徐贝贝 刘楠 任海 王馨慧 刘念 简曙光

摘 要：热带珊瑚岛由于光照强、季节性干旱明显、土壤贫瘠、保水能力差而少有植物生长。草海桐（Scaevola sericea）是一种典型的热带滨海植物，是西沙群岛珊瑚岛植被中的主要建群种，在海岛和海岸带防风固沙及植被生态恢复等方面发挥着重要作用。该研究对西沙群岛自然环境下草海桐的形态解剖学特征、抗氧化能力、抗逆性物质含量及营养元素含量等进行了研究。结果表明：草海桐具有阳生性植物特征，叶片及上表皮厚、气孔密度小、导管直径及水力导管直径大，有利于其适应珊瑚岛干旱环境;其体内的超氧化物歧化酶和过氧化氢酶活性与其他受胁迫植物相比较要高，脱落酸含量也较高，表明草海桐对珊瑚岛环境具有较强的适应性及抗逆性;其根际土壤养分含量偏低，但植物体内营养元素含量却较高，表明草海桐对土壤养分的利用效率高。这说明草海桐能够很好地适应干旱、贫瘠的珊瑚砂环境，具有较强的抗逆及适应能力。

关键词：草海桐，形态解剖特征，抗逆性，营养元素

中图分类号：Q948

文献标识码：A

文章编号：1000-3142（2018）10-1277-09

Abstract：There are few plants in tropical coral islands because of hard light，obvious seasonal drought，barren soil and poor water retention capacity of soil. As a typical coastal plant species and the main constructive species of coral island vegetation in Paracel Islands，Scaevola sericea plays important roles in sand-fixation，wind resistance and ecological restoration on the vegetation of islands and coastal zones. In this study，we analyzed the morphological and anatomical characteristics，antioxidant capacity，resistant substance contents and nutrient compositions of S. sericea growing in the natural habitat in Paracel Islands. The results showed that S. sericea was a heliophyte with thick leaf and epicuticle，low stomatal density and large vessel diameter and hydraulically weighted vessel diameter，which helps S. sericea adapt to the drought，high temperature and intense light irradiation. The activities of superoxide dismutase and catalase were higher than those of other plants under stress，and the high content of abscisic acid in the leaves revealed that S. sericea had strong adaptability and resistance. The contents of nutrient elements in the leaves of S. sericea were higher than those in rhizosphere soil，indicating that S. sericea has strong stress resistance and good adaptability to the arid and barren environment.

Key words：Scaevola sericea，morphological and anatomical characteristics，resistance，nutrient element

草海桐（Scaevola sericea），又稱羊角树、水草仔、细叶水草，是草海桐科（Goodeniceae）草海桐属（Scaevola L.）多年生常绿亚灌木植物，偶为小乔木，为典型的滨海植物。草海桐主要分布于日本（琉球）、马达加斯加、东南亚、夏威夷、大洋洲热带、密克罗尼西亚;在我国主要分布于广东、海南、福建、台湾等地区（郭艳等，2016）。通常生长在滨海开阔的砂地或海岸峭壁上。草海桐茎直立或铺散，枝中空，有时枝上生根，光滑无毛，叶腋处密生白色须毛。叶片稍肉质，螺旋状排列，大部分集中于分枝顶端，颇像海桐花，无柄或具短柄，匙形至倒卵形，长10～22 cm，宽4～8 cm，基部楔形，顶端圆钝，平截或微凹，全缘或边缘波状，无毛或背面有疏柔毛。聚伞花序腋生，长1.5～3 cm，基部有长须毛;花梗与花之间有关节;花萼无毛，筒部倒卵状，裂片条状披针形，长2.5 mm;花冠白色或淡黄色，长约2 cm，筒部细长，后方开裂至基部，花柱从裂处伸出，花瓣边缘疏生不规则缘毛。果实为卵球状核果，白色，两条径向沟槽将果实分为2爿，2室，每室有一粒种子。花果期4—12月（中国植物志，2004）。草海桐花型独特，树形优美，可作园林观赏植物进行开发，并且生长迅速，有极强的适应性，也可作为海岛与海岸带防风固沙植被的备选树种（图1）。草海桐还含有多种次生代谢产物，具有重要的药用价值，可以治疗白内障、胃病、鳞状皮肤癣、刀伤及动物咬伤，并有改善眼部疼痛、避孕等功能（李敏等，2015）。

