不同梨品种（系）叶片解剖结构及其与抗寒性的关系

位 杰，张琦，林彩霞，蒋媛

（1.新疆生产建设兵团第二师农业科学研究所，新疆 铁门关 841005；2.塔里木大学 植物科学学院，新疆 阿拉尔 843300）

梨（Pyrusspp.）是我国传统的优势果树，也是世界五大水果之一，具有较高的经济价值、营养价值和医用价值，深受生产者和消费者的青睐。我国许多优势梨产区都把梨产业作为农业结构调整的支柱产业，在推进脱贫攻坚和乡村振兴等方面发挥了重要作用。低温冻害是梨产业发展的主要限制因子，影响着梨的区域分布[1]。冻害往往突袭性强，防范不及，常造成大幅减产，严重的甚至毁园，损失数年无法弥补。此外，冻害还会引起次生腐烂病的发生，造成树势衰弱[2]。因此，研究梨的抗寒性对梨产业的高质量发展具有重要意义。

叶片是植物重要的营养器官，主要进行光合作用和蒸腾作用。由于叶片直接暴露在空气中，其组织结构更容易受到环境变化的影响，也最能体现植物对生态条件的长期适应特点。因此，叶片被作为植物抗寒性研究的一个重要参考[3-4]。前人对油茶[5-6]、核桃[7-9]、蜜橘[10]、含笑[11]、野苹果[12-13]、西番莲[14]等植物的叶片形态结构与抗寒性的关系已开展了很多研究，但关于不同梨品种（系）叶片解剖结构与抗寒性关系的研究鲜见报道。为此，通过观察比较不同梨品种（系）的叶片解剖结构上的差异，结合田间冻害观察结果，探讨梨叶片解剖结构特性与抗寒性的关系，筛选抗寒性状指标，综合评价不同梨品种（系）的抗寒性，为梨抗寒品种选育过程中亲本的选择、杂交后代的早期鉴定以及品种引种栽培区划提供理论依据。

1 材料和方法

1.1 试验材料

供试材料取自新疆生产建设兵团第二师农业科学研究所梨种质资源保存圃。13 个供试梨品种（系）为库尔勒香梨、苹果梨、早酥梨、砀山酥梨、鸭梨、新梨1 号（库尔勒香梨♀×砀山酥梨♂）、新梨6号（库尔勒香梨♀×苹果梨♂）、新梨7 号（库尔勒香梨♀×早酥梨♂）、新梨8号（库尔勒香梨♀×鸭梨♂）、新梨9 号（库尔勒香梨♀×苹果梨♂）、新梨10 号（库尔勒香梨♀×鸭梨♂）、新梨11 号（库尔勒香梨♀×鸭梨♂）、84-1-1（库尔勒香梨♀×苹果梨♂）。树龄20～23 a，树势中庸，株行距3 m×5 m。果园地势平坦，园相整齐，土、肥、水管理情况一致。

1.2 试验方法

2019 年8 月12 日，每个品种（系）选取3 株生长势相近的植株，在每株树冠东部和南部方向选取长度一致、粗度一致的1 年生枝条中部的成熟叶片4片，每个品种（系）共采集12 片叶，带回实验室，依次用自来水、蒸馏水冲洗干净，擦干备用。

叶片显微结构观察：在叶片主叶脉边上取大小为2 mm×2 mm 的材料，用FAA 固定液固定，经一系列梯度乙醇和二甲苯脱水，用石蜡包埋，德国LEICA RM2135 切片机切片。横切片厚度8 μm，经番红-固绿染色，然后在Nicon ECLIPSE 光学显微镜下，用测微尺测量叶片上表皮厚度（Thickness of upper epidermis，TU）、下表皮厚 度（Thickness of lower epidermis，TL）、栅栏组织厚度（Thickness of palisade tissue，TP）、海绵组织厚度（Thickness of spongy tissue，TS）及叶片厚度（Leaf thickness，LT），每处理观测10个视野，取平均值。根据栅栏组织厚度、海绵组织厚度和叶片厚度计算栅海比（Palisade tissue and spongy tissue ratio，P/S）、组织结构疏松度（Looseness of spongy tissue，SR）、组织结构紧密度（Tightness of palisade tissue，CTR）。

P/S=栅栏组织厚度（TP）/海绵组织厚度（TS），SR=海绵组织厚度（TS）/叶片厚度（LT）×100%，CTR=栅栏组织厚度（TP）/叶片厚度（LT）×100%。

