‘庫爾勒香梨’長果枝花序不同序位維管束與萼片脫落關(guān)系的研究

陳 燕，馬宏玉，余榮榮，陳小藝，包建平,,，吳翠云,,，張 銳,,,陶書田

(1. 塔里木大學(xué) 植物科學(xué)學(xué)院，新疆 阿拉爾 843300；2. 新疆生產(chǎn)建設(shè)兵團(tuán)塔里木盆地生物資源保護(hù)利用重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，新疆阿拉爾 843300；3. 南疆特色果樹高效優(yōu)質(zhì)栽培與深加工技術(shù)國家地方聯(lián)合工程實(shí)驗(yàn)室，新疆阿拉爾 843300；4. 南京農(nóng)業(yè)大學(xué) 園藝學(xué)院，南京 210095)

庫爾勒香梨(PyrusbrestschneideriRehd)簡稱香梨，屬薔薇科、梨屬中的白梨系統(tǒng)[1]，其果實(shí)香味濃郁、皮薄、肉細(xì)、多汁，品質(zhì)優(yōu)良，被譽(yù)為梨中珍品[2]。由于遺傳因素影響，香梨存在嚴(yán)重的萼片宿存現(xiàn)象，極大地影響了其品質(zhì)和外觀，對銷售及經(jīng)濟(jì)效益造成了一定影響。

關(guān)于引起香梨萼片脫落與宿存的原因，已有的研究從不同方面進(jìn)行了探討，徐勝利等[3]認(rèn)為香梨萼片是否脫落與花粉直感效應(yīng)引起的激素變化有關(guān)。賈曉輝等[4]研究顯示宿萼果的IAA含量和(ZR+IAA+GA3)/ABA顯著高于脫萼果，ABA含量則顯著低于脫萼果。李長江等[5]研究發(fā)現(xiàn)子房中的IAA、ZR及GA3含量過高均會(huì)導(dǎo)致香梨果萼宿存，子房下部IAA及ZR的含量過高對果萼宿存均有顯著的影響；花柱中ABA的積累增多會(huì)導(dǎo)致果萼宿存；子房中ABA的含量高有利于果萼脫落。王博慧等[6]利用實(shí)時(shí)熒光定量 PCR 檢測到 ABA、ETH、GA、NAA 和果樹促控劑(PBO)對kfpMYB的表達(dá)均有不同程度的影響，說明這些調(diào)控元件參與了基因的表達(dá)。另外，人們采用Illumina高通量測序技術(shù)和RNA-Seq表達(dá)譜測序技術(shù)，發(fā)現(xiàn)植物激素信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)、光合代謝、苯丙氨酸代謝、芳香族化合物合成、細(xì)胞發(fā)育等與萼片發(fā)育過程相關(guān)[7-8]。

維管組織是由形成層、木質(zhì)部和韌皮部組成，可以為植物的生長提供水分、營養(yǎng)物質(zhì)和激素以及機(jī)械支撐，并負(fù)責(zé)這些物質(zhì)在植物體內(nèi)的運(yùn)送[9]。目前，有關(guān)梨萼片脫落、宿存與維管束的關(guān)系報(bào)道較少，僅有馬宏超等[10]研究了在盛花初期分別噴施多效唑和赤霉素后，香梨在花萼發(fā)育期間萼筒維管束面積、導(dǎo)管、篩管細(xì)胞和異細(xì)胞存在差異，從而形成脫萼果和宿萼果。但未研究自然條件下脫萼果和宿萼果的形成與維管束的關(guān)系。因此，本研究以長果枝同一花序不同序位香梨花器官維管束數(shù)目和面積為切入點(diǎn)，研究自然條件下不同序位香梨脫萼率和維管束變化特征的關(guān)系，旨在為生產(chǎn)中提高香梨脫萼果率提供理論 依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)地點(diǎn)及材料

試驗(yàn)地位于新疆阿拉市塔里木大學(xué)。供試品種為以杜梨作砧木的‘香梨’，南北行向，灌溉方式為漫灌，土壤類型為砂壤土，果園常規(guī)管理。

1.2 材料采集

選擇樹體生長狀況相對一致的10棵‘香梨’樹作為采樣株，取樹冠南側(cè)外圍長果枝上的花編號(hào)掛牌，分別在大蕾期(2018-04-01)、初花期、盛花期Ⅰ、盛花期Ⅱ、末花期采摘自然狀態(tài)下15個(gè)傘房花序，依次取下同一花序的第1到第5序位花，迅速將樣品帶回實(shí)驗(yàn)室，將每個(gè)花的花萼、胴部和果柄等3個(gè)部位分別放入FAA固定液固定，用于制作石蠟切片。

