香梨果实维管束发育与石细胞关系的解剖学研究

任丹丹，张 倩，王 睿，包建平,2,3*

（1 塔里木大学植物科学学院，新疆阿拉尔 843300；2 新疆生产建设兵团塔里木盆地生物资源保护利用重点实验室 843300；3 南疆特色果树高效优质栽培与深加工技术国家地方联合工程实验室 843300）

‘库尔勒香梨’（Pyrus sinkiangensis Yu）简称‘香梨’，属于蔷薇科梨属，以皮薄、肉脆、汁多、味甜、酥香、爽口、耐储藏、营养丰富等特点驰名中外，是新疆的主栽品种[1]。石细胞对梨果实品质起着至关重要作用，其含量增加、体积增大均会导致果肉粗糙，口感多渣，含糖量降低，甚至果肉变硬[2-3]。

梨果实中存在着呈网状分布的维管束，是一个相互连通的重要输导系统，对果实的生长发育和品质形成有重要作用。前人于20 世纪40 年代便运用染料示踪法进行植物维管束的研究，Kunmazawa[4]利用碱性品红观察玉米维管束分布；边媛等[5]通过红墨水染色法观察枣果实维管束的分布情况。维管束是果实水分和营养物质运输的主要通道，同时会影响果实的生长发育和品质形成[6]。水稻谷粒充实率会随着穗颈节间维管束增加而变大，单穗重也会有一定程度的增加[7]。Guo 等[8]利用石蜡切片的方法对猕猴桃果实维管束的发育情况及解剖结构进行观察，发现猕猴桃具有周韧型维管束，维管束为适应果实膨大生长，其形状随果实发育由近圆形变成长圆形。‘库尔勒香梨’作为一种深受大众喜爱的水果，在果实品质方面已有大量的研究，而关于果实维管束分布和形态方面的研究较少，且目前未有关于探讨维管束与石细胞关系的研究。本试验以‘库尔勒香梨’为试材，比较分析‘库尔勒香梨’果实各个发育时期的维管束和石细胞性状，探讨‘库尔勒香梨’果实石细胞发育与维管束发育变化之间的关系。旨在通过理论实验，找到‘库尔勒香梨’维管束和石细胞之间的关系，从而为生产上减少‘库尔勒香梨’石细胞数目和体积提高果实品质提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 材料

试验设在塔里木大学行政楼西侧梨园，供试材料为13 年生的‘库尔勒香梨’，果园常规管理。

1.2 测定项目及方法

于2019 年4 月，盛花期后15d、36d、81d、110d 及145d，随机选择‘库尔勒香梨’树东面外围果实进行采样，每次脱萼果和宿萼果各采60 个，定期采样至果实成熟。除部分新鲜果实直接用于墨水染色外，其余果实用于石细胞分析。

1.2.1 维管束和石细胞在梨果实中的分布情况。分别选取‘库尔勒香梨’脱萼果和宿萼果各20 个，剪去果梗部分末端，插入蓝墨水中染色24h，果实纵切，分析维管束在梨果实中分布情况；将被蓝墨水染色的果实纵切，果肉表面滴浓盐酸，随后将5%间苯三酚滴在果实纵切面，染色1～2 min，使间苯三酚和木质素在酸性环境下发生樱红色反应，分析石细胞在梨果实中分布情况；通过徒手切片取萼端染红色部分，显微镜下观察香梨果实维管束和石细胞的分布情况，分析二者关系。

1.2.2 维管束与石细胞的相连情况。随机选取‘库尔勒香梨’脱萼果、宿萼果各10 个，取萼端切5mm×5mm×2mm 的小块（取材部位同上），用FAA 固定液固定。参照杨虎彪等[9]和张珺等[10]的方法，选取固定材料制作石蜡切片，番红-固绿二重染色，中性树胶封固后用奥林帕斯显微镜BX50F-3 进行观察维管束和石细胞相连情况。

1.2.3 石细胞分级。随机选取‘库尔勒香梨’将脱萼果、宿萼果各30 个放入冰箱冷冻24h，取萼端果肉5g，用榨汁机分离石细胞，分离出的石细胞烘干[11]，并利用不同目筛对石细胞分级，计算石细胞粒径比。

