龍眼與荔枝屬間雜種植株生長與莖解剖結構特征及其相關性分析

張永福，劉成明

(1.昆明學院農學院，云南 昆明 650214；2.華南農業(yè)大學園藝學院，廣東 廣州 510642)

龍眼與荔枝屬間雜種植株生長與莖解剖結構特征及其相關性分析

張永福1，劉成明2

(1.昆明學院農學院，云南 昆明 650214；2.華南農業(yè)大學園藝學院，廣東 廣州 510642)

以‘早熟’龍眼、‘紫娘喜’荔枝及其屬間雜種(1、2、4、9、10、18號)單株為試驗材料，采用徒手切片法和組織離析法觀察其枝干木質部解剖結構，測定其形態(tài)特征、有機營養(yǎng)成分及光合速率等指標，并進行相關性分析。結果表明：雜種的樹皮率、射線寬度和導管密度均小于親本，雜種的導管分子長度大于親本；除9號單株外，雜種的導管分子內徑、一端具尾頻率、株高、莖直徑、葉面積、節(jié)間距均顯著大于親本，表現(xiàn)出明顯的雜種優(yōu)勢；生長勢強的雜種單株葉片的可溶性糖和淀粉含量、游離氨基酸含量和凈光合速率均高于生長勢弱的單株；株高、葉面積、節(jié)間距與樹皮率呈極顯著負相關，莖粗與樹皮率呈顯著負相關；光合速率和導管總面積與木質部面積的比值、導管分子內徑和一端具尾頻率呈顯著正相關，與導管分子兩端具尾頻率呈顯著負相關；葉片可溶性糖和淀粉含量均和導管總面積與木質部面積的比值呈顯著正相關，氨基酸含量與導管分子內徑、導管分子長度呈顯著正相關，分別與導管密度、射線寬度呈極顯著、顯著負相關。

荔枝；龍眼；屬間雜種；解剖結構；生長

遠緣雜交是創(chuàng)造生物新種質的有效途徑。通過遠緣雜交，結合不同種、屬的特征，產生的新種質突破了原有種屬的界限，遺傳變異大幅度增大，且由于親本的親緣關系較遠，遺傳和生理上的差異較大，往往能夠產生比近緣雜交更強大的雜種優(yōu)勢。龍眼屬(Dimocarpus)和荔枝屬(Litchi)為無患子科(Sapindaceae)的2個近緣屬。龍眼屬約有20個種，僅龍眼(Dimocarpus longana Lour.)作為果樹栽培。荔枝屬有2個種，栽培種僅有荔枝(Litchi chinensis Sonn.)[1]。龍眼與荔枝的許多生物學性狀有相似之處，且在果實大小、成熟期，抗逆性等方面具有很多有利的互補基因，若能使這些有利基因進行重組，則將對其種質改良和創(chuàng)新產生深遠的影響。為此，國內外一些研究人員力圖實現(xiàn)荔枝與龍眼的遠源雜交。然而，經過數十年的努力嘗試才取得了一定的成功，獲得了龍眼與荔枝的屬間雜種苗[2-4]。其中，通過SRAP標記分析后，證實了‘早熟’龍眼 ב紫娘喜’荔枝的1號、2號、4號、9號、10號和18號雜種單株為真雜種[4]。真雜種植株除雜種9號單株外，各雜種單株均表現(xiàn)出較強的生長勢，即雜種表現(xiàn)出營養(yǎng)體的大小和數目、生長速度、有機物積累的強度等顯著超過雙親的雜種優(yōu)勢[5]。

果樹的生長勢在不同種質間的差異具有一定的穩(wěn)定性，因其是由多基因控制的數量性狀。植物體內營養(yǎng)物質的含量決定其生長勢，通過測定樹體內營養(yǎng)物質的含量及分配可判斷樹體的生長勢，WERTHEIM[6]研究表明，生長勢弱的蘋果砧木樹體內淀粉、糖和氨態(tài)氮的含量均高于生長勢強的砧木樹；張永福[7]研究發(fā)現(xiàn)，在荔枝品種中，生長勢弱者碳水化合物含量高于生長勢強者。莖解剖結構影響植物體內營養(yǎng)物質的含量及分配，并最終決定植株的生長勢。大量研究認為，木質部在橫切面積中所占比率對果樹的生長勢有較大的影響，可用作果樹生長勢強弱的預選指標[8-9]。更深入的研究發(fā)現(xiàn)，生長勢和導管總面積與木質部面積的比值、導管密度、導管直徑呈正相關[10-12]。這表明影響植株生長勢的根本原因是導管的絕對輸導能力。

