庫爾勒香梨短果枝花序維管束與萼片脫落關(guān)系研究

金敏， 張倩， 張?zhí)煺?包建平,2,3*， 吳翠云,2,3， 張銳,2,3， 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.塔里木大學(xué)，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.塔里木大學(xué)，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.，以下簡(jiǎn)稱“香梨”)屬于薔薇科、梨屬，是新疆梨和西洋梨的自然雜交后代，是新疆主栽梨品種，以皮薄、肉脆、汁多、味甜、酥香、爽口、耐儲(chǔ)藏、營養(yǎng)豐富等特點(diǎn)馳名中外[1]。根據(jù)萼片脫落與否，香梨果實(shí)分為脫萼果和宿萼果，而宿萼和脫萼果實(shí)嚴(yán)重影響庫爾勒香梨的外觀品質(zhì)，降低經(jīng)濟(jì)效益，挫傷梨農(nóng)種植積極性[2-3]。因此，深入研究萼片脫落或宿存的影響機(jī)制，對(duì)提高香梨果實(shí)的脫萼率,改善果實(shí)的綜合品質(zhì)，以及香梨優(yōu)質(zhì)栽培具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

維管束是一個(gè)相互連通的重要輸導(dǎo)系統(tǒng)，連接于植物的器官之間，為信號(hào)分子的傳遞、水及營養(yǎng)物質(zhì)的輸送提供了通路。梨果實(shí)中呈網(wǎng)狀分布的維管束是一個(gè)相互連通的重要輸導(dǎo)系統(tǒng)，對(duì)果實(shí)的生長發(fā)育和品質(zhì)形成有重要作用，是果實(shí)水分和營養(yǎng)物質(zhì)運(yùn)輸?shù)闹饕ǖ?。目前研究發(fā)現(xiàn)，植物特定組織或器官內(nèi)的維管組織分化與其生長素濃度有關(guān)，一般生長素濃度較高的植物體組織或器官，其維管系統(tǒng)也相應(yīng)較為發(fā)達(dá)[4-5]。生長素在植物維管組織分化及維管束形成過程中起重要作用。有研究指出，外源生長素的施用部位可以決定維管組織的分化區(qū)域，在該區(qū)域產(chǎn)生向下延伸的新維管束，且這些新維管束是以外源生長素的施用部位為起點(diǎn)的[6]。王豐等[7]的研究表明，用生長素抑制劑處理葉片可發(fā)現(xiàn)周圍部分組織的生長素濃度升高，維管束發(fā)達(dá)；其他組織生長素減少，維管束生長受抑制。用生長素轉(zhuǎn)運(yùn)抑制劑NPA抑制生長素流能夠抑制導(dǎo)管元的分化[8]。果實(shí)中的內(nèi)源激素主要來自葉片、枝條的供給，而果實(shí)中內(nèi)源激素運(yùn)輸?shù)耐ǖ罏榫S管束，其數(shù)目和面積直接影響激素的運(yùn)輸和積累，進(jìn)而影響萼片的脫落與宿存。目前關(guān)于脫萼宿萼機(jī)理，特別是庫爾勒香梨萼片脫落與宿存在顯微結(jié)構(gòu)方面的差異變化的研究還很少。本研究通過對(duì)大蕾期庫爾勒香梨樹體噴施吲哚乙酸(indoleacetic acid，IAA)和三碘苯甲酸(triiodobenoic acid，TIBA)處理，分期取樣觀察其顯微結(jié)構(gòu)變化，旨在通過庫爾勒香梨宿萼果和脫萼果萼片組織結(jié)構(gòu)的變化研究，分析產(chǎn)生脫萼果和宿萼果的原因，為進(jìn)一步探明脫萼機(jī)理、改善庫爾勒香梨果實(shí)品質(zhì)奠定理論基礎(chǔ)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)地點(diǎn)及材料

試驗(yàn)地點(diǎn)位于新疆阿拉市塔里木大學(xué)校園。供試品種為以杜梨作砧木的香梨，南北行向，灌溉方式為大水漫灌。土壤類型為砂壤土。果園常規(guī)管理，樹齡23 a，株行距2 m×4 m。

