不同梨品種（系）葉片解剖結(jié)構(gòu)及其與抗寒性的關(guān)系

位 杰，張琦，林彩霞，蔣媛

（1.新疆生產(chǎn)建設(shè)兵團第二師農(nóng)業(yè)科學(xué)研究所，新疆 鐵門關(guān) 841005；2.塔里木大學(xué) 植物科學(xué)學(xué)院，新疆 阿拉爾 843300）

梨（Pyrusspp.）是我國傳統(tǒng)的優(yōu)勢果樹，也是世界五大水果之一，具有較高的經(jīng)濟價值、營養(yǎng)價值和醫(yī)用價值，深受生產(chǎn)者和消費者的青睞。我國許多優(yōu)勢梨產(chǎn)區(qū)都把梨產(chǎn)業(yè)作為農(nóng)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整的支柱產(chǎn)業(yè)，在推進脫貧攻堅和鄉(xiāng)村振興等方面發(fā)揮了重要作用。低溫凍害是梨產(chǎn)業(yè)發(fā)展的主要限制因子，影響著梨的區(qū)域分布[1]。凍害往往突襲性強，防范不及，常造成大幅減產(chǎn)，嚴重的甚至毀園，損失數(shù)年無法彌補。此外，凍害還會引起次生腐爛病的發(fā)生，造成樹勢衰弱[2]。因此，研究梨的抗寒性對梨產(chǎn)業(yè)的高質(zhì)量發(fā)展具有重要意義。

葉片是植物重要的營養(yǎng)器官，主要進行光合作用和蒸騰作用。由于葉片直接暴露在空氣中，其組織結(jié)構(gòu)更容易受到環(huán)境變化的影響，也最能體現(xiàn)植物對生態(tài)條件的長期適應(yīng)特點。因此，葉片被作為植物抗寒性研究的一個重要參考[3-4]。前人對油茶[5-6]、核桃[7-9]、蜜橘[10]、含笑[11]、野蘋果[12-13]、西番蓮[14]等植物的葉片形態(tài)結(jié)構(gòu)與抗寒性的關(guān)系已開展了很多研究，但關(guān)于不同梨品種（系）葉片解剖結(jié)構(gòu)與抗寒性關(guān)系的研究鮮見報道。為此，通過觀察比較不同梨品種（系）的葉片解剖結(jié)構(gòu)上的差異，結(jié)合田間凍害觀察結(jié)果，探討梨葉片解剖結(jié)構(gòu)特性與抗寒性的關(guān)系，篩選抗寒性狀指標(biāo)，綜合評價不同梨品種（系）的抗寒性，為梨抗寒品種選育過程中親本的選擇、雜交后代的早期鑒定以及品種引種栽培區(qū)劃提供理論依據(jù)。

1 材料和方法

1.1 試驗材料

供試材料取自新疆生產(chǎn)建設(shè)兵團第二師農(nóng)業(yè)科學(xué)研究所梨種質(zhì)資源保存圃。13 個供試梨品種（系）為庫爾勒香梨、蘋果梨、早酥梨、碭山酥梨、鴨梨、新梨1 號（庫爾勒香梨♀×碭山酥梨♂）、新梨6號（庫爾勒香梨♀×蘋果梨♂）、新梨7 號（庫爾勒香梨♀×早酥梨♂）、新梨8號（庫爾勒香梨♀×鴨梨♂）、新梨9 號（庫爾勒香梨♀×蘋果梨♂）、新梨10 號（庫爾勒香梨♀×鴨梨♂）、新梨11 號（庫爾勒香梨♀×鴨梨♂）、84-1-1（庫爾勒香梨♀×蘋果梨♂）。樹齡20～23 a，樹勢中庸，株行距3 m×5 m。果園地勢平坦，園相整齊，土、肥、水管理情況一致。

1.2 試驗方法

2019 年8 月12 日，每個品種（系）選取3 株生長勢相近的植株，在每株樹冠東部和南部方向選取長度一致、粗度一致的1 年生枝條中部的成熟葉片4片，每個品種（系）共采集12 片葉，帶回實驗室，依次用自來水、蒸餾水沖洗干凈，擦干備用。

