新疆野蘋果枝條解剖結構與蘋果小吉丁蟲抗性的關系

張小燕，梅 闖，閆 鵬，艾沙江·買買提，馬 凱，韓立群，王繼勛，董連新

(1.新疆農(nóng)業(yè)大學林學與園藝學院，烏魯木齊 830052；2.新疆農(nóng)業(yè)科學院園藝作物研究所/農(nóng)業(yè)部新疆地區(qū)果樹科學觀測試驗站，烏魯木齊 830091)

0 引 言

【研究意義】新疆野蘋果(Malussieversii)，是大多栽培蘋果的祖先種，主要分布于天山地區(qū)[1-3]。新疆野蘋果在長期進化的過程中，積累了遺傳變異種質資源，如耐干旱、抗低溫、耐高溫、抗病蟲等優(yōu)良抗逆性狀[4-7]。具有重要的潛在利用價值，特別是在蘋果品種改良和選育的過程中發(fā)揮重要的作用[3, 7, 8]。蘋果小吉丁蟲(AgrilusmaliMats.)，主要危害蘋果、桃、杏、梨等樹木枝條，以幼蟲蛀食樹皮，生活比較隱蔽，常規(guī)防治方法比較困難[9-12]。自1995年在新疆發(fā)現(xiàn)，迅速在野果林中蔓延，對新疆的野果林造成了嚴重威脅[13-16]。研究新疆野蘋果枝條解剖結構對蘋果小吉丁蟲抗性的影響，可以揭示害蟲與植物之間互作的物理關系，對抗蟲育種、生物防治具有指導意義[17,18]。【前人研究進展】抗蟲性是環(huán)境-寄主-昆蟲多因素作用的結果，寄主的形態(tài)學、解剖學和生理學特性均能影響昆蟲的入侵[19,20]。植物在生長發(fā)育的過程中，經(jīng)常受到一些昆蟲的危害，為了減少植食性昆蟲的活動、取食、消化、交配及產(chǎn)卵，植物在組織結構上對害蟲產(chǎn)生防御[21]。有研究表明，植物內部結構的差異影響害蟲產(chǎn)生抗性的強弱。如植物木質部硬度、導管數(shù)量、射線寬度、樹皮的厚度、木化細胞半徑及樹皮光滑度等都可能影響昆蟲難以取食或刻槽產(chǎn)卵[22,23]。樹皮是幼蟲的活動取食的主要場所，韌皮部富于的營養(yǎng)活細胞多，樹皮厚、疏松就給幼蟲活動及取食提供了優(yōu)良條件[24, 25]。【本研究切入點】通過對新疆野蘋果枝條解剖結構與蘋果小吉丁蟲抗性的影響進行研究，揭示害蟲與植物之間互作的物理關系。【擬解決的關鍵問題】本研究應用光學顯微鏡觀察新疆野蘋果抗、感植株枝條木質部和韌皮部內導管密度、木化細胞半徑及木化射線寬度等指標，找出新疆野蘋果解剖結構與抗蟲性的關系[27]。對抗蟲育種、生物防治具有科學的指導意義[24, 25]。

1 材料與方法

1.1 材 料

試驗地點位于新疆伊犁新源縣改良場，該地果樹分布主要以新疆野蘋果為主，也分布有少量野生杏、山楂等果樹，新疆野蘋果主要分布在海拔1 300～1 400 m，氣候濕潤，冬暖夏涼，冬季逆溫現(xiàn)象明顯。土壤主要為山地黑棕色野蘋果林土，有機質含量較高。

調查新疆野蘋果受害情況，測定代謝物含量，以及離體侵染確定抗蟲植株，選定3株危害程度最低的植株定為抗蟲株系材料。在周邊選取3株具有代表性的受侵害單株作為敏感植株。樹齡在45～60 a。

1.2 方 法

分別對抗蟲植株和敏感植株枝條木質部進行石蠟切片，觀察不同抗性新疆野蘋果木質部解剖結構(木質部厚度、木化射線寬度、導管密度、髓半徑)。

分析新疆野蘋果抗蟲植株枝條和敏感植株枝條的樹皮解剖結構(周皮厚度、皮層厚度、韌皮部厚度)。參照劉穆[27]和Longui[26]的方法進行新疆野蘋果枝條光學顯微鏡觀察與組織解剖結構測定，包括導管密度、木化射線寬度、木化細胞半徑及樹皮厚度等。樣品統(tǒng)一采集2年生枝條中段，以3 cm長為取樣單位，切片包埋部位為取樣單位枝條中段，其中抗蟲株系枝條3個，對照株系枝條3個。取樣后立即將樣品放入盛有FAA固定液的小瓶中密封保存；使用LEICA_2245石蠟切片機切片，橫切，切片厚度20～30 μm，選擇薄而透明的切片，分別進行番紅染色、浸洗、脫水、二甲苯透明，最后制成永久切片。在鳳凰PH100-3B41L-IPL顯微鏡下用測微尺測定枝條內部解剖特征，測定值為5個視野的平均值。

1.3 數(shù)據(jù)處理

利用Excel 2010、GraphPad Prism 7進行作圖和數(shù)據(jù)整理，應用SPSS19.0統(tǒng)計軟件對韌皮部和木質部解剖結構特征值進行獨立樣本T檢驗。