1.2 材料采集

選擇樹體生長狀況相對(duì)一致的30株香梨作為采樣株。2019年4月2日(大蕾期)進(jìn)行處理，噴施100 mg·L-1IAA(上海藍(lán)季生物有限公司)，100 mg·L-1TIBA(源葉生物有限公司)，以噴施清水為對(duì)照(CK)，每個(gè)處理各10株，樹冠西側(cè)外圍短果枝上的花芽編號(hào)掛牌。4月2日噴施前采第1次樣，以后每隔2 d采樣一次，采至幼果坐穩(wěn)期(4月17日)，共計(jì)6次，采樣覆蓋整個(gè)香梨萼片脫落時(shí)期。依次取下脫萼率較高的第4序位花，迅速將樣品帶回實(shí)驗(yàn)室，分別將花萼、胴部和果柄3個(gè)部位放入 FAA固定液固定，備用。

1.3 試驗(yàn)方法

1.3.1石蠟切片的制作 將樣本參照文獻(xiàn)[9-10]的方法制作石蠟切片。先將樣本從FAA固定液中取出使用系列濃度的乙醇溶液與透明劑完成樣本的脫水和透明；然后使用石蠟進(jìn)行包埋，切片機(jī)切片，烘箱烘片；接著使用系列濃度的乙醇溶液與透明劑復(fù)水，使用1%番紅染液和0.5%固綠染液雙重染色；最后得到韌皮部為綠色，木質(zhì)部為紅色的石蠟切片；中性樹膠封片，使用奧林帕斯顯徽鏡(BX50F-3)進(jìn)行觀察拍照同時(shí)測(cè)量其萼片主維管束(橫切形狀可近似為圓形)面積、數(shù)目。

1.3.2脫萼率調(diào)查 花后20 d，調(diào)查噴施清水(CK)、噴施IAA處理和TIBA處理下香梨短果枝第4序位的萼筒脫萼率，計(jì)算公式如下。

萼筒脫萼率=萼筒脫萼果/總果數(shù)×100%

(1)

1.4 數(shù)據(jù)處理

采用Microsoft Excel 2010進(jìn)行數(shù)據(jù)處理及作圖，采用DPS 7.05軟件進(jìn)行單因素對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行方差分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同處理下香梨的脫萼率

從圖1可以看出，清水處理(對(duì)照)、IAA處理和TIBA處理下香梨的脫萼率分別為43.4%、38.4%和78.1%。 TIBA處理下香梨脫萼率顯著高于其他2個(gè)處理，對(duì)照顯著高于IAA處理的香梨萼片脫萼率。說明噴施IAA會(huì)促進(jìn)萼片的宿存，影響萼片的脫落；而生長素抑制劑TIBA則會(huì)促進(jìn)萼片的脫落，提高脫萼率。

注：不同小寫字母表示差異顯著(P<0.05)。

2.2 不同處理下香梨果實(shí)維管束數(shù)目

2.2.1不同處理下香梨果實(shí)萼筒維管束數(shù)目 從圖2可以看出，對(duì)照與IAA、TIBA處理的香梨萼筒維管束數(shù)目變化趨勢(shì)相似，均呈上升-下降-上升-下降的趨勢(shì)。對(duì)照和IAA處理在4月8日出現(xiàn)最大值，均為11.67個(gè)，TIBA處理在4月14日達(dá)到最大，為9.83個(gè)。IAA和TIBA處理在4月11日出現(xiàn)最小值，分別為10.33和8.33個(gè)，對(duì)照組在4月2日是最低值，為9.0個(gè)。3個(gè)處理均在4月2日至8日期間呈逐漸上升的趨勢(shì)，于4月11日發(fā)生下降。由此可見，4月8日是香梨萼筒維管束數(shù)目發(fā)育的臨界時(shí)期。4月2日，萼筒維管束數(shù)目IAA處理顯著高于對(duì)照，與TIBA處理間差異不顯著。4月5日，對(duì)照與TIBA處理的萼筒維管束數(shù)目不存在顯著性差異，兩者均顯著低于IAA處理的萼筒維管束數(shù)目，4月8日、11日和17日，萼筒維管束數(shù)目對(duì)照顯著高于TIBA處理，與IAA處理間差異不顯著。4月14日時(shí)TIBA處理萼筒維管束數(shù)目顯著低于對(duì)照和IAA處理。

