陳姍姍,宋述堯,趙春波,周艷麗,張傳偉,溫 濤
(1 吉林農(nóng)業(yè)大學(xué) 園藝學(xué)院,吉林 長春 130118;2 山東省安丘市農(nóng)業(yè)局,山東 安丘 262100;3 農(nóng)業(yè)高新技術(shù)開發(fā)區(qū),吉林 松原 131200)
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茄子褐紋病抗性與果皮超微結(jié)構(gòu)的關(guān)系
陳姍姍1,宋述堯1,趙春波1,周艷麗1,張傳偉2,溫濤3
(1 吉林農(nóng)業(yè)大學(xué) 園藝學(xué)院,吉林 長春 130118;2 山東省安丘市農(nóng)業(yè)局,山東 安丘 262100;3 農(nóng)業(yè)高新技術(shù)開發(fā)區(qū),吉林 松原 131200)
【目的】 探討茄科植物果實(shí)的微形態(tài)學(xué)特征和差異,明確茄子對褐紋病的抗性與茄子果皮結(jié)構(gòu)之間的關(guān)系。【方法】 用掃描電鏡對16個(gè)抗病性不同的茄子品種的果實(shí)表皮結(jié)構(gòu)進(jìn)行比較觀察,采用聚類分析方法對茄子品種進(jìn)行抗病類型劃分。【結(jié)果】 抗病茄子品種表皮厚度在75~105 μm,果實(shí)表皮細(xì)胞角質(zhì)層厚,外果皮細(xì)胞層數(shù)多,細(xì)胞排列非常緊密;感病品種表皮厚度在65 μm以內(nèi),果實(shí)表皮細(xì)胞角質(zhì)層薄,外果皮細(xì)胞層數(shù)少,細(xì)胞排列疏松。經(jīng)聚類分析,高抗病品種(系)聚為第1類,抗病品種聚為第2類,所有的感病品種被聚成第3類?!窘Y(jié)論】 茄子的抗病性與果皮的組織結(jié)構(gòu)有一定的關(guān)系。抗病品種的果皮普遍較厚,感病品種的果皮較薄,但也有果皮薄而抗病能力強(qiáng)的品種。
茄子;褐紋病;果皮超微結(jié)構(gòu);抗病性
茄子是世界上主要的蔬菜作物之一,在亞洲、非洲、地中海沿岸、歐洲中南部、中美洲均有廣泛種植,以中國茄子栽培面積最大,總產(chǎn)量最高[1-2]。但是每年由于病蟲害,經(jīng)常造成全世界茄子大面積減產(chǎn),其中尤以茄子褐紋病危害較大,發(fā)病嚴(yán)重時(shí)可造成茄子產(chǎn)量和品質(zhì)大幅下降,影響果實(shí)的商品價(jià)值,腐果率一般在20%~30%,嚴(yán)重地塊甚至高達(dá)80%,給廣大菜農(nóng)造成極大的經(jīng)濟(jì)損失。茄子果皮病變是褐紋病的主要表現(xiàn)形式,果皮是決定茄子果實(shí)抗病性的主要因素。寄主植物可采用多種方式來抵御病原菌的傷害,其中一方面就是利用自身的結(jié)構(gòu),如氣孔、水孔、皮孔等抵御病原菌的侵入[3-5]。近年來人們應(yīng)用掃描電子顯微鏡(SEM)在果樹、蔬菜、花卉、農(nóng)作物及其他生物上進(jìn)行了超微結(jié)構(gòu)的觀察,在園藝植物中研究最多的是對果實(shí)結(jié)構(gòu)的觀察[6-8]。在果實(shí)的解剖結(jié)構(gòu)中,表皮組織結(jié)構(gòu)、角質(zhì)層厚度等與果實(shí)抗病性、耐貯性密切相關(guān)[9-10]。許多學(xué)者探討了植物抗病性與果皮結(jié)構(gòu)的關(guān)系,但有關(guān)茄子抗病性與果皮厚度和結(jié)構(gòu)之間的關(guān)系至今未見報(bào)道。本試驗(yàn)通過對抗性不同的16個(gè)茄子品種的果皮進(jìn)行電鏡掃描觀察與分析,研究了不同品種果皮解剖結(jié)構(gòu)的形態(tài)特征,比較果皮顯微結(jié)構(gòu)差異與抗褐紋病的關(guān)系,旨在為茄子生產(chǎn)中優(yōu)質(zhì)品種的篩選和育種親本的選配提供理論依據(jù)。
