蘋果矮化砧木1年生枝解剖結(jié)構(gòu)

李春燕，楊廷楨，王淑婷，王 騫，蔡華成，高敬東，杜學(xué)梅，弓桂花，杜海燕

（山西省農(nóng)業(yè)科學(xué)院果樹研究所/果樹種質(zhì)創(chuàng)制和利用山西省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，太原030031）

0 引言

蘋果(Malus pumilaMill.)矮化砧在全球蘋果生產(chǎn)中已被廣泛應(yīng)用，但致矮機(jī)理還不清楚。國(guó)內(nèi)外眾多學(xué)者分別從形態(tài)解剖結(jié)構(gòu)、水勢(shì)、物質(zhì)運(yùn)輸、酶活性、激素調(diào)節(jié)等方面對(duì)蘋果砧木致矮機(jī)理進(jìn)行了研究[1-7]。生物學(xué)原理告訴人們，結(jié)構(gòu)決定功能，因此，從解剖結(jié)構(gòu)研究蘋果砧木致矮機(jī)理很有意義。生產(chǎn)上利用蘋果矮化砧木栽培，一般選蘋果矮化砧木的1年生枝條作為嫁接砧段，所以弄清蘋果矮化砧木1年生枝的解剖結(jié)構(gòu)是從解剖結(jié)構(gòu)研究蘋果矮化砧木致矮機(jī)理的基礎(chǔ)。

前人主要從材皮比、導(dǎo)管、篩管、髓部對(duì)蘋果砧木1年生枝的解剖結(jié)構(gòu)與矮化性的關(guān)系進(jìn)行了研究[1-7]，研究結(jié)論大多一致，表明，蘋果砧木枝條的材皮比，導(dǎo)管數(shù)量、導(dǎo)管密度、導(dǎo)管占木質(zhì)部的比率和樹體生長(zhǎng)勢(shì)呈正相關(guān)[1-5]，篩管、髓部面積的大小與樹體生長(zhǎng)勢(shì)沒有顯著相關(guān)性[1-2]。

但除了導(dǎo)管、篩管外，管胞和伴胞也是物質(zhì)運(yùn)輸?shù)闹饕ǖ溃诟涕?、梨上的研究表明，髓部、木栓形成層也可能是砧木致矮的因素[1,8-9]，且植物莖的各組織在生長(zhǎng)發(fā)育及物質(zhì)運(yùn)輸代謝過程中密切相關(guān)。因此，為了更加深入精確地研究蘋果矮化砧木1年生枝解剖結(jié)構(gòu)與矮化性的關(guān)系，對(duì)蘋果砧木1年生枝的解剖結(jié)構(gòu)進(jìn)行辨析很有必要。目前，有關(guān)蘋果1年生枝組織解剖結(jié)構(gòu)詳細(xì)深入的研究未見報(bào)道。本研究以Y-1蘋果矮化砧木為試材，運(yùn)用常規(guī)石蠟切片法制片，通過顯微鏡觀察辨析其1年生枝條各組織的解剖結(jié)構(gòu)，以期為更加深入精確地研究蘋果矮化砧木1年生枝解剖結(jié)構(gòu)與矮化性的關(guān)系提供理論依據(jù)與參考。

1 試材與方法

1.1 試驗(yàn)時(shí)間、地點(diǎn)

采樣于2015年10月下旬在山西省農(nóng)科院果樹研究所砧木課題組砧木資源圃進(jìn)行，石蠟切片制作于同年11月初在山西省農(nóng)科院果樹研究所實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行。

1.2 試驗(yàn)材料

選擇生長(zhǎng)健壯、無病蟲害的Y-1蘋果矮化砧木植株為試材。

1.3 試驗(yàn)方法

在供試植株?duì)I養(yǎng)生長(zhǎng)停止，頂芽形成，組織成熟后，取樹體北方位、中間部位、由剪口芽萌發(fā)的1年生發(fā)育枝，在中部取1 cm的枝段，然后以FAA固定液固定。枝樣用常規(guī)石蠟切片法制片，分橫切面和縱切面，用型號(hào)BX510 Olympus顯微鏡配置的型號(hào)DP71相機(jī)進(jìn)行顯微攝影。

2 結(jié)果與分析

2.1 大體結(jié)構(gòu)

