藍果忍冬不同品種果柄離區(qū)發(fā)育顯微結構

婁爽+霍俊偉+秦棟+劉朋

摘要：以藍果忍冬品種蓓蕾、海參崴為材料，在田間觀察記錄果實、萼片及果柄發(fā)育過程的表觀性狀，并用石蠟切片法對其果柄離區(qū)發(fā)育過程進行系統(tǒng)觀察，探究藍果忍冬易落果原因。結果發(fā)現(xiàn)，藍果忍冬離區(qū)內(nèi)有若干層細胞，細胞小而致密。隨果實發(fā)育，果柄次生結構進一步發(fā)育。幼果膨大及轉色期，蓓蕾和海參崴的離區(qū)無差異。果熟初期，蓓蕾和海參崴的離區(qū)出現(xiàn)一定差異，海參崴部分離層細胞初步形成；隨著果實變軟，進入果熟中期，海參崴離區(qū)髓部開始出現(xiàn)比較明顯的斷裂；當果實完全軟化時，海參崴離區(qū)髓部的裂痕更加清晰，果柄與果實之間的連接僅靠維管束維系。

關鍵詞：藍果忍冬；器官脫落；果柄離區(qū)；發(fā)育過程；次生結構；顯微結構

中圖分類號： S663.901文獻標志碼： A文章編號：1002-1302（2017）07-0115-04

藍果忍冬（Lonicera cearulea L.）為忍冬科（Caprifoliaceae）忍冬屬多年生落葉小灌木[1]，是繼越橘、黑穗醋栗、樹莓和沙棘之后的又一新興小漿果樹種。果實富含花青素、維生素、礦質元素、氨基酸等物質，具有極高的營養(yǎng)與保健價值[2-5]，倍受俄羅斯、日本、美國等國的喜愛。中國大興安嶺、小興安嶺地區(qū)蘊含著豐富的野生資源，然而這些野生資源與俄羅斯資源相比具有成熟極易落果的問題，嚴重制約了藍果忍冬產(chǎn)業(yè)發(fā)展，給生產(chǎn)帶來不便。因此，闡明藍果忍冬落果機理具有重要的理論和實踐意義。筆者所在課題組對藍果忍冬的開花結果、授粉授精[6]、組培[7]、主要生理活性物質和揮發(fā)性化合物[8]、酚類物質的提取鑒定[9]等方面作了一定的研究。植物器官的脫落由相應的發(fā)育、激素、環(huán)境等因素誘導調控[10-14]。一般情況下，把器官或組織脫落的組織區(qū)域及其鄰近部分稱為“離區(qū)”（abscission zone，AZ），而把此區(qū)域內(nèi)僅發(fā)生組織與細胞分離的數(shù)層細胞叫“離層”（abscission layer）[15]。多年生植物如荔枝[16]、葡萄[17]等的營養(yǎng)和生殖器官易發(fā)生脫落，而1年生植物如擬南芥只有花器官和種子脫落。當擬南芥花柄基部、花莖以及莖生葉發(fā)生不自然脫落時，可以發(fā)現(xiàn)具有典型AZ細胞的細胞層[18-19]。有研究表明，有些植物的脫落部分在接受誘導前無法辨認離層細胞與其他細胞的差異[20]。同時，也有研究由形態(tài)學和解剖學可以清晰辨認出AZ細胞，它們是體積較小、細胞質致密、胞間聯(lián)絲相連的相鄰細胞[10-14]。雖然，國內(nèi)外對器官脫落的研究較多，但對藍靛果忍冬的落果卻尚未明確，特別是藍果忍冬離區(qū)顯微結構的研究未見報道。本試驗以藍果忍冬品種蓓蕾、海參崴為材料，采用石蠟切片法，分析不同品種藍果忍冬果柄離區(qū)發(fā)育顯微結構變化，旨在揭示果實脫落原因，為果實脫落機制研究奠定一定基礎。

1材料與方法

1.1材料

試驗于2014年4—7月在東北農(nóng)業(yè)大學藍果忍冬種質資源圃內(nèi)進行。以8年生、長勢相對一致的不易落果品種蓓蕾、易落果品種海參崴為試材，各選5株，于坐果開始掛牌，每隔5 d取1次樣。

1.2方法

1.2.1藍果忍冬果實及果柄表觀性狀自落花時起，每2～3 d進行觀察，確定蓓蕾與海參崴的果實幼果期（藍果忍冬果實緩慢生長期）、果實轉色期（藍果忍冬果實由綠轉至紫）、果熟期（藍果忍冬果實由硬變軟），并著重觀察和記錄不同時期藍果忍冬的果實、萼片及果柄的形態(tài)特征。