有關龍眼與荔枝屬間雜種單株解剖結構的研究較少，遠緣雜種具有較近緣雜種更大的雜種優(yōu)勢，這種強大的雜種優(yōu)勢是否與雜種莖解剖結構相關的研究鮮見報道。筆者以‘早熟’龍眼、‘紫娘喜’荔枝及其屬間雜種單株為試材，研究其植株生長生理特性與莖解剖結構，并進行相關性分析，探索龍眼與荔枝遠緣雜種植株生長與莖解剖特征的關系，現(xiàn)將結果報道如下。

1 材料與方法

1.1 材料

供試材料為種植于華南農業(yè)大學燕山區(qū)荔枝龍眼種質圃的荔枝品種‘紫娘喜’、龍眼品種‘早熟’及其屬間雜種(‘紫娘喜’ב早熟’)的 1 號、2 號、4 號、9號、10號和18號單株。選取生長相近、無病蟲害、成熟、健壯、向陽的植株進行試驗。

1.2 方法

1.2.1 植株形態(tài)特征的測定

株高、葉長、葉寬、節(jié)間距用卷尺測定；莖稈直徑用游標卡尺測定，測量位置為距地面10 cm處；葉片厚度用游標卡尺測定，方法是把10片葉片疊在一起，所得數值的1/10即葉片厚度；葉片面積采用LI- 3000A便攜式葉面積儀測量。每個種質材料選3個大枝組上成熟、一致的葉片測量葉長、葉寬、葉面積和葉厚。每個大枝組測定20片葉。

1.2.2 莖解剖特征的觀察

各種質材料取1.5 cm的枝條小段，置于FAA中，固定48 h，再用醋酸-H2O2軟化48 h，保存于甘油-乙醇中，備用。莖橫切結構的觀察：取上述1.5 cm枝條小段，徒手切片，梯度乙醇脫水，番紅染色，二甲苯透明，中性樹膠封片，于Olympus DP系統(tǒng)進行顯微觀察并攝影。莖導管離析：取上述1.5 cm枝條小段，置于10%鉻酸-硝酸離析液中，離析48 h，漂洗至白色，梯度乙醇脫水，番紅染色，二甲苯透明，中性樹膠封片，于Olympus DP系統(tǒng)進行顯微觀察并攝影。各種質材料隨機選擇50張圖片，用OLYSIA BioReport軟件測量相關解剖指標。

1.2.3 有機營養(yǎng)含量及含水量的測定

各種質材料選3個大枝組，采集無病蟲害、成熟度一致的葉片，洗凈后于80 ℃烘箱中烘干，用于測定有機營養(yǎng)含量和含水量。可溶性糖采用苯酚-硫酸比色法[10]測定；淀粉采用碘-碘化鉀比色法[11]測定；蛋白質含量采用考馬斯亮藍G250顯色法測定；游離氨基酸含量采用水合茚三酮比色法測定；葉片含水量采用烘干稱重法測定。重復3次。

1.2.4 植株光合指標的測定

用便攜式光合儀Li-6400于晴天09：30—10：30進行光合指標的測定。測定時用葉室直接壓住葉片中部，數據穩(wěn)定后，連續(xù)讀取3個數據。各種質材料取3個大枝組進行測定，每個大枝組測定10片葉。

1.3 數據分析

采用SPSS 22.0軟件進行Duncan氏新復級差檢測(P ＜0.05)和Pearson相關性檢測。

2 結果與分析

2.1 荔枝與龍眼及其屬間雜種的形態(tài)特征比較

由表1可看出，除雜種9號單株外，其余雜種的株高、莖直徑、葉長、葉寬、葉面積、節(jié)間距均顯著大于親本，表現(xiàn)出明顯的雜種優(yōu)勢。雜種 10號單株的株高和莖直徑均顯著大于其他試材，‘紫娘喜’的株高則顯著矮于其他試材，雜種9號單株的株高和莖直徑居于父母本之間。雜種2號和10號單株的葉長顯著大于除雜種1號單株以外的試材，而‘紫娘喜’的葉長和葉寬均顯著低于其他試材。除 9號和 18號單株外，其余雜種單株的葉面積均大于親本，表現(xiàn)出一定的雜種優(yōu)勢，雜種2號和10號單株的葉面積顯著大于其余雜種和雙親，‘紫娘喜’的葉面積則顯著小于其他試材。‘紫娘喜’的葉片厚度顯著大于其他試材。雜種2號和10號單株的節(jié)間距顯著大于除1號和18號以外的試材，‘紫娘喜’的節(jié)間距則顯著小于其他試材。

