龙眼与荔枝属间杂种植株生长与茎解剖结构特征及其相关性分析

张永福，刘成明

(1.昆明学院农学院，云南 昆明 650214；2.华南农业大学园艺学院，广东 广州 510642)

龙眼与荔枝属间杂种植株生长与茎解剖结构特征及其相关性分析

张永福1，刘成明2

(1.昆明学院农学院，云南 昆明 650214；2.华南农业大学园艺学院，广东 广州 510642)

以‘早熟’龙眼、‘紫娘喜’荔枝及其属间杂种(1、2、4、9、10、18号)单株为试验材料，采用徒手切片法和组织离析法观察其枝干木质部解剖结构，测定其形态特征、有机营养成分及光合速率等指标，并进行相关性分析。结果表明：杂种的树皮率、射线宽度和导管密度均小于亲本，杂种的导管分子长度大于亲本；除9号单株外，杂种的导管分子内径、一端具尾频率、株高、茎直径、叶面积、节间距均显著大于亲本，表现出明显的杂种优势；生长势强的杂种单株叶片的可溶性糖和淀粉含量、游离氨基酸含量和净光合速率均高于生长势弱的单株；株高、叶面积、节间距与树皮率呈极显著负相关，茎粗与树皮率呈显著负相关；光合速率和导管总面积与木质部面积的比值、导管分子内径和一端具尾频率呈显著正相关，与导管分子两端具尾频率呈显著负相关；叶片可溶性糖和淀粉含量均和导管总面积与木质部面积的比值呈显著正相关，氨基酸含量与导管分子内径、导管分子长度呈显著正相关，分别与导管密度、射线宽度呈极显著、显著负相关。

荔枝；龙眼；属间杂种；解剖结构；生长

远缘杂交是创造生物新种质的有效途径。通过远缘杂交，结合不同种、属的特征，产生的新种质突破了原有种属的界限，遗传变异大幅度增大，且由于亲本的亲缘关系较远，遗传和生理上的差异较大，往往能够产生比近缘杂交更强大的杂种优势。龙眼属(Dimocarpus)和荔枝属(Litchi)为无患子科(Sapindaceae)的2个近缘属。龙眼属约有20个种，仅龙眼(Dimocarpus longana Lour.)作为果树栽培。荔枝属有2个种，栽培种仅有荔枝(Litchi chinensis Sonn.)[1]。龙眼与荔枝的许多生物学性状有相似之处，且在果实大小、成熟期，抗逆性等方面具有很多有利的互补基因，若能使这些有利基因进行重组，则将对其种质改良和创新产生深远的影响。为此，国内外一些研究人员力图实现荔枝与龙眼的远源杂交。然而，经过数十年的努力尝试才取得了一定的成功，获得了龙眼与荔枝的属间杂种苗[2-4]。其中，通过SRAP标记分析后，证实了‘早熟’龙眼 ב紫娘喜’荔枝的1号、2号、4号、9号、10号和18号杂种单株为真杂种[4]。真杂种植株除杂种9号单株外，各杂种单株均表现出较强的生长势，即杂种表现出营养体的大小和数目、生长速度、有机物积累的强度等显著超过双亲的杂种优势[5]。

果树的生长势在不同种质间的差异具有一定的稳定性，因其是由多基因控制的数量性状。植物体内营养物质的含量决定其生长势，通过测定树体内营养物质的含量及分配可判断树体的生长势，WERTHEIM[6]研究表明，生长势弱的苹果砧木树体内淀粉、糖和氨态氮的含量均高于生长势强的砧木树；张永福[7]研究发现，在荔枝品种中，生长势弱者碳水化合物含量高于生长势强者。茎解剖结构影响植物体内营养物质的含量及分配，并最终决定植株的生长势。大量研究认为，木质部在横切面积中所占比率对果树的生长势有较大的影响，可用作果树生长势强弱的预选指标[8-9]。更深入的研究发现，生长势和导管总面积与木质部面积的比值、导管密度、导管直径呈正相关[10-12]。这表明影响植株生长势的根本原因是导管的绝对输导能力。

