甘草叶片形态结构和光合作用对干旱胁迫的响应

doi:10.7525/j.issn.1673-5102.2021.03.016

植物研究 ›› 2021, Vol. 41 ›› Issue (3): 449-457.doi: 10.7525/j.issn.1673-5102.2021.03.016

甘草叶片形态结构和光合作用对干旱胁迫的响应

张东¹^,², 刘艳¹(), 张晗¹, 张子健¹, 王洋¹, 刘美岑¹

^1.内蒙古农业大学园艺与植物保护学院，呼和浩特 010011
^2.内蒙古农业大学内蒙古野生特有蔬菜种质资源与种质创新重点实验室，呼和浩特 010011

收稿日期:2020-01-14 出版日期:2021-05-20 发布日期:2021-03-24
通讯作者: 刘艳 E-mail:zgnly@163.com
作者简介:张东（1993—），男，博士研究生，主要从事园艺植物种质资源保存及植物逆境生理研究。
基金资助:
国家自然科学基金项目(31560123)

Response of Photosynthesis and Leaf Morphological Characteristics to Drought Stress in Glycyrrhiza uralensis

Dong ZHANG¹^,², Yan LIU¹(), Han ZHANG¹, Zi-Jian ZHANG¹, Yang WANG¹, Mei-Cen LIU¹

^1.College of Horticulture and Plant Protection, Inner Mongolia Agricultural University, Hohhot 010011
^2.Inner Mongolia Key Laboratory of Germplasm and Germplasm Enhancement of Wild and Special Vegetable Inner Mongolia Agricultural University, Hohhot 010011

Received:2020-01-14 Online:2021-05-20 Published:2021-03-24
Contact: Yan LIU E-mail:zgnly@163.com
About author:ZHANG Dong(1993—),male,PhD candidate,mainly engaged in the conservation of horticultural plant germplasm resources and the physiological study of plant stress.
Supported by:
The National Natural Science Foundation of China(31560123)

摘要/Abstract

摘要：

叶片结构在植物防御生物和非生物胁迫方面起着重要的作用，可通过合成、储存和分泌次生代谢产物提高植物抗性。以甘草幼苗为试材，采用盆栽控水自然干旱法，探讨叶片光合作用、气孔微形态和腺体形态对干旱胁迫的响应。结果表明：①随着干旱胁迫程度的加剧，叶片净光合速率（P_n）、气孔导度（G_s）和蒸腾速率（T_r）均呈先升高后降低的趋势；其中胞间CO₂浓度（C_i）在重度干旱胁迫（severe stress，SS）时迅速增高。②随着干旱胁迫程度的加剧，叶片总气孔密度和气孔开张比呈先增大后减小的趋势；而气孔开张宽度呈逐渐减小的趋势。③随着干旱胁迫程度的加剧，叶片上表皮和下表皮腺体密度总数整体上呈增大的趋势，腺体颜色随着干旱胁迫程度的加剧逐渐加深，形状出现不规则褶皱和内陷。总之，甘草叶片表面的腺体特征参与抗旱逆境调节，从而避免干旱胁迫对甘草植株的伤害；在SS下，胁迫程度加速了气孔细胞的程序性死亡（PCD），甘草幼苗失去抗旱能力。

关键词: 甘草, 干旱胁迫, 光合作用, 气孔, 腺体

Abstract:

The changes of photosynthesis， stomatal changes and glandular morphologic of leaves in Glycyrrhiza uralensis were measured with pot-culture drought stress in greenhouse， and the drought resistance of them were evaluated by membership function and drought resistance coefficient. The response of leaf photosynthesis， stomatal micromorphology and glandular morphology to drought stress was studied by pot controlled water natural drought method. The results showed that leaf net photosynthetic rate（P_n）， stomatal conductance（G_s） and transpiration rate（T_r） have been rising since the degree of drought resistance after the trend of lower， and the intercellular CO₂（C_i） concentration increased rapidly in the severe drought stress. Moreover， leaf total stomata density and stomata opening than with the intensification of the degree of drought stress， the trend of first increases and then decreases， and stomatal opening width is gradually decreasing trend. Importantly， since the degree of drought stress， leaf epidermis and lower epidermis gland density overall showed a trend of increase in the total number of gland color as the degree of drought stress increased gradually deepened， shape appears irregular fold and retraction. The glandular characteristics on the leaf surface of G. uralensis are involved in the regulation of drought resistance， so as to avoid the damage of drought stress to G.uralensis. Under severe drought stress， stress accelerated the programmed death of stomatal cells（PCD）， and G.uralensis seedlings lost their ability to resist drought.

Key words: Glycyrrhiza uralensis, drought stress, photosynthesis, stomatal, glands

中图分类号:

S567.7

张东, 刘艳, 张晗, 张子健, 王洋, 刘美岑. 甘草叶片形态结构和光合作用对干旱胁迫的响应[J]. 植物研究, 2021, 41(3): 449-457.

Dong ZHANG, Yan LIU, Han ZHANG, Zi-Jian ZHANG, Yang WANG, Mei-Cen LIU. Response of Photosynthesis and Leaf Morphological Characteristics to Drought Stress in Glycyrrhiza uralensis[J]. Bulletin of Botanical Research, 2021, 41(3): 449-457.

