歐李砧木對桃葉片解剖結(jié)構(gòu)和抗旱能力的影響

丁 杰，耿 杰，段艷婷，丁文軒，陳蘇丹，李秀珍

(河南科技大學(xué) 林學(xué)院，河南 洛陽 471023)

我國是世界桃(AmygdaluspersicaL.)第一生產(chǎn)大國，其在經(jīng)濟作物中占有重要位置[1]。目前關(guān)于桃的研究主要集中在桃種質(zhì)資源調(diào)查、良種培育、病蟲害防治、嫁接親和性等方面，且取得了豐碩的成果[2-4]。關(guān)于桃樹抗旱性研究主要集中在桃砧上，而嫁接后砧木對桃葉片結(jié)構(gòu)的影響研究鮮見[5]。

葉片是在大氣環(huán)境中暴露最多的植物器官，對環(huán)境變化較為敏感，變異性和可塑性都較大，但受遺傳的控制，葉片的結(jié)構(gòu)特征又具有穩(wěn)定性，通過葉片的結(jié)構(gòu)特征可以分析植物對外界環(huán)境的適應(yīng)性[6]。葉片越厚、角質(zhì)層越厚、氣孔密度越大、海綿組織越薄、柵欄組織越發(fā)達且細胞層數(shù)越多，葉片的抗旱性和水分控制能力越強，光合效率越高[7-8]。隸屬函數(shù)法是目前較常用的植物抗旱性評價方法之一，該法將各項相關(guān)指標納入評價體系，彌補了方差分析的不足，能更全面地反映品種的耐旱性，隸屬函數(shù)值及抗旱性度量值越大，其耐旱性越強，該法目前已廣泛應(yīng)用于蜜橘、芒果、小扁豆、玉米等作物的耐旱性評價[9]。

歐李(Cerasushumilis)與桃同屬于薔薇科，與桃具有較高的親和性[10]。目前關(guān)于桃和歐李的研究，主要集中在桃作為歐李的喬化砧木或歐李作為桃的矮化砧木等方面[11-12]，而嫁接后歐李對桃葉片的解剖結(jié)構(gòu)及抗旱性的影響尚未見報道，鑒于此，研究歐李砧木嫁接桃植株的葉片解剖結(jié)構(gòu)，分析不同桃葉片解剖結(jié)構(gòu)的差異及其抗旱性，為桃抗旱砧木的篩選和豐產(chǎn)栽培提供理論支持。

1 材料和方法

1.1 試驗材料

2018年6月，在河南省洛陽市紫鑫農(nóng)業(yè)有限公司，隨機選取2年生、生長健壯、無病蟲害的瑞蟠4號/歐李(試材)和瑞蟠4號/毛桃(對照)各5株，每株選4個方位，在同一方位選取長勢一致、長度粗度相近的2次長梢中部的成齡葉4片，用流水沖洗干凈，放入FAA固定液保存?zhèn)溆谩?/p>

1.2 葉片氣孔觀察

在固定過的葉片中部中脈兩側(cè)剪取1 cm×2 cm的小塊，用水沖洗干凈，放入5%NaOH溶液中離析12 h后，用鑷子撕取下表皮，40倍顯微鏡下觀察氣孔的大小(L2)(每視野測定1個氣孔的長寬)，每個葉片觀察15個視野，共300個視野，計算氣孔密度(L3)，L3=M/(3.14×r2)，其中，M為單個視野氣孔數(shù)，r為觀察視野的半徑。

1.3 葉片解剖結(jié)構(gòu)觀察

在固定過的葉片中部以葉脈為中心切取1 cm2左右小塊，參考李正理等[13]的石蠟切片技術(shù)制成永久切片，于顯微鏡下觀察葉片各組織，分別測定葉片厚度(L1)、上角質(zhì)層厚度(L4)、下角質(zhì)層厚度(L5)、上表皮厚度(L6)、下表皮厚度(L7)、柵欄組織厚度(L8)、海綿組織厚度(L9)、柵欄組織細胞長度(L13)和寬度(L14)、海綿組織細胞長度(L15)和寬度(L16)，并計算出柵海比(L10，柵欄組織厚度/海綿組織厚度)、組織緊密度(L11，柵欄組織厚度/葉片厚度)、組織疏松度(L12，海綿組織厚度/葉片厚度)。

1.4 數(shù)據(jù)分析

試驗數(shù)據(jù)采用SPSS 21.0軟件和Excel 2016軟件進行處理，利用方差分析法、主成分分析法及隸屬函數(shù)法對數(shù)據(jù)進行分析。

通過主成分分析法確定各指標權(quán)重并進行隸屬函數(shù)分析。參照郭素娟等[14]的方法，得出不同嫁接桃組合的抗旱性度量值(D)：

R(Lij)=(Lij-Lmin)/(Lmax-Lmin)

(1)

R(Lij)=1-(Lij-Lmin)/(Lmax-Lmin)

(2)