1.1材料
選用吉林農(nóng)業(yè)大學(xué)蔬菜教研室提供的16個(gè)抗性類型穩(wěn)定的茄子品種作為供試材料,進(jìn)行自交保持其遺傳純度。供試茄子品種(品系)的田間抗病性表現(xiàn)如表1所示。將茄子種子催芽后播種育苗,進(jìn)行盆栽試驗(yàn),日常管理同常規(guī)的田間管理。在果實(shí)成熟期選取具有代表性的果實(shí)取樣,取樣部位一致。
表 1 供試茄子品種的田間抗病性表現(xiàn)Table 1 Field resistance performance of eggplant varieties
注:R表示抗病, S表示感病。 抗性劃分標(biāo)準(zhǔn)為:HR.高抗,DI<5;R.抗,5≤DI<15;MR.中抗,15≤DI<25;S.感,25≤DI<35;MS.中感,35≤DI≤50;HS.高感,DI>50。
Note:R.Resistant;S.Susceptible.Resistance standard:HR.Highly resistant,DI<5;R.Resistant,5≤DI<15;MR.Moderate resistant,15≤DI<25;S.Susceptible,25≤DI<35;MS.Moderate susceptible,35≤DI≤50;HS.Highly susceptible,DI>50.
1.2茄子果皮掃描電鏡樣品的制備和觀察
果實(shí)成熟期選擇15~20 cm長的商品果,采回后立即用自來水沖洗去果實(shí)表面的灰塵等異物。用潔凈刀片切取果實(shí)中部的果皮,切取長、寬約為3 mm×3 mm的果皮數(shù)片,投入體積分?jǐn)?shù)2.5%、pH 6.8的戊二醛溶液中,在4 ℃冰箱內(nèi)固定10~12 h。用 0.1 mol/L的磷酸鹽緩沖液漂洗2次,每次15 min,用梯度丙酮分6級脫水,每梯度10 min,再用100%丙酮脫水2次,每次15 min。用醋酸異戊酯置換丙酮30 min后換新液重新置換1 h以上[11]。放入真空干燥器中干燥1 d,干燥后用電導(dǎo)膠分別把樣品粘貼在樣品臺上,粘貼時(shí)樣品觀察面朝上,在ETD-2000型離子濺射儀中噴金2 min鍍金膜,置于SSX-550型掃描電子顯微鏡下觀察并拍照。采用測微尺測量果皮角質(zhì)膜厚度、表皮厚度、表皮細(xì)胞層數(shù)、亞表皮厚度、亞表皮細(xì)胞層數(shù)。
1.3基于不同品種茄子果皮性狀的聚類分析
采用NTsys 2.10e分析軟件對不同品種茄子果皮的角質(zhì)層、表皮和中果皮的厚度進(jìn)行聚類分析。
2.1不同品種茄子果實(shí)角質(zhì)層的結(jié)構(gòu)特征
茄子表皮結(jié)構(gòu)相似,角質(zhì)紋理清晰,縱橫交織成不規(guī)則網(wǎng)狀,用肉眼觀察成熟茄子果皮較平滑。掃描電鏡觀察結(jié)果表明,茄子表皮層細(xì)胞是由幾層平行排列的細(xì)胞層構(gòu)成的,最外層細(xì)胞壁上覆蓋一層極細(xì)密的角質(zhì)層,而內(nèi)部為排列整齊的表皮細(xì)胞和亞表皮細(xì)胞,從外向內(nèi)各層細(xì)胞體積和細(xì)胞間隙逐漸增大。本試驗(yàn)中供試茄子果皮解剖結(jié)構(gòu)的比較見表2。
表 2 不同品種茄子果皮解剖結(jié)構(gòu)的比較Table 2 Comparison of micro-structure of different eggplant varieties
注:1~16所示品種與表1同;同列數(shù)據(jù)后標(biāo)不同小寫字母表示差異達(dá)顯著水平(P<0.05)。
Note:The 1-16 varieties correspond with Table 1.Lowercase letters with each column indicate significant difference atP<0.05.