2 結果與分析

2.1 新疆野蘋果木質部解剖結構與抗蟲性關系

研究表明，抗、感植株的木質部厚度和木化射線寬度差異不顯著(P>0.05)，抗蟲植株的木質部厚度為4.6 μm，敏感植株木質部厚度為4.5 μm；抗、感植株的木化射線寬度分別為13.8和13.5 μm。新疆野蘋果抗蟲植株和敏感植株的導管密度存在顯著差異(P<0.05)，抗蟲植株導管密度低于敏感植株，抗蟲植株導管密度為136.2 n/μm2，敏感植株的導管密度為163.1 n/μm2。新疆野蘋果抗、感植株的髓半徑之間存在顯著差異(P<0.05)，抗蟲植株髓半徑大于敏感植株，抗、感植株髓半徑分別為602和486.8 μm。新疆野蘋果木質部導管密度和髓半徑與抗蟲性有密切聯(lián)系，即導管密度越低，髓半徑越高，植株的抗性越強。圖1，圖2

注：A：抗蟲株系；B：感蟲株系

注：不同小寫字母表示處理間在 P<0.05 水平存在顯著性差異

2.2 新疆野蘋果樹皮解剖結構與抗蟲性的關系

研究表明，抗、感植株周皮厚度沒有顯著差異(P>0.05)，抗蟲植株周皮厚度為43.2 μm，敏感植株周皮厚度為41.1 μm；抗、感植株的皮層厚度存在顯著差異(P<0.05)，抗蟲植株皮層厚度高于敏感植株的皮層厚度，分別為1 282.9和1 037.6 μm，皮層厚度越大，植株的抗性越強；從韌皮部厚度來看，抗、感植株的皮層厚度存在顯著差異(P<0.05)，抗蟲植株的韌皮部厚度低于敏感植株的韌皮部厚度，分別為194.8、432.3 μm，韌皮部厚度越小，抗性越強。新疆野蘋果樹皮解剖結構與抗蟲性有密切關系。圖3，圖4

注：A:抗蟲植株；B：感蟲植株

注：不同小寫字母表示處理間在 P<0.05 水平存在顯著性差異

3 討 論

植株在進化過程中，經(jīng)常會受到各種植食性昆蟲的危害，為了抵御害蟲的危害，會形成復雜的防御體系來保護自身。近年來，很多國內外學者對植物的組織結構與抗蟲性的關系進行了研究，樹木的內部及外部結構與植食性昆蟲的生長發(fā)育、繁殖和行為有著密切的關系，這些特征的差異可能影響植食性昆蟲的取食行為[19, 20, 28, 29]。導管是運輸根從土壤中吸收水分和無機鹽的組織通道，其發(fā)達程度能夠影響植株獲得水分的能力，從而影響幼蟲獲得水分和無機鹽[30]。髓是位于木質部中央部分的薄壁細胞，細胞中常含淀粉粒、晶體和單寧，主要起貯藏水分和營養(yǎng)物質作用[31]。有研究表明，導管的個數(shù)、導管密度等是對天牛產(chǎn)生抗性的重要特征量，導管數(shù)量少，占單位面積比率低，不利于星天牛幼蟲生存發(fā)育，分析原因主要是單位面積導管個數(shù)越多，為幼蟲提供的水分越多，樹木受害率就越高，造成樹木受到植食性昆蟲為害[32, 33]。研究以光學顯微鏡觀察與分析新疆野蘋果木質部解剖結構，發(fā)現(xiàn)新疆野蘋果抗蟲性與導管密度、髓半徑呈顯著相關。此結果與對楊樹[32]的研究結果基本一致，新疆野蘋果枝條內導管密度小，植株的抗蟲性越好。

樹皮是幼蟲活動取食的主要場所，包括周皮、皮層和韌皮部[34]。皮層內部主要以薄壁組織為主，富含營養(yǎng)物質，有利于幼蟲的取食，皮層越薄，越不利于成蟲刻槽、產(chǎn)卵[35]。韌皮部富含的營養(yǎng)活細胞比較多，能將葉中合成的有機物運輸至地下部分，其越發(fā)達表明有機物在植物體中越能更好地流通，從而有利于幼蟲的取食[31]。前期研究表明，隨著樹皮厚度的增大，受危害程度也越明顯，分析影響蘋果小吉丁蟲正常的取食和生長發(fā)育原因主要是樹木內部結構的變化[14]。據(jù)報道，植物韌皮部厚度與植株的刻槽數(shù)、幼蟲數(shù)以及被害率有一定的關系[34]。皮層越厚，越有利于成蟲的刻槽、產(chǎn)卵[35]。新疆野蘋果抗蟲植株韌皮部厚度明顯低于感蟲植株的，而皮層厚度是明顯高于感蟲植株的。這些結果的差異可能是由于野外觀察采樣，很多因素不可控，不能精準排除其他的自然和非自然因素而導致的這種差異性，如干旱脅迫、溫度脅迫以及溫度等因素的影響。在一定范圍內，植株樹皮韌皮部越薄，越不利于蘋果小吉丁蟲的生長。

4 結 論

在自然條件下，對新疆野蘋果抗蟲株系和敏感株系枝條進行石蠟切片觀察，發(fā)現(xiàn)植株的導管密度、皮層厚度和韌皮部厚度是存在顯著差異的。在抗蟲植株中皮層厚度明顯高于感蟲植株的，均值為1 282.9 μm；而導管密度、韌皮部厚度明顯低于感蟲植株的，均值分別為136.2 n/μm2和194.8 μm。新疆野蘋果枝條解剖結構與抗蟲性是緊密聯(lián)系的，即導管密度越低，髓半徑越大，韌皮部厚度越小，新疆野蘋果植株抗蟲性越好。