式中：m表示指標個數(shù)，R(Lij)表示i品種j指標的隸屬函數(shù)值，Wj表示j指標的權(quán)重，Lij為指標測量值，Lmin和Lmax分別為參試品種葉片某一指標的最小值和最大值，當指標與抗旱性呈正相關(guān)時用公式(1)，呈負相關(guān)時用公式(2)。

2 結(jié)果與分析

2.1 桃葉片氣孔和解剖結(jié)構(gòu)觀察

2.1.1 桃葉片厚度及表皮組織結(jié)構(gòu)比較 如圖1所示，無論歐李砧木還是毛桃砧木，瑞蟠4號桃葉片的橫切面均含有角質(zhì)層和表皮層，上下角質(zhì)層厚度呈線狀，上下表皮細胞均為一層且呈長方形。由表1可以看出，歐李砧與毛桃砧相比，瑞蟠4號桃葉片厚度、氣孔大小、上下角質(zhì)層厚度和上下表皮厚度均顯著增大，其中，歐李砧的瑞蟠4號桃葉片下角質(zhì)層厚度增加最多，比毛桃砧的增厚46.15%，葉片增厚24.54%，上角質(zhì)層增厚11.82%，上表皮增厚8.98%，下表皮增厚8.17%，氣孔大小增加7.73%。但氣孔密度差異不顯著。

a.瑞蟠4號/歐李; b.瑞蟠4號/毛桃a.Ruipan 4/Cerasus humilis; b.Ruipan 4/Prunus persica圖1 2種桃葉片解剖結(jié)構(gòu)Fig.1 Anatomy of two peach leaves

嫁接桃組合Grafted peach combina-tionL1/μmL2/μm2L3/(個/μm2)L4/μmL5/μmL6/μmL7/μm瑞蟠4號/歐李Ruipan 4/Cerasus humilis163.20±1.61a793.98±5.04a274.83±2.61a3.50±0.10a2.47±0.09a17.97±0.39a10.73±0.29a瑞蟠4號/毛桃Ruipan 4/Prunus persica 131.04±0.89b 737.01±3.92b275.42±2.55a3.13±0.10b1.69±0.07b16.49±0.47b9.92±0.29b

注：同列數(shù)據(jù)后標不同小寫字母表示在0.05水平差異顯著，表2同。

Note: Different lowercase letters after the same column data show significant difference at 0.05 level.Tab.2 is identical.

2.1.2 桃葉肉解剖結(jié)構(gòu)特征比較 由圖1可知，歐李砧和毛桃砧的瑞蟠4號桃葉肉組織結(jié)構(gòu)相似，葉片柵欄組織均由2～3層柱狀細胞組成，不同層細胞近等長、排列整齊且緊密，海綿組織細胞大多呈不規(guī)則形狀，排列不整齊且分布十分疏松。由表2可以看出，歐李砧與毛桃砧相比，瑞蟠4號桃葉片柵欄組織厚度、海綿組織厚度、柵海比、組織緊密度、組織疏松度及柵欄組織細胞長度均具有顯著差異，其中，歐李砧的瑞蟠4號葉片柵海比增加最多，比毛桃砧的增加15.17%，柵欄組織厚度增加6.67%，組織疏松度降低最多，為24.24%，組織緊密度降低14.58%，柵欄組織細胞長度降低8.02%，海綿組織厚度降低7.11%，但柵欄組織細胞寬度、海綿組織細胞長度和寬度差異不顯著。

表2 桃葉肉解剖結(jié)構(gòu)特征比較Tab.2 Comparison of anatomical structure characteristics of peach mesophyll

2.2 桃抗旱指標權(quán)重確定

測定的16項指標間存在一定相關(guān)性，反映的信息具有一定重疊性，因此不能直接用于分析抗旱性。本研究通過主成分分析確定16項指標反映抗旱性時所占權(quán)重。由表3可知，第1主成分貢獻率為79.890%，其中，氣孔密度、海綿組織厚度、柵欄組織厚度、柵欄組織細胞長度和寬度、海綿組織細胞長度和寬度、組織緊密度等在第1主成分上載荷較高，表明氣孔密度、柵欄組織厚度、柵海比、柵欄組織細胞長度和寬度、海綿組織細胞長度和寬度、組織緊密度等越大，桃的抗旱性越強。第2主成分貢獻率為13.700%，其中，葉片厚度、上下角質(zhì)層厚度、上下表皮厚度、氣孔大小、組織疏松度等在第2主成分上載荷較高，表明葉片厚度、上下角質(zhì)層厚度、上下表皮厚度等越大，氣孔大小、組織疏松度等越小，桃的抗旱性越強。前2個主成分貢獻率累積達到93.590%，與抗旱能力相關(guān)性較大，因此提取前2個主成分分析嫁接桃組合的抗旱性。

表3 2個桃組合16項指標的主成分分析Tab.3 Principal component analysis of 16 indexes of two peach combinations

根據(jù)主成分載荷矩陣求得主成分F1、F2的表達式分別為：

F1=-0.013L1+0.075L2+0.206L3+0.164L4+0.091L5+0.181L6+0.186L7+0.157L8+0.251L9+0.182L10+0.270L11+0.157L12+0.254L13+0.189L14+0.212L15+0.225L16