目前，对滨海植物的生态生物学特性已有一些研究（王瑞江和任海，2017），对草海桐的研究主要集中于功能基因的发掘（郭艳等，2016）、化学成分及抑菌活性（李敏等，2015）、繁育及种植技术（王瑾，2015）、系统进化位置（粟米等，2016）等方面。但是，尚缺乏对草海桐在原生环境下的抗逆生物学特性的研究，这就限制了该物种的开发利用。本研究以西沙群岛的野生草海桐为对象，对其形态解剖学特征、抗氧化能力、抗逆性物质含量以及营养元素含量等生态、生物学特性进行了测定和分析，以期为其引种驯化以及开发利用提供一定的基础资料。

1 材料与方法

1.1 材料和研究地概况

草海桐材料采自西沙群岛的东岛。东岛位于我国海南省三沙市西沙群岛的东部，地理位置为112°43′—112°45′ E，16°39′—16°41′ N，属热带珊瑚岛，由上升礁及珊瑚、贝壳沙堆积而成。东岛属于热带海洋季风性气候，年平均气温26～27 ℃，热量充足，日照时数长，蒸发量大;雨量充沛，年降雨量在1 500 mm左右，6—11月为雨季，降水多以暴雨形式，降雨量达到了全年降雨量的87%，12月至次年5月干旱少雨，温度相对较低，干湿季分明，季节性干旱现象明显（刘晓东等，2005）。东岛的土壤主要为第四纪的珊瑚、贝壳类形成的碎砂和鸟粪发育而成的富含钙和磷质的石灰土和滨海盐土（邢福武等，1993），保水能力差。

东岛是西沙群岛第二大岛，由于较少受到人类活动干扰，是西沙群岛中植被最好的岛屿，植被覆盖率高达90%，群落类型和植物种类（基本为野生种类）多，优势种主要为白避霜花（Pisonia grandis）、草海桐、海岸桐（Guettarda speciosa）、银毛树（Tournefortia argentea）等（童毅等，2003）。草海桐生长旺盛，主要分布在东岛海边的沙堤上，呈单一物种群落，或与银毛树、长管牵牛（Ipomoea tuba）等植物混生（刘晓东等，2005）。

1.2 研究方法

2016年6月在西沙群岛东岛选取了5株原生境下健康的草海桐作为研究对象，采集生长发育良好的成熟叶片和枝条，带回实验室后进行各项指标的测定，并采集植物根际土壤（0～20 cm）测定理化性质。

1.2.1 形态解剖学特征

1.2.1.1 叶片解剖结构 采用常规方法制作叶片切片（梁彦等，2007），在显微镜下观测叶片厚度、栅栏组织和海绵组织的厚度，测量气孔的大小和密度，计算气孔面积指数。气孔面积指数=气孔密度×（保卫细胞）2。

1.2.1.2 枝条解剖结构 制作枝条横切面的徒手切片，测量视野内导管的数目和大小，计算导管管腔直径、导管密度和水力导管直径。水力导管直径（hydraulically weighted vessel diameter）=（∑D4/N）1/4。式中，N指導管数量，D指导管直径。

1.2.1.3 比叶面积（SLA）的测定 先用LI-3000叶面积仪测量植物叶片面积（LA）和鲜重（FW），然后烘干测定干重（DW）。计算比叶面积（SLA）=LA/DW（Gower et al，1999）。计算叶片干物质含量（LDMC）=DW/FW。计算叶片密度（LD）=1/[SLA×叶片厚度]（Zhang et al，2012）。