1.3 石蠟切片

石蠟切片的制作，參照趙俊等[11]的研究方法并作適當(dāng)?shù)恼{(diào)整與改進(jìn)：將樣本從FAA固定液中取出后，經(jīng)逐級(jí)酒精脫水、二甲苯透明、浸蠟、石蠟包埋，然后進(jìn)行切片(厚度為10 μm)，番紅-固綠雙重染色，中性樹膠封片，在顯微鏡下觀察果柄、胴部和萼筒維管束的發(fā)育狀況，并拍照。用 Motic Images Advanced 3.2 顯微成像系統(tǒng)觀測維管束的數(shù)目及面積，其數(shù)目為4×100 倍視野內(nèi)的維管束個(gè)數(shù)，維管束面積近似圓形，測定半徑計(jì)算面積。每項(xiàng)觀測項(xiàng)目隨機(jī)取 3 個(gè)視野。

1.4 脫萼率調(diào)查

盛花期20 d后，調(diào)查自然條件下10棵香梨樹長果枝上第1、2、3、4和5序位的萼片脫落 情況。

脫萼率=脫萼果(個(gè))/總梨果(個(gè))×100%

1.5 數(shù)據(jù)處理

采用Microsoft Excel 2013、SPSS 23.0軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同序位梨脫萼率變化

從圖1可以看出，不同序位梨果實(shí)脫萼率差異顯著。第1序位梨果實(shí)脫萼率最低，為 32.0%，第5序位梨果實(shí)脫萼率最高，為84.5%，顯著高于其他序位的脫萼率，第2、3和4序位脫萼率高低順序?yàn)?>3>2。

不同小寫字母表示差異顯著(P<0.005)。下同

2.2 不同序位梨花器官維管束數(shù)目動(dòng)態(tài)變化

如圖2所示，維管束在果柄、胴部和萼筒中呈環(huán)形分布，其中主維管束發(fā)育明顯，由10個(gè)左右組成，另有若干個(gè)小維管束排列在主維管束旁。

圖2 維管束在果柄、胴部和萼筒中的分布Fig.2 Distribution of vascular bundles on carpopodium, equator and calyx tube

2.3 不同序位梨花器官維管束數(shù)目動(dòng)態(tài)變化

2.3.1 不同序位梨果柄維管束數(shù)目動(dòng)態(tài)變化 不同序位梨果實(shí)在大蕾期到末花期中，1、2、3、4和5序位果柄的維管束數(shù)目變化趨勢基本一致(圖3)，但1序位果柄的維管束數(shù)目始終高于2、3、4和5序位，5個(gè)序位果柄維管束數(shù)目為“漸細(xì)式”變化，即維管束數(shù)目自下而上逐漸減少，表現(xiàn)為第1序位>第2序位>第3序位>第4序位>第5序位，且序位間差異顯著。維管束數(shù)目在始花期到盛花期Ⅰ，5個(gè)序位果柄維管束數(shù)量基本保持不變。至盛花期Ⅱ時(shí)，維管束數(shù)目開始增加，1、2、3、4和5序位果柄的維管束數(shù)目比對照分別增加了2.9、2.3、1.9、1.8和1.8個(gè)。到末花期時(shí)，維管束數(shù)目達(dá)到最大值，1、2、3、4和5序位果柄的維管束數(shù)目分別為17.3、15.3、15、15和12.7個(gè)。

圖3 不同序位梨果柄維管束數(shù)目動(dòng)態(tài)變化Fig.3 Dynamic change of vascular bundle number in different orders of pear handle

2.3.2 不同序位梨胴部維管束數(shù)目動(dòng)態(tài)變化 從圖4可以看出，不同序位梨果實(shí)從大蕾期到末花期，隨著花期延長，維管束數(shù)目呈逐漸增加趨勢，且1序位胴部的維管束數(shù)目始終高于2、3、4和5序位，同一時(shí)期的維管束數(shù)目表現(xiàn)為第1序位>第2序位>第3序位>第4序位>第5序位。同一時(shí)期下，不同序位維管束數(shù)目的差異主要表現(xiàn)在大蕾期至末花期，其中1、2、3、4和5序位胴部維管束在大蕾期差異顯著，從始花期開始胴部維管束數(shù)目間差異顯著增大。至末花期，此時(shí)1、2、3、4和5序位胴部維管束數(shù)目分別比大蕾期的增加45.3%、45.2%、46.9%、44.8%和50.0%。

圖4 不同序位梨胴部維管束數(shù)目動(dòng)態(tài)變化Fig.4 Dynamic change of vascular bundle number in different orders of pear fruit

