生活污水對(duì)白骨壤和紅海欖葉片指標(biāo)及結(jié)構(gòu)的影響

余如鳳，鄧 妹，陳文蓮，袁柳嬌，劉鍇棟

(嶺南師范學(xué)院生命科學(xué)與技術(shù)學(xué)院，廣東 湛江 524048)

生活污水對(duì)白骨壤和紅海欖葉片指標(biāo)及結(jié)構(gòu)的影響

余如鳳，鄧 妹，陳文蓮，袁柳嬌，劉鍇棟＊

(嶺南師范學(xué)院生命科學(xué)與技術(shù)學(xué)院，廣東 湛江 524048)

為了探討2種紅樹植物葉片對(duì)生活污水環(huán)境的適應(yīng)性，采用石蠟切片法和顯微拍照法觀察了白骨壤和紅海欖2種紅樹植物的葉片結(jié)構(gòu)。結(jié)果表明：污染區(qū)的白骨壤葉片的上角質(zhì)層厚度、表皮層厚度、上內(nèi)皮層厚度等均比無(wú)污染區(qū)的白骨壤大，而污染區(qū)的紅海欖葉片則在下角質(zhì)層厚度、上表皮層厚度、下內(nèi)皮層厚度等指標(biāo)上比污染區(qū)的紅海欖顯著增大，表明生活污水對(duì)紅樹植物的生長(zhǎng)有一定的影響。

生活污水；紅樹植物；生理指標(biāo)；抗污染性

紅樹林是生長(zhǎng)于港灣河口地區(qū)特有的森林植物，其結(jié)構(gòu)與功能不同于陸地生態(tài)系統(tǒng)和海洋生態(tài)系統(tǒng)的特性，它們對(duì)海陸邊緣的生態(tài)平衡起著重要的作用。隨著沿海地區(qū)現(xiàn)代工業(yè)化的發(fā)展以及人口增長(zhǎng)，大量的廢水直接排入河流，導(dǎo)致河口海岸的水體污染逐漸加重[1]。近年來(lái)，由于江河流域及沿海城市經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，大量的工農(nóng)業(yè)污染物排放于河口、海灣這些臨海地區(qū)，使紅樹植物的生長(zhǎng)受到影響。紅樹植物正面臨著退化與消失的嚴(yán)重趨勢(shì)，保護(hù)紅樹林已成為全球的共識(shí)[2]。

作為典型的熱帶、亞熱帶帶生態(tài)系統(tǒng)，海岸紅樹林濕地對(duì)泥灘中的污染物和有毒物質(zhì)有著較強(qiáng)的耐受及吸附作用。成片的紅樹林可以通過(guò)汲取、蓄積各種重金屬離子來(lái)凈化水體和濕地土壤[3-4]。紅樹植物一方面可以從排放的污水中攝取營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，有利于植物的生長(zhǎng)；但另一方面，污水中的重金屬離子也會(huì)對(duì)紅樹植物造成毒害[5]。陳桂葵等[6]研究了人工污水對(duì)白骨壤(Avicennia marina)生長(zhǎng)的影響，蔡建秀等[7]研究了鉛脅迫對(duì)桐花(Aegiceras corniculatum)樹幼苗根葉蛋白質(zhì)及根抗氧化酶活性的影響，袁彥婷等[8]研究了汞脅迫對(duì)白骨壤幼苗生理生態(tài)的影響。但目前大多數(shù)研究是針對(duì)污染環(huán)境下紅樹植物的生理特性進(jìn)行了研究，關(guān)于污染狀態(tài)下紅樹植物葉片結(jié)構(gòu)特征的研究則比較少。葉片是植物進(jìn)化過(guò)程中對(duì)環(huán)境比較敏感的可塑性較大的器官，植物對(duì)環(huán)境的適應(yīng)也較多的表現(xiàn)在葉的形態(tài)結(jié)構(gòu)上[9]。

本實(shí)驗(yàn)以對(duì)白骨壤、紅海欖在生活污水脅迫下的葉片結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)進(jìn)行觀察研究，為利用紅樹植物凈化生活污水提供科學(xué)依據(jù)，同時(shí)對(duì)于開(kāi)展紅樹植物的研究及其推廣應(yīng)用具有重要的意義。

1 材料和方法

1.1 試驗(yàn)材料

試驗(yàn)材料分別采自廣東省湛江市霞山區(qū)觀海長(zhǎng)廊污染區(qū)和無(wú)污染區(qū)的健康、長(zhǎng)勢(shì)一致的紅樹林樹種枝條以及它們生長(zhǎng)的土壤，選取的植物分別有：污染的白骨壤、紅海欖(Rhizophora stylosa)以及正常的白骨壤、紅海欖。