有关龙眼与荔枝属间杂种单株解剖结构的研究较少，远缘杂种具有较近缘杂种更大的杂种优势，这种强大的杂种优势是否与杂种茎解剖结构相关的研究鲜见报道。笔者以‘早熟’龙眼、‘紫娘喜’荔枝及其属间杂种单株为试材，研究其植株生长生理特性与茎解剖结构，并进行相关性分析，探索龙眼与荔枝远缘杂种植株生长与茎解剖特征的关系，现将结果报道如下。

1 材料与方法

1.1 材料

供试材料为种植于华南农业大学燕山区荔枝龙眼种质圃的荔枝品种‘紫娘喜’、龙眼品种‘早熟’及其属间杂种(‘紫娘喜’ב早熟’)的 1 号、2 号、4 号、9号、10号和18号单株。选取生长相近、无病虫害、成熟、健壮、向阳的植株进行试验。

1.2 方法

1.2.1 植株形态特征的测定

株高、叶长、叶宽、节间距用卷尺测定；茎秆直径用游标卡尺测定，测量位置为距地面10 cm处；叶片厚度用游标卡尺测定，方法是把10片叶片叠在一起，所得数值的1/10即叶片厚度；叶片面积采用LI- 3000A便携式叶面积仪测量。每个种质材料选3个大枝组上成熟、一致的叶片测量叶长、叶宽、叶面积和叶厚。每个大枝组测定20片叶。

1.2.2 茎解剖特征的观察

各种质材料取1.5 cm的枝条小段，置于FAA中，固定48 h，再用醋酸-H2O2软化48 h，保存于甘油-乙醇中，备用。茎横切结构的观察：取上述1.5 cm枝条小段，徒手切片，梯度乙醇脱水，番红染色，二甲苯透明，中性树胶封片，于Olympus DP系统进行显微观察并摄影。茎导管离析：取上述1.5 cm枝条小段，置于10%铬酸-硝酸离析液中，离析48 h，漂洗至白色，梯度乙醇脱水，番红染色，二甲苯透明，中性树胶封片，于Olympus DP系统进行显微观察并摄影。各种质材料随机选择50张图片，用OLYSIA BioReport软件测量相关解剖指标。

1.2.3 有机营养含量及含水量的测定

各种质材料选3个大枝组，采集无病虫害、成熟度一致的叶片，洗净后于80 ℃烘箱中烘干，用于测定有机营养含量和含水量。可溶性糖采用苯酚-硫酸比色法[10]测定；淀粉采用碘-碘化钾比色法[11]测定；蛋白质含量采用考马斯亮蓝G250显色法测定；游离氨基酸含量采用水合茚三酮比色法测定；叶片含水量采用烘干称重法测定。重复3次。

1.2.4 植株光合指标的测定

用便携式光合仪Li-6400于晴天09：30—10：30进行光合指标的测定。测定时用叶室直接压住叶片中部，数据稳定后，连续读取3个数据。各种质材料取3个大枝组进行测定，每个大枝组测定10片叶。

1.3 数据分析

采用SPSS 22.0软件进行Duncan氏新复级差检测(P ＜0.05)和Pearson相关性检测。

2 结果与分析

2.1 荔枝与龙眼及其属间杂种的形态特征比较

由表1可看出，除杂种9号单株外，其余杂种的株高、茎直径、叶长、叶宽、叶面积、节间距均显著大于亲本，表现出明显的杂种优势。杂种 10号单株的株高和茎直径均显著大于其他试材，‘紫娘喜’的株高则显著矮于其他试材，杂种9号单株的株高和茎直径居于父母本之间。杂种2号和10号单株的叶长显著大于除杂种1号单株以外的试材，而‘紫娘喜’的叶长和叶宽均显著低于其他试材。除 9号和 18号单株外，其余杂种单株的叶面积均大于亲本，表现出一定的杂种优势，杂种2号和10号单株的叶面积显著大于其余杂种和双亲，‘紫娘喜’的叶面积则显著小于其他试材。‘紫娘喜’的叶片厚度显著大于其他试材。杂种2号和10号单株的节间距显著大于除1号和18号以外的试材，‘紫娘喜’的节间距则显著小于其他试材。

