蘋果矮化中間砧對(duì)接穗品種枝條輸導(dǎo)組織解剖結(jié)構(gòu)的影響

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

(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)

隨著矮化砧在全球蘋果生產(chǎn)中的廣泛應(yīng)用，人們對(duì)其致矮機(jī)理的研究也越來(lái)越深入。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)、同化物及礦質(zhì)元素、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[1-5]，對(duì)致矮的關(guān)鍵部位是木質(zhì)部還是韌皮部觀點(diǎn)不一。結(jié)構(gòu)決定功能，從解剖結(jié)構(gòu)研究蘋果砧木致矮的關(guān)鍵部位很有必要。在砧穗互作方面，砧木的影響占主導(dǎo)地位，對(duì)接穗品種有向自身特性轉(zhuǎn)化的趨勢(shì)。因此，研究蘋果矮化砧對(duì)接穗品種1 a生枝輸導(dǎo)組織解剖結(jié)構(gòu)的影響，對(duì)弄清蘋果砧木致矮的關(guān)鍵部位、探討蘋果砧木致矮機(jī)理有重要意義。

從解剖結(jié)構(gòu)研究蘋果砧木多集中在砧木本身與其矮化性的關(guān)系上[6-12]，研究砧木對(duì)接穗品種影響的報(bào)道[13-15]較少，且研究結(jié)果大多一致，即砧木及嫁接植株枝條木質(zhì)部橫斷面及其占枝條橫斷面積的比例，導(dǎo)管密度，面積及其占木質(zhì)部的比例與樹體生長(zhǎng)勢(shì)呈正相關(guān)，而韌皮部則與之呈負(fù)相關(guān)，在柑橘[16-17]、山楂[18]、甜櫻桃[19]、山核桃[20]上的研究也得出相似的結(jié)論。對(duì)嫁接組合體的研究表明，矮化中間砧嫁接組合體新梢的木質(zhì)部厚度/韌皮部厚度的比值與砧木致矮能力呈正相關(guān)[15]?？傊?，砧木對(duì)接穗品種的影響結(jié)論并不明晰，但大多研究者認(rèn)為，矮化中間砧通過(guò)影響葉片、新梢與莖段的結(jié)構(gòu)而影響整株的生理代謝，使樹體生長(zhǎng)勢(shì)下降，在形態(tài)上表現(xiàn)為矮化。

前人對(duì)矮砧枝條解剖結(jié)構(gòu)的研究比較粗略。由于從枝條近皮部到近髓部，導(dǎo)管密度和孔徑大小有所差異，因此對(duì)近皮部、中部、近髓部導(dǎo)管分別進(jìn)行研究則更加細(xì)化。本研究以不同致矮能力的Y系蘋果矮化砧植株及其中間砧嫁接植株為試材，以野生山定子為對(duì)照，通過(guò)石蠟切片法，結(jié)合AutoCAD軟件，更加精確地研究不同致矮能力蘋果矮化砧與其接穗品種1 a生枝各組織尤其是不同部位導(dǎo)管的解剖結(jié)構(gòu)，分析蘋果矮化砧對(duì)接穗品種1 a生枝各組織尤其是主要輸導(dǎo)組織結(jié)構(gòu)及其比例的影響，為探討蘋果矮化砧致矮關(guān)鍵部位、揭示蘋果矮化砧致矮機(jī)理提供參考與理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試 材

試驗(yàn)設(shè)在山西省農(nóng)科院果樹研究所砧木課題組試驗(yàn)園。選擇相同樹齡、生長(zhǎng)勢(shì)及管理一致、生長(zhǎng)健壯、無(wú)病蟲害的5 a生Y系砧木樹及其5 a生嫁接樹為試材，砧木品種有已通過(guò)審定的極矮化砧‘Y-B094’、矮化砧‘Y-B009’、半矮化砧‘Y-C002’，以實(shí)生喬化砧山定子為對(duì)照；嫁接樹以八棱海棠為基砧，以上述對(duì)應(yīng)的砧木為中間砧，以‘長(zhǎng)富2號(hào)’為接穗。試材順序排列，單株小區(qū)，每個(gè)處理設(shè)3次重復(fù)。