F2=0.664L1+0.641L2+0.400L3+0.490L4+0.596L5+0.497L6+0.491L7+0.547L8+0.281L9+0.589L10+0.153L11+0.547L12+0.225L13+0.379L14+0.410L15+0.346L16

根據(jù)2個主成分的權(quán)重，求得主成分F的表達式為：F=(λ1F1+λ2F2)/(λ1+λ2)，式中：λ1、λ2分別為2個主成分的特征根。

即：F=0.086L1+0.158L2+0.234L3+0.211L4+0.165L5+0.227L6+0.231L7+0.214L8+0.256L9+0.195L10+0.253L11+0.214L12+0.250L13+0.217L14+0.241L15+0.243L16

上述表達式中，指標前系數(shù)值(權(quán)重)越大，越能反映桃的抗旱性，16項指標反映桃抗旱能力的順序為：海綿組織厚度(0.256)>組織緊密度(0.253)>柵欄組織細胞長度(0.250)>海綿組織細胞寬度(0.243)>海綿組織細胞長度(0.241)>氣孔密度(0.234)>下表皮厚度(0.231)>上表皮厚度(0.227)>柵欄組織細胞寬度(0.217)>柵欄組織厚度(0.214)=組織疏松度(0.214)>上角質(zhì)層厚度(0.211)>柵海比(0.195)>下角質(zhì)層厚度(0.165)>氣孔大小(0.158)>葉片厚度(0.086)。

2.3 2個桃組合抗旱性的隸屬函數(shù)及綜合評價

根據(jù)隸屬函數(shù)法求得2個桃組合16個指標的隸屬函數(shù)值(R)，結(jié)合主成分分析法求出各指標權(quán)重，計算抗旱性度量值(D)，抗旱性度量值越大抗旱性越強[9]。由表4可知，瑞蟠4號/歐李的抗旱性度量值大于瑞蟠4號/毛桃，因此，瑞蟠4號/歐李的抗旱性比瑞蟠4號/毛桃強。

表4 2個桃組合抗旱性的隸屬函數(shù)值(R)和抗旱性度量值(D)Tab.4 Membership function value(R) and drought resistance measure value(D) of drought resistance of two peach combinations

3 結(jié)論與討論

葉片解剖結(jié)構(gòu)的差異是葉片與環(huán)境條件長期相互作用的結(jié)果，反映了植物對干旱條件的適應(yīng)性[15]。相關(guān)研究表明，葉片大小及厚度、角質(zhì)層厚度、表皮厚度、氣孔大小及密度、柵欄組織及細胞大小、海綿組織及細胞大小、柵欄組織與海綿組織之比等可以作為篩選抗旱品種的指標[6，16]。葉片和角質(zhì)層越厚的植物抗旱性越強[16]。孟慶杰等[17]、劉紅茹等[18]、郭改改等[9]研究發(fā)現(xiàn),隨著抗旱能力的增強，葉片厚度也增加。郭改改等[9]、劉捷平[19]、薛智德等[20]發(fā)現(xiàn)，葉片角質(zhì)層增厚可以減少水分的蒸發(fā)，耐旱性越強的品種其葉片角質(zhì)層厚度越厚。表皮具有保護和貯存水分的作用，周媛等[21]發(fā)現(xiàn)，葉片表皮越厚則貯存水分的能力越強，植株的抗旱性越強。翟曉巧等[22]、王鋒堂等[23]發(fā)現(xiàn)，當葉片的氣孔越小、氣孔密度越大時，植株的抗旱性越強。徐揚等[24]、桂毓等[25]、曹林青等[26]、樊衛(wèi)國等[27]認為，植株的抗旱能力越強，葉片的柵欄組織越厚，柵海比越高，組織緊密度越大或組織疏松度越小。本試驗中瑞蟠4號/歐李與瑞蟠4號/毛桃相比，增加了葉片厚度、上下角質(zhì)層厚度、上下表皮厚度、柵欄組織厚度和柵海比，減小了海綿組織厚度、組織疏松度、柵欄組織細胞大小和海綿組織細胞大小，從而提高植株的抗旱性。

本研究采用基于多項指標的隸屬函數(shù)法進行抗旱性比較，同時根據(jù)主成分分析確定權(quán)重可以提高抗旱性評價的準確性，避免評價結(jié)果的單一片面性，使分析結(jié)果更加客觀可靠[14]。楊森等[28]通過隸屬函數(shù)對5個品系橡膠樹葉片進行抗旱性評價，得出保亭933品系的抗旱性最強。何彩云等[29]運用隸屬函數(shù)法評價不同沙棘抗旱性發(fā)現(xiàn)，鄉(xiāng)土種中國沙棘的抗旱性大于引進的大果沙棘。本研究通過運用隸屬函數(shù)法結(jié)合各指標所占權(quán)重綜合得出，瑞蟠4號/歐李的抗旱性比瑞蟠4號/毛桃強，歐李砧木能提高桃的抗旱能力，為近一步研究桃抗旱砧木的篩選和豐產(chǎn)栽培提供理論支持。