梨葉片發(fā)育早期結(jié)構(gòu)特征與黑星病發(fā)生的關(guān)系

趙軍，王影，柴晨博，宋宇琴，李六林

(山西農(nóng)業(yè)大學(xué) 園藝學(xué)院，山西 太谷 030801)

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梨葉片發(fā)育早期結(jié)構(gòu)特征與黑星病發(fā)生的關(guān)系

趙軍，王影，柴晨博，宋宇琴，李六林*

(山西農(nóng)業(yè)大學(xué) 園藝學(xué)院，山西 太谷 030801)

[目的]探究梨葉片早期結(jié)構(gòu)特征與黑星病發(fā)生的關(guān)系。[方法]以抗黑星病性不同的梨品種作為試驗(yàn)材料，觀察葉片發(fā)育早期氣孔特征和組織結(jié)構(gòu)的變化。[結(jié)果](1)在葉片發(fā)育過程中，易感病品種葉片氣孔密度和開放氣孔密度要顯著高于抗病品種。(2)抗病品種葉片的組織結(jié)構(gòu)變化較小，柵欄組織厚度和海綿組織的緊密度要明顯高于易感病品種。(3)葉片發(fā)育前期角質(zhì)層薄且分布不均，隨葉片發(fā)育增厚，抗病品種的角質(zhì)層厚度要大于易感病品種。[結(jié)論]葉片發(fā)育早期階段氣孔密度小，角質(zhì)層較厚、柵欄組織和海綿組織排列整齊緊密可作為梨抗黑星病品種早期篩選的重要依據(jù)。

梨葉片； 黑星?。?氣孔； 角質(zhì)層

由于遺傳基因、結(jié)構(gòu)特征以及生理代謝的不同，不同果樹品種的抗病性往往有一定的差異[1]。劉艷濤等[2]研究認(rèn)為植物的組織結(jié)構(gòu)以及生理生化指標(biāo)可以反映梨抗病害的能力。Siwcki R[3]的研究表明葉片氣孔作為病原菌侵染的通道，會(huì)直接或間接影響到病原菌孢子的侵染。姜淑苓等[4]在對(duì)梨葉片研究過程中發(fā)現(xiàn)，有較強(qiáng)抗性的早金香梨的柵欄組織、海綿組織較致密，并推測(cè)這些組織結(jié)構(gòu)特征與病菌的侵染有關(guān)聯(lián)。另有研究表明真菌菌絲對(duì)葉片的侵染被限制于角質(zhì)層和表皮細(xì)胞之間[5]，可見葉片組織結(jié)構(gòu)和角質(zhì)層可能與抗病性存在一定關(guān)系。

梨黑星病(又名瘡痂病)是世界范圍內(nèi)一種梨樹主要病害[6]，在我國(guó)南北梨產(chǎn)區(qū)均有發(fā)生。病害發(fā)生時(shí)，會(huì)引起早期大量落葉、被害幼果畸形，同時(shí)導(dǎo)致病樹次年產(chǎn)量大幅減少，果品質(zhì)量下降，從而造成巨大的經(jīng)濟(jì)損失[7]。李保華等[8]研究了梨葉葉齡與黑星病發(fā)生的關(guān)系，結(jié)果表明生長(zhǎng)發(fā)育前期的葉片更易感染黑星病。為此本研究以高抗黑星病的黃冠梨、抗性中等的玉露香、易感黑星病的酥梨4-6月的葉片作為試驗(yàn)材料，對(duì)其氣孔和組織結(jié)構(gòu)進(jìn)行觀察研究，探究葉片發(fā)育過程中氣孔和葉片結(jié)構(gòu)特征的變化與黑星病發(fā)生的關(guān)系，進(jìn)一步推測(cè)梨葉片發(fā)育早期結(jié)構(gòu)特征與抗病性的關(guān)系，為以后梨的抗病育種和栽培提供理論基礎(chǔ)。

1 材料與方法

1.1 供試材料

試驗(yàn)于2013-2014年在山西農(nóng)業(yè)大學(xué)和山西省農(nóng)業(yè)科學(xué)院果樹研究所進(jìn)行。以高抗黑星病黃冠梨、中抗黑星病玉露香梨和易感黑星病酥梨發(fā)育早期的葉片為試材，取樣于4月下旬至6月中旬進(jìn)行，每周取樣一次，每個(gè)品種每次采60片葉，均為一年生枝條的第4、5片葉。

