生活污水對桐花樹、秋茄葉片結構特征及生長的影響

袁柳嬌,戴連英,余如鳳,陳文蓮,劉鍇棟

(嶺南師范學院生命科學與技術學院，廣東 湛江 524048)

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生活污水對桐花樹、秋茄葉片結構特征及生長的影響

袁柳嬌,戴連英,余如鳳,陳文蓮,劉鍇棟

(嶺南師范學院生命科學與技術學院，廣東 湛江 524048)

對采自廣東省湛江市霞山區(qū)觀海長廊的無污染區(qū)和污染區(qū)桐花樹與秋茄所生長的土壤進行分析檢測，比較了污染區(qū)和無污染區(qū)土壤中養(yǎng)分及重金屬的含量；對污染區(qū)和無污染區(qū)的桐花樹和秋茄的葉片，采用光學顯微鏡觀察，描述了生活污水對其葉片結構特征指標的影響。結果表明：污染區(qū)土壤的重金屬含量比無污染區(qū)高，土壤的酸性也增強，污染區(qū)與無污染區(qū)相比，有效磷的含量最高；污染區(qū)植物葉片的葉表皮細胞變小，被拉成不規(guī)則的多邊形，細胞內的單寧含量減少，且葉片干質量及面積都比無污染區(qū)的要小。由此可見，生活污水對紅樹植物的生長有一定的影響。

生活污水；污染；葉片結構；生理指標

紅樹植物是熱帶、亞熱帶的優(yōu)勢植物種，通常分布于海岸附近。紅樹植物可以抵御風浪，促進漁業(yè)的發(fā)展，還可以凈化環(huán)境，對維護生態(tài)平衡，保護生態(tài)系統(tǒng)發(fā)揮著非常重要的作用[1-3]。最近幾年，隨著沿海地區(qū)的發(fā)展，城市人口的急劇增長，大量的城市污水排放匯集于河口、海灣區(qū)，因此污染物和有毒物質存留在泥灘中,紅樹植物便吸收、積累這些物質，從而使重金屬對紅樹植物的污染日趨嚴重。生活污水對紅樹植物的生長是否有影響，一直是我們關注與爭議的問題[4]。

重金屬對紅樹林生態(tài)系統(tǒng)的污染問題引起了國內外學者們的關注，對紅樹植物的研究國內外已取得很多重要的成果。在紅樹植物葉片結構特征方面：陳燕等研究了5種紅樹植物的葉片結構及其抗逆性比較[5]；李元躍和林鵬[6]研究了桐花樹、白骨壤和秋茄的葉片結構及其生態(tài)適應；葉子葳[7]等研究了白骨壤葉片的解剖結構及其生態(tài)適應性；張秀枝[8]等和吳細[9]等曾對紅樹屬植物葉片的解剖進行研究，以上的研究說明了紅樹植物葉片對環(huán)境的適應能力比較強。在紅樹植物生長影響方面：張?zhí)K瑋[10]研究了不同濃度生活污水對秋茄幼苗生長的影響；李玫等[11]研究生活污水排放對紅樹林植物生長的影響；陳桂珠[12]等研究了人工合成污水對秋茄幼苗的幾個生態(tài)生理學指標影響，以上的研究只是對幾種紅樹植物葉片的結構特征進行討論、比較，單一地研究生活污水對紅樹植物生長的影響，但是對于污染區(qū)和無污染區(qū)的紅樹植物葉片結構的比較并沒有相關的研究。

因此，本試驗以污染區(qū)和無污染區(qū)的桐花樹和秋茄葉片以及它們的生長土壤作為研究對象，分析葉片結構特征并對其葉片干質量和葉片面積指標進行檢測。為科學預測與評價生活污水對紅樹植物的影響提供科學依據(jù)，旨在引導人們減少生活污水的排放，保護紅樹林濕地的生態(tài)環(huán)境。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

試驗材料為采自廣東省湛江市霞山區(qū)觀海長廊的污染區(qū)和無污染區(qū)的健康、長勢一致的紅樹樹種枝條及其生長的土壤，選取的植物有污染的桐花樹、秋茄以及正常的桐花樹、秋茄。

1.2 材料處理

首先將采集回來的紅樹植物葉片進行初步處理，即挑選發(fā)育較為完整成熟的帶葉片枝條，每種植物各挑選5株，每一小枝帶有3對葉片，接著在實驗室用自來水將其清洗干凈，并晾干水分備用；同時，將帶回來的兩種土壤攤放在陰涼的地方，每半天翻動一次，經(jīng)過4～5 d風干后，再進行土壤分析檢測。

1.3 試驗方法

待葉片晾干后，參照潘葉[13]等的方法進行葉片橫切處理，也就是剪取成熟葉片的中脈兩側約 5 mm×5 mm 的小塊放入離心管中，然后用FAA對其進行固定，接著經(jīng)過一系列酒精脫水后，再用番紅—固綠對葉片進行染色，最后再用中性樹膠進行封片，制成永久切片。