由表2可知,抗病品種與感病品種果實(shí)表面角質(zhì)層有一定的差異,16種茄子果實(shí)角質(zhì)層厚度變化于4.69~10.43 μm,最低值與最高值相差5.74 μm。其中以高抗品種83-02的角質(zhì)膜最厚,角質(zhì)層紋理較清晰、厚度較大,厚壁細(xì)胞層數(shù)及加厚的程度也大于感病品種,這可能是83-02果皮韌性較強(qiáng)的主要原因。然而,同樣對褐紋病表現(xiàn)出抗病性的其他茄子品種,卻沒有角質(zhì)層特殊加厚的現(xiàn)象。由此可以看出,果皮角質(zhì)膜的厚度、質(zhì)地均勻程度與表皮細(xì)胞的形狀、排列方式有密切關(guān)系,這與角質(zhì)膜由表皮細(xì)胞原生質(zhì)體合成并通過細(xì)胞壁轉(zhuǎn)移到表面有關(guān)。
2.2不同品種茄子果實(shí)表皮細(xì)胞的結(jié)構(gòu)特征
茄子表皮細(xì)胞是果實(shí)外層的保護(hù)組織,由排列較緊密的厚壁細(xì)胞構(gòu)成。掃描電鏡觀察結(jié)果表明:不同品種茄子果實(shí)表皮細(xì)胞的形狀、排列狀態(tài)和細(xì)胞大小都有所差異。由表2和圖1可以看出,不同茄子品種果實(shí)的角質(zhì)層細(xì)胞形狀有規(guī)則長條形、長脊形、規(guī)則五邊形、規(guī)則六邊形和不規(guī)則形等多種形態(tài)。從細(xì)胞形狀來看,抗病品種83-02、墨麗長茄和朝研黑星角質(zhì)層細(xì)胞形狀均呈長條形分布,細(xì)胞大小一致,表皮細(xì)胞間距較小;成都墨茄王、早熟黑茄王和83-02×長茄1號高世代自交系表皮細(xì)胞為五邊形結(jié)構(gòu);83-02×長茄1號F1代為六邊形結(jié)構(gòu);感病品種表皮細(xì)胞多為長脊形或長條形結(jié)構(gòu),表面溝壑較深,不平整。
圖 1不同品種茄子果實(shí)果皮的角質(zhì)層細(xì)胞電鏡觀察結(jié)果(×500)
圖中編號與表1中對應(yīng),其中1~7號為抗病品種,8~16號為感病品種。下圖同
Fig.1Electron microscopic observation of horny layer on pericarps of different eggplant varieties(×500)
The numbers correspond with Table 1.1-7 are resistant varieties and 8-16 are susceptible varieties.The same below
2.3不同品種茄子果實(shí)中果皮細(xì)胞的結(jié)構(gòu)特征
從表2和掃描電鏡的觀察結(jié)果可以看出,16個(gè)茄子品種果實(shí)中果皮細(xì)胞的形狀、細(xì)胞層數(shù)、細(xì)胞大小和排列方式差別較大。高抗和抗病品種的中果皮細(xì)胞層數(shù)達(dá)到7~10層,遠(yuǎn)遠(yuǎn)多于感病品種,表皮厚度明顯增大,而且細(xì)胞排列整齊而緊密,表皮與亞表皮結(jié)合也非常緊密。感病品種表皮細(xì)胞和亞表皮細(xì)胞層數(shù)相對較少,表皮及亞表皮厚度也略薄,而且亞表皮細(xì)胞排列比較疏松。中抗品種表皮和亞表皮細(xì)胞層數(shù)及厚度基本介于抗病品種與感病品種之間,細(xì)胞排列也比較致密。
2.4不同品種茄子果實(shí)果皮縱切面的結(jié)構(gòu)特征
茄子果皮由角質(zhì)層、表皮細(xì)胞、亞表皮細(xì)胞和中果皮組成。表皮細(xì)胞由一層多邊形或長方形、較小而排列緊密的細(xì)胞組成,外部和細(xì)胞間隙充滿很厚的角質(zhì)層;外果皮多由4~8 層直徑為20 μm、排列緊密的細(xì)胞組成;中果皮由一些稍大、排列較緊密的細(xì)胞逐步過渡到更大而疏松的薄壁細(xì)胞,中果皮中部和靠近外果皮的薄壁細(xì)胞排列比海綿組織緊密。從茄子果皮縱斷面電鏡觀察結(jié)果(圖2)可以看出,抗病品種的表皮細(xì)胞排列整齊而緊密,果實(shí)成熟時(shí)細(xì)胞呈扁平狀,一般有3~4層;感病品種表皮略薄,一般只有2~3層細(xì)胞,細(xì)胞排列也較松散,與亞表皮的結(jié)合也不緊密。
圖 2不同品種茄子果實(shí)果皮縱斷面電鏡觀察結(jié)果
1,8.×400;2.×80;3,7,9,10,12,13,15.×300;4,11.×270;5.×360;14.×350;6,16.×200
Fig.2Electron microscopic observation of pericarp profile of different eggplant varieties
2.5不同品種茄子果實(shí)果皮性狀與抗病性的聚類關(guān)系