1.2.2 抗氧化酶活性及抗逆性物质含量的测定

1.2.2.1 抗氧化酶活性的测定 超氧化物歧化酶（SOD）活性采用氮蓝四唑法测定。称取0.5 g新鲜叶片，加入1.5 mL 磷酸缓冲液（pH7.8）和少量石英砂，冰浴研磨成匀浆，转入离心管中10 000 ×g冷冻离心30 min，取上清液进行酶活性测定。通过黄嘌呤及黄嘌呤氧化酶反应系统产生超氧阴离子，可将氮蓝四唑（NBT）还原生成蓝色的甲臜，读取甲臜在560 nm处的吸光值。以在反应体系中抑制百分率为50%时为一个酶活力单位（U·g-1）（邹琦，2000）。

过氧化氢酶（CAT）活性采用紫外吸收法测定。称取0.5 g新鲜叶片，加入1.5 mL 4 ℃预冷的磷酸缓冲液（pH7.0）和少量石英砂研磨成匀浆，25 mL容量瓶定容后于4 ℃冰箱中静置10 min，取上清液10 000 ×g离心10 min，取上清液进行酶活性测定。过氧化氢（H2O2）在240 nm波长下有吸收峰，CAT能分解过氧化氢，可以根据反应溶液的吸光度变化值测定CAT的活性。以每克组织每分钟催化1 nmol H2O2降解为一个酶活力单位（U·g-1鲜重）（邹琦，2000）。

过氧化物酶（POD）活性采用愈创木酚显色法测定。取0.5 g新鲜叶片加入1.5 mL 磷酸缓冲液于预冷的研钵中研磨成匀浆，10 000 ×g离心10 min，上清液转入100 mL容量瓶中定容，用于酶活性的测定。POD催化过氧化氢氧化愈创木酚生成的产物在470 nm处有最大光吸收。以每分钟内A470值变化0.5为一个酶活力单位（U·g-1鲜重）（蔡庆生，2013）。

植物总抗氧化能力（T-AOC）采用铁离子还原/抗氧化力测定法（FRAP法）测定。取0.5 g新鲜叶片，加入5 mL蒸馏水研磨，稍沉淀后取3 mL于离心管中10 000 ×g 4 ℃离心10 min，取上清液用于抗氧化能力测定。酸性条件下，Fe3+-三吡啶三吖嗪（TPTZ）可以被还原为Fe2+-TPTZ，呈蓝色，且在593 nm处有最大吸收值。蓝色物质的生成量可反映总抗氧化能力（蔡庆生，2013）。

1.2.2.2 脯氨酸（Pro）含量 采用酸性茚三酮染色法测定。取0.5 g新鲜叶片，加入5 mL 3%的磺基水杨酸溶液，沸水浴提取10 min，冷却后过滤，用所得滤液进行Pro含量的测定。在酸性条件下与茚三酮反应生成的红色化合物在520 nm处有最大吸收峰。在一定范围内，Pro浓度与其吸光度成正比，可以从标准曲线查出Pro含量（蔡庆生，2013）。

1.2.2.3 脱落酸（ABA）含量 采用高效液相色谱（HPLC）法测定。取新鲜叶片0.5 g加入80%冷甲醛研磨匀浆，4 ℃过夜，残渣用甲醛提取三次，滤液于50 ℃减压浓缩，蒸发甲醛，水相调至pH为8后，用石油醚萃取，再将水相pH调至3，用乙醚萃取后蒸干。用乙酸乙酯溶后用薄层色谱（TLC）分离纯化。纯化后的样品用甲醇定容后进行检测。样品在254 nm处的吸光值，可转换为ABA含量（李秉真等，1992）。

1.2.3 叶片营养元素含量及土壤理化性质 将野外采集的样品置于烘箱中65 ℃烘干，然后磨碎过筛，采用重铬酸钾-硫酸氧化法测定草海桐叶片中的碳含量，靛酚蓝比色法测定氮含量，钼锑抗比色法测定磷含量（Cornelissen et al，2003）。

在每个样地随机选取4～5个采样点，采集0～20 cm表层土，混合为一个样品并装入密封袋保存。将样品带回实验室后用剔除植物残体、根系等异物，过2 mm孔径筛，于室温下自然风干，进行理化性质的测定。

