庫爾勒香梨短果枝花序不同序位維管束與萼片脫落關系的研究

馬宏玉,陶書田,陳 燕,余榮榮,陳曉藝,包建平,3,4*,吳翠云,3,4,張 銳,3,4

(1.塔里木大學 植物科學學院,新疆 阿拉爾 843300;2.南京農業大學 園藝學院,江蘇 南京 210095;3.新疆生產建設兵團 塔里木盆地生物資源保護利用重點實驗室,新疆 阿拉爾 843300;4.南疆特色果樹高效優質栽培與深加工技術國家地方聯合工程實驗室,新疆 阿拉爾 843300)

梨果實中存在著呈網狀分布的維管束,是一個相互連通的重要輸導系統,對果實的生長發育和品質形成有重要作用。維管束是果實水分和營養物質運輸的主要通道,分為木質部和韌皮部,前者專門運輸水分和溶于水中的無機鹽,其細胞主要組成有導管和管胞,后者專門運輸有機養分,其細胞主要組成有篩管、伴胞和篩胞[1-2]。果實在生長過程中,通過維管束“液流”不斷從樹體吸收水分,同時吸收礦質營養、碳水化合物和激素等[3]。因此,維管束發育的質量和數量,必然影響果實體內養分的吸收和運轉。

關于引起梨果實萼片脫落與宿存的原因,學者們已從不同方面進行了探討,賈曉輝等[4]認為這一現象與果柄端、胴部和花萼端等3個部位的內源激素(ZR、IAA、GA3、ABA)有關。李長江等[5]則認為在庫爾勒香梨萼片脫落臨界期,幼果下部IAA、ZR質量分數高有利于萼片宿存,幼萼片端GA3和ABA質量分數高可能有利于萼片脫落。進一步研究發現,子房中的IAA、ZR及GA3含量過高均會導致庫爾勒香梨果萼宿存,子房下部IAA及ZR的含量過高對果萼宿存均有顯著的影響;花柱中ABA的積累增多會導致果萼宿存;子房中ABA的含量高有利于果萼脫落[6]。這些研究結果說明梨萼筒脫落與果實中激素運輸、分配和積累有關。維管束作為激素的運輸通道,其數目、大小和面積直接影響物質的運輸與積累,從而影響萼片的發育與脫落。但前人對此少有研究,因此本文通過對短果枝上不同序位梨果柄、胴部和花萼的維管束進行解剖觀察,分析了其數目和面積與萼片脫落的關系,以期為果實品質形成和激素運輸與積累研究拓展新的途徑,同時也為從生理上進一步揭示梨萼片脫落的原因提供依據。

1 材料和方法

1.1 試驗地點及材料

試驗地位于新疆阿拉市塔里木大學。供試品種為以杜梨作砧木的香梨,東西行向,灌溉方式為漫灌,土壤類型為砂壤土,果園常規管理。

1.2 材料采集

選擇樹體生長狀況相對一致的10棵香梨樹作為采樣株,取樹冠南側外圍短果枝上的幼果編號掛牌,分別在大蕾期、初花期、盛花前期、盛花后期、末花期采摘自然狀態下的第1到第5朵序位花,每個序位采15朵花,采摘后迅速將樣品帶回實驗室,將花萼、胴部和果柄等3個部位放入FAA固定液固定,用于制作石蠟切片。

1.3 石蠟切片

石蠟切片的制作,參照趙靜等的研究方法[7]并作適當的調整與改進:將樣本從FAA固定液中取出后,經逐級酒精脫水、二甲苯透明、浸蠟、石蠟包埋,然后進行切片(厚度為10 μm),用番紅-固綠雙重染色,中性樹膠封片,在顯微鏡下觀察果柄、胴部和萼筒維管束的發育狀況,并拍照。用Motic Images Advanced 3.2顯微成像系統觀測維管束的數目及面積,其數目為4×100倍視野內的維管束個數；維管束面積近似圓形,測定半徑計算面積。每個觀測項目隨機取3個視野。

1.4 脫萼率調查

在盛花期20 d后,調查自然條件下3棵香梨樹長果枝上第1和4序位的萼片脫落情況。脫萼率(%)=脫萼果(個)/總梨果(個)×100%。

1.5 數據處理

用Microsoft Excel 2013、SPSS 23.0軟件進行數據分析。

2 結果與分析

2.1 不同序位梨的脫萼率

從圖1可以看出,庫爾勒香梨從第1至第5序位果實脫萼率大小順序依次為第5序位>第4序位>第3序位>第2序位>第1序位。第4序位及以上脫萼果率迅速增加,其中第4、第5序位脫萼果率分別增加至80.09%、87.76%。