1.2.4 维管束半径、周长、面积与石细胞大小的关系。利用上述试验完成的石蜡切片，在显微镜导入电脑的图像中，利用软件MvImagevt 测量维管束的半径、周长、面积。测量维管束的横截面积和石细胞的大小，从而通过数据得到二者的相关性，分析二者关系。

1.3 数据分析

使用奥林帕斯显微镜BX50F-3 进行观察拍照以及数据的测量，并用MvImagevt 软件测量石细胞面积、维管束半径和数量。试验原始数据使用Microsoft Excel2003 进行处理与作图，使用DPS 7.05 数据处理软件显著性分析、相关性分析等。

2 试验结果

2.1 发育时期对梨果实维管束、石细胞分布和相连情况的影响

从不同发育时期果实维管束中染料运输与分布来看，香梨脱萼果与宿萼果果实维管束染色范围最大的时期均为盛花期后36d 与81d（图1-B 和C，图2-B 和C），果实果梗处维管束被深度染色，盛花期后81d 和145d 的维管束染色范围较小，颜色较浅。此外，果梗与果萼处呈现两端石细胞多、中间少的现象，且越靠近果梗，可被染色为维管束数目越多，越靠近萼端处可被染色的维管束越少，且随着果实发育萼端可被染色的维管束和石细胞越少。

由徒手切片和石蜡切片可知，无论是脱萼果还是宿萼果，石细胞周围均有3～8 个维管束相连。在盛花期81d 后，可被染色的石细胞逐渐减少。随着果实的生长发育，维管束周围的石细胞含量越多，分布越密集，离维管束越近，体积越大。

2.2 果实发育过程中维管束半径、面积与周长变化情况

从图3 可以看出，随着果实发育，宿萼果的维管束半径出现先下降再上升，再于盛花期后81d 又呈现下降趋势，并且在盛花期后81d 维管束半径达到峰值；而脱萼果的维管束半径出现先上升后下降再上升的趋势，但是同样在盛花期后81d 达到维管束半径最大值。脱萼果与宿萼果不同的是，两者维管束半径的最小值出现时期不同，脱萼果于盛花期后36d 出现最低值，为1.7724μm，宿萼果于盛花期后110d 出现最低值，为1.7301μm。

从图4、5 可以发现，脱萼果维管束面积与周长均呈先上升后下降再上升的趋势，宿萼果维管束面积与周长呈先下降后上升再下降的趋势，总体上得出维管束的面积、周长的变化趋势相反。盛花期后15d、110d、145d 时，脱萼果维管束面积小于宿萼果维管束面积，分别相差 5.21μm、5.39μm、0.84μm；而盛花期后36～81d 脱萼果维管束面积大于宿萼果。脱萼果与宿萼果维管束周长相比较的结果与维管束面积的比较结果相似，不同在于盛花期后145d 脱萼果维管束周长大于宿萼果，与维管束面积比较结果相反。

2.3 果实发育过程中不同等级石细胞变化情况

从图6 整体上可以看出，香梨石细胞的重量在盛花期15～36d 呈增加趋势。在盛花期15d 时后，香梨石细胞重量不到0.1g，脱萼果0.105～0.2mm 的石细胞明显多于宿萼果，＜0.2mm 的石细胞重量低于宿萼果的石细胞。在盛花期36d 时，石细胞的重量相较于盛花期15d 明显增加，然而此时的脱萼果0.105～0.2mm 石细胞重量小于宿萼果。盛花期后81d～145d，香梨石细胞重量逐渐减小。在盛花期81d，脱萼果＞0.78mm 石细胞重量低于宿萼果，0.45～0.5mm 的石细胞重量高于宿萼果；在盛花期后110d，脱萼果与宿萼果不同等级的石细胞重量相近，不同等级之间最多的为＞0.78mm 的石细胞；在盛花期后145d，即果实成熟时，＞0.78mm的脱萼果石细胞重量相较于110d 减少，宿萼果石细胞重量增加。