1.2.2藍果忍冬果實膨大至脫落離區(qū)解剖結構觀察分別于幼果期、轉色期、果熟期采集藍果果柄，剪切含果柄離區(qū)上下 0.5 cm 范圍的整段果柄，經(jīng)FAA固定，采用石蠟切片技術處理所取樣品（切片厚度為8 μm），經(jīng)番紅-固綠滴染后封固[21]，利用Olympus-BMF光學顯微鏡觀察并選擇典型的結構進行拍照。顯微照片采用Photoshop cs5 分析、標注。

2結果與分析

2.1果實及果柄發(fā)育過程的觀察

據(jù)田間觀察，蓓蕾于4月末花落盡，5月初現(xiàn)果，此時幼果生長到長米粒大?。?.046～0.057 g），果皮呈黃綠色；形狀多為圓形和橢圓形；果表面較光滑，極少數(shù)不平；基部形狀多圓形、拉長，少數(shù)扁平；萼片位于果表面居多、極少數(shù)半包于總苞；果柄呈淺綠色，果柄長度3.89～5.43 mm。持續(xù)生長至5月下旬，果皮顏色由綠色轉向紫紅色，至6月中上旬果皮最終變?yōu)榘底仙?月下旬果實開始變軟，此時果質量0.453～0560 g，果柄呈褐色，6月末出現(xiàn)落果，至7月中旬果落盡。

易落果品種海參崴5月初現(xiàn)蕾，5月中上旬結果，果實大小似綠豆（0.211～0.380 g）；果皮顏色為黃綠色；果形多長橢圓形、罐形，少數(shù)橢圓形、紡錘形、莢果形；果表面多起伏不平，光滑相對較少；基部形狀多扁平圓形、拉長，少數(shù)不平。萼片多位于表面，少數(shù)包于總苞；果柄淺綠色，長為5.24～7.65 mm。5月下旬至6月中上旬為果實轉色期，果皮顏色依次由綠色變?yōu)樽霞t色、紫紅色變?yōu)榘底仙?。當果實轉變?yōu)樽仙珪r，果實增大至0.856～0.945 g，果柄顏色為褐色，此時果實開始脫落，持續(xù)至7月初果實落盡。

2.2果柄脫落離區(qū)的確定

圖1展示了藍果忍冬果柄離區(qū)發(fā)育過程中離區(qū)組織的顯微結構。藍果忍冬果柄與果實相連接的區(qū)域內(nèi)有若干層細胞（圖2-c中圈出的區(qū)域），細胞小而致密，此區(qū)域的細胞即為藍果忍冬果柄離區(qū)組織部分。

2.3果柄次生結構發(fā)育過程解剖學分析

2.3.1幼果果柄次生結構解剖分析藍果忍冬的果柄在果實與果吊間構成其主要輸導組織（圖1-A），果柄的表皮由1層扁平，近似矩形，彼此緊密鑲嵌的小細胞組成（圖1-B）。表皮下有數(shù)層染色較淺的薄壁細胞，細胞較大，排列較緊密（圖1-B）。相鄰的韌皮薄壁組織細胞中，分布有篩管（圖1-C），木質部中有螺紋導管（圖1-C）。在藍果忍冬果柄中，由韌皮部與木質部組成維管系統(tǒng)（圖1-D），確保果柄中營養(yǎng)物質和水分有效輸送到果實。

2.3.2成熟果果柄次生結構解剖分析隨著果實的生長，果柄次生結構也相應地遞增（圖1-E）。果柄的外生周皮進一步發(fā)育，細胞壁木栓化加重，染色較深，整齊排列。其下薄壁細胞個體增大，緊密排列（圖1-F）。韌皮部增厚，染色較木質部淺，細胞個體較小，排列緊密、規(guī)則。木質部增厚，染色加深，細胞個頭較韌皮不小，細胞壁較厚，排列緊密、規(guī)則，其中分布的導管增多（圖1-G）。果柄中心為髓，細胞個體增大，呈束狀排列（圖版I-H）。說明果柄輸導能力下降，機械支持能力增強。

2.4果柄離區(qū)發(fā)育過程解剖學分析

2.4.1幼果膨大及轉色期（藍果忍冬果實緩慢生長期和果實由綠轉至紫期）解剖學分析藍果忍冬花期基本結束后，幼果繼續(xù)保持生長，果實進入緩慢生長時期，由圖2-1和圖2-a可以看出，這時蓓蕾和海參崴的果柄與果實連接處無明顯差異。當果實發(fā)生轉色，蓓蕾和海參崴的果柄與果實連接處仍無明顯差別（圖2-2和圖2-b）。