注：同一日期下不同小寫字母表示差異顯著(P<0.05)。

2.2.2不同處理下香梨果實(shí)胴部維管束數(shù)目 從圖3可以看出，對(duì)照和IAA處理在4月14日出現(xiàn)最大值，均為11.67個(gè)；TIBA處理在4月8日達(dá)到最大，為10.0個(gè)。IAA和TIBA處理在4月11日出現(xiàn)最小值，分別為10.33和9.50個(gè)；對(duì)照在4月2日出現(xiàn)最低值，為9.0個(gè)。對(duì)照和TIBA處理下均在4月2—8日期間呈逐漸上升的趨勢(shì)，4月11日發(fā)生下降，因此，認(rèn)為4月8日是香梨胴部維管束數(shù)目發(fā)育的臨界時(shí)期。在4月2—5日，對(duì)照和TIBA處理的胴部維管束數(shù)目無顯著差異，顯著低于IAA處理。4月8日，IAA處理和TIBA處理的胴部維管束數(shù)目無顯著差異，顯著低于對(duì)照。4月11—17日，對(duì)照與IAA處理的胴部維管束數(shù)目無顯著差異，均顯著高于TIBA處理。對(duì)照組與IAA、TIBA處理的香梨胴部維管束數(shù)目變化趨勢(shì)大致相似，呈上升-下降-上升-下降的趨勢(shì)。

注：同一日期下不同小寫字母表示差異顯著(P<0.05)。

2.2.3不同處理下香梨果實(shí)果柄維管束數(shù)目 從圖4可以看出，3個(gè)處理在調(diào)查期間的變化趨勢(shì)大致相似，呈升高-降低-升高的變化，但出現(xiàn)最大值或最小值的時(shí)期不同，對(duì)照組在4月5日出現(xiàn)最大值，為10.33個(gè)；而IAA處理和TIBA處理在4月14日達(dá)到最大，為10.50個(gè)。3個(gè)處理均在4月11日出現(xiàn)最小值，分別為10.17、9.67和9.00個(gè)。對(duì)照在4月2—8日期間呈逐漸上升的趨勢(shì)，于4月11日發(fā)生下降并達(dá)到最低值，因此，認(rèn)為4月8日是香梨果柄維管束數(shù)目發(fā)育的臨界時(shí)期。4月2日、5日、14日3個(gè)處理間的香梨果柄維管束數(shù)目差異不顯著。4月8日、11日，果柄維管束數(shù)目TIBA處理顯著低于對(duì)照組。與IAA處理間差異不顯著。 4月17日時(shí)，TIBA處理果柄維管束數(shù)目顯著低于IAA處理，與對(duì)照組間不存在顯著性差異。

注：同一日期下不同小寫字母表示差異顯著(P<0.05)。

2.3 不同處理下香梨果實(shí)維管束面積

2.3.1不同處理下香梨果實(shí)萼筒維管束面積 從圖5可以看出，3個(gè)處理在調(diào)查期間的變化趨勢(shì)大致相似，呈上升-下降-上升的趨勢(shì)，但下降變化時(shí)間不一致，對(duì)照在4月2—11日上升，隨后發(fā)生下降，4月14—17日又升高。IAA處理和TIBA處理的萼筒維管束面積，4月2—8日上升，隨后發(fā)生下降，4月11—17日又升高。4月2—17日，對(duì)照的萼筒維管束面積均與IAA處理不存在顯著差異，與TIBA在4月8日、14日和17日，不存在顯著差異外，其他時(shí)期均顯著高于TIBA處理。除4月14日，TIBA處理的萼筒維管束面積與IAA處理不存在顯著差異外，其余時(shí)期均顯著低于IAA處理。

