蘋果矮化中間砧對接穗品種枝條輸導組織解剖結構的影響

李春燕，楊廷楨，王新平，王淑婷，王 騫，蔡華成，杜學梅，高敬東，弓桂花

(山西省農業科學院 果樹研究所/果樹種質創制和利用山西省重點實驗室，太原 030031)

隨著矮化砧在全球蘋果生產中的廣泛應用，人們對其致矮機理的研究也越來越深入。國內外眾多學者分別從形態解剖結構、水勢、同化物及礦質元素、酶活性、激素調節等方面對蘋果砧木致矮機理進行了研究[1-5]，對致矮的關鍵部位是木質部還是韌皮部觀點不一。結構決定功能，從解剖結構研究蘋果砧木致矮的關鍵部位很有必要。在砧穗互作方面，砧木的影響占主導地位，對接穗品種有向自身特性轉化的趨勢。因此，研究蘋果矮化砧對接穗品種1 a生枝輸導組織解剖結構的影響，對弄清蘋果砧木致矮的關鍵部位、探討蘋果砧木致矮機理有重要意義。

從解剖結構研究蘋果砧木多集中在砧木本身與其矮化性的關系上[6-12]，研究砧木對接穗品種影響的報道[13-15]較少，且研究結果大多一致，即砧木及嫁接植株枝條木質部橫斷面及其占枝條橫斷面積的比例，導管密度，面積及其占木質部的比例與樹體生長勢呈正相關，而韌皮部則與之呈負相關，在柑橘[16-17]、山楂[18]、甜櫻桃[19]、山核桃[20]上的研究也得出相似的結論。對嫁接組合體的研究表明，矮化中間砧嫁接組合體新梢的木質部厚度/韌皮部厚度的比值與砧木致矮能力呈正相關[15]。總之，砧木對接穗品種的影響結論并不明晰，但大多研究者認為，矮化中間砧通過影響葉片、新梢與莖段的結構而影響整株的生理代謝，使樹體生長勢下降，在形態上表現為矮化。

前人對矮砧枝條解剖結構的研究比較粗略。由于從枝條近皮部到近髓部，導管密度和孔徑大小有所差異，因此對近皮部、中部、近髓部導管分別進行研究則更加細化。本研究以不同致矮能力的Y系蘋果矮化砧植株及其中間砧嫁接植株為試材，以野生山定子為對照，通過石蠟切片法，結合AutoCAD軟件，更加精確地研究不同致矮能力蘋果矮化砧與其接穗品種1 a生枝各組織尤其是不同部位導管的解剖結構，分析蘋果矮化砧對接穗品種1 a生枝各組織尤其是主要輸導組織結構及其比例的影響，為探討蘋果矮化砧致矮關鍵部位、揭示蘋果矮化砧致矮機理提供參考與理論依據。

1 材料與方法

1.1 試 材

試驗設在山西省農科院果樹研究所砧木課題組試驗園。選擇相同樹齡、生長勢及管理一致、生長健壯、無病蟲害的5 a生Y系砧木樹及其5 a生嫁接樹為試材，砧木品種有已通過審定的極矮化砧‘Y-B094’、矮化砧‘Y-B009’、半矮化砧‘Y-C002’，以實生喬化砧山定子為對照；嫁接樹以八棱海棠為基砧，以上述對應的砧木為中間砧，以‘長富2號’為接穗。試材順序排列，單株小區，每個處理設3次重復。

1.2 方 法

砧木樹樣本來源于砧木樹所生枝條，嫁接樹樣本來源于接穗所生枝條。于2016年10月，蘋果樹體營養生長停止，頂芽形成，組織成熟后，取各處理植株相同方位、由剪口芽萌發的1 a生發育枝，在中部取1 cm的枝段，立即放入FAA固定液固定。各處理設3次重復。枝樣用常規石蠟切片法制片。每個重復選2個切片，每個切片選取2個視野，用顯微鏡(型號BX510 Olympus)配置的相機(型號DP71)結合DPController軟件進行顯微攝影，然后把圖片導入AutoCAD2008-Simplified Chinese軟件對各指標進行統計測量，最后根據比例尺將各指標換算成實際大小數據。

測量統計：周皮、皮層、韌皮部、木質部的厚度，髓部和枝條的半徑；近皮部、中部、近髓部次生木質部導管的密度、面積，篩管面積。

導管密度的統計方法：在AutoCAD2008-Simplified Chinese軟件中畫1 mm2的正方形框，統計框內導管的個數；方框邊界導管面積大于1/2，則計數，反之，不計數。