1.2 土壤和植物樣品的采集

在兩個(gè)取樣地中各選擇成熟健康、年齡、高度及生長(zhǎng)狀況較為相似的白骨壤和紅海欖。然后將采集回來(lái)的白骨壤和紅海欖葉片進(jìn)行初處理，挑選發(fā)育較為完整、成熟的葉片枝條，每種植物各挑選5株，每一小枝帶有3對(duì)葉片，在實(shí)驗(yàn)室用自來(lái)水將其清洗干凈，并晾干水分備用。同時(shí)，將帶回來(lái)的兩種土壤共6份平攤開(kāi)放在陰涼處，每半天翻一次土，經(jīng)過(guò)4 ~ 5 d風(fēng)干后再進(jìn)行土壤分析檢測(cè)。

取葉片樣品的同時(shí)，在這兩個(gè)樣地處采集土壤作樣本。由于海潮經(jīng)常沖刷，土壤表層的成分不穩(wěn)定，因此土壤應(yīng)采自20 ~ 60 cm處的土層較為合理。由嶺南師范學(xué)院測(cè)定紅樹植物葉片及土壤的各生理生化指標(biāo)。

1.3 試驗(yàn)方法

待葉片晾干后，參照潘葉等[10]的方法進(jìn)行葉片橫切處理，即剪取成熟葉片的中脈兩側(cè)約 5 mm×5 mm 小塊放置離心管中，然后用FAA對(duì)其固定，接著經(jīng)過(guò)50%、70%、85%、95%直至純酒精脫水后，再用番紅—固綠對(duì)葉片進(jìn)行染色，最后再用中性樹膠封片，制成永久切片。

然后用OLYMPUS顯微鏡（SZX7）進(jìn)行拍片、觀察，切片經(jīng)番紅—固綠染色后，部分細(xì)胞被染成紅褐色的小體，有紅褐色的小體則說(shuō)明有單寧存在，由于單寧細(xì)胞中的單寧化合物可氧化成褐色和紅褐色的鞣酐[11]。采用剪紙衡重法測(cè)量葉片面積。

2 結(jié)果與分析

2.1 試驗(yàn)點(diǎn)的土壤成分狀況

污染區(qū)的污水是城市排放的生活污水。污染區(qū)和無(wú)污染區(qū)的土壤成分測(cè)量結(jié)果如表1可知，pH值在無(wú)污染區(qū)比污染區(qū)要高。土壤中的重金屬如汞、鉛、鎘、銅、鉻、砷和鋅的標(biāo)準(zhǔn)含量均為無(wú)污染區(qū)比污染區(qū)低。有效養(yǎng)分中，相差最大的是有效磷含量，污染區(qū)中的有效磷明顯高于無(wú)污染區(qū)，但有效鉀則相反。

表1 土壤成分分析標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)檢驗(yàn)值

2.2 兩種紅樹植物葉片細(xì)胞解剖特征

2.2.1 表皮結(jié)構(gòu)

在顯微鏡下觀察下得知，與非污染區(qū)的白骨壤相比，污染區(qū)的白骨壤葉片具有明顯較厚的上角質(zhì)層，而紅海欖的上角質(zhì)層厚度在污染區(qū)和非污染區(qū)差異不大(表2，圖2)。

從表2可以看出，在污染環(huán)境下，白骨壤的上表皮層及下表皮層厚度均有顯著增加，而污染條件下紅海欖則只在上表皮層厚度出現(xiàn)顯著增加。

白骨壤和紅海欖2種紅樹植物的內(nèi)皮層變化程度不同。污染區(qū)的白骨壤的上內(nèi)皮層厚度整體上有所增加。污染紅海欖的上內(nèi)皮層厚度差異不明顯，下內(nèi)皮層明顯增厚(表2，圖2)。

圖1 非污染與污染環(huán)境下2種紅樹植物葉片顯微結(jié)構(gòu)

表2 污染與非污染環(huán)境下2種紅樹植物葉片結(jié)構(gòu)單一指標(biāo)

2.2.2 葉脈結(jié)構(gòu)

從橫切面看，紅海欖的主脈由十個(gè)小的維管束組成，這些維管束屬于外韌維管束，呈花環(huán)狀。木質(zhì)部導(dǎo)管徑向放射排列。木質(zhì)部上表皮方向不發(fā)達(dá)，而偏下表皮方向較為發(fā)達(dá)，呈橫向長(zhǎng)圓形。污染區(qū)的白骨壤和紅海欖木質(zhì)化作用的較早發(fā)生。葉片維管束內(nèi)的形成層變得明顯。