1.2 方 法

砧木樹樣本來(lái)源于砧木樹所生枝條，嫁接樹樣本來(lái)源于接穗所生枝條。于2016年10月，蘋果樹體營(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng)停止，頂芽形成，組織成熟后，取各處理植株相同方位、由剪口芽萌發(fā)的1 a生發(fā)育枝，在中部取1 cm的枝段，立即放入FAA固定液固定。各處理設(shè)3次重復(fù)。枝樣用常規(guī)石蠟切片法制片。每個(gè)重復(fù)選2個(gè)切片，每個(gè)切片選取2個(gè)視野，用顯微鏡(型號(hào)BX510 Olympus)配置的相機(jī)(型號(hào)DP71)結(jié)合DPController軟件進(jìn)行顯微攝影，然后把圖片導(dǎo)入AutoCAD2008-Simplified Chinese軟件對(duì)各指標(biāo)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)測(cè)量，最后根據(jù)比例尺將各指標(biāo)換算成實(shí)際大小數(shù)據(jù)。

測(cè)量統(tǒng)計(jì)：周皮、皮層、韌皮部、木質(zhì)部的厚度，髓部和枝條的半徑；近皮部、中部、近髓部次生木質(zhì)部導(dǎo)管的密度、面積，篩管面積。

導(dǎo)管密度的統(tǒng)計(jì)方法：在AutoCAD2008-Simplified Chinese軟件中畫1 mm2的正方形框，統(tǒng)計(jì)框內(nèi)導(dǎo)管的個(gè)數(shù)；方框邊界導(dǎo)管面積大于1/2，則計(jì)數(shù)，反之，不計(jì)數(shù)。

計(jì)算測(cè)量統(tǒng)計(jì)指標(biāo)的比例：周皮、皮層、韌皮部、木質(zhì)部的厚度與枝條的比例，髓部半徑與枝條半徑的比例；近皮部、中部、近髓部導(dǎo)管的面積與篩管面積的比例，導(dǎo)管平均面積與篩管面積的比例。

1.3 數(shù)據(jù)處理

用Excel 2003和SPSS 18統(tǒng)計(jì)軟件對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，以“平均數(shù)±標(biāo)準(zhǔn)差”表示。

2 結(jié)果與分析

2.1 蘋果矮化中間砧對(duì)接穗品種1 a生枝各組織厚度的影響

對(duì)Y系不同致矮能力蘋果矮化砧及其中間砧接穗品種1 a生枝橫斷面上周皮、皮層、韌皮部、木質(zhì)部的厚度，髓部、枝條的半徑進(jìn)行測(cè)量，以分析蘋果矮化砧對(duì)接穗品種各組織厚度的影響。結(jié)果見表1和圖1。

表1顯示，3個(gè)蘋果矮化砧1 a生枝髓部半徑顯著小于喬化砧，而對(duì)于接穗品種，卻大于或顯著大于喬化砧，但無(wú)論是砧木本身還是接穗品種，3個(gè)矮化砧1 a 生枝髓部半徑與致矮能力均沒(méi)有顯著相關(guān)性。上述情況表明，砧木對(duì)接穗品種的髓部半徑趨同作用不明顯。

表1 蘋果矮化中間砧與接穗品種1 a生枝各組織的厚度Table 1 The tissue thickness of 1-year branch in apple dwarfing interstock and scion mm

注：數(shù)據(jù)后不同字母表示砧木樹或嫁接樹4個(gè)處理間差異顯著(P<0.05)。下同。

Note：Different letters in each column stand for the significant difference(P<0.05) among 4 treatments of rootstock tree or grafted tree. The same below.

A1.砧木樹 Y-B094 Rootstock tree Y-B094；A2. 砧木樹Y-B009 Rootstock tree Y-B009;A3.砧木樹 Y-C002 Rootstock tree Y-C002；A4.砧木樹 山定子 Rootstock treeMalusbaccataBorkh；B1.嫁接樹 Y-B094 Grafted tree Y-B094；B2. 嫁接樹Y-B009 Grafted tree Y-B009；B3. 嫁接樹Y-C002 Grafted tree Y-C002；B4.嫁接樹 山定子 Grafted treeMalusbaccataBorkh.

圖1蘋果砧木及其接穗品種1a生枝橫斷面各組織的結(jié)構(gòu)(4×)
Fig.1Thecrosssectionstructureofthedifferenttissuesof1-yearbranchofapplerootstockandscion

2.2 蘋果矮化中間砧對(duì)接穗品種1 a生枝主要輸導(dǎo)組織結(jié)構(gòu)的影響

對(duì)Y系不同致矮能力蘋果矮化砧及其中間砧接穗品種1 a生枝橫斷面上主要輸導(dǎo)組織結(jié)構(gòu)進(jìn)行測(cè)量，以分析蘋果矮化砧對(duì)接穗品種1 a 生枝主要輸導(dǎo)組織結(jié)構(gòu)的影響。結(jié)果見表2和圖2。