1.3 数据处理与分析

采用Microsoft Excel 和DPS v7.05数据处理系统对试验数据进行计算和统计分析，应用Duncan氏新复极差法进行多重比较。

根据相关性分析结果计算相关指数，计算公式：

采用隶属函数法综合评价13 个梨品种（系）的抗寒性，计算公式：

式中，Ui,j代表i品种（系）j性状的抗寒隶属函数值，Xi,j为i品种（系）j性状值，Xjmin为j性状最小值，Xjmax为j性状最大值。

若某一指标与抗寒性呈负相关关系，则可用反隶属函数计算其隶属函数值，公式：

2 结果与分析

2.1 不同梨品种（系）叶片解剖结构特征分析

由图1 可知，不同梨品种（系）的叶片横切面均由上表皮、栅栏组织、海绵组织和下表皮构成，属于典型的异面叶。由表1 可知，不同梨品种（系）叶片解剖结构总体上相似，但在量化上有一定的差异。其中，栅海比的变异系数最大，为27.03%，海绵组织厚度次之，为24.64%，叶片组织结构疏松度的变异系数最小，为9.96%，说明不同梨品种（系）叶片解剖结构特性变异较为广泛。

不同梨品种（系）叶片的上表皮均由1层排列紧密的长方形或方形细胞组成。上表皮厚度介于12.29～23.46 μm，平均为15.70 μm，新梨6 号的叶片上表皮厚度最大，新梨10 号的叶片上表皮厚度最小，不同品种（系）之间存在一定程度的差异。下表皮细胞也只有1层，长方形或方形，排列紧密。下表皮厚度介于8.02～15.30 μm，平均为10.68 μm，新梨6 号叶片下表皮厚度最大，新梨7 号叶片下表皮厚度最小，不同品种（系）之间也存在一定程度的差异。不同梨品种（系）的叶片横切面上表皮细胞的直径均比下表皮细胞的直径大，除84-1-1的上表皮细胞厚度与下表皮细胞厚度差异不大外，其余品种的上表皮细胞厚度均比下表皮细胞厚度大。

不同梨品种（系）叶片厚度不一，介于183.50～314.48 μm，平均为248.20 μm，新梨9 号叶片厚度最大，新梨10 号叶片厚度最小，不同品种（系）之间存在一定程度的差异。不同梨品种（系）叶肉细胞分化程度高，栅栏组织层数多为2 层，少数为3 层。栅栏组织细胞长圆柱形，形状较规则，排列比较紧密。它们由外向里长度逐渐缩短，厚度逐渐增加，随着形状的改变，不但细胞排列开始变得不整齐，细胞间隙也增大。栅栏组织厚度介于73.77～134.35 μm，平均为101.71 μm，84-1-1叶片栅栏组织厚度最大，新梨10号叶片栅栏组织厚度最小，不同品种（系）之间存在一定程度的差异。海绵组织细胞呈现不规则的形状，排列疏松，细胞间隙较大，厚度介于68.01～146.37 μm，平均为99.95 μm，苹果梨叶片海绵组织厚度最大，库尔勒香梨叶片海绵组织厚度最小，不同品种（系）之间也存在一定程度的差异。

不同梨品种（系）叶片栅海比介于0.67～1.81，平均值为1.11，库尔勒香梨的叶片栅海比最大，苹果梨叶片的栅海比最小。组织结构疏松度介于33.59%～48.27%，平均为41.40%，苹果梨叶片的组织结构疏松度最大，砀山酥梨叶片的组织结构疏松度最小。各品种（系）的叶片组织结构紧密度介于31.43%～50.19%，平均为40.16%，84-1-1 的叶片组织结构紧密度最大，苹果梨的叶片组织结构紧密度最小。叶片栅海比、组织结构疏松度、组织结构紧密度在不同梨品种（系）之间均存在一定程度的差异。

2.2 不同梨品种（系）的抗寒性综合评价

2.2.1 叶片抗寒性解剖结构指标的筛选 不同梨品种（系）叶片8个解剖结构指标的聚类分析结果见图2。由图2可知，8个指标聚为3类时，各类间的距离比较大，说明各类的特点比较突出，相关性较小。第一类包括上表皮厚度、下表皮厚度、栅海比、组织结构疏松度、组织结构紧密度；第二类包括栅栏组织厚度、海绵组织厚度；第三类仅包含叶片厚度1个指标。

不同梨品种（系）叶片结构指标的相关性分析结果表明，8个指标之间存在一定程度的相关性（表2）。上表皮厚度与下表皮厚度存在显著的正相关关系，栅海比与组织结构疏松度存在显著的正相关关系，叶片厚度和栅栏组织厚度、海绵组织厚度存在极显著的正相关关系，海绵组织厚度与组织结构紧密度存在极显著的正相关关系；组织结构疏松度和组织结构紧密度存在显著的负相关关系，海绵组织厚度和栅海比存在极显著的负相关关系，栅海比和组织结构紧密度呈极显著的负相关关系。

表2 不同梨品种（系）叶片结构指标的相关矩阵Tab.2 Correlative matrix of leaf structure parameters of different pear varieties（strains）