計算測量統計指標的比例：周皮、皮層、韌皮部、木質部的厚度與枝條的比例，髓部半徑與枝條半徑的比例；近皮部、中部、近髓部導管的面積與篩管面積的比例，導管平均面積與篩管面積的比例。

1.3 數據處理

用Excel 2003和SPSS 18統計軟件對數據進行統計分析，以“平均數±標準差”表示。

2 結果與分析

2.1 蘋果矮化中間砧對接穗品種1 a生枝各組織厚度的影響

對Y系不同致矮能力蘋果矮化砧及其中間砧接穗品種1 a生枝橫斷面上周皮、皮層、韌皮部、木質部的厚度，髓部、枝條的半徑進行測量，以分析蘋果矮化砧對接穗品種各組織厚度的影響。結果見表1和圖1。

表1顯示，3個蘋果矮化砧1 a生枝髓部半徑顯著小于喬化砧，而對于接穗品種，卻大于或顯著大于喬化砧，但無論是砧木本身還是接穗品種，3個矮化砧1 a 生枝髓部半徑與致矮能力均沒有顯著相關性。上述情況表明，砧木對接穗品種的髓部半徑趨同作用不明顯。

表1 蘋果矮化中間砧與接穗品種1 a生枝各組織的厚度Table 1 The tissue thickness of 1-year branch in apple dwarfing interstock and scion mm

注：數據后不同字母表示砧木樹或嫁接樹4個處理間差異顯著(P<0.05)。下同。

Note：Different letters in each column stand for the significant difference(P<0.05) among 4 treatments of rootstock tree or grafted tree. The same below.

A1.砧木樹 Y-B094 Rootstock tree Y-B094；A2. 砧木樹Y-B009 Rootstock tree Y-B009;A3.砧木樹 Y-C002 Rootstock tree Y-C002；A4.砧木樹 山定子 Rootstock treeMalusbaccataBorkh；B1.嫁接樹 Y-B094 Grafted tree Y-B094；B2. 嫁接樹Y-B009 Grafted tree Y-B009；B3. 嫁接樹Y-C002 Grafted tree Y-C002；B4.嫁接樹 山定子 Grafted treeMalusbaccataBorkh.

圖1蘋果砧木及其接穗品種1a生枝橫斷面各組織的結構(4×)
Fig.1Thecrosssectionstructureofthedifferenttissuesof1-yearbranchofapplerootstockandscion

2.2 蘋果矮化中間砧對接穗品種1 a生枝主要輸導組織結構的影響

對Y系不同致矮能力蘋果矮化砧及其中間砧接穗品種1 a生枝橫斷面上主要輸導組織結構進行測量，以分析蘋果矮化砧對接穗品種1 a 生枝主要輸導組織結構的影響。結果見表2和圖2。

植物維管束中的導管和篩管是植物地下部水分、營養物質上運和地上部同化物質、激素等物質下運的主要輸導組織。由表2可知，Y系蘋果矮化砧1 a生枝的近皮部導管密度顯著大于喬化砧，近皮部導管面積、導管平均面積顯著小于喬化砧；對于供試接穗品種植株，1a生枝的導管、篩管結構與樹體生長勢沒有顯著相關性。因此，蘋果矮砧對接穗品種解剖結構1 a生枝主要輸導組織組織密度及面積的影響沒有規律，且趨同作用不明顯。

注：導管平均密度=(近皮部導管密度+中部導管密度+近髓部導管密度)/3，導管平均面積=(近皮部導管平均面積+中部導管平均面積+近髓部導管平均面積)/3。下同。

Note: Average vessel density =(Vessel density near to phloem+ Middle vessel density+ Vessel density near to pith)/3，Average vessel area=(Vessel area near to phloem+Middle vessel area+Vessel area near to pith) /3.The same below.