表1 屬間雜種及其親本的形態(tài)特征Table 1 Comparison of the morphological characteristics in the genus hybrids and their parents

2.2 荔枝與龍眼及其屬間雜種的莖解剖結構

6個屬間雜種單株及其親本莖的解剖特征表現(xiàn)有差異(圖 1)。‘紫娘喜’髓所占的比率最小，僅為5.30%，‘早熟’和雜種2號單株髓所占的比率則相對較大，分別為29.90%和33.75%?！缡臁哪举|部率顯著小于其他試材，為34.10%， 雜種10號單株的木質部率則大于其他單株，為49.44%?！夏锵病臉淦ぢ曙@著高于其他試材，達50.11%，雜種2號單株和 10號單株的樹皮率則顯著小于其他試材，分別為25.70%和25.10%(表2)。

木質部導管分子管腔直徑變化較大，散孔材未見侵填體。生長輪處的纖維弦向壁扁平，加厚。莖橫切面上管孔排列多為單管孔。‘紫娘喜’的導管密度顯著大于其他試材，達326.18個/mm2，雜種18號單株的導管密度最小，為100.39個/mm2。雜種1號、2號和18號單株的導管總面積與木質部面積的比值較大，而比值最小的是9號單株，僅7.84%，顯著低于其他試材。雜種 18號單株的導管分子內徑最大，為 41.06 μm，而‘紫娘喜’‘早熟’和雜種 9號單株的內徑則相對較小。雜種9號單株的導管分子長度最大，而‘紫娘喜’‘早熟’的則相對較小。不同試材之間的射線寬度有差異，其中‘紫娘喜’的最大，為 14.13 μm，而雜種 10號單株的最小，僅 6.69μm(表 2)。

圖1 屬間雜種及其親本莖的解剖特征Fig. 1 The anatomical characteristics of stem in the genus hybrid and their parents

表2 屬間雜種及其親本莖的解剖參數Table 2 Anatomical characteristics of stem in the genus hybrid and its parents

對各種質材料的導管分子端壁特征觀察結果表明，孔紋導管分子端壁多傾斜且具尾，少數導管分子端壁演化成近水平狀。大部分導管分子端壁保留尾端結構，少數則有不同程度的退化。尾端的形狀和長度從短尖型到寬帶型不一，部分長尾上有較密集的紋孔。從導管分子端壁特征出現(xiàn)頻率的統(tǒng)計結果(表3)來看，導管分子兩端具尾出現(xiàn)頻率最高的是雜種9號單株，最低的是雜種4號單株；一端具尾出現(xiàn)頻率最高的是10號單株，最低的是‘早熟’；無尾導管分子出現(xiàn)頻率最高的是‘早熟’，最低的是雜種 10號植株；導管分子兩端傾斜出現(xiàn)頻率最高的是‘紫喜娘’，最低的是雜種4號單株；一端傾斜出現(xiàn)頻率最高的是雜種10號單株，最低的是4號單株；兩端水平出現(xiàn)頻率最高的是雜種4號單株，最低的是雜種1號單株。

表3 屬間雜種及其親本莖導管分子端壁特征出現(xiàn)的頻率Table 3 Characteristics frequency of stem vessel element end wall in the genus hybrids and their parents

