扁桃优株叶片解剖结构与其抗旱性关系研究

任哲贡翔张锐罗立新杨波路琦徐崇志

(1.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，新疆 阿拉尔 843300；2.塔里木大学植物科学学院，新疆 阿拉尔 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，新疆 阿拉尔 843300；4.新疆生产建设兵团第一师阿拉尔市三团农业发展服务中心，新疆 阿拉尔 843300；5.新疆农业科学院园艺作物研究所，新疆 乌鲁木齐 830000)

扁桃(Amygdalus communis L.)又名巴旦杏，属蔷薇科李亚科桃属扁桃亚属植物，在世界范围栽培广泛，集中分布于N30°～45°的亚热带和暖温带地区，是世界著名干果及木本油料树种，营养价值丰富，扁桃仁中富含不饱和脂肪酸、蛋白质、氨基酸、糖和多种矿质元素[1]。我国扁桃的主产区是新疆南部的喀什、阿克苏、和田等地，新疆扁桃有40多个品种，其中纸皮、双软和石头扁桃是主栽品种，种植面积和产量占全新疆90%以上[2]。

扁桃的生长环境多为干旱或半干旱地区，在这些地区严重影响果树经济效益的因素之一就是干旱胁迫，所以研究扁桃不同种质的抗旱性尤为重要[3]。木巴热克·阿尤普等[4]以新疆扁桃10个主栽品种为研究对象进行抗旱性综合研究，筛选出S14、S3 2个较为抗旱的品种。董晓民等[5]探究2个扁桃品种和2个普通桃品种的抗旱性，结果发现，2个扁桃品种比2个普通桃品种更为抗旱。郭改改等[6]以5个不同区域的长柄扁桃为研究目标，研究不同区域的长柄扁桃抗旱性差异，结果表明，陕西榆阳区的长柄扁桃最为抗旱，河北丰宁的长柄扁桃最为不抗旱。

叶片解剖结构可一定程度反映植物的耐旱能力[6]。李鸿雁[7]、杨小玉[8]、宋鹏[9]等以植株的叶片厚度、表皮厚度、栅栏组织厚度、海绵组织厚度等叶片解剖结构为研究对象，探索不同品种植株的抗旱性，所得结果与供试植株实际在自然界的生长状况相符合。这些实例证明了以叶片解剖结构来研究植株抗旱性的可行性。

本研究以6种扁桃杂交后代优株为研究对象，通过对不同扁桃的叶片解剖结构进行观察研究，筛选出较为抗旱的扁桃杂交后代优株，以期为扁桃抗旱新品种的选育及育种亲本的储备提供理论参考。

1 材料与方法

1.1 试验地概况

试验地位于新疆维吾尔自治区阿克苏地区温宿县果满堂果业，地处N40°52′～42°15′，E79°28′～81°30′，属典型的大陆性气候，年均气温10.10℃，年均降水量65.4mm，年均无霜期185d。

1.2 试验材料

试验材料为塔里木大学扁桃种质资源圃多年筛选的实生杂交后代6株，树龄为16a，依次记作株1～6。将6株杂交后代优株引种到温宿，2021年8月11日进行取样，取样目标皆为植株中部成熟叶片。

1.3 试验方法

1.3.1 叶片解剖结构

每种扁桃各选取5片叶片，每片叶片观察3个视野，利用徒手切片法[10]制作叶片横切面的临时装片。采用光学显微镜(Olympus，BX51，Japan)搭配目镜测微尺在40倍镜下观察测量叶片厚度、上表皮厚度、下表皮厚度、栅栏组织厚度及海绵组织厚度，并计算栅海比、CTR(叶片组织结构紧密度)、SR(叶片组织结构疏松度)，公式：

栅海比=栅栏组织厚度/海绵组织厚度

CTR=栅栏组织厚度/叶片厚度

SR=海绵组织厚度/叶片厚度

1.3.2 气孔密度

每种扁桃各选取6片叶片，每片叶片观察3个视野，利用指甲油印迹法[11]制作装片。采用光学显微镜(Olympus，BX51，Japan)在40倍镜下测量气孔数量并计算叶片密度，公式：