表1 属间杂种及其亲本的形态特征Table 1 Comparison of the morphological characteristics in the genus hybrids and their parents

2.2 荔枝与龙眼及其属间杂种的茎解剖结构

6个属间杂种单株及其亲本茎的解剖特征表现有差异(图 1)。‘紫娘喜’髓所占的比率最小，仅为5.30%，‘早熟’和杂种2号单株髓所占的比率则相对较大，分别为29.90%和33.75%。‘早熟’的木质部率显著小于其他试材，为34.10%， 杂种10号单株的木质部率则大于其他单株，为49.44%。‘紫娘喜’的树皮率显著高于其他试材，达50.11%，杂种2号单株和 10号单株的树皮率则显著小于其他试材，分别为25.70%和25.10%(表2)。

木质部导管分子管腔直径变化较大，散孔材未见侵填体。生长轮处的纤维弦向壁扁平，加厚。茎横切面上管孔排列多为单管孔。‘紫娘喜’的导管密度显著大于其他试材，达326.18个/mm2，杂种18号单株的导管密度最小，为100.39个/mm2。杂种1号、2号和18号单株的导管总面积与木质部面积的比值较大，而比值最小的是9号单株，仅7.84%，显著低于其他试材。杂种 18号单株的导管分子内径最大，为 41.06 µm，而‘紫娘喜’‘早熟’和杂种 9号单株的内径则相对较小。杂种9号单株的导管分子长度最大，而‘紫娘喜’‘早熟’的则相对较小。不同试材之间的射线宽度有差异，其中‘紫娘喜’的最大，为 14.13 µm，而杂种 10号单株的最小，仅 6.69µm(表 2)。

图1 属间杂种及其亲本茎的解剖特征Fig. 1 The anatomical characteristics of stem in the genus hybrid and their parents

表2 属间杂种及其亲本茎的解剖参数Table 2 Anatomical characteristics of stem in the genus hybrid and its parents

对各种质材料的导管分子端壁特征观察结果表明，孔纹导管分子端壁多倾斜且具尾，少数导管分子端壁演化成近水平状。大部分导管分子端壁保留尾端结构，少数则有不同程度的退化。尾端的形状和长度从短尖型到宽带型不一，部分长尾上有较密集的纹孔。从导管分子端壁特征出现频率的统计结果(表3)来看，导管分子两端具尾出现频率最高的是杂种9号单株，最低的是杂种4号单株；一端具尾出现频率最高的是10号单株，最低的是‘早熟’；无尾导管分子出现频率最高的是‘早熟’，最低的是杂种 10号植株；导管分子两端倾斜出现频率最高的是‘紫喜娘’，最低的是杂种4号单株；一端倾斜出现频率最高的是杂种10号单株，最低的是4号单株；两端水平出现频率最高的是杂种4号单株，最低的是杂种1号单株。

表3 属间杂种及其亲本茎导管分子端壁特征出现的频率Table 3 Characteristics frequency of stem vessel element end wall in the genus hybrids and their parents