從圖3聚類分析結(jié)果可以看出,在相似系數(shù)約為1.48處,16個(gè)供試茄子品種被聚為3大類。高抗褐紋病的茄子品種“83-02”和成都墨茄王因果皮性狀比較相似,聚成一類;而墨麗長茄、早熟黑茄王、83-02×長茄1號F1代、83-02×長茄1號高世代自交系、朝研黑星等抗病品種聚為一類;相似性最高的是墨麗長茄和早熟黑茄王2個(gè)抗病品種;其余的感病茄子品種被聚為第3類,其中長茄1號與黑豹長茄、黑又亮與日本茄子、黑龍長茄與鷹嘴長茄這3組果皮性狀分別比較接近。聚類分析結(jié)果顯示,高抗病茄子品種果皮表現(xiàn)出的性狀比較明顯,與其余抗病品種分別聚為2大類,而所有的感病品種與抗病品種的果皮性狀亦存在明顯的差異,進(jìn)而被聚成另一類。因此依據(jù)果皮的形態(tài)特征可以明顯區(qū)分不同茄子品種的抗性類型。
圖 3 不同品種茄子果實(shí)果皮性狀的聚類分析結(jié)果
果皮組織結(jié)構(gòu)與果實(shí)的抗病性有一定的關(guān)系。植物抗病性強(qiáng)弱受表皮細(xì)胞上蠟質(zhì)、角質(zhì)的數(shù)量和質(zhì)量,表皮毛的生長和分布,以及氣孔和皮孔的形狀、大小、位置等狀況的影響[12]。園藝植物中果實(shí)角質(zhì)層和蠟質(zhì)層厚、表皮細(xì)胞排列緊密、果皮細(xì)胞較厚的品種,能夠較好地保持果實(shí)水分,抵抗微生物的侵染和機(jī)械損傷[13-14]。許多研究表明,病原微生物通過果實(shí)組織裂隙、皮孔及傷口侵入組織內(nèi)部,較理想的果皮組織結(jié)構(gòu)應(yīng)是果皮較厚、細(xì)胞層數(shù)較多且細(xì)胞較長、較薄、排列緊密[15]。有研究表明,蘋果就是果皮較厚、細(xì)胞層數(shù)較多、細(xì)胞較長、排列緊密的果實(shí),因此其自身抗病性和抗擠壓能力較強(qiáng)[16]。潘洵操等[17]觀察了荔枝果皮的結(jié)構(gòu)特征,發(fā)現(xiàn)其外果皮細(xì)胞外壁和角質(zhì)層很薄,易受機(jī)械損傷,故其自我保護(hù)能力較差。
果實(shí)果皮作為植物體表面的次生保護(hù)組織,也有防止水分過度散失和抵抗外界病蟲侵害的作用[3,5,18-19]。但有研究發(fā)現(xiàn),黃瓜抗霜霉病品種和感病品種葉表面的氣孔密度、大小并無明顯區(qū)別[20]。本試驗(yàn)結(jié)果表明,抗病茄子品種的表皮和角質(zhì)層較厚,細(xì)胞排列緊密,與亞表皮細(xì)胞結(jié)合緊密,表皮厚度的分布也比較集中,多數(shù)抗病品種表皮厚度在 75~105 μm,這說明包括角質(zhì)層在內(nèi)的表皮細(xì)胞對保護(hù)果實(shí)和阻止病菌侵染具有重要作用;而感病品種普遍表皮較薄,表皮厚度在65 μm以內(nèi),中果皮細(xì)胞的厚度大多在90 μm以內(nèi),且表皮和中果皮細(xì)胞結(jié)構(gòu)松散,角質(zhì)層比較薄而且形狀不規(guī)則,因此病原物很容易突破茄子表皮的保護(hù)組織而侵入,進(jìn)而傷害表皮細(xì)胞和果肉細(xì)胞。有研究發(fā)現(xiàn),棉花根、莖切片中抗病品種單位面積的細(xì)胞數(shù)量多于感病品種,認(rèn)為細(xì)胞間隙的減少,提高了棉花的機(jī)械抗病能力[21];也有研究結(jié)論證實(shí)感病煙草品種葉片組織結(jié)構(gòu)的導(dǎo)管細(xì)胞排列不及抗病品種緊密[22];還有研究表明,水果果皮表皮細(xì)胞排列不規(guī)則,有較多間隙是果銹和果斑生成的主要原因[8,23]。綜觀園藝植物果實(shí)超微結(jié)構(gòu)研究可以看出:果實(shí)在成熟過程中,組織結(jié)構(gòu)及細(xì)胞內(nèi)部會發(fā)生多方面的明顯變化[24-25],表皮細(xì)胞及細(xì)胞間隙的大小、細(xì)胞壁的構(gòu)造及其厚度、細(xì)胞膜及其他亞細(xì)胞結(jié)構(gòu)等都存在著復(fù)雜的變化過程[26-27]。
由此可見,較大的果皮厚度特別是表皮細(xì)胞的厚度確實(shí)有助于提高果實(shí)的抗病能力。茄子本身具有的果皮結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是抵抗和延遲病原菌侵入的一種機(jī)械障礙,與品種抗病的高低有一定的關(guān)系。國外已有很多學(xué)者從細(xì)胞水平上對病害的發(fā)生過程展開研究,借助現(xiàn)代高新儀器如掃描電鏡、透射電鏡以及共聚焦顯微鏡等來觀察病變的發(fā)生,但卻仍未對這些變化與病害發(fā)生的機(jī)制關(guān)系進(jìn)行系統(tǒng)闡釋。因此,今后的研究應(yīng)該集中在褐紋病病害發(fā)生過程中果皮超微結(jié)構(gòu)的變化上,并將其與結(jié)構(gòu)相關(guān)物質(zhì)變化的研究結(jié)合起來。