2.3.3 不同序位梨萼筒維管束數(shù)目動(dòng)態(tài)變化 由圖5可以看出，對于同一序位梨果實(shí)的萼筒維管束來說，從大蕾期到末花期，其維管束數(shù)目是呈動(dòng)態(tài)變化的。1、2、3、4和5序位萼筒維管束數(shù)目均表現(xiàn)為增加趨勢，其中，從盛花期Ⅰ到盛花期Ⅱ，1、2、3、4和5序位萼筒維管束數(shù)目比對照大蕾期的分別增加了10.8、5.3、5.2、5.3和4.7個(gè)。隨后，維管束數(shù)目增加緩慢。至末花期，維管束數(shù)目達(dá)到最大值，1、2、3、4和5序位萼筒維管束數(shù)目分別為26.5、 26.3、25.7、24.3和24.2個(gè)。從不同序位位置的大小順序上看，維管束數(shù)目在相同物候期均表現(xiàn)為第1序位>第2序位>第3序位>第4序位>第5序位。

2.4 不同序位梨花器官維管束面積動(dòng)態(tài)變化

2.4.1 不同序位梨果柄維管束面積動(dòng)態(tài)變化 從圖6可以看出，果柄維管束面積隨序位的升高而減少，第1序位果柄維管束面積最大，其次為2、3、4序位果柄，5序位果柄維管束面積最小。從大蕾期到始花期，果柄維管束面積增加緩慢。到盛花期Ⅰ，果柄維管束面積間差異顯著。至盛花期Ⅱ，1、2、3、4和5序位果柄維管束面積顯著增加，比對照大蕾期的分別增加了85.47%、 48.73%、37.06%、41.61%和36.57%。至末花期，1、2、3、4和5序位果柄維管束面積達(dá)到最大，分別為0.035 8、0.032 4、0.032 0、0.028 1和 0.027 2 mm2。

圖5 不同序位梨萼筒維管束數(shù)目動(dòng)態(tài)變化Fig.5 Dynamic change of vascular bundlenumber in different orders of pear calyx tube

圖6 不同序位梨果柄維管束面積動(dòng)態(tài)變化Fig.6 Dynamic change of vascular bundle area in different orders of pear handle

2.4.2 不同序位梨胴部維管束面積動(dòng)態(tài)變化 由圖7可知，隨著物候期的變化，梨花序不同序位胴部維管束面積均呈增加趨勢。在相同物候期條件下，1序位胴部維管束面積始終大于2、3、4和5序位，而5序位胴部維管束面積始終比其他4個(gè)序位的小，2、3和4序位胴部維管束面積變化沒有規(guī)律。大蕾期，各序位胴部維管束面積間差異顯著。始花期，1序位胴部維管束面積與其他序位間差異顯著。盛花期Ⅰ，各序位維管束面積較大蕾期均有不同程度增加，1、2、3、4和5序位維管束面積分別增加21.42%、16.27%、31.25%、41.07%和31.81%。盛花期Ⅱ，1序位胴部維管束面積與其他序位間差異顯著。至末花期時(shí)，1、2、3、4和5序位維管束面積達(dá)到最大值，分別為0.026 6、0.016 2、0.016 2、0.019 8和0.010 2 mm2。

2.4.3 不同序位梨萼筒維管束面積動(dòng)態(tài)變化 由圖8可知，5個(gè)序位梨萼筒維管束面積隨物候期進(jìn)程逐漸增加。至始花期，維管束面積增加趨于平緩，在盛花期Ⅰ，3和5序位維管束面積增加較快，比大蕾期分別增加52.22%和35.82%。在盛花期Ⅱ，1、2、3、4和5序位維管束面積快速增加，比大蕾期分別增加54.03%、71.11%、 31.11%、14.44%和11.84%。在末花期，2序位維管束面積顯著增加，比大蕾期增加80%，其余序位維管束面積增加平緩。在同一物候期，不同序位梨萼筒維管束面積表現(xiàn)為第1序位>第2序位>第3序位>第4序位>第5序位。

圖7 不同序位梨胴部維管束面積動(dòng)態(tài)變化Fig.7 Dynamic change of vascular bundle area in different orders of pear fruit

圖8 不同序位梨萼筒維管束面積動(dòng)態(tài)變化Fig.8 Dynamic change of vascular bundle area in different orders of pear calyx tube

2.5 脫萼率、維管束數(shù)目和面積的相關(guān)性分析

從表 1可以看出，脫萼率與果柄維管束數(shù)目和胴部維管束面積呈顯著負(fù)相關(guān)，相關(guān)系數(shù)依次為-0.90*和-0.85*。脫萼率與胴部維管束數(shù)目、果柄維管束面積和萼筒維管束面積呈極顯著負(fù)相關(guān)，相關(guān)系數(shù)依次為-0.99**、-0.97**和-0.94**。果柄維管束數(shù)目與胴部維管束數(shù)目、果柄維管束面積和萼筒維管束面積呈顯著正相關(guān)，相關(guān)系數(shù)依次為0.87*、0.90*和0.90*。果柄維管束數(shù)目與胴部維管束面積(0.95**)呈極顯著正相關(guān)。胴部維管束數(shù)目與果柄維管束面積(0.97**)、胴部維管束面積(0.82*)和萼筒維管束面積(0.94**)均呈極顯著或顯著正相關(guān)。萼筒維管束數(shù)目與果柄維管束面積(0.93**)和萼筒維管束面積(0.96**)呈極顯著正相關(guān)。胴部維管束面積與萼筒維管束面積(0.99**)呈極顯著正相關(guān)。