2.3 荔枝与龙眼及其属间杂种的生理指标比较

表4所示，除杂种9号单株外，其余杂种单株叶片的可溶性糖含量均高于亲本，杂种 4号和 18号单株的可溶性糖含量显著高于除杂种1号和2号单株以外的试材，而杂种9号单株的可溶性糖含量则显著低于其他试材。杂种1号和10号单株叶片的淀粉含量显著高于其他试材，9号单株叶片的淀粉含量则显著低于其他试材。‘紫娘喜’叶片的蛋白质含量显著低于其他试材。所有杂种单株叶片的游离氨基酸含量均显著高于亲本，表现出一定的杂种优势，其中杂种 18号单株叶片的游离氨基酸含量显著高于其他试材，而‘紫娘喜’则显著低于其他试材。杂种9号单株叶片的总含水量显著低于其他试材，而杂种2号、4号单株叶片的总含水量则显著高于‘紫娘喜’。杂种2号、4号、10号和18号单株叶片的净光合速率显著高于亲本，表现出超亲优势，而杂种 9号单株和‘紫娘喜’叶片的净光合速率则显著低于其他试材。

表4 属间杂种及其亲本的生理生化指标Table 4 Physiological and biochemical indexes in the genus hybrids and their parents

2.4 荔枝、龙眼及其属间杂种的茎解剖结构与其形态及生理指标的相关性

由表 5可看出，龙眼×荔枝的属间杂种及亲本的株高与树皮率呈极显著负相关，与导管分子一端具尾频率呈显著正相关；茎粗与树皮率呈显著负相关；叶片长度与髓率呈显著正相关，与树皮率、导管密度呈极显著负相关，与射线宽度呈显著负相关；叶片宽度分别与树皮率、导管密度和导管分子两端具尾频率呈极显著或显著负相关；叶面积与髓率呈显著正相关，分别与树皮率和导管密度呈极显著或显著负相关；叶片厚度与射线宽度呈显著正相关；节间距与髓率呈显著正相关，与射线宽度呈显著负相关，与树皮率、导管密度呈极显著负相关；叶片可溶性糖含量和导管总面积与木质部面积的比值呈极显著正相关，与导管分子两端具尾频率呈显著负相关；叶片淀粉含量和导管总面积/木质部面积的比值呈显著正相关；叶片蛋白质含量与导管密度呈显著负相关；叶片游离氨基酸含量分别与导管密度和射线宽度呈极显著、显著负相关，与导管分子长、导管分子内径呈显著正相关；叶片总含水量与导管分子两端具尾频率呈显著负相关；净光合速率分别和导管总面积与木质部面积的比值、导管分子内径和导管分子一端具尾频率呈显著正相关，与导管分子两端具尾频率呈显著负相关。

表5 属间杂种及其亲本的茎解剖结构与其形态、生理指标的相关性Table 5 Correlation between the anatomical structure of the stem and its morphology, physiological indexes in the genus hybrids and their parents

3 讨论与结论

杂种优势是自然界普遍存在的一种现象，远缘杂种所具有的杂种优势远大于近缘杂种，在果树上已经获得的远缘杂种有苹果×梨[13]、李×杏[14]、桃×李[15]以及柑橘类[16]的种间杂种等。这些成果应用于生产，取得了很好的经济和社会效益。然而，荔枝和龙眼的远缘杂交还处于试验阶段，本课题组通过多年的研究获得了‘早熟’龙眼ב紫娘喜’荔枝的属间杂种。本研究结果表明，绝大多数杂种单株的生长势远强于其父母本，具体表现为除杂种9号单株外，其余单株的株高、茎秆直径、叶面积、节间距均显著大于亲本，表现出明显的杂种优势，而9号单株的这几项指标居于父母本之间。

植物的生长离不开水分和无机营养，导管的输送能力直接影响植物对土壤水分和无机营养的运输效率，从而影响地上部的生长。大量研究[4,10-11,17]表明，植物的生长势强弱与其导管密度、导管总面积、木质部面积与枝干横切面积的比值、导管总面积与木质部面积的比值密切相关，木质部输导能力的强弱影响植物的生长势。本研究结果表明，杂种的树皮率、射线宽度和导管密度均小于亲本，杂种的导管分子长度大于亲本；除2号单株外，其余杂种的木质部率大于亲本；除4号和9号单株外，其余杂种导管总面积与木质部面积的比值大于亲本；除9号单株外，其余杂种导管分子内径大于亲本。