葉片顯微結(jié)構(gòu)觀察：在葉片主葉脈邊上取大小為2 mm×2 mm 的材料，用FAA 固定液固定，經(jīng)一系列梯度乙醇和二甲苯脫水，用石蠟包埋，德國LEICA RM2135 切片機切片。橫切片厚度8 μm，經(jīng)番紅-固綠染色，然后在Nicon ECLIPSE 光學(xué)顯微鏡下，用測微尺測量葉片上表皮厚度（Thickness of upper epidermis，TU）、下表皮厚 度（Thickness of lower epidermis，TL）、柵欄組織厚度（Thickness of palisade tissue，TP）、海綿組織厚度（Thickness of spongy tissue，TS）及葉片厚度（Leaf thickness，LT），每處理觀測10個視野，取平均值。根據(jù)柵欄組織厚度、海綿組織厚度和葉片厚度計算柵海比（Palisade tissue and spongy tissue ratio，P/S）、組織結(jié)構(gòu)疏松度（Looseness of spongy tissue，SR）、組織結(jié)構(gòu)緊密度（Tightness of palisade tissue，CTR）。

P/S=柵欄組織厚度（TP）/海綿組織厚度（TS），SR=海綿組織厚度（TS）/葉片厚度（LT）×100%，CTR=柵欄組織厚度（TP）/葉片厚度（LT）×100%。

1.3 數(shù)據(jù)處理與分析

采用Microsoft Excel 和DPS v7.05數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)對試驗數(shù)據(jù)進行計算和統(tǒng)計分析，應(yīng)用Duncan氏新復(fù)極差法進行多重比較。

根據(jù)相關(guān)性分析結(jié)果計算相關(guān)指數(shù)，計算公式：

采用隸屬函數(shù)法綜合評價13 個梨品種（系）的抗寒性，計算公式：

式中，Ui,j代表i品種（系）j性狀的抗寒隸屬函數(shù)值，Xi,j為i品種（系）j性狀值，Xjmin為j性狀最小值，Xjmax為j性狀最大值。

若某一指標(biāo)與抗寒性呈負相關(guān)關(guān)系，則可用反隸屬函數(shù)計算其隸屬函數(shù)值，公式：

2 結(jié)果與分析

2.1 不同梨品種（系）葉片解剖結(jié)構(gòu)特征分析

由圖1 可知，不同梨品種（系）的葉片橫切面均由上表皮、柵欄組織、海綿組織和下表皮構(gòu)成，屬于典型的異面葉。由表1 可知，不同梨品種（系）葉片解剖結(jié)構(gòu)總體上相似，但在量化上有一定的差異。其中，柵海比的變異系數(shù)最大，為27.03%，海綿組織厚度次之，為24.64%，葉片組織結(jié)構(gòu)疏松度的變異系數(shù)最小，為9.96%，說明不同梨品種（系）葉片解剖結(jié)構(gòu)特性變異較為廣泛。

不同梨品種（系）葉片的上表皮均由1層排列緊密的長方形或方形細胞組成。上表皮厚度介于12.29～23.46 μm，平均為15.70 μm，新梨6 號的葉片上表皮厚度最大，新梨10 號的葉片上表皮厚度最小，不同品種（系）之間存在一定程度的差異。下表皮細胞也只有1層，長方形或方形，排列緊密。下表皮厚度介于8.02～15.30 μm，平均為10.68 μm，新梨6 號葉片下表皮厚度最大，新梨7 號葉片下表皮厚度最小，不同品種（系）之間也存在一定程度的差異。不同梨品種（系）的葉片橫切面上表皮細胞的直徑均比下表皮細胞的直徑大，除84-1-1的上表皮細胞厚度與下表皮細胞厚度差異不大外，其余品種的上表皮細胞厚度均比下表皮細胞厚度大。

不同梨品種（系）葉片厚度不一，介于183.50～314.48 μm，平均為248.20 μm，新梨9 號葉片厚度最大，新梨10 號葉片厚度最小，不同品種（系）之間存在一定程度的差異。不同梨品種（系）葉肉細胞分化程度高，柵欄組織層數(shù)多為2 層，少數(shù)為3 層。柵欄組織細胞長圓柱形，形狀較規(guī)則，排列比較緊密。它們由外向里長度逐漸縮短，厚度逐漸增加，隨著形狀的改變，不但細胞排列開始變得不整齊，細胞間隙也增大。柵欄組織厚度介于73.77～134.35 μm，平均為101.71 μm，84-1-1葉片柵欄組織厚度最大，新梨10號葉片柵欄組織厚度最小，不同品種（系）之間存在一定程度的差異。海綿組織細胞呈現(xiàn)不規(guī)則的形狀，排列疏松，細胞間隙較大，厚度介于68.01～146.37 μm，平均為99.95 μm，蘋果梨葉片海綿組織厚度最大，庫爾勒香梨葉片海綿組織厚度最小，不同品種（系）之間也存在一定程度的差異。