然后用OLYMPUS顯微鏡進行拍片、觀察，切片經(jīng)番紅—固綠染色后，部分細胞被染成紅褐色的小體，有紅褐色的小體就說明有單寧的存在，因為單寧細胞中的單寧化合物可氧化成褐色和紅褐色的鞣酐[14]。

采用剪紙衡重法測量葉片的面積，而使用烘干法來測量葉片的干質量。

2 結果與分析

2.1 試驗點的土壤成分狀況

污染區(qū)和無污染區(qū)的土壤成分測量結果見表1，由表1可知，無污染區(qū)土壤pH值比污染區(qū)高。土壤中的重金屬，如汞、鉛、鎘、銅、鉻、砷和鋅的標準含量無污染區(qū)比污染區(qū)要低。而污染區(qū)與無污染區(qū)相比，相差最大的是有效磷，污染區(qū)中的有效磷含量是無污染區(qū)的近2倍。

表1 土壤成分分析標準物質檢驗值

2.2 桐花樹和秋茄葉片解剖特征

A B

C D

圖1 桐花樹

A 正常100倍，B正常200倍，C污染100倍，D 污染200倍

2.2.1 桐花樹葉片結構解剖特征 無污染區(qū)桐花樹具有較厚的角質層，上下表皮內都具有多層內皮層細胞，細胞呈橢圓形、數(shù)目比較多、排列很緊密，上表皮比下表皮的角質層厚，并且只有下表皮才具有氣孔。還可以清晰地觀察到漲大的葉脈，而葉肉包括柵欄組織和海綿組織，并且只有一層柵欄組織，柵欄組織排列規(guī)則，呈柱狀排列，具有一定的細胞間隙，而海綿組織排列不規(guī)則，具有較大的細胞空隙，并且各層細胞都有被染成紫紅色(圖1-B)，也就是各層細胞都富含單寧，而柵欄組織含量最多。污染區(qū)桐花樹細胞變小，上層細胞拉長呈不規(guī)則多邊形，上表皮的內皮層細胞最明顯(圖 1-B)。細胞壁間隙增大，界限比較模糊，外膜增厚，折光增強。細胞的緊密性也減少，排列比較混亂，葉脈皺縮成一團，難以區(qū)分海綿組織和葉脈，并且單寧的含量非常少，下表皮的含量較多。

2.2.2 秋茄葉片結構解剖特征 無污染區(qū)秋茄的角質層較厚，上下表皮內具有多層內皮層細胞(圖2-A)，排列緊密，上表皮比下表皮的角質層厚,排列緊密。葉肉包括柵欄組織和海綿組織，并且有兩層柵欄組織，分別是上柵欄組織和下柵欄組織，上柵欄組織比下柵欄組織厚，排列緊密，而海綿組織的排列比桐花樹的排列還要疏松，細胞間隙非常發(fā)達，這種結構有利于其通氣，適合在淤泥的海灘邊生活。葉脈漲的很大(圖2-A)，并且只有下表皮才具有氣孔，氣孔下陷。各層細胞均含有較多的單寧。污染區(qū)秋茄細胞的形狀變小，各層細胞都被拉成扁形或近方形，排列比較疏松，葉脈皺縮，變小，導致葉脈與海綿組織的區(qū)別不是很明顯，單寧含量非常少。

A B

C D

圖2 秋茄

A 正常100倍，B 正常200倍，C 污染100倍，D 污染200倍

2.2.3 桐花樹和秋茄葉片解剖結果比較 從葉片橫切面解剖圖可以看出：無污染區(qū)的桐花樹和秋茄都出現(xiàn)了較厚的角質層，上下表皮都有多層呈橢圓形的細胞，并且上表皮都比下表皮厚，排列比較緊密，起到保護作用，而無污染區(qū)的細胞被拉成扁形或近方形，排列比較疏松；無污染區(qū)的葉脈漲得很大，起到運輸作用，而污染區(qū)的葉脈變小，皺縮成一團；無污染區(qū)葉片單寧被染成鮮紅色，而污染區(qū)葉片單寧被染成褐紅色；無污染區(qū)桐花樹與秋茄的胞質呈紅色數(shù)比污染區(qū)多，也就是無污染區(qū)葉片中含有單寧量比污染區(qū)多。單寧含量的多少是衡量植物是否受到污染的依據(jù)?？梢姡廴緟^(qū)這些結構特征的改變，可能不利于紅樹植物的生長和繁殖。

