欧李砧木对桃叶片解剖结构和抗旱能力的影响

丁 杰，耿 杰，段艳婷，丁文轩，陈苏丹，李秀珍

(河南科技大学 林学院，河南 洛阳 471023)

我国是世界桃(AmygdaluspersicaL.)第一生产大国，其在经济作物中占有重要位置[1]。目前关于桃的研究主要集中在桃种质资源调查、良种培育、病虫害防治、嫁接亲和性等方面，且取得了丰硕的成果[2-4]。关于桃树抗旱性研究主要集中在桃砧上，而嫁接后砧木对桃叶片结构的影响研究鲜见[5]。

叶片是在大气环境中暴露最多的植物器官，对环境变化较为敏感，变异性和可塑性都较大，但受遗传的控制，叶片的结构特征又具有稳定性，通过叶片的结构特征可以分析植物对外界环境的适应性[6]。叶片越厚、角质层越厚、气孔密度越大、海绵组织越薄、栅栏组织越发达且细胞层数越多，叶片的抗旱性和水分控制能力越强，光合效率越高[7-8]。隶属函数法是目前较常用的植物抗旱性评价方法之一，该法将各项相关指标纳入评价体系，弥补了方差分析的不足，能更全面地反映品种的耐旱性，隶属函数值及抗旱性度量值越大，其耐旱性越强，该法目前已广泛应用于蜜橘、芒果、小扁豆、玉米等作物的耐旱性评价[9]。

欧李(Cerasushumilis)与桃同属于蔷薇科，与桃具有较高的亲和性[10]。目前关于桃和欧李的研究，主要集中在桃作为欧李的乔化砧木或欧李作为桃的矮化砧木等方面[11-12]，而嫁接后欧李对桃叶片的解剖结构及抗旱性的影响尚未见报道，鉴于此，研究欧李砧木嫁接桃植株的叶片解剖结构，分析不同桃叶片解剖结构的差异及其抗旱性，为桃抗旱砧木的筛选和丰产栽培提供理论支持。

1 材料和方法

1.1 试验材料

2018年6月，在河南省洛阳市紫鑫农业有限公司，随机选取2年生、生长健壮、无病虫害的瑞蟠4号/欧李(试材)和瑞蟠4号/毛桃(对照)各5株，每株选4个方位，在同一方位选取长势一致、长度粗度相近的2次长梢中部的成龄叶4片，用流水冲洗干净，放入FAA固定液保存备用。

1.2 叶片气孔观察

在固定过的叶片中部中脉两侧剪取1 cm×2 cm的小块，用水冲洗干净，放入5%NaOH溶液中离析12 h后，用镊子撕取下表皮，40倍显微镜下观察气孔的大小(L2)(每视野测定1个气孔的长宽)，每个叶片观察15个视野，共300个视野，计算气孔密度(L3)，L3=M/(3.14×r2)，其中，M为单个视野气孔数，r为观察视野的半径。

1.3 叶片解剖结构观察

在固定过的叶片中部以叶脉为中心切取1 cm2左右小块，参考李正理等[13]的石蜡切片技术制成永久切片，于显微镜下观察叶片各组织，分别测定叶片厚度(L1)、上角质层厚度(L4)、下角质层厚度(L5)、上表皮厚度(L6)、下表皮厚度(L7)、栅栏组织厚度(L8)、海绵组织厚度(L9)、栅栏组织细胞长度(L13)和宽度(L14)、海绵组织细胞长度(L15)和宽度(L16)，并计算出栅海比(L10，栅栏组织厚度/海绵组织厚度)、组织紧密度(L11，栅栏组织厚度/叶片厚度)、组织疏松度(L12，海绵组织厚度/叶片厚度)。

1.4 数据分析

试验数据采用SPSS 21.0软件和Excel 2016软件进行处理，利用方差分析法、主成分分析法及隶属函数法对数据进行分析。

通过主成分分析法确定各指标权重并进行隶属函数分析。参照郭素娟等[14]的方法，得出不同嫁接桃组合的抗旱性度量值(D)：

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

(1)