植物維管束中的導(dǎo)管和篩管是植物地下部水分、營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)上運(yùn)和地上部同化物質(zhì)、激素等物質(zhì)下運(yùn)的主要輸導(dǎo)組織。由表2可知，Y系蘋果矮化砧1 a生枝的近皮部導(dǎo)管密度顯著大于喬化砧，近皮部導(dǎo)管面積、導(dǎo)管平均面積顯著小于喬化砧；對(duì)于供試接穗品種植株，1a生枝的導(dǎo)管、篩管結(jié)構(gòu)與樹體生長(zhǎng)勢(shì)沒(méi)有顯著相關(guān)性。因此，蘋果矮砧對(duì)接穗品種解剖結(jié)構(gòu)1 a生枝主要輸導(dǎo)組織組織密度及面積的影響沒(méi)有規(guī)律，且趨同作用不明顯。

注：導(dǎo)管平均密度=(近皮部導(dǎo)管密度+中部導(dǎo)管密度+近髓部導(dǎo)管密度)/3，導(dǎo)管平均面積=(近皮部導(dǎo)管平均面積+中部導(dǎo)管平均面積+近髓部導(dǎo)管平均面積)/3。下同。

Note: Average vessel density =(Vessel density near to phloem+ Middle vessel density+ Vessel density near to pith)/3，Average vessel area=(Vessel area near to phloem+Middle vessel area+Vessel area near to pith) /3.The same below.

A1.砧木樹 Y-B094 近髓部導(dǎo)管 Rootstock tree Y-B094 vessel near to pith；A2.砧木樹 Y-B094 中部導(dǎo)管 Rootstock tree Y-B094 middle vessel；A3.砧木樹 Y-B094 近皮部導(dǎo)管 Rootstock tree Y-B094 vessel near to phloem；A4.砧木樹 Y-B094 篩管 Rootstock tree Y-B094 sieve tube；B1.砧木樹 Y-B009 近髓部導(dǎo)管 Rootstock tree Y-B009 vessel near to pith；B2.砧木樹 Y-B009 中部導(dǎo)管 Rootstock tree Y-B009 middle vessel；B3.砧木樹 Y-B009 近皮部導(dǎo)管 Rootstock tree Y-B009 vessel near to phloem；B4.砧木樹 Y-B009 篩管 Rootstock tree Y-B009 sieve tube；C1.砧木樹 Y-C002近髓部導(dǎo)管 Rootstock tree Y-C002 vessel near to pith；C2.砧木樹Y-C002 中部導(dǎo)管 Rootstock tree Y-C002 middle vessel；C3.砧木樹Y-C002 近皮部導(dǎo)管 Rootstock tree Y-C002 vessel near to phloem；C4.砧木樹Y-C002 篩管 Rootstock tree Y-C002 sieve tube；D1.砧木樹 山定子 近髓部導(dǎo)管 Rootstock treeMalusbaccataBorkh. vessel near to pith；D2.砧木樹 山定子 中部導(dǎo)管 Rootstock treeMalusbaccataBorkh. middle vessel；D3.砧木樹 山定子 近皮部導(dǎo)管 Rootstock treeMalusbaccataBorkh. vessel near to phloem；D4.砧木樹 山定子 篩管 Rootstock treeMalusbaccataBorkh. sieve tube；E1.嫁接樹 Y-B094 近髓部導(dǎo)管 Grafted tree Y-B094 vessel near to pith；E2.嫁接樹 Y-B094 中部導(dǎo)管 Grafted tree Y-B094 middle vessel；E3.嫁接樹 Y-B094 近皮部導(dǎo)管 Grafted tree Y-B094 vessel near to phloem；E4.嫁接樹 Y-B094 篩管 Grafted tree Y-B094 sieve tube；F1.嫁接樹 Y-B009 近髓部導(dǎo)管 Grafted tree Y-B009 vessel near to pith；F2.嫁接樹 Y-B009 中部導(dǎo)管 Grafted tree Y-B009 middle vessel；F3.嫁接樹 Y-B009 近皮部導(dǎo)管 Grafted tree Y-B009 vessel near to phloem；F4.嫁接樹 Y-B009 篩管 Grafted tree Y-B009 sieve tube；G1.嫁接樹 Y-C002近髓部導(dǎo)管 Grafted tree Y-C002 vessel near to pith；G2.嫁接樹Y-C002 中部導(dǎo)管 Grafted tree Y-C002 middle vessel；G3.嫁接樹Y-C002 近皮部導(dǎo)管 Grafted tree Y-C002 vessel near to phloem；G4.嫁接樹Y-C002 篩管 Grafted tree Y-C002 sieve tube；H1.嫁接樹 山定子 近髓部導(dǎo)管 Grafted treeMalusbaccataBorkh. vessel near to pith；H2.嫁接樹 山定子 中部導(dǎo)管 Grafted treeMalusbaccataBorkh. middle vessel；H3.嫁接樹 山定子 近皮部導(dǎo)管 Grafted treeMalusbaccataBorkh. vessel near to phloem；H4.嫁接樹 山定子 篩管 Grafted treeMalusbaccataBorkh. sieve tube