1.2 測(cè)定指標(biāo)及方法

1.2.1 葉片氣孔觀察

用75%酒精清洗葉片，再用蒸餾水沖凈。處理時(shí)避開中脈和大側(cè)脈，分別選取葉片尖部、中部和基部，切取長(zhǎng)寬均為0.5 cm的小塊，用I-KI染色液染色，40倍物鏡下觀察并測(cè)定其氣孔密度。同時(shí)在每個(gè)視野中隨機(jī)選擇10個(gè)氣孔測(cè)定直徑和縱徑。

1.2.2 葉片組織結(jié)構(gòu)觀察

采用賀運(yùn)春[9]的石蠟切片法。取三片葉，在主脈兩側(cè)各切取長(zhǎng)1 cm寬0.5 cm的小塊，放入卡諾固定液中，再經(jīng)過不同濃度酒精梯度脫水浸蠟包埋，接著進(jìn)行切片、粘片和脫蠟，最后用番紅、固綠依次對(duì)其染色。40倍物鏡下觀察，每個(gè)樣品制作10張切片，隨機(jī)選取5個(gè)視野觀察其橫切面結(jié)構(gòu)，分別測(cè)定葉片角質(zhì)層、柵欄組織和海綿組織的厚度等形態(tài)指標(biāo)。

1.2.3 數(shù)據(jù)分析

采用Excel作圖，SAS 8.0軟件進(jìn)行方差統(tǒng)計(jì)學(xué)分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 葉片發(fā)育過程中氣孔密度及開放氣孔密度的變化

2.1.1 葉片氣孔密度的變化

3個(gè)梨品種葉片氣孔密度變化趨勢(shì)基本一致，葉片表面單位面積氣孔數(shù)量在測(cè)量初期開始上升，于5月11-26日出現(xiàn)高峰(圖1)。6月1-10日，隨著葉片的成熟，氣孔數(shù)量基本保持穩(wěn)定。玉露香梨氣孔密度相對(duì)于其他兩個(gè)品種變化較為平緩。

圖1 葉片表面氣孔數(shù)量變化Fig.1 Changes in the number of stomata on leaf surface 注: A：5月4日； B：5月11日； C：5月18日； D：5月26日； E：6月1日； F：6月10日. Note: A:May 4th， B:May 11th， C:May 18th， D:May 26th， E:June 1st， F:June 10th.

對(duì)3個(gè)品種不同時(shí)期的氣孔密度(個(gè)·cm-2)進(jìn)行差異顯著性分析，由表1可見， 5月11日，酥梨的氣孔密度顯著大于黃冠，極顯著大于玉露香。5月18日，黃冠的氣孔密度顯著小于玉露香，極顯著小于酥梨，酥梨和玉露香之間無(wú)顯著差異。5月26日，酥梨顯著大于黃冠和玉露香，而黃冠和玉露香之間差異不顯著。通過表1的比較可以看出，葉片發(fā)育早期，易感病的酥梨氣孔密度要顯著高于抗病的黃冠梨?？梢姡嫒~片表面氣孔密度越小，對(duì)黑星病的抗性越強(qiáng)。

表1 葉片發(fā)育過程中不同品種氣孔密度的分析/個(gè)·cm-2Table 1 Analysis of stomata density on different varieties during the development of leaf

注:同行不同小寫字母表示差異顯著(p<0.05)；同行不同大寫字母表示差異極顯著(p<0.01)

Note：Different lower case letters show significant difference at the 0.05 level in the same row. Different capital letters show significant difference at the 0.01 level in the same row.

2.1.2 葉片開放氣孔密度的變化

由表2可以看出，葉片發(fā)育過程中開放氣孔密度總體呈先上升，后下降的趨勢(shì)，于5月11日出現(xiàn)高峰。之后隨著葉片的成熟，開放氣孔的數(shù)目下降，在5月26日又開始上升，在6月1日再次出現(xiàn)高峰，隨著葉片的成熟，開放氣孔的數(shù)量再次下降。

表2 葉片發(fā)育過程中不同品種開放氣孔密度的分析Table 2 Analysis of open stomatal density on different varieties during the development of leaf

玉露香、酥梨的開放氣孔密度各個(gè)時(shí)期均大于黃冠梨，玉露香略大于酥梨。對(duì)3個(gè)品種不同時(shí)期的開放氣孔密度進(jìn)行差異顯著性分析可以看出， 5月11日和5月18日，玉露香的開放氣孔密度均顯著大于黃冠梨。 5月26日開始，3品種間無(wú)顯著差異。