對(duì)石蠟切片顯微觀察發(fā)現(xiàn)，蘋果矮化砧木Y-1 1年生枝的大體結(jié)構(gòu)（圖1A）和大多雙子葉植物莖結(jié)構(gòu)一樣，包括周皮（圖1A a）、皮層（圖1A b）、維管系統(tǒng)、髓（圖1A f、圖1B a）和髓射線（圖1B e），其中木質(zhì)部和韌皮部有初生結(jié)構(gòu)和次生結(jié)構(gòu)，由外到內(nèi)依次為：木栓層（圖1C a、圖1D a）、木栓形成層（圖1C b、圖1D b）、栓內(nèi)層（圖1C c、圖1D c）、皮層（圖1E a、圖1F a）、初生韌皮部（圖1G d、圖1H d）、次生韌皮部（圖1G b、圖1H b）、形成層（圖1G a、圖1H a）、次生木質(zhì)部（圖1B b）、初生木質(zhì)部（圖1B c）、髓部，韌皮射線（圖1G i）、木射線（圖1B d）、髓射線貫穿其中。木栓層、木栓形成層和栓內(nèi)層共同組成周皮，次生韌皮部、初生韌皮部、形成層、次生木質(zhì)部、初生木質(zhì)部及其貫穿其中的射線共同組成維管系統(tǒng)[10-16]。Y-11年生枝橫斷面各組織厚度依次為周皮0.0667 mm，皮層0.0426 mm，木質(zhì)部1.4879 mm，韌皮部0.1879 mm，髓部半徑0.2845 mm，枝條半徑2.0696 mm。

2.2 詳細(xì)結(jié)構(gòu)

2.2.1 周皮（圖1C、圖1D）周皮是一種次生保護(hù)組織，來源于初生結(jié)構(gòu)的表皮，隨著枝的加粗生長(zhǎng)，周皮逐漸代替了表皮，起保護(hù)作用；周皮通常在莖生長(zhǎng)的第1年即出現(xiàn)，以后可繼續(xù)加厚[17]；因此，蘋果矮化砧木Y-1 1年生枝應(yīng)該已形成周皮。構(gòu)成周皮的木栓層和栓內(nèi)層來源于木栓形成層，木栓形成層進(jìn)行平周分裂，向外衍生的細(xì)胞分化成木栓層，向內(nèi)形成栓內(nèi)層。木栓層細(xì)胞為木栓化的死細(xì)胞，呈磚形，排列整齊，缺乏細(xì)胞間隙，蘋果矮化砧木Y-1 1年生枝的木栓層有2～3層細(xì)胞，被番紅染成深紅色或棕色。木栓形成層（圖1C b、圖1D b）的細(xì)胞類似維管形成層，呈現(xiàn)高度液泡化，細(xì)胞間隙較小[17]。栓內(nèi)層細(xì)胞（圖1C c、圖1D c）為生活細(xì)胞，由常含葉綠體的薄壁細(xì)胞組成，細(xì)胞間隙比木栓形成層大[17-18]。

2.2.2 皮層（圖1E、圖1F）由圖1E和圖1F可看出，蘋果矮化砧木Y-1 1年生枝皮層（圖1E a、圖版1F a）位于周皮和維管束之間，主要由多層薄壁細(xì)胞構(gòu)成，具有明顯的細(xì)胞間隙，靠近周皮處有數(shù)層厚角組織（圖1E b、圖1F b），內(nèi)含葉綠體[17]；和栓內(nèi)層相比，皮層細(xì)胞的形狀與排列明顯不同，細(xì)胞較大且排列疏松。

2.2.3 維管柱（圖1G、圖1H、圖1I、圖1J）皮層以內(nèi)的部分稱為維管柱，它包含維管束、髓和髓射線。維管組織呈束狀，且各束在皮層的內(nèi)側(cè)呈環(huán)狀排列。每個(gè)維管束由木質(zhì)部、束內(nèi)形成層（圖1G a、圖1H a）、韌皮部組成，次生木質(zhì)部和次生韌皮部均來源于束內(nèi)形成層，束內(nèi)形成層進(jìn)行切向分裂，向外產(chǎn)生次生韌皮部，向內(nèi)產(chǎn)生次生木質(zhì)部，同時(shí)還產(chǎn)生徑向排列的次生韌皮射線（圖1G i）和次生木射線（圖1G h）。維管束與維管束之間的薄壁細(xì)胞是髓射線，來源于束間形成層，它內(nèi)連髓部，外通皮層，在橫斷面上呈輻射狀，有貯藏養(yǎng)料和橫向運(yùn)輸?shù)墓δ堋?/p>