圖2蘋果砧木及其接穗品種1a生枝不同部位導(dǎo)管及篩管結(jié)構(gòu)(40×)
Fig.2Thestructureonvesselindifferentpartandsievetubeof1-yearbranchinapplerootstockandscion(40×)

2.3 蘋果矮化中間砧對(duì)接穗品種1 a生枝各組織厚度比例的影響

對(duì)Y系不同致矮能力蘋果矮化砧及其矮化中間砧接穗品種1 a生枝橫斷面上厚度的比例進(jìn)行計(jì)算，以分析蘋果矮化砧對(duì)接穗品種1 a 生枝橫斷面上厚度比例的影響。結(jié)果見表3和圖1。

由表3可見，Y系蘋果矮化砧1 a生枝的韌皮部厚度/枝條半徑顯著大于喬化砧，而木質(zhì)部厚度/韌皮部厚度顯著小于喬化砧，這與前人[6,8-10]研究結(jié)論一致。對(duì)于供試砧木接穗品種1 a生枝，大體結(jié)構(gòu)厚度的比例與樹體生長(zhǎng)勢(shì)沒(méi)有顯著相關(guān)性。上述結(jié)果說(shuō)明，蘋果矮砧對(duì)接穗品種1 a生枝解剖結(jié)構(gòu)大體結(jié)構(gòu)厚度比例的影響沒(méi)有明顯規(guī)律，且趨同作用不明顯。

“2.1”中結(jié)果表明，3個(gè)供試蘋果矮化砧1 a生枝髓部半徑顯著小于喬化砧，而本節(jié)中對(duì)髓部厚度/枝條半徑的研究結(jié)果與之不一致，這說(shuō)明Y系蘋果矮化砧1 a生枝各組織結(jié)構(gòu)的絕對(duì)值與相對(duì)值研究結(jié)果并不一致，而且蘋果砧木致矮不是單一部位作用的結(jié)果，是各組織綜合作用引起樹體物質(zhì)代謝失衡造成的。因此，從解剖結(jié)構(gòu)研究蘋果砧木致矮機(jī)理，研究各組織結(jié)構(gòu)比例更為科學(xué)。

表3 蘋果矮化中間砧與接穗品種1 a生枝橫斷面上各組織厚度的比例Table 3 The ratio among tissues thickness of 1-year branch in dwarfing apple intertstock and scion

2.4 蘋果矮化中間砧對(duì)接穗品種1 a生枝主要輸導(dǎo)組織面積比例的影響

對(duì)Y系不同致矮能力蘋果矮化砧及其中間砧接穗品種1 a生枝橫斷面上主要輸導(dǎo)組織面積比進(jìn)行計(jì)算，以分析蘋果矮化砧對(duì)接穗品種1 a生枝橫斷面上主要輸導(dǎo)組織面積比例的影響(表4)。

由表4可見，Y系蘋果矮化砧1 a生枝維管組織面積的比例與其致矮能力沒(méi)有顯著相關(guān)性，而其接穗品種1 a生枝近皮部導(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/篩管面積大體小于或顯著小于喬化砧。上述結(jié)果表明，蘋果矮砧可使接穗品種導(dǎo)管面積與篩管面積的比例變小。