1.3 数据统计与分析

数据整理和图表均采用Excel 2016软件进行。

2 结果与分析

2.1 形态解剖学特征

草海桐的形态解剖学特征如图2和表1所示。从图2可以看出，其叶肉内栅栏组织厚度一般，海绵组织较栅栏组织发达，有明显的分化，属于异面叶，栅栏组织/海绵组织比值为0.252。草海桐的叶片厚度、上表皮厚度、比叶面积分别为316.868 μm、30.128 μm、138.723 cm2·g-1，叶片厚。气孔保卫细胞长及气孔密度分别为26.382 μm、215.556 n·mm-2，气孔大而少。枝条中导管直径、导管密度分别为46.177 μm、37.548 n·mm-2，导管大且水力导管直径达29.728 μm，枝条水力导管直径大。

2.2 抗氧化酶活性及抗逆性物质含量

草海桐叶片抗氧化酶活性以及各种抗逆性物质的含量如表2所示。从表2可以看出，草海桐的SOD活性、CAT活性以及T-AOC均较高，分别为326.474、236.338、328.186 U·g-1，而POD活性却一般，仅有6.127 U·g-1，ABA含量也较高，为153.994 μg·g-1，Pro含量相对较高，为109.506 μg·g-1。

2.3 叶片营养物质含量及土壤理化性质

草海桐的营养物质含量如表3所示。从表3可以看出，叶片中有机碳含量较高，达到了467.878 g·kg-1，全氮及全磷含量分别为19.556、2.197 g·kg-1。草海桐叶片碳氮比及碳磷比达到23.925、212.962，氮磷比仅为8.901。

草海桐根际土壤理化性质如表4所示。从表4可以看出，含水量较低，仅有7.08%，有机碳、全磷、全氮含量分别为3.277%、1.178 mg·kg-1、0.118 mg·kg-1，有机碳含量较高。pH值为8.017，呈微碱性。土壤中钙、镁含量较其他元素高，分别为72.447、8.430 g·kg-1，而铜含量最低，为24.396 mg·kg-1。

3 讨论与结论

3.1 形态解剖学特征

植物在干旱环境中会由于蒸腾作用过多而导致水分亏缺，较厚的叶片可以在一定程度上减少强光造成的伤害，降低水分散失，并提高保水能力。干旱半干旱区的灌木长期适应强光和干旱等环境，叶片逐渐形成相应的形态结构，其叶片厚度范围在107.63～323.00 μm，叶片上表皮平均厚度为14.74 μm（潘昕等，2015）。草海桐通常生长在滨海无遮挡的空旷沙滩上，光照强烈，温度高，土壤含水量低，但其叶片以及上表皮细胞的厚度与青藏高原抗旱性最强的俄罗斯大果沙棘（Hippophae rhamnoides）相比要厚，说明草海桐具有良好的抗旱性，能够适应热带海島高温干旱的环境，是典型的阳生植物。

草海桐叶片稍肉质，叶肉中栅栏组织和海绵组织明显分化，且海绵组织较栅栏组织发达，细胞排列疏松，胞间隙大，具有较大的液泡，能够储藏大量水分，有效防止强光和高温导致的生理性缺水，具备明显的热带旱生植物特点。

气孔是叶片控制气体进出及蒸腾作用的主要部位。对干旱半干旱地区25种灌木的抗旱性研究显示（潘昕等，2015），唐古特莸（Caryopteris tangutica）等灌木的气孔密度范围为57.27～360.05 n·mm-2，草海桐的气孔密度仅为215.556 n·mm-2，密度较小。相较于蒙古栎（Quercus mongolica）等几种阔叶树种（周翠鸣等，2009），草海桐的气孔保卫细胞一般。草海桐叶片较大，但气孔大小一般且密度较小，这样的结构有利于草海桐进行光合作用的同时减少因蒸腾作用导致的水分散失。

根据Hagen-Poiseuille定律，其他条件一致时，导水率及导管运输水分能力随导管直径的增大而增大（李娟等，2014）。测量结果显示，草海桐导管直径及水力导管直径分别为46.177 μm和29.728 μm，沙棘（Hippophae rhamnoides）等植物导管大小为12.5～62.5 μm，水力导管直径为26.04 μm（李珊，2013）。相较而言，草海桐导管直径较大，水力导管直径较大。草海桐生长地多为沙滩、石砾地，土壤含水量低且保水能力差，较大的导管使植物水分疏导率高，有效吸收土壤中水分，保证植物体内水分平衡。然而，导管直径越大越容易导致栓塞（Cai & Tyree，2010），因而草海桐通过牺牲部分耐旱能力保证叶片供水充足。