图/表 6

图1

图版Ⅰ

表1

表2

表3

图2

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材料 Material	处理 Treatment	上表皮密度 Stomatal density of upper epidermis （个·mm^-2）	下表皮密度 Stomatal density of lower epidermis （个·mm^-2）	上表皮开张比 Porosity opening ratio of upper epidermis（%）	下表皮开张比 Porosity opening ratio of lower epidermis（%）	上表皮开张宽度 Stomatal opening width of upper epidermis（μm）	下表皮开张宽度 Stomatal opening width of lower epidermis（μm）
新叶 Young leaves	CK	75.3±4.5b	216.7±4.5ab	46.0±1.0b	34. 7±1.5b	1.36±0.05b	2.14±0.05a
	LS	91.3±5.1a	224±2.6a	53. 7±1.5a	48.0±2.0a	1.72±0.04a	1.74±0.05b
	MS	66.7±3.5bc	203.7±3.5bc	44.3±1.2b	30.7±2.1b	0.78±0.04c	0.60±0.03c
	SS	61.7±4.7c	180.7±3.1c	38.3±1.5c	13.7±1.5c	0.58±0.03d	0.52±0.01c
成熟叶 Mature leaves	CK	71.3±4.5b	260±3.0a	68. 7±1.5a	57.33±0.6b	1.92±0.04a	2.4±0.1a
	LS	104.7±6.5a	201.3±4.2b	71.3±1.5a	73.33±1.5a	1.89±0.03a	2.1±0.02b
	MS	87.7±2.5b	142.3±1.5c	30.7±2.5b	51±1.0b	1.15±0.05b	0.77±0.03c
	SS	38.3±3.5c	213.3±2.5b	22.3±2.5c	10.33±1.5c	0.95±0.05c	0.73±0.04c
衰老叶 Aging leaves	CK	76.3±2.5a	167.3±2.5a	58±2.0b	23.67±1.5b	1.18±0.03b	0.98±0.02a
	LS	62.7±2.5b	141.3±3.5b	67.7±1.2a	29±1.0a	1.38±0.03a	0.94±0.03a
	MS	46.3±3.5c	173.7±2.5a	21±2.6c	12.33±1.5cd	0.78±0.03c	0.71±0.02bc
	SS	24.0±3.6d	163.7±4.0a	17.7±0.6c	7.67±1.5d	0.77±0.03c	0.58±0.03c

材料 Material	处理 Treatment	上表皮 Upper epidermis （ind.·mm^-2）	下表皮 Lower epidermis （ind.·mm^-2）	表皮 Epidermis （ind.·mm^-2）
新叶 Young leaves	CK	2.18±0.15c	5.08±0.23c	7.26±0.12c
	LS	2.18±0.44c	7.63±0.15ab	9.81±0.58b
	MS	3.63±0.44b	6.17±0.15c	9.80±0.44b
	SS	5.16±0.38a	8.35±0.15a	13.51±0.52a
成熟叶 Mature leaves	CK	2.98±0.44a	4.79±0.58c	7.77±0.58c
	LS	3.50±0.15bc	5.48±0.44a	8.98±0.65bc
	MS	1.96±0.22b	5.81±0.36c	7.77±0.44c
	SS	1.16±0.30c	7.63±0.22b	8.79±0.22a
衰老叶 Aging leaves	CK	0.87±0.15bc	4.54±0.44b	5.41±0.15b
	LS	1.69±0.22b	3.60±0.30c	5.29±0.22b
	MS	1.23±0.15b	3.85±0.22b	5.08±0.29b
	SS	2.40±0.36a	6.90±0.44a	9.30±0.36a

材料 Material	处理 Treatment	上表皮 Upper epidermis （ind./mm²）	下表皮 Lower epidermis （ind./mm²）	表皮 Epidermis （ind./mm²）
新叶 Young leaves	CK	5.81±0.44bc	4.72±0.36c	10.53±0.73c
	LS	3.63±0.36c	3.63±0.22c	17.26±0.94b
	MS	11.98±0.58a	10.89±0.58a	22.88±0.91a
	SS	2.18±0.22c	9.08±0.73ab	11.26±0.58c
成熟叶 Mature leaves	CK	3.99±0.29b	5.08±0.51c	9.08±0.36b
	LS	1.09±0.15c	5.45±0.44c	6.54±0.29c
	MS	5.08±0.44b	22.50±0.87a	27.60±0.44a
	SS	9.80±0.80a	17.79±0.94b	27.60±0.80a
衰老叶 Aging leaves	CK	5.08±0.36b	5.08±0.51b	10.17±0.15b
	LS	9.80±0.22a	2.54±0.29c	12.35±0.22a
	MS	4.36±0.22b	5.45±0.36b	9.80±0.58b
	SS	1.45±0.15c	8.35±0.65a	9.80±0.44b

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甘草叶片形态结构和光合作用对干旱胁迫的响应

Response of Photosynthesis and Leaf Morphological Characteristics to Drought Stress in Glycyrrhiza uralensis

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图/表 6

参考文献 39

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