A1.砧木樹 Y-B094 近髓部導管 Rootstock tree Y-B094 vessel near to pith；A2.砧木樹 Y-B094 中部導管 Rootstock tree Y-B094 middle vessel；A3.砧木樹 Y-B094 近皮部導管 Rootstock tree Y-B094 vessel near to phloem；A4.砧木樹 Y-B094 篩管 Rootstock tree Y-B094 sieve tube；B1.砧木樹 Y-B009 近髓部導管 Rootstock tree Y-B009 vessel near to pith；B2.砧木樹 Y-B009 中部導管 Rootstock tree Y-B009 middle vessel；B3.砧木樹 Y-B009 近皮部導管 Rootstock tree Y-B009 vessel near to phloem；B4.砧木樹 Y-B009 篩管 Rootstock tree Y-B009 sieve tube；C1.砧木樹 Y-C002近髓部導管 Rootstock tree Y-C002 vessel near to pith；C2.砧木樹Y-C002 中部導管 Rootstock tree Y-C002 middle vessel；C3.砧木樹Y-C002 近皮部導管 Rootstock tree Y-C002 vessel near to phloem；C4.砧木樹Y-C002 篩管 Rootstock tree Y-C002 sieve tube；D1.砧木樹 山定子 近髓部導管 Rootstock treeMalusbaccataBorkh. vessel near to pith；D2.砧木樹 山定子 中部導管 Rootstock treeMalusbaccataBorkh. middle vessel；D3.砧木樹 山定子 近皮部導管 Rootstock treeMalusbaccataBorkh. vessel near to phloem；D4.砧木樹 山定子 篩管 Rootstock treeMalusbaccataBorkh. sieve tube；E1.嫁接樹 Y-B094 近髓部導管 Grafted tree Y-B094 vessel near to pith；E2.嫁接樹 Y-B094 中部導管 Grafted tree Y-B094 middle vessel；E3.嫁接樹 Y-B094 近皮部導管 Grafted tree Y-B094 vessel near to phloem；E4.嫁接樹 Y-B094 篩管 Grafted tree Y-B094 sieve tube；F1.嫁接樹 Y-B009 近髓部導管 Grafted tree Y-B009 vessel near to pith；F2.嫁接樹 Y-B009 中部導管 Grafted tree Y-B009 middle vessel；F3.嫁接樹 Y-B009 近皮部導管 Grafted tree Y-B009 vessel near to phloem；F4.嫁接樹 Y-B009 篩管 Grafted tree Y-B009 sieve tube；G1.嫁接樹 Y-C002近髓部導管 Grafted tree Y-C002 vessel near to pith；G2.嫁接樹Y-C002 中部導管 Grafted tree Y-C002 middle vessel；G3.嫁接樹Y-C002 近皮部導管 Grafted tree Y-C002 vessel near to phloem；G4.嫁接樹Y-C002 篩管 Grafted tree Y-C002 sieve tube；H1.嫁接樹 山定子 近髓部導管 Grafted treeMalusbaccataBorkh. vessel near to pith；H2.嫁接樹 山定子 中部導管 Grafted treeMalusbaccataBorkh. middle vessel；H3.嫁接樹 山定子 近皮部導管 Grafted treeMalusbaccataBorkh. vessel near to phloem；H4.嫁接樹 山定子 篩管 Grafted treeMalusbaccataBorkh. sieve tube

圖2蘋果砧木及其接穗品種1a生枝不同部位導管及篩管結構(40×)
Fig.2Thestructureonvesselindifferentpartandsievetubeof1-yearbranchinapplerootstockandscion(40×)

2.3 蘋果矮化中間砧對接穗品種1 a生枝各組織厚度比例的影響

對Y系不同致矮能力蘋果矮化砧及其矮化中間砧接穗品種1 a生枝橫斷面上厚度的比例進行計算，以分析蘋果矮化砧對接穗品種1 a 生枝橫斷面上厚度比例的影響。結果見表3和圖1。

由表3可見，Y系蘋果矮化砧1 a生枝的韌皮部厚度/枝條半徑顯著大于喬化砧，而木質部厚度/韌皮部厚度顯著小于喬化砧，這與前人[6,8-10]研究結論一致。對于供試砧木接穗品種1 a生枝，大體結構厚度的比例與樹體生長勢沒有顯著相關性。上述結果說明，蘋果矮砧對接穗品種1 a生枝解剖結構大體結構厚度比例的影響沒有明顯規律，且趨同作用不明顯。

“2.1”中結果表明，3個供試蘋果矮化砧1 a生枝髓部半徑顯著小于喬化砧，而本節中對髓部厚度/枝條半徑的研究結果與之不一致，這說明Y系蘋果矮化砧1 a生枝各組織結構的絕對值與相對值研究結果并不一致，而且蘋果砧木致矮不是單一部位作用的結果，是各組織綜合作用引起樹體物質代謝失衡造成的。因此，從解剖結構研究蘋果砧木致矮機理，研究各組織結構比例更為科學。

表3 蘋果矮化中間砧與接穗品種1 a生枝橫斷面上各組織厚度的比例Table 3 The ratio among tissues thickness of 1-year branch in dwarfing apple intertstock and scion

2.4 蘋果矮化中間砧對接穗品種1 a生枝主要輸導組織面積比例的影響

對Y系不同致矮能力蘋果矮化砧及其中間砧接穗品種1 a生枝橫斷面上主要輸導組織面積比進行計算，以分析蘋果矮化砧對接穗品種1 a生枝橫斷面上主要輸導組織面積比例的影響(表4)。