草海桐的形态解剖学特征表明，它可以提高保水能力、减少水分散失，储藏大量水分以避免生理性缺水，表明草海桐是典型的阳生植物，能够很好地适应干旱环境，表现出良好的抗旱性。

3.2 叶片中抗氧化酶活性及抗逆性物质

Pro是植物蛋白质的主要组成部分，也是渗透调节物质的重要组成部分之一。植物在受到胁迫时，体内会积累大量的游离Pro，它在一定程度上反映植物受环境胁迫的情况，以及植物对环境胁迫的抵抗能力（张红萍等，2008）。ABA是重要的植物激素之一，除了可以促进植物叶片衰老脱落、抑制植物生长及种子萌发之外，还对植物抗逆性具有重要意义。当植物受到胁迫时，ABA含量会显著增加，在缓解渗透胁迫、控制气孔开度、保持水分平衡并诱导Pro的大量积累、激活抗氧化酶的活性等方面有着不可或缺的作用（张岩等，2015;吴耀荣和谢旗，2006;许树成等，2008）。相较于水分胁迫下的甘蔗体内ABA含量（李长宁等，2010），草海桐的ABA含量较高，这是其对干旱逆境的适应;龙杰超等（2017）对长柱十大功劳（Ma-honia duclouxiana）进行干旱胁迫处理，发现重度胁迫14 d的长柱十大功劳叶片中Pro含量达79.39 μg·g-1，是同期对照的3.5倍，而草海桐体内游离Pro含量达109.506 μg·g-1，明显较高。这可能是由于草海桐对海岛逆境条件的长期适应使植物体内的Pro含量高，有助于植物降低细胞渗透势，维持细胞膨压，提高植物抗旱性，以及植物对逆境条件的适应方式及在适应后对Pro的再利用（汤章城，1984;任文伟等，2000），或者Pro和ABA在生理效应上的互补效应有关（王慧春，2013）。

植物在受到环境胁迫时，细胞内会大量积累活性氧，从而引起细胞膜脂过氧化，SOD、CAT和POD可以清除活性氧，保护膜系统免受损伤。克热木·伊力等（2004）对阿月浑子（Pistacia vera）研究表明，叶片SOD、CAT、POD活性会随胁迫的加剧而升高。刘汉玄等（2016）研究表明，严重干旱胁迫的番茄（Solanum lycopersicum）抗氧化酶活性与对照组比较明显增加。与处于严重干旱胁迫的番茄相比，草海桐的SOD、CAT活性是其两倍，说明草海桐可以通过增加体内抗氧化酶活性清除活性氧以保护细胞膜系统不受损伤，显示草海桐对海岛逆境的适应性及抗逆性均较强。

3.3 叶片營养物质含量及土壤理化性质

C是构成生物体的骨架，N、P是植物生长发育所需的大量元素，它们都对植物有着至关重要的作用。全球陆地植物叶片的C、N、P含量分别为464、20.6和1.99 g·kg-1（Elser et al，2000）。本研究测得草海桐叶片中总有机碳含量和P含量分别为467.878和2.197 g·kg-1，略高于全球水平，N含量为19.556 g·kg-1，较全球水平略低。草海桐叶片的碳氮比（C/N）及碳磷比（C/P）与全球水平相差不大。当氮磷比（N/P）<14时，N限制了植物的生长（张珂等，2014），草海桐的N/P比值仅为8.901，说明草海桐的生长受到N的限制，这是由草海桐根际土壤中N含量较低引起的，然而其叶片中C、N、P含量明显高于生长环境，说明草海桐对养分的利用效率较高，可以在贫瘠的环境中很好地生长。

综上所述，草海桐为阳生性植物，对干旱、贫瘠环境有较强的适应能力，在海岛和海岸带防风固沙方面具有良好的开发应用前景，可作为热带珊瑚岛植被恢复的工具种。