圖1 不同序位梨的脫萼率

2.2 不同序位梨花器官維管束數目的動態變化

2.2.1 果柄維管束數目 如圖2所示,在整個花期中,第1序位果柄維管束數目呈增加趨勢,而第2、3、4和5序位呈先增加后降低趨勢,且第5序位果柄維管束數目沒有明顯變化。第2、3、4和5序位果柄維管束數目從大蕾期開始增加到盛花前期,然后降低到末花期,在盛花前期達到最大,此時第2、3、4和5序位果柄維管束數目分別為11.64、11.21、9.68和8.74個。第1序位果柄維管束數目從盛花后期急劇下降到末花期,第2、3、4和5序位果柄維管束數目從盛花前期急劇下降到盛花后期，此后幾乎不再變化,因此認為盛花前期是第2、3、4和5序位果柄維管束數目發育的關鍵期。在同一物候期,各序位果柄的維管束數目表現為:第1序位>第2序位>第3序位>第4序位>第5序位。

圖2 不同序位梨果柄維管束數目的動態變化

2.2.2 胴部維管束數目 從圖3可以看出：第1序位花從大蕾期到末花期,胴部維管束數目呈增加趨勢，在大蕾期維管束數目最少,為11.00個,在末花期最多,為14.20個；第2序位胴部維管束數目從大蕾期增加到盛花后期,然后下降到末花期,在盛花后期最多,為13.33個,在大蕾期最少,為10.97個;第3序位花胴部維管束數目從大蕾期開始增加到盛花前期,然后下降到末花期,在盛花前期最多,為12.78個,在盛花前期和末花期最少,均為12.00個；第4和5序位花胴部維管束數目從大蕾期開始增加到始花期,然后下降到末花期,在始花期最多,分別為11.49和10.67個,在盛花前期、盛花后期和末花期最少,均為11.00個。在整個花期中,第2、3、4、5序位胴部維管束數目發育關鍵期分別是盛花后期、盛花前期、大蕾期、大蕾期。在同一物候期,各序位花的胴部維管束數目表現為:第1序位>第2序位>第3序位>第4序位>第5序位。

圖3 不同序位梨胴部維管束數目的動態變化

2.2.3 花萼維管束數目 從圖4可以看出：在整個花期中,從始花期到末花期,第1序位花萼維管束數目呈明顯的增加趨勢,末花期花萼維管束數目比始花期增加了2.42個;第2、3、4和5序位花萼維管束數目呈先增加后降低趨勢,在盛花后期達到最大值,均為10.00個,但這4個序位花萼維管束數目在整個花期中變化不明顯,其變化范圍分別為9.16～10.00、9.07～10.00、8.44～10.00和8.29～10.00個。在整個花期中,第2、3、4和5序位花萼維管束數目從盛花后期降到末花期,因此認為盛花后期是花萼維管束數目發育的關鍵期。在同一物候期,各序位的花萼維管束數目表現為:第1序位>第2序位>第3序位>第4序位>第5序位。

圖4 不同序位梨萼筒維管束數目的動態變化

2.3 不同序位梨花器官維管束面積的動態變化

2.3.1 果柄維管束面積 從圖5可以看出：第1序位果柄維管束面積從盛花后期開始急劇增長到末花期,在末花期達到最大值,為0.040 mm2;第2、3、4和5序位果柄維管束面積從始花期急劇增長到盛花前期,在盛花前期達到最大值,分別為0.026、0.024、0.022和0.020 mm2,在大蕾期最小,分別為0.013、0.014、0.010和0.007 mm2。在整個花期中,第2、3、4和5序位果柄維管束面積從盛花前期急劇增長到末花期,因此認為盛花前期是果柄維管束面積發育的關鍵期。在同一物候期,果柄維管束面積表現為:第1序位>第2序位>第3序位>第4序位>第5序位。

2.3.2 胴部維管束面積 從圖6可以看出：第1和2序位胴部維管束面積從盛花前期開始急劇增加到末花期,在末花期達到最大值,分別為0.034和0.030 mm2；第3序位胴部維管束面積從大蕾期到盛花前期呈現增加趨勢,然后下降至末花期,在盛花前期達到最大值,為0.022 mm2,在大蕾期最小,為0.012 mm2；第4和5序位胴部維管束面積從盛花前期開始急劇增加至盛花后期,然后下降至末花期,均在盛花后期達到最大值,分別為0.018和0.014 mm2。在整個花期中,第3、4和5序位胴部維管束面積發育的關鍵期分別是盛花前期、盛花后期和盛花后期。在同一物候期,胴部維管束面積的大小順序為:第1序位>第2序位>第3序位>第4序位>第5序位。