叶片密度=视野下观察的气孔数量/视野面积

1.3.3 数据处理

文中数据利用WPS和SPSS 26进行数据统计和处理。采用主成分分析法计算各抗旱指标的权重，再用各抗旱指标的权重结合隶属函数法计算各扩繁优株的抗旱性度量值，最后根据抗旱性度量值进行聚类分析，综合评价6个扁桃杂交后代优株的抗旱性表现。隶属函数计算公式如下。

与抗旱性呈正相关的指标函数值计算公式：

F(Xij)=(Xij-Xjmin)/(Xjmax-Xjmin)

与抗旱性呈负相关的指标函数值则计算公式：

F(Xij)=1-(Xij-Xjmin)/(Xjmax-Xjmin)

式中，F(Xij)为隶属函数值；i为品种；j为指标；Xij为指标测定值；Xjmax是所有品种中j指标的最大值；Xjmin是所有品种中j指标的最小值。

抗旱性度量值(D)计算公式：

式中，Wj为j指标的权重。

2 结果与分析

2.1 不同扁桃叶片解剖结构特征比较

通过对不同扁桃的叶片解剖结构观察和计算，得到9项与抗旱性相关的指标，具体平均数值见表1。

表1 扁桃叶片解剖结构特征

6种扁桃的叶片总体厚度在222.5～283.67μm，其中株3最厚，达到283.67μm，显著高于其它扁桃，株2的叶片厚度仅为222.5μm，是所有扁桃中最低的，显著低于株3、株6，株3叶片厚度是株2的1.27倍，叶片厚度由大到小排列为株6>株3>株5>株1>株4>株2。表皮厚度特征方面，6种扁桃上表皮厚度为24.67～32μm，下表皮厚度为18.83～23.5μm，上表皮厚度和下表皮厚度最高的都是株1，最低的都是株5，且株1都显著高于株5。

6种扁桃的栅栏组织厚度为100.17～133.17μm，株3的栅栏组织厚度最高(133.17μm)，显著高于其它扁桃，株2最低(100.17μm)，显著低于株3、株5、株6。栅海比和叶片组织结构紧密度都是株5最高，株1最低，其中叶片组织结构紧密度株5显著高于株1。6种扁桃的海绵组织厚度在74.83～98.5μm，株3海绵组织厚度最高(98.50μm)，株3显著高于株1、株2、株4、株5，株2海绵组织厚度最低(74.83μm)，仅为株1的76%。叶片组织结构疏松度最高的是株3，各种扁桃间无显著性差异。

6种扁桃的气孔密度分布在238.39～297.09个·mm-2，株4的叶片气孔密度最大(297.09个·mm-2)，显著大于株3、株5、株6，株6的叶片气孔密度最小(238.39个·mm-2)，显著小于株1、株2、株4，株4的气孔密度是株6的1.25倍。

2.2 主成分分析

所测指标中有的数据可能具有一定关联性，直接对指标数据进行分析可能会导致结果不准确，主成分分析可以把互相关联的指标转换成独立的综合指标从而降低误差[12]。

基于特征值>1对主成分进行提取，结果如表2所示，主成分1特征值4.83，贡献率53.66%；主成分2特征值3.13，贡献率34.80%。主成分1和主成分2累计贡献率达到88.46%，说明主成分1和主成分2已经把6种扁桃扩繁优株与抗旱性有关的88.46%的数据都反映出来。

对9个与抗旱有关的指标进行主成分分析，见表2。叶片厚度、栅栏组织厚度、海绵组织厚度、叶片组织疏松度、气孔密度等5个指标在主成分1中载荷值的绝对值最高，说明主成分1反映的数据主要是这5个指标。主成分2中上表皮厚度、下表皮厚度、栅海比、叶片组织紧密度等4个指标载荷值的绝对值最高，表明主成分2主要映射这4个指标的特征。

表2 主成分载荷矩阵

根据表2内容计算得到各个指标所占的权重，见表3。9个与抗旱性有关的指标中叶片组织紧密度权重最大，达到0.33，说明叶片组织紧密度是最能反映扁桃杂交后代优株抗旱能力的，权重最小的是下表皮厚度，仅为0.07，说明下表皮厚度对扁桃优株的抗旱能力影响较小。9个抗旱性指标的权重由大到小分别为叶片组织紧密度(0.33)>栅栏组织厚度(0.29)>叶片组织疏松度(0.27)>海绵组织厚度(0.24)>上表皮厚度(0.24)>叶片厚度(0.23)>气孔密度(0.21)>栅海比(0.19)>下表皮厚度(0.07)。