2.3 生活污水對葉片干質量和葉片面積的影響

表2 桐花樹、秋茄葉片干質量及面積大小

由表2可知，無污染區(qū)的秋茄葉片干質量最大，達19.74 g，污染區(qū)的桐花樹最小，為4.50 g；無污染區(qū)桐花樹和秋茄的葉片干質量都分別比污染區(qū)重。相應的葉片面積從大到小依次為無污染區(qū)秋茄、污染區(qū)秋茄、無污染區(qū)桐花樹、污染區(qū)桐花樹。結果表明：無污染區(qū)桐花樹和秋茄的葉片面積也分別比污染區(qū)大。由于污染區(qū)的紅樹植物葉片細胞變?。磺锴讶~片大并且具有肉質厚葉，氣孔下陷，適于抗鹽，而氣孔是蒸騰作用的主要“門戶”，因此，下陷的氣孔可以抑制葉片的水分蒸騰，有利于調節(jié)水分平衡。桐花樹葉肉內有泌鹽細胞，可以把葉片內的含鹽水液排出葉片。這些特殊的生理特征可能對桐花樹和秋茄的干質量及面積產(chǎn)生重要的影響。

3 討論與結論

生活污水排放對紅樹林植物有著較大的影響。鄭康振等[15]研究表明，低濃度的生活污水不但沒有影響紅樹植物的正常生長，反而污水中的氮和磷等營養(yǎng)物質對植物的生長發(fā)育還有促進作用，并且還可以凈化環(huán)境；高濃度的生活污水對紅樹植物則會產(chǎn)生抑制的作用，隨著污水濃度的升高,凈化的效果隨之降低，并且紅樹植物因為吸收、積累過多的重金屬，進而通過食物鏈傳遞，從而導致動植物受到傷害[16]。由土壤成分分析的結果表明：污染區(qū)的土壤所含的營養(yǎng)物質和重金屬大部分都明顯高于無污染區(qū)，無污染區(qū)的紅樹植物的葉片干質量和面積都比無污染區(qū)的植株要小，可見，較高濃度的生活污水對紅樹植物的葉片指標有一定的影響，即污染區(qū)的紅樹植物的生長和繁殖受到了一定的影響。

在生活污水污染的環(huán)境下桐花樹和秋茄的葉片雖然沒有出現(xiàn)明顯的傷害癥狀，但是桐花樹和秋茄的葉片指標以及葉片結構都發(fā)生了一定變化。由葉片橫切面解剖圖可知：由無污染區(qū)較厚的角質層、排列緊密的上下表皮細胞到污染區(qū)形狀變小、排列疏松的細胞。由無污染區(qū)的各層細胞富含單寧到污染區(qū)單寧的含量很少，因此這些結構與生理生化指標都發(fā)生了明顯的變化。角質層是由脂肪性的物質組成，所以可以避免植物體表浸濕，防止病菌孢子的附著及萌發(fā)，而較厚的角質層結構可以減少水分的蒸發(fā)，提供機械支持的作用，也可以避免強光對植物的灼傷[17],還有利于在有機質的淤泥中生長，抵御風浪。而內皮層細胞具有貯水的功能，可調節(jié)植物的水分平衡。因此，紅樹植物對海灘的環(huán)境起著非常重要的作用。

李正理[18]認為，單寧的主要作用是妨礙水分的流動。豐富的單寧含量在其抵御各種不良環(huán)境中發(fā)揮著積極的作用。單寧是紅樹植物對環(huán)境的另一適應，它跟紅樹植物的抗腐蝕具有密切聯(lián)系[19]，由于單寧的澀味,減輕了昆蟲和動物對植物的直接啃食，所以它是一種抗蟲的油質物質。單寧對紅樹植物的生存、對污染的抗性和凈化作用，以及藥物利用和各種工業(yè)用途方面具有極為重要的影響和意義[20]。在葉片解剖結構圖中，不同種類的紅樹植物單寧分布部位不同，并且無污染區(qū)含有的單寧比污染區(qū)多，而單寧含量的多少具有一定的顯色效應，因此，單寧的含量可作為判別紅樹植物是否受到污染的依據(jù)之一。而在植物分類學上，單寧的有無是分類特征的一個參考依據(jù)。

本研究的結果表明，在較高濃度的生活污水條件下，桐花樹和秋茄的葉片結構和生理指標都發(fā)生了明顯的變化，這種變化在一定程度上抑制了植物的生長和繁殖。因此，本研究為進一步研究生活污水的濃度對紅樹植物的生長和繁殖提供了有力的科學依據(jù)。

[1] 李慶芳, 章家恩, 劉金苓, 等. 紅樹林生態(tài)系統(tǒng)服務功能研究綜述[J]. 生態(tài)科學, 2006, 25(5):472-475

[2] 伍卡蘭, 彭逸生, 鄭康振, 等. 五種紅樹植物通氣組織對人工非潮汐生境的響應[J]. 生態(tài)學報, 2010, 30(24):6927-6934

