蘋果不同矮化砧木品種葉片的組織細(xì)胞學(xué)研究

秦立者，楊素苗，張春鋒，石海強(qiáng)，王 順，顧玉紅*

（1.河北省農(nóng)林科學(xué)院石家莊果樹研究所，河北 石家莊 050061；2.河北省農(nóng)林科學(xué)院，河北 石家莊 050051；3.河北農(nóng)業(yè)大學(xué)，河北 保定 071000）

蘋果矮化密植栽培樹體矮小，便于管理，結(jié)果早，果實(shí)品質(zhì)好，且便于品種更新，有利于實(shí)現(xiàn)蘋果的集約化栽培，已成為現(xiàn)代蘋果生產(chǎn)的發(fā)展趨勢[1-5]。蘋果矮化砧木的選育及利用是實(shí)現(xiàn)矮化密植的最主要途徑，因此，世界各國均開展了蘋果矮化砧木的選育工作并培育出一大批矮化砧木，如，英國的M系和MM系，美國的CG系，加拿大的O系，（前）蘇聯(lián)的B系，德國的J系，日本的JM系等[6，7]。我國從20世紀(jì)50年代開始陸續(xù)從國外引進(jìn)蘋果矮化砧木，在試驗應(yīng)用的同時也進(jìn)行了一些選育研究，并選育出一批有特色的蘋果矮化砧木，主要有SH系、S系、GM256、GM310、77-34、遼砧 2 號、KM、CX 系和 J系等[8-18]。我國雖然選育出了較多的矮化砧種類，但全國矮砧蘋果的栽培比例仍然很小，矮砧蘋果種植面積不足蘋果種植總面積的10%[19-22]。楊廷楨等[23]對5種中間砧（M26、SH1、Y-1、Y-B094、Y-C002） 進(jìn)行研究后發(fā)現(xiàn)，柵欄組織厚度與矮化性呈正相關(guān)。不同品種的葉片結(jié)構(gòu)不同，這些結(jié)構(gòu)的差異可能造成了植物功能的不同。史寶勝等[24]對10種蘋果矮化砧木（海棠、MM106、 SH9、 SH5、 SH38、 MM26、 SH40、 CG24、 B9、MAC）葉片和枝的解剖結(jié)構(gòu)進(jìn)行研究后發(fā)現(xiàn)，葉片組織結(jié)構(gòu)與矮化存在一定的聯(lián)系。但是截至目前，尚未見到有關(guān)不同矮化程度蘋果砧木品種葉片組織細(xì)胞學(xué)比較研究的報道。

以極矮化、矮化、半矮化和非矮化蘋果砧木品種的成熟葉片為材料，采用石蠟切片技術(shù)，運(yùn)用光學(xué)顯微鏡觀察葉片橫截面的組織細(xì)胞結(jié)構(gòu)，并對不同矮化程度砧木品種之間的葉片進(jìn)行比較，旨為蘋果矮化砧木篩選提供組織細(xì)胞學(xué)方面的理論依據(jù)。

1 材料與方法

選用4類矮化程度不同的8個蘋果砧木品種進(jìn)行試驗，其中，非矮化類砧木品種為海棠，半矮化類砧木品種為SH3和SH37，矮化類砧木品種為SH38、M26、B9和Mark，極矮化類砧木品種為P22。

選取樹冠外圍向陽部位、生長發(fā)育良好的1 a生枝條中部完整成熟葉片為試材，每種砧木均取10片，在葉片中部以中脈為中心徒手切取1 cm2左右的葉樣，立即放入FAA固定液中固定，然后采用常規(guī)石蠟切片法制片。在光學(xué)顯微鏡下，觀測葉片厚度，以及上表皮、下表皮、柵欄組織和海綿組織的厚度。每樣重復(fù)3次，每次重復(fù)30個視野。計算柵海比（柵欄組織厚度/海綿組織厚度）。

利用Excel和SPSS軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析，采用Duncan’s進(jìn)行差異顯著性檢驗和多重比較。

2 結(jié)果與分析

2.1 蘋果不同矮化砧木品種的葉片厚度比較

蘋果不同砧木品種的葉片厚度為173.70-219.46μm，指標(biāo)值順序為 M26躍Mark躍P22躍B9躍海棠躍SH3躍SH37躍SH38，其中，矮化砧木品種Mark、M26和B9與極矮化砧木品種P22的葉片厚度差異均不顯著，而半矮化砧木品種SH3和SH37、矮化砧木品種B9、極矮化砧木品種P22的葉片厚度與非矮化砧木品種海棠差異也均不顯著（圖1）。表明葉片厚度與砧木的矮化程度關(guān)系不明顯。