不同梨品種（系）葉片柵海比介于0.67～1.81，平均值為1.11，庫爾勒香梨的葉片柵海比最大，蘋果梨葉片的柵海比最小。組織結(jié)構(gòu)疏松度介于33.59%～48.27%，平均為41.40%，蘋果梨葉片的組織結(jié)構(gòu)疏松度最大，碭山酥梨葉片的組織結(jié)構(gòu)疏松度最小。各品種（系）的葉片組織結(jié)構(gòu)緊密度介于31.43%～50.19%，平均為40.16%，84-1-1 的葉片組織結(jié)構(gòu)緊密度最大，蘋果梨的葉片組織結(jié)構(gòu)緊密度最小。葉片柵海比、組織結(jié)構(gòu)疏松度、組織結(jié)構(gòu)緊密度在不同梨品種（系）之間均存在一定程度的差異。

2.2 不同梨品種（系）的抗寒性綜合評價

2.2.1 葉片抗寒性解剖結(jié)構(gòu)指標(biāo)的篩選 不同梨品種（系）葉片8個解剖結(jié)構(gòu)指標(biāo)的聚類分析結(jié)果見圖2。由圖2可知，8個指標(biāo)聚為3類時，各類間的距離比較大，說明各類的特點比較突出，相關(guān)性較小。第一類包括上表皮厚度、下表皮厚度、柵海比、組織結(jié)構(gòu)疏松度、組織結(jié)構(gòu)緊密度；第二類包括柵欄組織厚度、海綿組織厚度；第三類僅包含葉片厚度1個指標(biāo)。

不同梨品種（系）葉片結(jié)構(gòu)指標(biāo)的相關(guān)性分析結(jié)果表明，8個指標(biāo)之間存在一定程度的相關(guān)性（表2）。上表皮厚度與下表皮厚度存在顯著的正相關(guān)關(guān)系，柵海比與組織結(jié)構(gòu)疏松度存在顯著的正相關(guān)關(guān)系，葉片厚度和柵欄組織厚度、海綿組織厚度存在極顯著的正相關(guān)關(guān)系，海綿組織厚度與組織結(jié)構(gòu)緊密度存在極顯著的正相關(guān)關(guān)系；組織結(jié)構(gòu)疏松度和組織結(jié)構(gòu)緊密度存在顯著的負相關(guān)關(guān)系，海綿組織厚度和柵海比存在極顯著的負相關(guān)關(guān)系，柵海比和組織結(jié)構(gòu)緊密度呈極顯著的負相關(guān)關(guān)系。

表2 不同梨品種（系）葉片結(jié)構(gòu)指標(biāo)的相關(guān)矩陣Tab.2 Correlative matrix of leaf structure parameters of different pear varieties（strains）

基于統(tǒng)計學(xué)原理，在一類指標(biāo)中根據(jù)相關(guān)指數(shù)大小選擇各類中的典型指標(biāo)，相關(guān)指數(shù)越大，指標(biāo)的代表性就越強，有利于合理評價。根據(jù)8 個指標(biāo)的相關(guān)矩陣和相關(guān)指數(shù)計算公式，得出各類指標(biāo)中每個指標(biāo)的相關(guān)指數(shù)并進行排序，結(jié)果見表3。由表3可知，在第一類指標(biāo)中，組織結(jié)構(gòu)緊密度的相關(guān)指數(shù)最大，確定為該類的典型指標(biāo)；第二類中，柵欄組織和海綿組織的相關(guān)指數(shù)相等，但海綿組織的變異系數(shù)較大，為24.64%（表1），因此，選擇海綿組織厚度為第二類的典型指標(biāo)；第三類只有葉片厚度一個指標(biāo)，確定其為第三類的典型指標(biāo)。

表3 不同梨品種（系）葉片結(jié)構(gòu)指標(biāo)的相關(guān)指數(shù)及排序Tab.3 Correlative indexes and order of parameters of different pear varieties（strains）leaf

2.2.2 不同梨品種（系）抗寒性的綜合評價 對于篩選出的組織結(jié)構(gòu)緊密度、海綿組織厚度和葉片厚度3 項葉片抗寒性解剖結(jié)構(gòu)指標(biāo)，根據(jù)隸屬函數(shù)值計算公式得出13 個梨品種（系）3 項指標(biāo)的平均隸屬度（表4），以平均隸屬度評價各品種（系）的抗寒性，平均隸屬度越大，抗寒性越強。由表4 可知，根據(jù)平均隸屬度的大小，13個梨品種（系）的抗寒性能表現(xiàn)為蘋果梨＞新梨6 號＞鴨梨＞新梨9 號＞84-1-1＞新梨7 號＞早酥梨＞新梨8 號＞碭山酥梨＞新梨11 號＞新梨10 號＞新梨1 號＞庫爾勒香梨，這與田間調(diào)查結(jié)果基本一致。