表3 抗旱性特征权重

2.3 不同扁桃抗旱性综合评价

2.3.1 隶属函数分析

利用一个或少数几个指标来反映植株的抗旱能力都太片面，现在对林木进行抗旱评价大都利用隶属函数法，隶属函数可以结合测定的全部与抗旱性相关的指标综合分析评价植株的抗旱能力[13]。

本试验利用隶属函数结合表3主成分分析法所得出的各指标的权重计算抗旱性度量值，抗旱性度量值越大，抗旱性越好。结果如表4所示，6种扁桃优株抗旱性度量值最大的是株6(1.23)，最小的是株2(0.66)，抗旱性度量值由大到小排列为株6>株3>株4>株5>株1>株2。

表4 扁桃隶属函数和抗旱度量值

2.3.2 聚类分析综合评价

根据抗旱度量值利用欧氏距离-组间联接的方法对6种扁桃优株的抗旱性进行系统聚类分析。结果如图1所示，在4.5处可将6种扁桃优株的抗旱性表现分为3类。第1类抗旱性较强，包括株3、株4、株5、株6；第2类抗旱性一般，为株1；第3类抗旱性较差，为株2。

图1 6种扁桃扩繁优株抗旱性聚类分析

3 讨论与结论

干旱胁迫会阻碍植物生长发育，导致果实品质和产量显著降低，对国家造成大量经济损失，全球因自然灾害所造成的损失中，干旱所造成的损失占到42%以上[14]。干旱是制约农业发展的重要因素之一，我国是世界上严重干旱的国家之一，人均水资源占有率不到世界平均水平的1/4，干旱半干旱地区面积在我国占到50%左右，降低干旱胁迫给我国农业造成的负面影响显得尤为重要[15]。选育抗旱品种是解决干旱胁迫的有效途径，目前叶片解剖结构可成为在挑选亲本和评价杂种后代抗旱性时的重要参考依据，因为叶片是植物对干旱响应最敏感的器官之一，叶片结构形态能直接反映植物的生长状况[6]。

王磊[16]对薄壳山核桃3个引种品种抗旱性及解剖特征进行研究，结果证明，叶片厚度更厚的叶片储水能力更强，蒸腾速率更低，从而抗旱性也越强。本试验中株3叶片厚度最厚，其次是株6，两者在抗旱性综合排名中名列1、2位。张金玲等[17]在比较臭柏异形叶解剖结构及其抗旱性的关系时认为，叶片表皮厚度和叶片的保水、隔热能力具有直接关系，表皮厚度厚的叶片保水、隔热的能力更强。本研究中，叶片表皮厚度最厚的是株1，但其综合排名只在第5位，主要原因是其叶片组织紧密度和栅海低于其它5种优株。

叶片栅栏组织厚度、栅海比、CTR越大，植株越抗旱[7]，本研究中栅栏组织厚度、栅海比、叶片组织结构紧密度大小排名前4的都是株3、株4、株5、株6，这4种扁桃也是聚类分析中聚类到一起的抗旱性表现较好的扁桃。叶片海绵组织厚度、SR越大越不利于抗旱[9]，本研究中海绵组织厚度和叶片组织疏松度最大的都是株3，但其在抗旱性综合表现中排名第2，原因是较厚的海绵组织厚度增加了整体叶片厚度，叶片厚度变厚保水能力增强，抗旱能力提升，这与孟庆杰[18]等研究结果一致。

邱庆树[19]等探索花生叶片气孔突变及其与抗旱性的关系，结果发现，气孔少的植株更加抗旱。刘照斌[20]等研究发现，被S3307(烯效唑)处理过的早熟禾气孔密度更小，更加抗旱，因为叶片气孔密度小会减少叶片水分的蒸发，保水能力强抗旱能力均增强。本研究中叶片气孔密度最小的是株6，其在抗旱性综合评价中排名第1。

本研究通过应用主成分分析法、隶属函数法、聚类分析法对6种扁桃优株的抗旱性进行综合评价，结果表明株3、株4、株5、株6的抗旱性表现较好，可优先选作抗旱育种亲本。本文仅从叶片解剖结构及其抗旱性的关系进行了分析，对扁桃杂交后代优株的抗旱性还需进行更加全面的研究探讨。