[3] 林鵬. 中國紅樹林生態(tài)系統(tǒng)[M]. 北京:科學出版社, 1997：14-19

[4] Peng SQ. The Stress Physiological Fundamentals of Plants[M]. University of Northeast Forestry Press, 1990. 106

[5] 陳燕, 劉鍇棟, 黎海利, 等. 5種紅樹植物的葉片結構及其抗逆性比較[J]. 東北林業(yè)大學學報, 2014, 42(7):27-68

[6] 李元躍, 林鵬. 三種紅樹植物葉片的比較解剖學研究[J]. 熱帶亞熱帶植物學報, 2006, 14(4):301-306

[7] 葉子葳, 嚴慕婷, 葉創(chuàng)興, 等. 紅樹植物白骨壤葉片的解剖結構及其生態(tài)適應性[J]. 廣西植物, 2010, 30(2):174-176

[8] 張秀枝, 吳細. 紅樹屬植物葉片的解剖學研究[J]. 信陽農業(yè)高等專科學校學報, 2008, 18(1):121-123

[9] 吳鈿, 葉昌輝, 韓維棟. 5種紅樹科植物葉片的比較解剖及其生態(tài)適應研究[J]. 植物研究, 2012, 32(2):143-146

[10] 張?zhí)K瑋. 不同濃度生活污水對秋茄幼苗生長的影響[J]. 佳木斯教育學院學報, 2014, 13(3):439-441

[11] 李玫, 章金鴻, 陳桂珠. 生活污水排放對紅樹林植物生長的影響[J]. 防護林科技, 2002, 53(3):1-5

[12] 陳桂珠, 繆紳裕, 譚鳳儀, 等. 人工合成污水對秋茄幼苗的幾個生態(tài)生理學指標影響初報[J]. 應用生態(tài)學報, 1994, 5(2):221-224

[13] 潘葉, 馮永慶, 馬煥普. 一種適用于植物組織的快速石蠟制片法[J]. 中國農學通報, 2008, 24(3):112-115

[14] K 伊稍. 種子植物解剖學[M]. 李正理譯. 上海:上海人民出版社, 1973：158

[15] 鄭康振, 陳耿, 鄭杏雯, 等. 人工紅樹林濕地系統(tǒng)凈化污水研究進展[J]. 生態(tài)學雜志, 2009, 28(1):138-145

[16] 程軍. 土壤中重金屬的危害及防治措施[J]. 經(jīng)濟研究導刊, 2014, 249(31):300-301

[17] 強勝. 植物學[M]. 北京:高等植物出版社, 2006

[18] 李正理. 旱生植物的形態(tài)和結構[J]. 生物學通報, 1981(4):9-12

[19] 林鵬. 紅樹林[M]. 北京:海洋出版社, 1984：L21-34

[20] Lin Peng, Fu Qin. Environmental Ecology and Economic Utilization of Mangrove in China[M]. Beijing:China Higher Education Press and Springer -Verlag Berlin Heidelberg, 2000：118-230

Effect of Sewage on Anotomic Features and Morphological Structure of Leaves ofAegicerascorniculatumandKandeliacandel

Yuan Liujiao, Dai Lianying, Yu Rufeng, Chen Wenlian, Liu Kaidong

(Life Science and Technology School, Lingnan Normal University, Zhanjiang 524048,China)

The soil in whichAegicerascorniculatum&Kandeliacandelgrew in polluted & unpolluted areas in the sea promenade in Xiashan District of Zhanjiang City of Guangdong Province were tested. The contents of nutrients and heavy metals in the soil in polluted & unpolluted areas were compared. The effects of sewage on the structure features of leaves and physiological indices were described by optical microscope. Result shows that the content of heavy metals in polluted soil was higher than that in unpolluted area, and the acidity of soil is also enhanced. The content of available phosphorus is the highest in polluted area compared with that in unpolluted area. The size of cell of leaf epidermal becomes smaller; the leaves are pulled into irregular polygons; content of intracellular tannin decrease; and leaf dry weight and area is smaller than that in unpolluted area. This shows that domestic sewage have a certain impact on the growth of mangrove plants.

sewage;pollution; structure of leaves; physiological indices

1005-5215(2016)11-0004-04

2016-10-13

廣東省林業(yè)科技創(chuàng)新項目(2013KJCX011-03; 2015KJCX025)；國家級大學生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓練計劃項目(201510579277)；嶺南師范學院自然科學研究項目(LZL1507) ；湛江市熱帶特色資源植物技術開發(fā)重點實驗室項目(2014A06008)

袁柳嬌(1977-)，女，廣東湛江人，本科在讀.

劉鍇棟(1982-)，男，廣東電白人，碩士，副研究員，現(xiàn)從事植物生物學研究.

Q948

A

10.13601/j.issn.1005-5215.2016.11.002