由表4可見，Y系蘋果矮化砧1 a生枝維管組織面積的比例與其致矮能力沒有顯著相關性，而其接穗品種1 a生枝近皮部導管面積/篩管面積、中部導管面積/篩管面積、近髓部導管面積/篩管面積、導管平均面積/篩管面積大體小于或顯著小于喬化砧。上述結果表明，蘋果矮砧可使接穗品種導管面積與篩管面積的比例變小。

3 討 論

木質部導管和韌皮部篩管是植物地下部水分、營養物質上運和地上部同化物質、激素等物質下運的主要輸導組織，組織越發達，輸導能力越強。本研究結果顯示，Y系蘋果矮化砧1 a生枝近皮部導管面積、導管平均面積、木質部厚度/韌皮部厚度均顯著小于喬化砧，而近皮部導管密度、韌皮部厚度/枝條半徑均顯著大于喬化砧；Y系蘋果矮化中間砧接穗品種1 a生枝近皮部導管面積/篩管面積、中部導管面積/篩管面積、近髓部導管面積/篩管面積、導管平均面積/篩管面積大體小于或顯著小于喬化砧。上述結果表明，雖然在各個所測指標上，Y系蘋果矮化砧對其接穗品種對應的趨同作用不明顯，但在宏觀上，無論是砧木本身，還是其接穗品種，與喬化砧木相比，均是矮化砧木及其嫁接品種樹體的木質部(主要是導管)生長較弱，韌皮部(主要是篩管)生長較發達。因此，Y系蘋果矮化砧致矮可能是因為木質部對嫁接樹體的生長起制約作用，這和前人從解剖結構及其他方面的眾多研究[2-3,21-26]一致，即蘋果矮化砧致矮是因為木質部阻礙地下部水分及營養等物質向地上部的運輸所致。綜上所述，認為Y系蘋果矮化砧的致矮關鍵部位可能是木質部。然而，近年來，隨著從酶、激素及其組學等方面對蘋果矮砧進一步的研究[2-3,23-27]，人們越來越認為，在致矮機理中，和木質部相比，韌皮部的致矮作用更為重要，即韌皮部阻礙有機物質、激素等向地下部的運輸，影響根系生長，從而造成樹體矮化。筆者前期對M系的研究結果也支持上述觀點，即M系蘋果矮化砧1 a生枝的篩管面積顯著小于喬化砧，而木質部占橫斷面積的百分比、近皮部導管密度、導管平均密度，近皮部導管面積/篩管面積、導管平均面積/篩管面積均顯著大于喬化砧。楊廷楨等[15]對嫁接組合體的研究也表明，5種中間砧(‘M26’‘SH1’‘Y-1’‘Y-B094’‘Y-C002’)嫁接組合體的木質部厚度/韌皮部厚度的比值與砧木致矮能力呈正相關，即木質部厚度越大，韌皮部厚度越小，砧木致矮能力越強[15]。因此，砧木品種不同，致矮機理可能也不同，對蘋果矮砧的致矮關鍵部位及其致矮機理有待從各個方面并結合分子生物學進行深入研究。

表4 蘋果矮化中間砧與接穗品種1 a生枝橫斷面上主要輸導組織面積的比例Table 4 The ratio among vascular tissues area of 1-year branch in apple dwarfing intertstock and scion

本研究還得出，Y系蘋果矮砧對接穗品種解剖結構1 a生枝橫斷面其他所測指標影響規律不明顯，但可使導管面積與篩管面積的比例變小，這也印證蘋果砧木致矮不是單一部位作用的結果，而是主要輸導組織結構比例失調，引起樹體物質運輸失衡造成的[28]。由于輸導組織中有填充體，所以有待對具有輸導能力的導管、篩管與矮化性的關系進行更細致的研究。另外，結合本研究及筆者前期對M系的研究發現，Y系蘋果矮化砧1 a 生枝解剖結構與致矮能力的相關性沒有M系的規律性強，可能與二者致矮機理不同有關。

4 結 論

Y系蘋果矮化砧可使接穗品種導管面積/篩管面積變小、木質部生長減弱、韌皮部生長加強。宏觀上，Y系蘋果矮化砧對接穗品種有趨同作用。Y系蘋果矮化砧的致矮關鍵部位可能是木質部。結合筆者前期對M系蘋果砧木的研究結果來看，M系的致矮關鍵部位可能是韌皮部，所以蘋果矮砧品系不同，致矮關鍵部位可能也不同，此結論有待從其他方面進一步驗證。