3 討 論

根據(jù)梨果實(shí)成熟時(shí)有無萼片存在，將梨屬植物分為脫萼組和宿萼組。梨花萼屬于花的最外一輪，呈葉狀、綠色，開花前對花器有保護(hù)作用。香梨的花萼包括萼筒和萼片兩部分。萼筒上著生花瓣、雄蕊和雌蕊，開花時(shí)萼筒呈盤狀，萼筒前端裂片為萼片[12]?！憷妗ㄝ嗝撀涓叻逶谑⒒ê?12 d，多數(shù)幼果在盛花后8 d即可看出花萼脫落與否?！憷妗幕ㄝ嗝撀浯笾路?種情況：一是萼筒連同萼片一起脫落，其幼果多數(shù)萼端凹陷，最終發(fā)育為脫萼果。二是僅有萼片脫落，萼筒留在幼果上；三是僅有部分萼片脫落(極少數(shù))，后兩種隨幼果的發(fā)育萼筒發(fā)育成果頂?shù)囊徊糠郑瑢?dǎo)致萼端凸起，形成宿萼果。同一花序中基部花朵形成的果實(shí)花萼多宿存，隨著位置升高，花萼脫落的能力增強(qiáng)，花萼宿存能力變?nèi)鮗13]。本研究在花后20 d調(diào)查了自然條件下長果枝上不同序位梨萼片脫落情況，表明不同序位梨果實(shí)脫萼率差異顯著，脫萼率高低順序?yàn)榈?序位>第2序位>第3序位>第4序位>第5序位，調(diào)查結(jié)果與前人基本一致[13]。

表1 香梨脫萼率、維管束數(shù)目和面積的相關(guān)性分析Table 1 Correlation analysis of calyx dropping rate,vascular bundle number and fragrant peararea

自然條件下，小麥穗部大維管束數(shù)隨小穗位上升而遞減，每上升1個(gè)穗軸節(jié)片，大維管束數(shù)減少1個(gè)，該大維管束進(jìn)入同一穗軸節(jié)片節(jié)上著生的小穗中。小穗上各位小花維管束數(shù)目隨小花位上升而遞減[14]。水稻的維管束截面面積、截面長軸長度、截面短軸長度、篩管區(qū)域?qū)挾?、?dǎo)管數(shù)均表現(xiàn)為上部一次枝梗籽粒>下部一次枝梗籽粒>上部二次枝梗籽粒>下部二次枝梗籽粒，穎果背部維管束粗細(xì)隨著灌漿進(jìn)程呈拋物線狀的動(dòng)態(tài)變化[15]。本試驗(yàn)對自然條件下的梨花序進(jìn)行研究發(fā)現(xiàn)，從大蕾期到末花期，維管束數(shù)目呈增加趨勢，其中，同一時(shí)期果柄、胴部和萼筒維管束數(shù)目表現(xiàn)為第1序位>第2序位>第3序位>第4序位>第5序位，這與前人研究結(jié)果不一致，馬宏超等[10]認(rèn)為萼筒維管束在發(fā)育過程中單位面積上的數(shù)目是相等的，不變化的，整個(gè)發(fā)育過程維管束數(shù)目均是8個(gè)。而馬宏玉等[16]則認(rèn)為，在梨短果枝上，從大蕾期到末花期，第1序位維管束數(shù)目和面積呈增加趨勢，第2、3、4和5序位維管束數(shù)目和面積表現(xiàn)為先增加后降低趨勢(除第2序位胴部和萼筒維管束面積呈增加趨勢外)；在相同物候期條件下，維管束數(shù)目和面積大小均表現(xiàn)為第1序位>第2序位>第3序位>第4序位>第5序位。本試驗(yàn)維管束面積研究結(jié)果表明，隨著物候期進(jìn)程的推進(jìn)，維管束面積呈增加趨勢，其中果柄和萼筒維管束面積大小順序表現(xiàn)為第1序位>第2序位>第3序位>第4序位>第5序位，而胴部的維管束面積表現(xiàn)為第1序位最大，第5序位最小，第2、3和4序位無規(guī)律。這與馬宏超等[10]研究結(jié)果一致，隨著萼筒的發(fā)育，維管束的面積逐漸增大。