2.2 葉片發(fā)育過程中組織結(jié)構(gòu)的變化

2.2.1 葉片組織結(jié)構(gòu)變化

圖2 葉片組織結(jié)構(gòu)變化Fig.2 Changes in leaf organizational structure 注: A：5月4日；B：5月11日；C：5月18日；D：5月26日；E：6月1日；S-氣孔；Le-下表皮；St-海綿組織；Pt-柵欄組織；Ue-上表皮；Cu-角質(zhì)層 Note：A:May 4th; B:May 11th; C:May 18th; D:May 26th; E:June 1st;S-Stomata; Le-Lower epidermis; St-Spongy tissue; Pt-Palisade tissue; Ue-Upper epidermis; Cu-Cuticle

由圖2分析不同時(shí)期葉片的組織結(jié)構(gòu)，5月中旬，不同品種葉片背面的表皮細(xì)胞為單層細(xì)胞，但細(xì)胞大小不一致，且排列不整齊，細(xì)胞間隙較大(圖2 C3)；之后隨著葉片發(fā)育細(xì)胞排列逐漸整齊，海綿組織排列也逐漸緊密(圖2 E3)。不同品種間進(jìn)行比較，酥梨和玉露香表皮細(xì)胞大小變化更明顯，細(xì)胞間隙也較大。從葉片主脈切片(圖2 A1～E3)來(lái)看，5月18日到6月1日，葉片主脈部分的柵欄組織增厚，且更加致密?？梢姼呖估嫫贩N葉片柵欄組織排列整齊緊密且層數(shù)相對(duì)較多、海綿組織細(xì)胞間隙小有助于抵御病原菌的侵入，延緩病原菌的擴(kuò)散。

2.2.2 葉片角質(zhì)層厚度變化

由表3可以看出，酥梨和玉露香的角質(zhì)層厚度在生長(zhǎng)發(fā)育早期基本呈上升趨勢(shì)，酥梨后期角質(zhì)層厚度也較為平穩(wěn)；玉露香從5月26日有略微下降，6月1日厚度到達(dá)3.25 μm后又開始上升；黃冠梨從5月4日開始呈緩慢下降趨勢(shì)，5月26日后大幅上升到達(dá)6.29 μm之后又開始下降。

總體上來(lái)看，5月4日至6月1日期間，黃冠梨葉片的角質(zhì)層厚度均值要明顯大于酥梨和玉露香，而玉露香和酥梨差異不是很明顯。對(duì)3個(gè)品種不同時(shí)期的角質(zhì)層厚度(μm)進(jìn)行差異顯著性分析看到，5月4日，黃冠葉片角質(zhì)層厚度要顯著高于酥梨和玉露香。5月11日至6月1日期間黃冠仍高于其他兩品種，但三者差異不顯著。高抗品種黃

冠在葉片發(fā)育早期角質(zhì)層的平均厚度要明顯高于其他2個(gè)品種。

3 討論與結(jié)論

氣孔由兩個(gè)腎形的保衛(wèi)細(xì)胞形成，是分泌和吸收物質(zhì)的重要通道[10]。某些病害往往經(jīng)由氣孔對(duì)植株進(jìn)行侵染，葉片氣孔大小、密度、發(fā)育程度與病害發(fā)生有一定程度的關(guān)系[11]。在對(duì)大豆葉片的研究中發(fā)現(xiàn)，氣孔是植物抵抗病菌孢子的第一道結(jié)構(gòu)屏障，抗病品種氣孔數(shù)目比不抗病的明顯少[12]。本研究觀察到，氣孔密度和開放氣孔密度呈現(xiàn)類似變化規(guī)律，同樣在5月11日和5月26日出現(xiàn)高峰。在葉片發(fā)育過程中高抗病的黃冠氣孔密度和開放氣孔密度都要顯著小于酥梨和玉露香，而酥梨和玉露香差異不顯著。由此推測(cè)氣孔密度和開放氣孔密度越大，黑星病菌通過氣孔進(jìn)入葉片的機(jī)會(huì)越大，植株越容易感病。進(jìn)入6月后，葉片逐漸成熟，單位面積開放氣孔數(shù)目逐漸減少，病菌侵入的機(jī)會(huì)減少，所以葉片對(duì)黑星病的抗性在6月后整體增強(qiáng)。由此可以看出梨葉片的氣孔特征與其對(duì)黑星病的抗性存在密切聯(lián)系。