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Relationship betweenPhomopsisvexansresistance and pericarp ultra-structure of eggplant
CHEN Shanshan1,SONG Shuyao1,ZHAO Chunbo1,ZHOU Yanli1,ZHANG Chuanwei2,WEN Tao3
(1DepartmentofHorticultural,JilinAgriculturalUniversity,Changchun,Jilin130118,China;2AgriculturalBureauofAnqiuCity,Anqiu,Shandong262100,China;3TheAgriculturalHigh&NewTechnologyDevelopmentZone,Songyuan,Jilin131200,China)
【Objective】 This study investigated the micro-morphological characteristics and differences in fruit of Solanaceae plant and analyzed the relationship between resistance ofPhomopsisvexansand pericarp structure of eggplant.【Method】 The pericarps of 16 eggplants were observed and compared with SEM and cluster analysis was conducted to classify resistance types.【Result】 The thickness of epidermal cells was 75-105 μm in resistant varieties,the epidermal cells had thick stratum corneum,and pericarps had more layers of closely arranged cells.The thickness of epidermal cells was less than 65 μm in susceptible varieties, epidermal cells had thin stratum corneum,and pericarps had less layers of loose cells.The cluster analysis showed that the high resistant varieties (lines) belonged to the first type,the resistant varieties (lines) belonged to the second type,and all the susceptible varieties belonged to the third kind.【Conclusion】 There was a certain relationship between disease resistance of eggplant and organization structure.The resistant varieties had thick pericarps,while the susceptible varieties had thin pericarps.There were also resistant varieties with thin pericarps.
eggplant;Phomopsisvexans;pericarp ultra-structural;disease resistance
時(shí)間:2016-08-0909:41DOI:10.13207/j.cnki.jnwafu.2016.09.019
2015-03-13
吉林省教育廳資助項(xiàng)目“茄子抗褐紋病基因分子標(biāo)記研究及品種資源的抗性評價(jià)”(2013076)
陳姍姍(1983-),女,吉林長春人,講師,博士,主要從事蔬菜抗病育種及蔬菜生態(tài)生理研究。
E-mail:chenshanshan0919@126.com
宋述堯(1957-),男,吉林長春人,教授,博士生導(dǎo)師,主要從事設(shè)施園藝工程及蔬菜生態(tài)生理研究。
E-mail:sysongjlau@126.com
S641.1
A
1671-9387(2016)09-0143-08
網(wǎng)絡(luò)出版地址:http://www.cnki.net/kcms/detail/61.1390.S.20160809.0941.038.html