2.4.2果熟期（藍果果實由硬變軟）解剖學分析由藍果忍冬果實生長進入果熟初期時（6月中上旬），蓓蕾和海參崴的果柄與果實連接處出現(xiàn)一定差異。海參崴果柄與果實連接處部分離層細胞初步形成，在此時大部分細胞質染色較深（圖2-h），而蓓蕾果柄與果實連接處細胞質染色相對較淺（圖2-8）。

隨著果實的變軟，當藍果忍冬進入果熟中期（6月中旬），海參崴果實與果柄連接處髓部開始出現(xiàn)比較明顯的斷裂，大部分離層細胞裂解（圖2-g）。蓓蕾果實與果柄連接處細胞有序排列，并無明顯斷裂（圖2-7）。這說明離層細胞部分隨著果實的發(fā)育而發(fā)生連續(xù)的細胞組織結構變化。

在果實完全軟化時（6月末至7月初），蓓蕾果實與果柄連接處細胞排列緊密有序，并無明顯斷裂出現(xiàn)（圖2-6）。海參崴離區(qū)髓部的裂痕更加清晰，延伸至木質部、皮層組織中，果柄與果實之間的連接僅靠維管束維系（圖2-f），此時加之外力作用影響，出現(xiàn)藍果忍冬果實脫落現(xiàn)象。說明果實脫落主要是由果柄和果實間的離層形成導致的。

3討論與結論

近年來，人工栽培藍果忍冬的品種數(shù)量和面積在不斷增加，但由于藍果忍冬果實易落，使其經(jīng)濟價值受到較大影響，從而阻礙了藍果忍冬大面積栽植和推廣。事實上，農(nóng)民在實際生產(chǎn)中總是挑選不易落果的品種。這種器官脫落的馴化延續(xù)至今并且擴展到園藝和果樹作物，如jointless-stem番茄品種[22]和晚熟品種甜橙[23]。筆者發(fā)現(xiàn)，海參崴品種在果實完全軟化時，AZ髓部的裂痕擴大至木質部、皮層，果柄與果實之間的連接僅靠維管束維系，且據(jù)田間觀察可知，海參崴果質量明顯大于蓓蕾，此時加之外力作用影響，海參崴極易出現(xiàn)果實脫落現(xiàn)象。就果實采收而言，海參崴應在果熟中期（6月中旬）。

器官脫落在不同植物上的表現(xiàn)不盡相同，近年來人們已對器官脫落的部位有了深入的研究。脫落發(fā)生在“離區(qū)”這一細胞功能特定化的區(qū)域內(nèi)，該區(qū)分為初級AZ和次級AZ[10]。初級AZ分化位置定義在脫落器官與植物之間的邊界，如模式植物擬南芥的花器官AZ和種子AZ[24]，桃花的AZ[25]和柑橘葉AZ[26]。但是，番茄[27]和柑橘[28]AZ的位置在器官邊界。由解剖圖片（圖2）可知，藍果忍冬果柄與果實相連接的區(qū)域內(nèi)有若干層細胞，細胞小而致密，屬于初級AZ。

維管組織除機械支持以外，在植物體內(nèi)主要起著輸導作用。其中，韌皮部負責對參與植物生長發(fā)育及生物抗性等生理活動的碳水化合物、蛋白及mRNA的轉運。木質部則負責水分及礦物質從根到葉的運輸以及多種植物激素在植物體內(nèi)的運送[29-30]。結合果柄結構的變化分析可知，果熟后期維管結構染色深紅，說明輸導能力下降，機械支持能力增強。這與荔枝[12]、葡萄[13]等落粒與果柄結構發(fā)育的關系不同，海參崴次生輸導組織勻速生長、周皮木栓加重時果實落果，這可能是由于海參崴柄較細，而果實相對較重導致。

器官脫落是細胞結構、生理生化代謝及基因表達等過程共同作用的結果[31]，如生長素極性運輸抑制劑能夠增加蘋果果實的脫落率[32]；植物葉片脫落與內(nèi)源乙烯含量關系不明顯，但是噴施乙烯能夠顯著地促進植物葉片脫落[33]；煙草葉柄離區(qū)中果膠甲酷酶活性升高能夠推遲葉片脫落時間[34]。另外，利用酶免疫定位法對菜用大豆葉片脫落過程中離區(qū)纖維素酶進行定位，結果發(fā)現(xiàn)等電點為9.5的纖維素酶主要分布在離區(qū)皮層的2～3層細胞[35]。對于藍果忍冬果實脫落與內(nèi)源激素、相關酶活性的關系需要進一步研究，這對于調控藍果忍冬果實脫落和提高產(chǎn)品品質有重要意義。

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