圖1 蘋果不同砧木品種的葉片厚度Fig.1 The leaf thickness of apple rootstocks

2.2 蘋果不同矮化砧木品種的葉片上表皮結(jié)構(gòu)比較

蘋果葉片上表皮由1層長卵型或圓形的不規(guī)則細(xì)胞組成，細(xì)胞相互嵌合無縫隙。蘋果不同砧木品種的葉片上表皮厚度為8.06-13.50μm，指標(biāo)值順序為海棠躍SH3躍SH37躍B9躍SH38躍P22躍M26躍Mark，其中，非矮化砧木品種海棠的葉片上表皮厚度與7個矮化類砧木品種的差異均達(dá)到了顯著水平，而極矮化砧木品種P22的葉片上表皮厚度與矮化砧木品種M26、B9和SH38差異均不顯著（圖2）。表明蘋果不同矮化砧木類型的葉片上表皮厚度大體表現(xiàn)為非矮化躍半矮化躍矮化和極矮化砧木，但葉片上表皮厚度與砧木矮化程度的關(guān)系并不明顯。

圖2 蘋果不同砧木品種的葉片上表皮厚度Fig.2 The upper epidermis thickness of apple rootstocks

2.3 蘋果不同矮化砧木品種的葉片下表皮結(jié)構(gòu)比較

蘋果葉片下表皮結(jié)構(gòu)與上表皮相似，也是由1層長卵型或圓形的不規(guī)則細(xì)胞組成，細(xì)胞相互嵌合無縫隙。蘋果不同砧木品種的葉片下表皮厚度為8.23-10.49μm，與上表皮厚度相比均較薄，指標(biāo)值順序為SH3躍SH37躍SH38躍B9躍Mark躍海棠躍M26躍P22，其中，僅半矮化砧木品種SH3和SH37與非矮化砧木品種海棠的差異達(dá)到了顯著水平，而其他矮化類砧木品種與海棠差異均不顯著（圖3）。表明葉片下表皮厚度與砧木的矮化程度關(guān)系不明顯。

圖3 蘋果不同砧木品種的葉片下表皮厚度Fig.3 The lower epidermis thickness of apple rootstocks

2.4 蘋果不同矮化砧木品種的葉片柵欄組織結(jié)構(gòu)比較

蘋果葉片柵欄組織為2層整齊排列的柵欄狀葉肉細(xì)胞，與上表皮緊密連接。蘋果不同砧木品種的葉片柵欄組織厚度為90.00-110.88μm，指標(biāo)值順序為P22躍M26躍B9躍SH38躍SH37躍Mark躍SH3躍海棠，其中，極矮化砧木品種P22和非矮化砧木品種海棠與其各自除外的其他砧木品種差異均達(dá)到了顯著水平；半矮化砧木品種SH3與SH37無顯著差異，且二者與矮化砧木品種SH38和Mark差異也均不顯著，而矮化砧木3個品種M26、B9和SH38之間無顯著差異（圖4）。不同矮化砧木類型的葉片柵欄組織厚度平均值順序為極矮化（110.88μm）躍矮化 （100.67μm）躍半矮化 （95.37μm）躍非矮化（90.00μm），表明隨著砧木矮化程度的加大，葉片柵欄組織厚度逐漸增加。葉片柵欄組織厚度與砧木矮化程度的相關(guān)關(guān)系明顯，因此認(rèn)為，葉片柵欄組織厚度可以作為篩選砧木矮化程度的指標(biāo)。

圖4 蘋果不同砧木品種的葉片柵欄組織厚度Fig.4 The palisade tissue thickness of apple rootstocks

2.5 蘋果不同矮化砧木品種的葉片海綿組織結(jié)構(gòu)比較

蘋果葉片海綿組織位于柵欄組織與下表皮之間，為多層散亂排列的不規(guī)則細(xì)胞，細(xì)胞間隙較大。蘋果不同砧木品種的葉片海綿組織厚度為61.72-85.85μm，指標(biāo)值順序為海棠躍Mark躍B9躍M26躍SH38躍SH37躍P22躍SH3，其中，矮化砧木品種Mark、B9和M26與非矮化砧木品種海棠差異不顯著，半矮化砧木品種SH37與矮化砧木品種SH38、M26、B9和Mark以及極矮化砧木品種P22差異也均不顯著（圖5）。表明葉片海綿組織厚度與砧木的矮化程度關(guān)系不明顯。