（1）韌皮部。莖韌皮部包含初生韌皮部和次生韌皮部，二者的組成成分基本相同，均由篩管、伴胞、韌皮薄壁細(xì)胞和韌皮纖維組成，不同的是，次生韌皮部中具有初生韌皮部中沒有的薄壁細(xì)胞——韌皮射線。次生木質(zhì)部的韌皮射線細(xì)胞（圖1G i）成束排列，容易分辨，而初生韌皮部中的韌皮薄壁細(xì)胞在顯微條件下較難分辨。篩管和伴胞是植物輸導(dǎo)組織的組成分子，起運(yùn)輸同化產(chǎn)物的作用。篩管分子在橫切面上為多角形，但衰老的篩管及一些韌皮薄壁細(xì)胞常被擠毀[18]（被擠毀的衰老的篩管見圖1G j），而產(chǎn)生新的篩管分子。伴胞是一種特殊類型的薄壁組織細(xì)胞，一個(gè)篩管分子常結(jié)合一個(gè)或幾個(gè)伴胞[15]，且可以發(fā)生在篩管分子各個(gè)方向[19]；在橫切面上，伴胞比篩管分子小，多呈三角形、方形或梯形[17,19-20]；伴胞的原生質(zhì)濃厚[13]，和篩管相比染色較深（見圖G f）。初生韌皮部中的韌皮纖維在靠近皮層處成束分布形成一圈，其細(xì)胞是一種厚壁組織細(xì)胞，橫切面呈圓形、長(zhǎng)圓形或多角形，細(xì)胞壁很厚[10]。次生韌皮部和初生韌皮部之間的界線是不太明顯的，一般說來，次生韌皮部排列整齊。在木本植物的次生韌皮部中，有功能的韌皮部通常限于當(dāng)年產(chǎn)生的生長(zhǎng)層[17]，因此，研究砧木枝條篩管的解剖結(jié)構(gòu)與致矮能力的關(guān)系需選用接近形成層次生木質(zhì)部的篩管。

圖1 蘋果矮化砧Y-1 1年生枝解剖結(jié)構(gòu)

（2）木質(zhì)部（圖1I、圖1J）。形成層以內(nèi)、髓部以外為木質(zhì)部。蘋果1年生枝的木質(zhì)部包含初生木質(zhì)部和次生木質(zhì)部。次生木質(zhì)部和初生木質(zhì)部均由導(dǎo)管（圖1I a、圖1J a）、管胞、木纖維和木薄壁細(xì)胞組成。蘋果矮化砧木Y-1 1年生枝的維管柱和大多木本植物一樣，木質(zhì)部占大部分，其中的導(dǎo)管和管胞起向上運(yùn)輸水分和無機(jī)鹽的作用。導(dǎo)管比較容易辨認(rèn)，因?yàn)樗讖奖绕渌?xì)胞明顯大。管胞呈紡錘形單細(xì)胞，細(xì)胞壁木質(zhì)化，橫切面呈三角形、方形或多角形，常集合分布在木質(zhì)部[20]。纖維在橫切面上呈圓形、長(zhǎng)圓形或多角形，成群或束狀分布，且常比在同一木材中的管胞壁厚[21]。在木質(zhì)部中還存在一種管胞和纖維中間狀態(tài)的細(xì)胞，即纖維管胞，纖維管胞、纖維、管胞這3種細(xì)胞在顯微結(jié)構(gòu)下不易分辨[17,22]，所以，和矮化關(guān)系密切的管胞在顯微結(jié)構(gòu)下不易辨別。木薄壁組織細(xì)胞含有不同的后含物，常見的有淀粉和脂肪，具有貯藏營(yíng)養(yǎng)的功能[17]。木射線（圖1I b）由射線原始細(xì)胞衍生，細(xì)胞壁常木質(zhì)化[17-18]。

（3）髓部（圖1B）。蘋果砧木Y-1 1年生枝的蘋果莖的髓射線（圖1B e）很窄，只有1-2列細(xì)胞。髓位于莖中央，由薄壁細(xì)胞組成，具有細(xì)胞間隙，常貯有豐富養(yǎng)料。

3 結(jié)論與討論

3.1 大體結(jié)構(gòu)

本研究表明，蘋果矮化砧木Y-1 1年生枝的大體結(jié)構(gòu)包括周皮、皮層、維管系統(tǒng)、髓和髓射線，其中木質(zhì)部和韌皮部有初生結(jié)構(gòu)和次生結(jié)構(gòu)，由外到內(nèi)依次為：木栓層、木栓形成層、栓內(nèi)層、皮層、初生韌皮部、次生韌皮部、形成層、次生木質(zhì)部、初生木質(zhì)部、髓部，韌皮射線、木射線、髓射線貫穿其中。初生韌皮部和次生韌皮部組織界線不明顯。