基于统计学原理，在一类指标中根据相关指数大小选择各类中的典型指标，相关指数越大，指标的代表性就越强，有利于合理评价。根据8 个指标的相关矩阵和相关指数计算公式，得出各类指标中每个指标的相关指数并进行排序，结果见表3。由表3可知，在第一类指标中，组织结构紧密度的相关指数最大，确定为该类的典型指标；第二类中，栅栏组织和海绵组织的相关指数相等，但海绵组织的变异系数较大，为24.64%（表1），因此，选择海绵组织厚度为第二类的典型指标；第三类只有叶片厚度一个指标，确定其为第三类的典型指标。

表3 不同梨品种（系）叶片结构指标的相关指数及排序Tab.3 Correlative indexes and order of parameters of different pear varieties（strains）leaf

2.2.2 不同梨品种（系）抗寒性的综合评价 对于筛选出的组织结构紧密度、海绵组织厚度和叶片厚度3 项叶片抗寒性解剖结构指标，根据隶属函数值计算公式得出13 个梨品种（系）3 项指标的平均隶属度（表4），以平均隶属度评价各品种（系）的抗寒性，平均隶属度越大，抗寒性越强。由表4 可知，根据平均隶属度的大小，13个梨品种（系）的抗寒性能表现为苹果梨＞新梨6 号＞鸭梨＞新梨9 号＞84-1-1＞新梨7 号＞早酥梨＞新梨8 号＞砀山酥梨＞新梨11 号＞新梨10 号＞新梨1 号＞库尔勒香梨，这与田间调查结果基本一致。

表4 不同梨品种（系）的抗寒性综合评价Tab.4 Comprehensive evaluation on cold resistance of different pear varieties（strains）

续表4 不同梨品种（系）的抗寒性综合评价Tab.4 （Continued）Comprehensive evaluation on cold resistance of different pear varieties（strains）

3 结论与讨论

果树的抗寒性综合评价是果树引种栽培、抗性育种、栽培区划的前提和基础。植物的抗寒性是受多方面因素控制的复合遗传性状，单一的抗寒性鉴定指标难以真实反映植物的抗寒性，只有采用多项指标的综合评价才能比较准确地反映出植物的抗寒水平[15]。隶属函数法在多指标测定的基础上对植物的某一特性进行综合评价，能有效避免因采用单个指标进行评价而造成的片面性[3]。目前，隶属函数法已经广泛应用于葡萄[16]、榛子[17]、枣[18]、石榴[19]、樱桃[20]、苹果[21]等果树的抗寒性鉴定。本研究利用隶属函数法综合评价13个梨品种（系）的抗寒性，以平均隶属度衡量各品种（系）的抗寒性强弱，评价结果与田间调查结果基本一致，表明隶属函数法综合评价梨品种（系）抗寒性具有一定的参考价值。

植物叶片对环境的变化较为敏感，叶片组织结构会随环境的变化而产生相应的响应和适应机制。关于叶片形态结构与抗寒性的研究在许多植物上已有报道，一般认为，叶片厚度、海绵组织厚度、栅栏组织厚度、栅海比、组织结构紧密度、组织结构疏松度均与植物的抗寒性有着密切的关系[8,22-25]。本研究从8个叶片解剖结构指标中筛选出叶片组织结构紧密度、海绵组织厚度和叶片厚度等3个指标，作为不同梨品种（系）抗寒性综合评价的主要指标。组织结构紧密度作为反映抗寒性的主要指标，与刘杜玲等[8]、樊新萍等[25]对核桃的研究结果一致；海绵组织厚度作为反映抗寒性的主要指标，与何海旺等[23]对香蕉、马婷等[9]对核桃的研究结果一致；叶片厚度作为反映抗寒性的主要指标，与郭学民等[3]对桃树、刘蕊等[26]对椰子的研究结果一致。以上研究表明表面，影响植物抗寒性能的主要指标并不完全一致，这可能与植物种类、生育时期、生态环境条件的不同有关。

本研究结果表明，13 个梨品种（系）的叶片横切面均由上表皮、栅栏组织、海绵组织和下表皮构成，为典型的异面叶。组织结构紧密度、海绵组织厚度和叶片厚度是影响梨抗寒性能的重要指标，13个梨品种（系）的抗寒性表现为苹果梨＞新梨6 号＞鸭梨＞新梨9 号＞84-1-1＞新梨7 号＞早酥梨＞新梨8 号＞砀山酥梨＞新梨11 号＞新梨10 号＞新梨1号＞库尔勒香梨。根据叶片的组织结构解剖特性，利用隶属函数法评价结合田间冻害表现可以较好地反映不同梨品种（系）的抗寒能力。

本研究利用筛选出的3 项叶片解剖结构指标，结合田间冻害调查结果，对13个梨品种（系）的抗寒性进行了初步评价。植物抗寒性是一种受微效多基因控制的数量性状[27]，要进一步准确评价各品种（系）的抗寒性，今后需结合抗寒生理生化等指标综合考虑，并从分子水平上进一步探索不同梨品种（系）的抗寒机制。