH (刘志华), Zhao KF (赵可夫)(2005). Effects of salt stress on the growth and Na+ and K + contents inAeluropus littoralis var. sinensis Debeaux. J Plant Physiol Mol Biol (植物生理 与分子生物学学报) 31 (3): 311-316 (in Chinese) Pollak G, Waisel Y (1968). Salt secretion inAeluropus littoralis (Willd.) Parl. Israel J Bot17: 126-127 Pollak G, Waisel Y (1970). Salt secretion inAeluropus littoralis (Willd.) Parl. Ann Bot 34: 879-888 Qiu QS (邱全胜) (1999). Structure and function of H + -ATPase of plant cytoplasm membrane. Chin Bull Bot (植物学通报) 16 (2): 122-126 (in Chinese) Scholander PF, Hammel HT, Hemmingsen E, Grey W (1962). Salt balance in mangroves. Plant Physiol 37: 722-729 Thomson WW, Berry WL, Liu LL (1969). Localization and secretion of salt by the salt glands ofTamarix aphylla. Proc Natl Acad Sci USA 63 : 310-317 Waisel Y (1961). Ecological studies on Tamarix aphylla (L.)

426JournalofPlantPhysiologyandMolecularBiology2006,32(4):420-426Karst.I1l.The salt economy.Plant Soi113:356-364Beijing：ChinaSci-TechPress（中国科学技术出版社）（inZhaoKF(赵可夫）(1993).PlantPhysiologyofResistingtheSalt.Chinese)TheMorphologicalStructureof SaltGland and SaltSecretioninAeluropuslittoralis var.sinensis DebeauxLIUZhi-Hual*,SHILi-Ran',ZHAOKe-Fu?'DeparmentfBilogyHengshuiCollegeHengshui,Hebei5300,China:nstituteofPlantStress,ShandongNormalUniversityJinan250014ChinaNat,K*and Ca?+, that is, the plants first selectedAbstract:The leaves of Aeluropus littoralis var.Ktwhen absorbing ions,while first selected Natsinensis Debeaux were scanned with a scanningwhen sending ions out, but Ca2+was fewer in bothelectron microscope, it showed that the upper-epi-dermis had almost the same number of salt glandsabsorbed and secreted, and the order of secretionofthe threeionswasfound tobeNa>Kt>Ca?+asthelower-epidermis(PlateI-l,2),andthesaltgland is the typical bicelluar gland, which consists(Figs.1-6).The secretion ofNat or three ions wereofalargebasalcellinlaidintotheepidermisandarespectivelyhigher than that ofleaves within24hsmall cap cell (Plate I-6). These salt glands were(Figs.1,2,7, 8), whileK+situation was completelydistributed mainly on the leaf veins, whichfavorsoppositewith them (Figs.3,4).At the same time,the rapid collection of salts from the roots.Ion X-thetotal ion content and composition inside theray microanalysis indicated that the salt glandsleaves remainedmoreor less constant (Fig.8)could effectively absorb Natfrom the epidermalKeywords:Aeluropus littoralisvar.sinensis Debeaux,saltglandcells and mesophyllous cells (Table 1), then sevarious salt solutions,X-raymicroanalysis; ioncontents, saltcreted Nat from the cap cells (Plate I-4), whichsecretionwould decreasethe salinityofplant.Afterthe plantswere treated with various salts for 17d, the ionThis work was supported by the Fund ofNational Key Projectfor Basiccontents ofthe leaves and the secretion wereResearch (No.G1999011700)measured, and the results implied that salt glands*Correspondingauthor(E-mail:Liuzhihua71@126.com; Tel: 86-318-had different selection in absorbing and secreting6895939),(C)1994-2019 China Academic Journal Electronic Publishing House: All rights reserved. http://www.cnki.net

426 Journal of Plant Physiology and Molecular Biology 2006, 32 (4): 420 -426 Karst. III. The salt economy. Plant Soil13: 356-364 Zhao KF (赵可夫) (1993). Plant Physiology of Resisting the Salt. Beijing: China Sci-Tech Press(中国科学技术出版社) (in Chinese) The Morphological Structure of SaltGland and Salt Secretion in Aeluropus littoralis var. sinensis Debeaux LIU Zhi-Hua 1* , SHI Li-Ran 1 , ZHAO Ke-Fu 2 1Department of Biology, Hengshui College, Hengshui, Hebei 053000, China; 2 Institute of Plant Stress, Shandong Normal University, Jinan 250014, China Abstract: The leaves of Aeluropus littoralis var. sinensis Debeaux were scanned with a scanning electron microscope, it showed that the upper-epi￾dermis had almost the same number ofsalt glands as the lower-epidermis (Plate I-1, 2), and the salt gland is the typical bicelluar gland, which consists of a large basal cell inlaid into the epidermis and a small cap cell (Plate I-6). These salt glands were distributed mainly on the leaf veins, which favors the rapid collection of salts from the roots. Ion X￾ray microanalysis indicated that the salt glands could effectively absorb Na + from the epidermal cells and mesophyllous cells (Table 1), then se￾creted Na + from the cap cells (Plate I-4), which would decrease the salinity of plant. Afterthe plants were treated with various salts for 17 d, the ion contents of the leaves and the secretion were measured, and the results implied that salt glands had different selection in absorbing and secreting Na + , K + and Ca 2+ , that is, the plants first selected K + when absorbing ions, while first selected Na + when sending ions out, butCa 2+ was fewerin both absorbed and secreted, and the order of secretion of the three ions was found to be Na +>K + >Ca 2+ (Figs.1–6). The secretion of Na + orthree ions were respectively higher than that of leaves within 24 h (Figs. 1, 2, 7, 8), while K + situation was completely opposite with them (Figs.3, 4). At the same time, the total ion content and composition inside the leaves remained more or less constant (Fig.8). Key words: Aeluropuslittoralis var. sinensis Debeaux;salt gland; various salt solutions; X-ray microanalysis; ion contents; salt secretion This work was supported by the Fund of National Key Projectfor Basic Research (No.G1999011700). *Corresponding author (E-mail: Liuzhihua71@126.com; Tel: 86-318- 6895939)