表4 不同梨品種（系）的抗寒性綜合評價Tab.4 Comprehensive evaluation on cold resistance of different pear varieties（strains）

續(xù)表4 不同梨品種（系）的抗寒性綜合評價Tab.4 （Continued）Comprehensive evaluation on cold resistance of different pear varieties（strains）

3 結(jié)論與討論

果樹的抗寒性綜合評價是果樹引種栽培、抗性育種、栽培區(qū)劃的前提和基礎(chǔ)。植物的抗寒性是受多方面因素控制的復(fù)合遺傳性狀，單一的抗寒性鑒定指標(biāo)難以真實反映植物的抗寒性，只有采用多項指標(biāo)的綜合評價才能比較準(zhǔn)確地反映出植物的抗寒水平[15]。隸屬函數(shù)法在多指標(biāo)測定的基礎(chǔ)上對植物的某一特性進行綜合評價，能有效避免因采用單個指標(biāo)進行評價而造成的片面性[3]。目前，隸屬函數(shù)法已經(jīng)廣泛應(yīng)用于葡萄[16]、榛子[17]、棗[18]、石榴[19]、櫻桃[20]、蘋果[21]等果樹的抗寒性鑒定。本研究利用隸屬函數(shù)法綜合評價13個梨品種（系）的抗寒性，以平均隸屬度衡量各品種（系）的抗寒性強弱，評價結(jié)果與田間調(diào)查結(jié)果基本一致，表明隸屬函數(shù)法綜合評價梨品種（系）抗寒性具有一定的參考價值。

植物葉片對環(huán)境的變化較為敏感，葉片組織結(jié)構(gòu)會隨環(huán)境的變化而產(chǎn)生相應(yīng)的響應(yīng)和適應(yīng)機制。關(guān)于葉片形態(tài)結(jié)構(gòu)與抗寒性的研究在許多植物上已有報道，一般認為，葉片厚度、海綿組織厚度、柵欄組織厚度、柵海比、組織結(jié)構(gòu)緊密度、組織結(jié)構(gòu)疏松度均與植物的抗寒性有著密切的關(guān)系[8,22-25]。本研究從8個葉片解剖結(jié)構(gòu)指標(biāo)中篩選出葉片組織結(jié)構(gòu)緊密度、海綿組織厚度和葉片厚度等3個指標(biāo)，作為不同梨品種（系）抗寒性綜合評價的主要指標(biāo)。組織結(jié)構(gòu)緊密度作為反映抗寒性的主要指標(biāo)，與劉杜玲等[8]、樊新萍等[25]對核桃的研究結(jié)果一致；海綿組織厚度作為反映抗寒性的主要指標(biāo)，與何海旺等[23]對香蕉、馬婷等[9]對核桃的研究結(jié)果一致；葉片厚度作為反映抗寒性的主要指標(biāo)，與郭學(xué)民等[3]對桃樹、劉蕊等[26]對椰子的研究結(jié)果一致。以上研究表明表面，影響植物抗寒性能的主要指標(biāo)并不完全一致，這可能與植物種類、生育時期、生態(tài)環(huán)境條件的不同有關(guān)。

本研究結(jié)果表明，13 個梨品種（系）的葉片橫切面均由上表皮、柵欄組織、海綿組織和下表皮構(gòu)成，為典型的異面葉。組織結(jié)構(gòu)緊密度、海綿組織厚度和葉片厚度是影響梨抗寒性能的重要指標(biāo)，13個梨品種（系）的抗寒性表現(xiàn)為蘋果梨＞新梨6 號＞鴨梨＞新梨9 號＞84-1-1＞新梨7 號＞早酥梨＞新梨8 號＞碭山酥梨＞新梨11 號＞新梨10 號＞新梨1號＞庫爾勒香梨。根據(jù)葉片的組織結(jié)構(gòu)解剖特性，利用隸屬函數(shù)法評價結(jié)合田間凍害表現(xiàn)可以較好地反映不同梨品種（系）的抗寒能力。

本研究利用篩選出的3 項葉片解剖結(jié)構(gòu)指標(biāo)，結(jié)合田間凍害調(diào)查結(jié)果，對13個梨品種（系）的抗寒性進行了初步評價。植物抗寒性是一種受微效多基因控制的數(shù)量性狀[27]，要進一步準(zhǔn)確評價各品種（系）的抗寒性，今后需結(jié)合抗寒生理生化等指標(biāo)綜合考慮，并從分子水平上進一步探索不同梨品種（系）的抗寒機制。