注：同一日期下不同小寫字母表示差異顯著(P<0.05)。

2.3.2不同處理下香梨果實(shí)胴部維管束面積 從圖6可以看出，不同處理的胴部維管束面積變化趨勢(shì)大致相似，呈上升-下降-上升的趨勢(shì)，4月2—8日逐漸上升，于4月11日驟然下降，隨后又升高，由此可見，4月8日是香梨胴部維管束面積發(fā)育的界時(shí)期。4月2日，對(duì)照的胴部維管束面積顯著高于IAA處理和TIBA處理，TIBA處理有顯著高于IAA處理的胴部維管束面積。4月5日，不同處理的維管束面積無顯著性差異。4月8日，對(duì)照與IAA處理的胴部維管束面積無顯著差異，但兩者顯著低于TIBA處理。4月14日，對(duì)照的胴部維管束面積顯著高于IAA處理和TIBA處理，IAA處理有顯著高于TIBA處理的胴部維管束面積。4月17日，對(duì)照的胴部維管束面積顯著高于TIBA處理，與IAA處理無顯著差異，IAA處理的胴部維管束與TIBA處理的也無顯著差異。

注：同一日期下不同小寫字母表示差異顯著(P<0.05)。

2.3.3不同處理下香梨果實(shí)果柄維管束面積 從圖7可以看出，不同處理的果柄維管束面積的變化趨勢(shì)大致相似，呈上升-下降-上升的趨勢(shì)，但I(xiàn)AA處理的后期變化時(shí)間與其他兩個(gè)處理有所區(qū)別，對(duì)照與TIBA處理在4月2—8日逐漸上升，于4月11日下降，4月14日又升高；而IAA處理在前期與兩者一致，但從4月11日下降后在4月14日持續(xù)降低，4月17日再次升高。4月2日，對(duì)照與IAA處理的果柄維管束面積無顯著差異，均顯著高于TIBA處理。4月5日，不同處理間的維管束面積無顯著性差異。4月8日、11日和17日，對(duì)照顯著高于IAA處理和TIBA處理的果柄維管束面積，IAA處理與TIBA處理無顯著差異。4月14日，對(duì)照的果柄維管束面積顯著高于IAA處理，與TIBA處理無顯著差異，IAA處理的果柄維管束與TIBA處理的也無顯著差異。

注：同一日期下不同小寫字母表示差異顯著(P<0.05)。

2.4 脫萼率、維管束數(shù)目和維管束面積的相關(guān)性

由表1可知，脫萼率與胴部維管束數(shù)目、萼筒維管束數(shù)目均呈極顯著性負(fù)相關(guān)，相關(guān)系數(shù)分別為-0.67、-0.61；與果柄維管束數(shù)目和萼筒維管束面積均呈顯著性負(fù)相關(guān)，相關(guān)系數(shù)分別為-0.52、-0.46；與胴部維管束面積、果柄維管束面積相關(guān)性不顯著。果柄維管束數(shù)目與胴部維管束數(shù)目、萼筒維管束數(shù)目、果柄維管束面積和萼筒維管束面積呈顯著性正相關(guān)，相關(guān)系數(shù)分別為 0.50、0.52、0.51、0.54。胴部維管束數(shù)目與萼筒維管束數(shù)目呈極顯著性正相關(guān)，相關(guān)系數(shù)為0.79；與果柄維管束面積、胴部維管束面積、萼筒維管束面積呈顯著性正相關(guān)，相關(guān)系數(shù)為0.47、0.54、0.50。萼筒維管束數(shù)目與萼筒維管束面積呈顯著性正相關(guān)，相關(guān)系數(shù)為0.56；果柄維管束面積與胴部維管束面積、萼筒維管束面積呈極顯著性正相關(guān)，相關(guān)系數(shù)分別為0.69、0.74。胴部維管束面積與萼筒維管束面積呈極顯著正相關(guān)，相關(guān)系數(shù)為0.59。