3.2 導(dǎo)管、管胞、篩管

蘋果1年生枝次生維管組織處在初生韌皮部和初生木質(zhì)部之間，其向內(nèi)向外的擴(kuò)張使莖的內(nèi)部產(chǎn)生相當(dāng)大的壓力，這種壓力使得原生木質(zhì)部和衰老的篩管及一些韌皮薄壁細(xì)胞常漸漸被擠毀，而這些初生木質(zhì)部導(dǎo)管通常失去了輸導(dǎo)作用，衰老的篩管也被新生篩管分子所更新，且篩管的輸導(dǎo)作用常只能維持1～2年。所以，要研究具有輸導(dǎo)作用的莖組織器官應(yīng)以接近形成層、當(dāng)年產(chǎn)生的生長(zhǎng)層為宜。另外，導(dǎo)管由于周圍的薄壁細(xì)胞從紋孔處擠入其腔內(nèi)，形成侵填體而被堵塞，失去輸導(dǎo)功能[18]；篩管原生質(zhì)中往往含有P-蛋白，這種P-蛋白可以迅速而可逆地從凝縮狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)榉稚顟B(tài)，在此過程中它們堵塞篩管，從而控制篩管的輸導(dǎo)能力[17]。所以，結(jié)合本研究可以認(rèn)為，在顯微結(jié)構(gòu)下，與矮化關(guān)系密切的導(dǎo)管容易辨別，管胞難以辨別，篩管、伴胞可以辨別，但對(duì)具有輸導(dǎo)能力的導(dǎo)管、篩管需用更精細(xì)和先進(jìn)的技術(shù)方法進(jìn)行分辨研究。

3.3 枝條組織解剖結(jié)構(gòu)與致矮

在蘋果接穗品種和砧木本身枝條上的研究表明，枝條材皮比越大，樹體生長(zhǎng)勢(shì)越強(qiáng)[3,23]；蘋果砧木1年生枝材皮比在2～3為矮化，＞3為喬化，比值越大，樹體越喬化[1]。枝條導(dǎo)管的密度、總面積、孔徑越小，數(shù)量越少，占木質(zhì)部比例越小，樹體生長(zhǎng)勢(shì)就越弱[2]。在梨上的研究則認(rèn)為，砧木致矮是由于砧段的木栓形成層細(xì)胞層數(shù)多，使皮部的篩管分子在增粗的過程中承受更大的壓力，從而被擠壓變形、萎縮、破壞或消失，阻礙了碳水化合物向基部的運(yùn)輸，導(dǎo)致樹體矮化[9]。另外，在蘋果上的研究認(rèn)為，髓部及篩管的面積與砧木植株的體積無相關(guān)性[1]，而在柑橘上的研究與之相反，得出柑橘樹體從矮化到喬化，髓部的面積呈增大趨勢(shì)[8]。

筆者分別對(duì)M系與Y系蘋果矮化砧木解剖結(jié)構(gòu)進(jìn)行了研究，表明：蘋果砧木1年生枝木質(zhì)部從近皮部到近髓部，導(dǎo)管密度大多呈增大趨勢(shì)，導(dǎo)管面積大多呈減小趨勢(shì)；M系蘋果砧木1年生枝的周皮厚度、皮層厚度、髓部半徑、枝條半徑，周皮、皮層、髓部、枝條的面積，篩管面積均顯著小于喬化砧木，而木質(zhì)部占橫斷面積的百分比、近皮部導(dǎo)管密度、導(dǎo)管平均密度、近皮部導(dǎo)管面積/篩管面積、導(dǎo)管平均面積/篩管面積均顯著大于喬化砧木。得出，M系蘋果矮化砧木致矮的關(guān)鍵部位可能是韌皮部（主要是篩管）。Y系蘋果矮化砧木1年生枝髓部半徑及面積、近皮部導(dǎo)管面積、導(dǎo)管平均面積、木質(zhì)部厚度/韌皮部厚度、材皮比均顯著小于喬化砧木，而近皮部導(dǎo)管密度、韌皮部厚度/枝條半徑、韌皮部占橫斷面積的百分比均顯著大于喬化砧木；Y系蘋果矮化砧木嫁接品種1年生枝髓部半徑、近皮部導(dǎo)管面積/篩管面積、中部導(dǎo)管面積/篩管面積、近髓部導(dǎo)管面積/篩管面積、導(dǎo)管平均面積/篩管面積顯著小于喬化砧木。得出：Y系蘋果矮化砧可使接穗品種髓部變大，導(dǎo)管面積/篩管面積變小，Y系蘋果矮化砧木致矮關(guān)鍵部位可能是木質(zhì)部（主要是導(dǎo)管）。從M系和Y系的研究結(jié)論可以看出，矮化砧限制了髓部的生長(zhǎng)；砧木不同，可能致矮機(jī)理也不同。

今后應(yīng)運(yùn)用更先進(jìn)的技術(shù)對(duì)蘋果矮化砧木1年生枝的各組織解剖結(jié)構(gòu)與喬化砧木進(jìn)行更準(zhǔn)確精細(xì)的比較，以找出更多與矮化有關(guān)的組織特征，從枝條組織解剖結(jié)構(gòu)對(duì)蘋果矮砧致矮機(jī)理進(jìn)行更深入的探討。