2.4 果实发育过程中石细胞面积变化情况

从图7 可以看出，香梨石细胞面积呈先上升后下降的趋势，在盛花期后81d 出现峰值，脱萼果与宿萼果石细胞面积分别达到2.1620μm2、2.1911μm2，说明在盛花期后的15d、36d、81d 内，是石细胞的发育时期，其中脱萼果表现的最为明显，在盛花期81d 后，石细胞发育较为缓慢，且石细胞整体有变小的趋势。说明在盛花期后81d，是石细胞发育的临界期，在其前后石细胞都相对较小。

2.5 石细胞和维管束半径、周长、面积的相关性分析

由表1 可知，宿萼果在果实发育的不同时期，石细胞面积和与其相连的维管束周长显著相关，相关系数为0.85，脱萼果在果实发育不同时期石细胞面积和维管束半径呈无显著相关性。

表1 宿萼果、脱萼果石细胞面积和维管束半径的相关性分析

3 讨论

果实维管束群是果实内水分、无机盐及有机物质的重要输导系统，对果实的生长发育和品质形成有重要作用。谢兆森等[12]研究发现，蓝莓果实第1 次快速生长期的维管束染色范围最广，从果实进入第2 次快速生长期后，果实维管束染色范围下降，同时整个发育过程中维管束结构保持完整。王艳芳等[13]研究发现，苹果果实幼果期各类维管束系统连成一体，且形态结构完整，水分运输速率最高，染色范围分布最广；成熟期果实萼片处膨大的细胞将维管束挤压变形，导致结构松散，染液在梗洼处大量积聚。这与本研究结果一致，本研究通过蓝墨水染色研究发现，盛花期后15d、36d、81d 维管束都可以被墨水较为清晰地染色，而盛花期110d、145d 只有果梗部位的维管束能被墨水染色，果实内部维管束无法被染色。本研究还发现，所有靠近果心的石细胞都和果心外围的维管束相连，单个石细胞都有3～8 条维管束相连，石细胞团周围都有数量不同的维管束相连。

不同品种梨的石细胞团含量增加的速度和比例不同，其含量高峰出现的时间点不同，早熟品种较早，如保利阿斯卡、早酥；中晚熟品种较晚，如博多青、鸭梨等[14]。本研究表明，在香梨果实盛花期后81d 达到石细胞含量最大值。艾沙江·买买提等[15]得出石细胞含量在花后50d 达到含量最大值，与本研究结果存在差异，这与两者的实验方案不同有一定关系，艾沙江等[15]试验中花期时间未明确，与本试验可能存在差异，导致试验结果存在差异。

维管束是由木质部和韧皮部成束状排列并相互连接构成的维管系统，主要作用是为植物体运输水分、无机盐和有机养料等，也有支持植物体的作用。尚莉莉等[16]研究表明，毛竹维管束的面积为0.0383～0.2462mm2，平均值为0.1555mm2；导管孔的面积为0～0.0585mm2，平均值为0.022mm2；与本研究结果基本一致，本试验研究结果表明，和所有石细胞相连的维管束面积的平均值分布在1385～2507μm2之间；黎静等[17]研究表明，纤维鞘总面积在随竹环位置的变化规律与竹环面积的变化趋势相近；聂佩显等[18]研究发现，枣果实维管束面积在II 期迅速增加，在I 期和III期变化较小，而枣果实在I 期和III 期快速生长发育，而在II 期生长缓慢，这与本试验结果一致，本试验研究结果表明维管束的面积于盛花期后81d 达到最大值，随果实后期发育呈减小的趋势，但增大的过程很慢且有面积达到最大值的发育时期，但毛竹和香梨果实的维管束是否具有相关性有待商榷。

综上所述，本研究通过染料示踪法揭示了‘库尔勒香梨’不同发育时期维管束水分运输状况，从解剖结构观察上进一步研究表明，香梨维管束发育时期维管束结构一直保持完整，并且果实石细胞与维管束之间存在一定的联系，两者之间产生联系的原因可能是维管束与石细胞存在一定的连接，维管束的营养物质运输或者生理代谢引起果实石细胞的变化，但是两者之间的具体的生理机制还需进一步深入研究。