2.2.3 生活污水對(duì)葉片面積的影響

由表2的數(shù)據(jù)可知，無(wú)污染區(qū)的白骨壤和紅海欖的葉片面積分別為6.75 cm2和51.39 cm2，均顯著大于污染區(qū)的。污染區(qū)的白骨壤和紅海欖的葉片面積則為4.53 cm2和44.16 cm2，由此說(shuō)明污染對(duì)這兩種紅樹植物的生長(zhǎng)有所影響。

3 討論

污水排放中含有營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)N、P及一些重金屬元素，如Cu、Zn、Cr等，當(dāng)這些物質(zhì)排入到紅樹林濕地系統(tǒng)時(shí)，紅樹植物對(duì)它們具有一定的吸收作用。同時(shí)，一部分污染物沉積在紅樹林土壤中，因此紅樹林濕地系統(tǒng)可緩解海水體的富營(yíng)養(yǎng)化，減少赤潮的發(fā)生[12-13]。

植物角質(zhì)層能夠減少植物表面水分非氣孔性散失，削弱紫外輻射對(duì)植物的傷害及防止病菌侵害的作用[14]。污染區(qū)的氮元素和磷元素含量均大于無(wú)污染區(qū)，更容易引發(fā)富營(yíng)養(yǎng)化。而本實(shí)驗(yàn)中，所研究的2種紅樹植物的角質(zhì)層均是污染區(qū)的大于非污染區(qū)的，說(shuō)明紅樹植物葉片結(jié)構(gòu)能隨著環(huán)境的不同而發(fā)生相應(yīng)性的變化。

表皮細(xì)胞的作用主要是保護(hù)內(nèi)部組織，有研究發(fā)現(xiàn)紅樹植物葉片吸收的重金屬主要分布在表皮細(xì)胞、亞表皮細(xì)胞和表皮毛中[15-16]，因此，這幾個(gè)部位受重金屬的影響也比較大。

有研究表明，葉片面積減小可防止水分蒸騰散失[17]。本研究的結(jié)果顯示，無(wú)污染區(qū)的白骨壤和紅海欖的葉片面積均顯著大于污染區(qū)的。這說(shuō)明在污染條件下，白骨壤和紅海欖可能通過(guò)減少葉面積來(lái)減少水分散失，從而維持其生長(zhǎng)。

本文的研究結(jié)果表明，在生活污水條件下生長(zhǎng)的白骨壤和紅海欖其葉片結(jié)構(gòu)和生理指標(biāo)均發(fā)生了明顯的變化，這些變化在一定程度上抑制了它們的生長(zhǎng)和繁殖。因此，本研究為進(jìn)一步研究生活污水的濃度對(duì)紅樹植物的生長(zhǎng)和繁殖提供了一定的科學(xué)依據(jù)。

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Impact of Domestic Sewage on Leaf Structures and Physiological Indices of Two Mangrove Species

YU Ru-feng, DENG Mei, CHEN Wen-lian, YUAN Liu-jiao, LIU Kai-dong
(Life Science and Technology School, Lingnan Normal University, Zhanjiang524048, Guangdong, China)

The leaves of Avicennia marina and Rhizophora stylosa were observed using the ‘paraffin method’and also an optical microscope, to evaluate the potential adaptability of these two mangrove species to tolerate waters polluted with domestic sewage. The results showed that leaves of A. marina and R. stylosa growing in polluted areas had thicker uper cuticles, epidermis and uper endodermis compared to those growing in unpolluted waters, though the lower cuticles, uper epidermis and lower endodermis of R. stylosa in polluted areas were also significantly thicker. Consequently, domestic sewage can have significant effects on mangrove plants growing in waters that have been polluted by it.

Domestic sewage; mangrove; physiological index; pollution tolerance

Q494；X171.5

：A

廣東省林業(yè)科技創(chuàng)新項(xiàng)目(2013KJCX011-03; 2015KJCX025)、國(guó)家級(jí)大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練計(jì)劃項(xiàng)目(201510579277)、嶺南師范學(xué)院自然科學(xué)研究項(xiàng)目(LZL1507) 、湛江市熱帶特色資源植物技術(shù)開(kāi)發(fā)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室項(xiàng)目(2014A06008)

余如鳳(1993— )，在讀本科生，主要從事紅樹林結(jié)構(gòu)研究. E-mail: 504787424@qq.com

＊通訊作者：劉鍇棟（1982— ），男，碩士，副研究員，主要從事植物分子生物學(xué)研究. E-mail: liukaidong2001@126.com