圖5 不同序位梨果柄維管束面積的動態變化

圖6 不同序位梨胴部維管束面積的動態變化

2.3.3 萼筒維管束面積 如圖7所示,在整個花期中,第1和2序位萼筒維管束面積從大蕾期到末花期呈增加趨勢,在末花期達到最大值,分別為0.024和0.020 mm2,在大蕾期最小,分別為0.013和0.110 mm2；第3、4和5序位萼筒維管束面積從大蕾期開始增加到盛花后期,然后下降至末花期,最大值均出現在盛花后期,分別為0.017、0.015和0.009 mm2,因此認為盛花后期是第3、4和5序位萼筒維管束面積發育的關鍵期。在同一物候期, 萼筒維管束面積的大小順序為:第1序位>第2序位>第3序位>第4序位>第5序位。

圖7 不同序位梨萼筒維管束面積的動態變化

2.4 脫萼率、維管束數目和維管束面積的相關性

從表1相關性分析結果可以看出：脫萼率與果柄維管束數目呈極顯著負相關,相關系數為-0.96**；脫萼率與胴部維管束數目、萼筒維管束數目、胴部維管束面積和萼筒維管束面積呈顯著負相關,相關系數分別為-0.89*、-0.83*、-0.90*和-0.90*；果柄維管束數目與胴部維管束數目、萼筒維管束數目和萼筒維管束面積呈極顯著正相關,相關系數分別為0.98**、0.93**和0.92**；果柄維管束數目與果柄維管束面積、胴部維管束面積呈顯著正相關，相關系數分別為0.89*和0.90*；胴部維管束數目與萼筒維管束數目(0.97**)、果柄維管束面積(0.96**)、萼筒維管束面積(0.92**)均呈極顯著正相關；胴部維管束數目與胴部維管束面積(0.89*)呈顯著正相關；萼筒維管束數目與果柄維管束面積(0.98**)和萼筒維管束面積(0.93**)呈極顯著正相關；果柄維管束面積與胴部維管束面積(0.82*)和萼筒維管束面積(0.86*)呈顯著正相關；胴部維管束面積與萼筒維管束面積(1.00**)呈極顯著正相關。

表1 香梨脫萼率、維管束數目和維管束面積的相關性分析結果

注：“**”和“*”分別表示達1%水平極顯著相關和5%水平顯著相關。

3 討論

香梨的花萼包括萼筒和萼片兩部分,其脫落大致分以下3種情況:(1)萼筒連同萼片一起脫落;(2)僅有萼片脫落,萼筒留在幼果上成為果頂的一部分;(3)僅有部分萼片脫落(極少數)[8]。亞合甫·木沙等[9]調查研究發現,第1序位花結的果宿萼果率最高,第2、3序位花結的果宿萼果率大幅度降低,第4、5、6序位花結的果宿萼果率繼續偏低。本實驗結果表明,隨著序位升高,果實脫萼率呈增加趨勢,即庫爾勒香梨從第1至第5序位果實脫萼率大小順序依次為第5序位>第4序位>第3序位>第2序位>第1序位。第5序位果實的脫萼率最高,為87.76%。

維管束作為流的一個關鍵指標,是果實營養物質和水分的重要運輸通道,韌皮部作為光和同化物卸載的主要場所,在果實生長發育和品質形成中起著非常重要的作用。孟劍霞等[10]研究認為:維管束面積大,物質運輸通道暢通,運輸就快；韌皮部面積大則更有利于營養物質的運輸。于曉剛等[11]的研究結果顯示：在開花后相同時間,粳稻穎果維管束截面面積、截面長軸長度、截面短軸長度、篩管區域寬度、導管數、穎果體積、穎果干質量均表現為上部一次枝梗籽粒>下部一次枝梗籽粒>上部二次枝梗籽粒>下部二次枝梗籽粒；維管束截面面積、長軸長度、短軸長度、篩管區域寬度和導管數與穎果干質量、穎果充實度和谷粒充實度呈顯著正相關。馬宏超等[12]研究發現：庫爾勒香梨經赤霉素處理的萼筒組織結構中維管束的面積較大,發育早期維管束中只有導管,但隨著萼筒的發育,逐漸出現了大量的篩管細胞和異細胞,保證了花萼養分和水分的供應,沒有離層的形成,最終萼筒不脫落,果實發育成宿萼果；經多效唑處理的萼筒在發育過程中維管束中只有導管,未見有篩管和異細胞的形成,花萼中水分和養料的供給缺乏,導致萼筒在發育后期出現了離層,萼筒脫落,果實發育形成脫萼果；在整個花期中,經赤霉素和多效唑處理的萼筒維管束數目一直保持不變,均為8個。這與本文的研究結果不一致。本研究結果表明：庫爾勒香梨維管束數目和面積在不同序位間、果實不同部位以及不同物候期都有差別，即隨著物候期的推進,第1序位果柄、胴部和萼筒等部位維管束數目和面積呈增加趨勢,第2序位除胴部和萼筒維管束面積呈增加趨勢外,其它則呈先增加后降低趨勢,第3、4和5序位則表現為先增加后降低趨勢；在相同物候期條件下,維管束數目和面積大小趨勢為:第1序位>第2序位>第3序位>第4序位>第5序位。