3 討 論

木質(zhì)部導(dǎo)管和韌皮部篩管是植物地下部水分、營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)上運(yùn)和地上部同化物質(zhì)、激素等物質(zhì)下運(yùn)的主要輸導(dǎo)組織，組織越發(fā)達(dá)，輸導(dǎo)能力越強(qiáng)。本研究結(jié)果顯示，Y系蘋果矮化砧1 a生枝近皮部導(dǎo)管面積、導(dǎo)管平均面積、木質(zhì)部厚度/韌皮部厚度均顯著小于喬化砧，而近皮部導(dǎo)管密度、韌皮部厚度/枝條半徑均顯著大于喬化砧；Y系蘋果矮化中間砧接穗品種1 a生枝近皮部導(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/篩管面積大體小于或顯著小于喬化砧。上述結(jié)果表明，雖然在各個(gè)所測(cè)指標(biāo)上，Y系蘋果矮化砧對(duì)其接穗品種對(duì)應(yīng)的趨同作用不明顯，但在宏觀上，無(wú)論是砧木本身，還是其接穗品種，與喬化砧木相比，均是矮化砧木及其嫁接品種樹體的木質(zhì)部(主要是導(dǎo)管)生長(zhǎng)較弱，韌皮部(主要是篩管)生長(zhǎng)較發(fā)達(dá)。因此，Y系蘋果矮化砧致矮可能是因?yàn)槟举|(zhì)部對(duì)嫁接樹體的生長(zhǎng)起制約作用，這和前人從解剖結(jié)構(gòu)及其他方面的眾多研究[2-3,21-26]一致，即蘋果矮化砧致矮是因?yàn)槟举|(zhì)部阻礙地下部水分及營(yíng)養(yǎng)等物質(zhì)向地上部的運(yùn)輸所致。綜上所述，認(rèn)為Y系蘋果矮化砧的致矮關(guān)鍵部位可能是木質(zhì)部。然而，近年來(lái)，隨著從酶、激素及其組學(xué)等方面對(duì)蘋果矮砧進(jìn)一步的研究[2-3,23-27]，人們?cè)絹?lái)越認(rèn)為，在致矮機(jī)理中，和木質(zhì)部相比，韌皮部的致矮作用更為重要，即韌皮部阻礙有機(jī)物質(zhì)、激素等向地下部的運(yùn)輸，影響根系生長(zhǎng)，從而造成樹體矮化。筆者前期對(duì)M系的研究結(jié)果也支持上述觀點(diǎn)，即M系蘋果矮化砧1 a生枝的篩管面積顯著小于喬化砧，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。楊廷楨等[15]對(duì)嫁接組合體的研究也表明，5種中間砧(‘M26’‘SH1’‘Y-1’‘Y-B094’‘Y-C002’)嫁接組合體的木質(zhì)部厚度/韌皮部厚度的比值與砧木致矮能力呈正相關(guān)，即木質(zhì)部厚度越大，韌皮部厚度越小，砧木致矮能力越強(qiáng)[15]。因此，砧木品種不同，致矮機(jī)理可能也不同，對(duì)蘋果矮砧的致矮關(guān)鍵部位及其致矮機(jī)理有待從各個(gè)方面并結(jié)合分子生物學(xué)進(jìn)行深入研究。

表4 蘋果矮化中間砧與接穗品種1 a生枝橫斷面上主要輸導(dǎo)組織面積的比例Table 4 The ratio among vascular tissues area of 1-year branch in apple dwarfing intertstock and scion

本研究還得出，Y系蘋果矮砧對(duì)接穗品種解剖結(jié)構(gòu)1 a生枝橫斷面其他所測(cè)指標(biāo)影響規(guī)律不明顯，但可使導(dǎo)管面積與篩管面積的比例變小，這也印證蘋果砧木致矮不是單一部位作用的結(jié)果，而是主要輸導(dǎo)組織結(jié)構(gòu)比例失調(diào)，引起樹體物質(zhì)運(yùn)輸失衡造成的[28]。由于輸導(dǎo)組織中有填充體，所以有待對(duì)具有輸導(dǎo)能力的導(dǎo)管、篩管與矮化性的關(guān)系進(jìn)行更細(xì)致的研究。另外，結(jié)合本研究及筆者前期對(duì)M系的研究發(fā)現(xiàn)，Y系蘋果矮化砧1 a 生枝解剖結(jié)構(gòu)與致矮能力的相關(guān)性沒(méi)有M系的規(guī)律性強(qiáng)，可能與二者致矮機(jī)理不同有關(guān)。

4 結(jié) 論

Y系蘋果矮化砧可使接穗品種導(dǎo)管面積/篩管面積變小、木質(zhì)部生長(zhǎng)減弱、韌皮部生長(zhǎng)加強(qiáng)。宏觀上，Y系蘋果矮化砧對(duì)接穗品種有趨同作用。Y系蘋果矮化砧的致矮關(guān)鍵部位可能是木質(zhì)部。結(jié)合筆者前期對(duì)M系蘋果砧木的研究結(jié)果來(lái)看，M系的致矮關(guān)鍵部位可能是韌皮部，所以蘋果矮砧品系不同，致矮關(guān)鍵部位可能也不同，此結(jié)論有待從其他方面進(jìn)一步驗(yàn)證。