2.3 荔枝與龍眼及其屬間雜種的生理指標比較

表4所示，除雜種9號單株外，其余雜種單株葉片的可溶性糖含量均高于親本，雜種 4號和 18號單株的可溶性糖含量顯著高于除雜種1號和2號單株以外的試材，而雜種9號單株的可溶性糖含量則顯著低于其他試材。雜種1號和10號單株葉片的淀粉含量顯著高于其他試材，9號單株葉片的淀粉含量則顯著低于其他試材。‘紫娘喜’葉片的蛋白質含量顯著低于其他試材。所有雜種單株葉片的游離氨基酸含量均顯著高于親本，表現(xiàn)出一定的雜種優(yōu)勢，其中雜種 18號單株葉片的游離氨基酸含量顯著高于其他試材，而‘紫娘喜’則顯著低于其他試材。雜種9號單株葉片的總含水量顯著低于其他試材，而雜種2號、4號單株葉片的總含水量則顯著高于‘紫娘喜’。雜種2號、4號、10號和18號單株葉片的凈光合速率顯著高于親本，表現(xiàn)出超親優(yōu)勢，而雜種 9號單株和‘紫娘喜’葉片的凈光合速率則顯著低于其他試材。

表4 屬間雜種及其親本的生理生化指標Table 4 Physiological and biochemical indexes in the genus hybrids and their parents

2.4 荔枝、龍眼及其屬間雜種的莖解剖結構與其形態(tài)及生理指標的相關性

由表 5可看出，龍眼×荔枝的屬間雜種及親本的株高與樹皮率呈極顯著負相關，與導管分子一端具尾頻率呈顯著正相關；莖粗與樹皮率呈顯著負相關；葉片長度與髓率呈顯著正相關，與樹皮率、導管密度呈極顯著負相關，與射線寬度呈顯著負相關；葉片寬度分別與樹皮率、導管密度和導管分子兩端具尾頻率呈極顯著或顯著負相關；葉面積與髓率呈顯著正相關，分別與樹皮率和導管密度呈極顯著或顯著負相關；葉片厚度與射線寬度呈顯著正相關；節(jié)間距與髓率呈顯著正相關，與射線寬度呈顯著負相關，與樹皮率、導管密度呈極顯著負相關；葉片可溶性糖含量和導管總面積與木質部面積的比值呈極顯著正相關，與導管分子兩端具尾頻率呈顯著負相關；葉片淀粉含量和導管總面積/木質部面積的比值呈顯著正相關；葉片蛋白質含量與導管密度呈顯著負相關；葉片游離氨基酸含量分別與導管密度和射線寬度呈極顯著、顯著負相關，與導管分子長、導管分子內徑呈顯著正相關；葉片總含水量與導管分子兩端具尾頻率呈顯著負相關；凈光合速率分別和導管總面積與木質部面積的比值、導管分子內徑和導管分子一端具尾頻率呈顯著正相關，與導管分子兩端具尾頻率呈顯著負相關。

表5 屬間雜種及其親本的莖解剖結構與其形態(tài)、生理指標的相關性Table 5 Correlation between the anatomical structure of the stem and its morphology, physiological indexes in the genus hybrids and their parents

3 討論與結論

雜種優(yōu)勢是自然界普遍存在的一種現(xiàn)象，遠緣雜種所具有的雜種優(yōu)勢遠大于近緣雜種，在果樹上已經獲得的遠緣雜種有蘋果×梨[13]、李×杏[14]、桃×李[15]以及柑橘類[16]的種間雜種等。這些成果應用于生產，取得了很好的經濟和社會效益。然而，荔枝和龍眼的遠緣雜交還處于試驗階段，本課題組通過多年的研究獲得了‘早熟’龍眼ב紫娘喜’荔枝的屬間雜種。本研究結果表明，絕大多數雜種單株的生長勢遠強于其父母本，具體表現(xiàn)為除雜種9號單株外，其余單株的株高、莖稈直徑、葉面積、節(jié)間距均顯著大于親本，表現(xiàn)出明顯的雜種優(yōu)勢，而9號單株的這幾項指標居于父母本之間。

植物的生長離不開水分和無機營養(yǎng)，導管的輸送能力直接影響植物對土壤水分和無機營養(yǎng)的運輸效率，從而影響地上部的生長。大量研究[4,10-11,17]表明，植物的生長勢強弱與其導管密度、導管總面積、木質部面積與枝干橫切面積的比值、導管總面積與木質部面積的比值密切相關，木質部輸導能力的強弱影響植物的生長勢。本研究結果表明，雜種的樹皮率、射線寬度和導管密度均小于親本，雜種的導管分子長度大于親本；除2號單株外，其余雜種的木質部率大于親本；除4號和9號單株外，其余雜種導管總面積與木質部面積的比值大于親本；除9號單株外，其余雜種導管分子內徑大于親本。