表1 脫萼率、維管束數(shù)目和維管束面積的相關(guān)性分析

3 討論

香梨花萼包括萼筒和萼片兩部分。萼筒上著生花瓣和雄蕊，開花期萼筒呈盤狀。萼筒前端裂片為萼片。脫萼果是從萼筒下部連同萼片一起脫落，萼凹圓而光；宿萼果是萼筒隨幼果發(fā)育成果頂?shù)囊徊糠?，呈凸出狀[11]。宿萼果石細(xì)胞含量高，肉質(zhì)硬，果實(shí)品質(zhì)差，目前生產(chǎn)上采用一些有效的方法促使花萼脫落，如選擇不同砧木類型、人工授粉、噴施生長調(diào)節(jié)劑或剪萼等[12]，以減少宿萼果比例，改善果實(shí)品質(zhì)。前人研究表明，幼果中低濃度的IAA可促進(jìn)萼片脫落，高濃度IAA則利于宿萼果的產(chǎn)生[13-15]。高疆生等[16]和陳曉藝等[17]研究認(rèn)為，PP333和烯唑醇均能提高庫爾勒香梨的脫萼果率。Rosales等[18]用生長素極性運(yùn)輸抑制劑TIBA(三碘苯甲酸)處理西葫蘆花朵離區(qū)，增加了西葫蘆花的脫落率。這些研究都與本研究結(jié)果一致。本研究表明，不同處理的脫萼率大小順序?yàn)門IBA處理>對(duì)照>IAA處理，經(jīng)TIBA處理的庫爾勒香梨幼果萼筒在發(fā)育后期出現(xiàn)了離層，萼筒在離層處斷裂、脫落，形成了脫萼果。而IAA處理的香梨幼果萼筒在發(fā)育后期較少出現(xiàn)離層，大多數(shù)香梨萼筒沒有脫落而是發(fā)育成幼果果頂?shù)囊徊糠?，形成了宿萼果，降低了脫萼果率?/p>

生長素在維管組織發(fā)育過程起著非常重要的作用。經(jīng)生長素調(diào)節(jié)劑和生長素抑制劑處理的庫爾勒香梨幼果在發(fā)育過程中顯微結(jié)構(gòu)具有很大差異。本研究發(fā)現(xiàn)，4月8日為香梨萼筒、胴部和果柄的維管束發(fā)育的臨界期，數(shù)目與面積均在4月11日降低，而據(jù)調(diào)查，在4月11日香梨果萼脫萼處于高峰時(shí)期。3個(gè)處理的香梨維管束數(shù)目變化趨勢(shì)大致相似，呈現(xiàn)升高-降低-升高-降低的變化趨勢(shì)，均在8～12個(gè)不等，對(duì)照和IAA處理的果柄、胴部和萼筒部位的維管束數(shù)目均大于TIBA處理，而對(duì)照與IAA處理的萼筒維管束數(shù)目差異不顯著。這與馬宏超等[19]的研究結(jié)果不一致，其研究認(rèn)為，在整個(gè)花期中，經(jīng)赤霉素和多效唑處理的萼筒維管束數(shù)目一直保持不變，均為 8個(gè)。庫爾勒香梨經(jīng)多效唑處理的萼筒在發(fā)育過程中維管束中只有導(dǎo)管，未見有篩管和異細(xì)胞的形成，花萼中水分和養(yǎng)料的供給缺乏，導(dǎo)致萼筒在發(fā)育后期出現(xiàn)了離層，萼筒脫落，果實(shí)發(fā)育形成脫萼果。過量的表達(dá)生長素同樣會(huì)提高維管組織的分化[20]。Fukuda[21]和Alonii[22]研究也發(fā)現(xiàn)，對(duì)植株局部施用外源生長素后，該部位及其周圍區(qū)域維管組織都比對(duì)照發(fā)達(dá)。這與本研究結(jié)果一致。本研究中，3個(gè)處理的果柄和胴部維管束面積大小順序?yàn)椋簩?duì)照>IAA處理>TIBA處理，而對(duì)照萼筒的維管束面積對(duì)照與IAA處理無顯著差異，但均顯著高于TIBA處理。與馬宏超等[19]的研究中經(jīng)赤霉素處理的花萼萼筒組織結(jié)構(gòu)中維管束的面積較大的結(jié)果一致。綜合上述，TIBA處理會(huì)抑制萼筒維管束的數(shù)目和面積，使得花萼中水分和養(yǎng)料的供給缺乏，導(dǎo)致幼果萼筒在發(fā)育后期出現(xiàn)了離層，萼筒在離層處斷裂、脫落，形成脫萼果，從而增加香梨的萼筒脫萼率。