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

(2)

式中：m表示指标个数，R(Lij)表示i品种j指标的隶属函数值，Wj表示j指标的权重，Lij为指标测量值，Lmin和Lmax分别为参试品种叶片某一指标的最小值和最大值，当指标与抗旱性呈正相关时用公式(1)，呈负相关时用公式(2)。

2 结果与分析

2.1 桃叶片气孔和解剖结构观察

2.1.1 桃叶片厚度及表皮组织结构比较 如图1所示，无论欧李砧木还是毛桃砧木，瑞蟠4号桃叶片的横切面均含有角质层和表皮层，上下角质层厚度呈线状，上下表皮细胞均为一层且呈长方形。由表1可以看出，欧李砧与毛桃砧相比，瑞蟠4号桃叶片厚度、气孔大小、上下角质层厚度和上下表皮厚度均显著增大，其中，欧李砧的瑞蟠4号桃叶片下角质层厚度增加最多，比毛桃砧的增厚46.15%，叶片增厚24.54%，上角质层增厚11.82%，上表皮增厚8.98%，下表皮增厚8.17%，气孔大小增加7.73%。但气孔密度差异不显著。

a.瑞蟠4号/欧李; b.瑞蟠4号/毛桃a.Ruipan 4/Cerasus humilis; b.Ruipan 4/Prunus persica图1 2种桃叶片解剖结构Fig.1 Anatomy of two peach leaves

嫁接桃组合Grafted peach combina-tionL1/μmL2/μm2L3/(个/μm2)L4/μmL5/μmL6/μmL7/μm瑞蟠4号/欧李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号/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：同列数据后标不同小写字母表示在0.05水平差异显著，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 桃叶肉解剖结构特征比较 由图1可知，欧李砧和毛桃砧的瑞蟠4号桃叶肉组织结构相似，叶片栅栏组织均由2～3层柱状细胞组成，不同层细胞近等长、排列整齐且紧密，海绵组织细胞大多呈不规则形状，排列不整齐且分布十分疏松。由表2可以看出，欧李砧与毛桃砧相比，瑞蟠4号桃叶片栅栏组织厚度、海绵组织厚度、栅海比、组织紧密度、组织疏松度及栅栏组织细胞长度均具有显著差异，其中，欧李砧的瑞蟠4号叶片栅海比增加最多，比毛桃砧的增加15.17%，栅栏组织厚度增加6.67%，组织疏松度降低最多，为24.24%，组织紧密度降低14.58%，栅栏组织细胞长度降低8.02%，海绵组织厚度降低7.11%，但栅栏组织细胞宽度、海绵组织细胞长度和宽度差异不显著。

表2 桃叶肉解剖结构特征比较Tab.2 Comparison of anatomical structure characteristics of peach mesophyll

2.2 桃抗旱指标权重确定

测定的16项指标间存在一定相关性，反映的信息具有一定重叠性，因此不能直接用于分析抗旱性。本研究通过主成分分析确定16项指标反映抗旱性时所占权重。由表3可知，第1主成分贡献率为79.890%，其中，气孔密度、海绵组织厚度、栅栏组织厚度、栅栏组织细胞长度和宽度、海绵组织细胞长度和宽度、组织紧密度等在第1主成分上载荷较高，表明气孔密度、栅栏组织厚度、栅海比、栅栏组织细胞长度和宽度、海绵组织细胞长度和宽度、组织紧密度等越大，桃的抗旱性越强。第2主成分贡献率为13.700%，其中，叶片厚度、上下角质层厚度、上下表皮厚度、气孔大小、组织疏松度等在第2主成分上载荷较高，表明叶片厚度、上下角质层厚度、上下表皮厚度等越大，气孔大小、组织疏松度等越小，桃的抗旱性越强。前2个主成分贡献率累积达到93.590%，与抗旱能力相关性较大，因此提取前2个主成分分析嫁接桃组合的抗旱性。