被子植物通過木質部導管輸導水分和無機營養(yǎng)，導管由各種類型的導管分子連接而成，不同導管分子之間的接口的形態(tài)特征直接影響著植物對水分和無機營養(yǎng)的運輸。雙子葉植物次生木質部系統(tǒng)演化趨勢是由導管分子長、孔徑小、端壁傾斜度大、有尾向導管分子短、孔徑大、端壁傾斜度小或水平、無尾的方向發(fā)展，其演化趨勢是單向的，且不可逆轉[18-19]。本研究結果表明，除9號單株外，其他雜種單株兩端具尾的頻率低于兩親本，一端具尾的頻率高于親本；雜種4號、9號和10號單株兩端傾斜的頻率低于雙親；雜種1號、9號、10號和18號單株一端傾斜的頻率及雜種4號和9號單株兩端傾斜的頻率均高于雙親。

一般認為，較強的營養(yǎng)生長消耗大量的光合產物，使得強生長勢品種樹體積累的有機營養(yǎng)少于弱生長勢品種。櫻桃嫁接在喬化砧上的接穗可溶性糖含量低于嫁接在矮化砧上的接穗[20]。荔枝喬化品種葉片可溶性糖、淀粉和蛋白質等有機營養(yǎng)含量也低于矮化品種[7]。在葡萄上也有相關報道[13]。本研究結果表明，生長勢強的雜種單株葉片可溶性糖和淀粉的貯備量高于生長勢弱的單株，游離氨基酸含量和凈光合速率也高于生長勢弱的單株。相關分析結果表明，雜種的生長狀況與樹皮率呈顯著負相關，分別和導管總面積與木質部面積的比值、導管分子內徑和一端具尾呈正相關，與導管分子兩端具尾呈負相關；雜種葉片有機營養(yǎng)含量和導管總面積與木質部面積的比值呈顯著正相關，與導管分子內徑呈正相關，與導管密度和樹皮率呈負相關。

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責任編輯：尹小紅

英文編輯：梁 和

The plant growth and characteristics of stem anatomical structure and its correlation analysis in genus hybrid of Dimocarpus longan and Litchi chincnsis

ZHANG Yongfu1, LIU Chengming2
(1.School of Agriculture, Kunming University, Kunming 650214, China; 2.College of Horticulture, South China Agricultural University, Guangzhou 510642, China)

Six genus hybrids and their parents (Dimocarpus longan variety ‘Zaoshu’ ×Litchi chincnsis variety ‘Ziniangxi’)were used as test materials, the anatomical structures of xylem in root and stem were observed by manual microtomy and tissue segregation procedure, and the morphological characteristics, the organic nutrition and the photosynthetic rate of the tested materials were determined, and correlational analyses of the indexes were conducted. The results showed that the ratio of bark, ray width and vessel density of the hybrids were all less than those of the parents , and the vessel elements lengths of the hybrids were greater than those of the parents; except No 9 single plant, the diameter of vessel elements , the frequency of the vessel with tail in one end, plant height, stem diameter, leaf area, the length of internode were significantly greater than the parents, showed the obvious heterosis; in addition, the soluble, starch content, free amino acid content and the net photosynthetic rate of the strong plants of hybrids were greater than those of the weak plants; plant height, leaf area and internode spacing were high significant negative correlation ,with the bark rate and plant height was significant negative correlation with the bark rate; photosynthesis rate of hybrid was significant positive correlation with the ratio of total vessel area to xylem area, the diameter of vessel and the rate of vessel with tail in one end , but was negative correlation with the rate of vessel with tails in two ends; the soluble sugar content and starch content of the hybrid leaves were significant positive correlation with the ratio of total area to xylem area; the aminoacid content was very significant or significant positive correlation with the diameter and length of the vessel element, but was negative correlation with the vessel density and ray width.

Litchi chincnsis; Dimocarpus longan; genus hybrid; anatomical structure; growth

S667

A

1007-1032(2017)04-0394-07

2016-12-28

2017-06-11

國家自然科學基金項目(31660559)；昆明學院科學研究項目(XJZZ1604)；云南省高校特色生物資源開發(fā)與利用重點實驗室開放基金項目(GXKJ201615)

張永福(1981—)，男，云南彌勒人，博士，副教授，主要從事果樹抗性生理方面的研究，123017360@qq.com