圖5 蘋果不同砧木品種的葉片海綿組織厚度Fig.5 The spongy tissue thickness of apple rootstocks

2.6 蘋果不同矮化砧木品種的葉片柵海比比較

蘋果不同砧木品種的葉片柵海比為1.05-1.55，指標(biāo)值順序為 P22躍SH3躍 （SH38=M26=SH37） 躍B9躍Mark躍海棠，其中，半矮化砧木品種SH3的葉片柵海比與極矮化砧木品種P22差異不顯著，但二者與其他品種差異均達(dá)到了顯著水平，所有矮化類砧木品種均與非矮化砧木品種海棠差異達(dá)到了顯著水平（圖6）。不同矮化程度砧木類型的葉片柵海比平均值順序為極矮化（1.55）躍半矮化（1.43）躍矮化（1.28）躍非矮化（1.05），大體表現(xiàn)為砧木品種矮化程度越高，葉片柵海比越大。表明葉片柵海比與砧木的矮化程度有一定的關(guān)系，但相關(guān)性不明顯。該研究結(jié)果還有待于進(jìn)一步驗證。

圖6 蘋果不同砧木品種的葉片柵海比Fig.6 The palisade spongy ratio of apple rootstock

3 結(jié)論與討論

本研究中，蘋果不同砧木品種的葉片上表皮與下表皮結(jié)構(gòu)相似，均由1層不規(guī)則的細(xì)胞組成，且細(xì)胞相互嵌合無間隙。葉片表皮細(xì)胞具有保護(hù)和儲水功能，其厚度在一定程度上反映了控制水分的能力。本研究結(jié)果表明，蘋果砧木品種的葉片上表皮厚度均大于下表皮厚度，葉片上表皮細(xì)胞的鎖水能力更強(qiáng)。與楊廷楨等[23]的觀點(diǎn)一致。

海綿組織是葉肉的一種綠色薄壁組織，其細(xì)胞形狀多樣，層次不清，排列疏松，間隙較大。本研究結(jié)果表明，矮化砧木品種SH3的葉片海綿組織厚度最小且顯著低于其他品種，非矮化砧木品種海棠的葉片海綿組織厚度最大，但不同矮化程度砧木的葉片海綿組織厚度規(guī)律不明顯。這與史寶勝等[24]對10種蘋果矮化砧木葉片的研究結(jié)果相一致。

柵欄組織含有大量的葉綠體，是植物光合作用的活動中心，也是葉片結(jié)構(gòu)中對脅迫條件最敏銳的組織。蘋果成熟葉片的柵欄組織細(xì)胞一般排列為2層，長圓柱狀，緊靠并垂直于上表皮，緊密排列呈柵欄狀，利于各種物質(zhì)的進(jìn)出，特別是使植物易于吸收光線。本研究中，極矮化砧木品種P22的葉片柵欄組織顯著高于其他品種，非矮化砧木品種海棠的葉片柵欄組織顯著低于其他品種，葉片柵欄組織厚度隨著砧木矮化程度的增大而逐漸增加，且二者關(guān)系明顯，認(rèn)為葉片柵欄組織厚度可以作為篩選砧木矮化程度的一項指標(biāo)。與楊廷楨等[23]對5種蘋果矮化中間砧葉片的研究結(jié)果相一致。

柵海比方面，本研究結(jié)果顯示，8個蘋果砧木品種的葉片柵海比均大于1。不同矮化程度砧木品種的柵海比平均值順序為極矮化砧木（P22）躍半矮化砧木（SH3、SH37） 躍矮化砧木 （SH38、M26、B9、Mark） 躍非矮化砧木（海棠），其中，極矮化砧木、矮化砧木和非矮化砧木的柵海比隨著砧木矮化程度的加強(qiáng)而增大，這與曹敏格等[25]研究了矮化砧（MAC9、CG24）與半矮化砧（SH28、SH29、CX4）葉片組織結(jié)構(gòu)后提出的“葉片柵海比隨砧木矮化性增強(qiáng)而升高”觀點(diǎn)相一致。王中英等[26]研究了矮化砧（M9、M26）、半矮化砧（M4、M7）、實(shí)生喬化砧沁源山定子太谷沙果和武鄉(xiāng)河南海棠后提出了“柵海比可以作為蘋果矮化砧木矮化性狀的綜合指標(biāo)”。但是在本研究中，半矮化砧木品種SH3和SH37的柵海比平均值大于矮化砧木品種的柵海比平均值，根據(jù)趙同生等[27]提出的“要完全確定供試砧木矮化程度的高低，需要有砧木田間生長量比較試驗的驗證”觀點(diǎn)，我們推測植物生長環(huán)境可能會造成葉片的組織結(jié)構(gòu)發(fā)生變化。因此，需結(jié)合砧木的生長指標(biāo)對結(jié)論進(jìn)一步驗證。