表3 2个桃组合16项指标的主成分分析Tab.3 Principal component analysis of 16 indexes of two peach combinations

根据主成分载荷矩阵求得主成分F1、F2的表达式分别为：

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

根据2个主成分的权重，求得主成分F的表达式为：F=(λ1F1+λ2F2)/(λ1+λ2)，式中：λ1、λ2分别为2个主成分的特征根。

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

上述表达式中，指标前系数值(权重)越大，越能反映桃的抗旱性，16项指标反映桃抗旱能力的顺序为：海绵组织厚度(0.256)>组织紧密度(0.253)>栅栏组织细胞长度(0.250)>海绵组织细胞宽度(0.243)>海绵组织细胞长度(0.241)>气孔密度(0.234)>下表皮厚度(0.231)>上表皮厚度(0.227)>栅栏组织细胞宽度(0.217)>栅栏组织厚度(0.214)=组织疏松度(0.214)>上角质层厚度(0.211)>栅海比(0.195)>下角质层厚度(0.165)>气孔大小(0.158)>叶片厚度(0.086)。

2.3 2个桃组合抗旱性的隶属函数及综合评价

根据隶属函数法求得2个桃组合16个指标的隶属函数值(R)，结合主成分分析法求出各指标权重，计算抗旱性度量值(D)，抗旱性度量值越大抗旱性越强[9]。由表4可知，瑞蟠4号/欧李的抗旱性度量值大于瑞蟠4号/毛桃，因此，瑞蟠4号/欧李的抗旱性比瑞蟠4号/毛桃强。

表4 2个桃组合抗旱性的隶属函数值(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 结论与讨论

叶片解剖结构的差异是叶片与环境条件长期相互作用的结果，反映了植物对干旱条件的适应性[15]。相关研究表明，叶片大小及厚度、角质层厚度、表皮厚度、气孔大小及密度、栅栏组织及细胞大小、海绵组织及细胞大小、栅栏组织与海绵组织之比等可以作为筛选抗旱品种的指标[6，16]。叶片和角质层越厚的植物抗旱性越强[16]。孟庆杰等[17]、刘红茹等[18]、郭改改等[9]研究发现,随着抗旱能力的增强，叶片厚度也增加。郭改改等[9]、刘捷平[19]、薛智德等[20]发现，叶片角质层增厚可以减少水分的蒸发，耐旱性越强的品种其叶片角质层厚度越厚。表皮具有保护和贮存水分的作用，周媛等[21]发现，叶片表皮越厚则贮存水分的能力越强，植株的抗旱性越强。翟晓巧等[22]、王锋堂等[23]发现，当叶片的气孔越小、气孔密度越大时，植株的抗旱性越强。徐扬等[24]、桂毓等[25]、曹林青等[26]、樊卫国等[27]认为，植株的抗旱能力越强，叶片的栅栏组织越厚，栅海比越高，组织紧密度越大或组织疏松度越小。本试验中瑞蟠4号/欧李与瑞蟠4号/毛桃相比，增加了叶片厚度、上下角质层厚度、上下表皮厚度、栅栏组织厚度和栅海比，减小了海绵组织厚度、组织疏松度、栅栏组织细胞大小和海绵组织细胞大小，从而提高植株的抗旱性。

本研究采用基于多项指标的隶属函数法进行抗旱性比较，同时根据主成分分析确定权重可以提高抗旱性评价的准确性，避免评价结果的单一片面性，使分析结果更加客观可靠[14]。杨森等[28]通过隶属函数对5个品系橡胶树叶片进行抗旱性评价，得出保亭933品系的抗旱性最强。何彩云等[29]运用隶属函数法评价不同沙棘抗旱性发现，乡土种中国沙棘的抗旱性大于引进的大果沙棘。本研究通过运用隶属函数法结合各指标所占权重综合得出，瑞蟠4号/欧李的抗旱性比瑞蟠4号/毛桃强，欧李砧木能提高桃的抗旱能力，为近一步研究桃抗旱砧木的筛选和丰产栽培提供理论支持。