病原真菌的侵染往往需要雨水作為介質(zhì)，蠟質(zhì)層的防水性質(zhì)將那些由水滴攜帶的真菌孢子排離葉面，起著抵抗病菌侵入的作用[11]。并且有研究表明植物的角質(zhì)層含有黃酮類物質(zhì)，能夠抑制某些真菌滋生。康立功等[13]等在對(duì)番茄葉片進(jìn)行研究過程中發(fā)現(xiàn)角質(zhì)層在抗芝麻斑病菌的侵染上起到了機(jī)械抵御的作用，番茄葉片角質(zhì)層厚度與抗病性有關(guān)。本研究結(jié)果顯示高抗病的黃冠梨在各個(gè)時(shí)期的角質(zhì)層厚度總體大于其他兩個(gè)品種，通過差異顯著性分析可以得到，5月中下旬，3個(gè)品種角質(zhì)層厚度間不存在顯著差異。這可能是是因?yàn)殡S著葉片生長(zhǎng)，角質(zhì)層厚度逐漸增加，發(fā)達(dá)的角質(zhì)層能一定程度上阻擋病菌進(jìn)入葉片，并能抑制病菌生長(zhǎng)。

表3 葉片發(fā)育過程中不同品種角質(zhì)層厚度的分析Table 3 Analysis of cuticle thickness on different varieties during the development of leaf

在5月中旬，不同品種葉片背面的表皮細(xì)胞均為單層細(xì)胞，但大小不一致，且排列不整齊，細(xì)胞間隙也較大；隨著葉片發(fā)育細(xì)胞排列逐漸整齊，海綿組織逐漸緊密。不同品種間進(jìn)行比較，發(fā)現(xiàn)高抗病的黃冠梨柵欄組織排列最整齊、緊密，海綿組織也相對(duì)緊密。酥梨和玉露香表皮細(xì)胞大小與細(xì)胞間隙較大，易感病的酥梨柵欄組織和海綿組織緊密性和整齊性最差。說(shuō)明緊密整齊的組織結(jié)構(gòu)在一定程度上能抵御黑星病菌的侵染，這與支婷[14]的研究結(jié)果一致。

綜上所述，梨葉片發(fā)育早期角質(zhì)層薄且氣孔密度大與其易發(fā)生黑星病密切相關(guān)，黃冠梨葉片氣孔密度小，結(jié)構(gòu)致密是其抗黑星病的原因之一。因此，梨抗病品種的選育時(shí)，可將葉片發(fā)育早期階段氣孔密度小、角質(zhì)層較厚、柵欄組織和海綿組織排列整齊緊密作為早期篩選的重要依據(jù)。

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(編輯：梁文俊)

Relationship between early structural characteristics of pear leaf and occurrence of scab

Zhao Jun, Wang Ying, Chai Chenbo, Song Yuqin, Li Liulin*

(CollegeofHorticulture,ShanxiAgriculturalUniversity,Taigu030801,China)

[Objective]The study was to investigate the relationship between early structural characteristics of pear leaves and the occurrence of scab.[Methods]The leaves of pear cultivars with different ability to resist scab were used as materials to observe the changes of stomata characteristics and tissue structure during the early stage of leaf development.[Results](1)During the development of leaves, the stomata density and open stomata density of susceptible cultivars were significantly higher than those of resistant cultivars.(2)The tissue structure of the leaves of the resistant cultivars changed little, and the palisade tissue and spongy tissue showed neater and compacter than susceptible cultivars.(3)In the early stage of leaf development, the cuticle was thin and unevenly distributed, and it grew thicker with the leaves. The thickness of the resistant cultivars was higher than that of susceptible cultivars.[Conclusion]In the early stage of leaf development, the low stomata density, the thicker cuticle, and the neat and compact arrangement of the palisade tissue and spongy tissue can be used as an important basis for the early screening of anti-scab species.

Pear leaves, Scab, Stomata, Cuticle

2017-02-13

2017-04-17

趙軍(1991-)，男(漢)，江蘇常州人，碩士研究生，研究方向：果樹栽培生理

*通信作者：李六林，教授，博士生導(dǎo)師，Tel:0354-6285905；E-mail:tgliulin@163.com

國(guó)家梨產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系白梨育種崗位(CARS-29-05)

S661.2

A

1671-8151(2017)08-0575-05