被子植物通过木质部导管输导水分和无机营养，导管由各种类型的导管分子连接而成，不同导管分子之间的接口的形态特征直接影响着植物对水分和无机营养的运输。双子叶植物次生木质部系统演化趋势是由导管分子长、孔径小、端壁倾斜度大、有尾向导管分子短、孔径大、端壁倾斜度小或水平、无尾的方向发展，其演化趋势是单向的，且不可逆转[18-19]。本研究结果表明，除9号单株外，其他杂种单株两端具尾的频率低于两亲本，一端具尾的频率高于亲本；杂种4号、9号和10号单株两端倾斜的频率低于双亲；杂种1号、9号、10号和18号单株一端倾斜的频率及杂种4号和9号单株两端倾斜的频率均高于双亲。

一般认为，较强的营养生长消耗大量的光合产物，使得强生长势品种树体积累的有机营养少于弱生长势品种。樱桃嫁接在乔化砧上的接穗可溶性糖含量低于嫁接在矮化砧上的接穗[20]。荔枝乔化品种叶片可溶性糖、淀粉和蛋白质等有机营养含量也低于矮化品种[7]。在葡萄上也有相关报道[13]。本研究结果表明，生长势强的杂种单株叶片可溶性糖和淀粉的贮备量高于生长势弱的单株，游离氨基酸含量和净光合速率也高于生长势弱的单株。相关分析结果表明，杂种的生长状况与树皮率呈显著负相关，分别和导管总面积与木质部面积的比值、导管分子内径和一端具尾呈正相关，与导管分子两端具尾呈负相关；杂种叶片有机营养含量和导管总面积与木质部面积的比值呈显著正相关，与导管分子内径呈正相关，与导管密度和树皮率呈负相关。

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责任编辑：尹小红

英文编辑：梁 和

The plant growth and characteristics of stem anatomical structure and its correlation analysis in genus hybrid of Dimocarpus longan and Litchi chincnsis

ZHANG Yongfu1, LIU Chengming2
(1.School of Agriculture, Kunming University, Kunming 650214, China; 2.College of Horticulture, South China Agricultural University, Guangzhou 510642, China)

Six genus hybrids and their parents (Dimocarpus longan variety ‘Zaoshu’ ×Litchi chincnsis variety ‘Ziniangxi’)were used as test materials, the anatomical structures of xylem in root and stem were observed by manual microtomy and tissue segregation procedure, and the morphological characteristics, the organic nutrition and the photosynthetic rate of the tested materials were determined, and correlational analyses of the indexes were conducted. The results showed that the ratio of bark, ray width and vessel density of the hybrids were all less than those of the parents , and the vessel elements lengths of the hybrids were greater than those of the parents; except No 9 single plant, the diameter of vessel elements , the frequency of the vessel with tail in one end, plant height, stem diameter, leaf area, the length of internode were significantly greater than the parents, showed the obvious heterosis; in addition, the soluble, starch content, free amino acid content and the net photosynthetic rate of the strong plants of hybrids were greater than those of the weak plants; plant height, leaf area and internode spacing were high significant negative correlation ,with the bark rate and plant height was significant negative correlation with the bark rate; photosynthesis rate of hybrid was significant positive correlation with the ratio of total vessel area to xylem area, the diameter of vessel and the rate of vessel with tail in one end , but was negative correlation with the rate of vessel with tails in two ends; the soluble sugar content and starch content of the hybrid leaves were significant positive correlation with the ratio of total area to xylem area; the aminoacid content was very significant or significant positive correlation with the diameter and length of the vessel element, but was negative correlation with the vessel density and ray width.

Litchi chincnsis; Dimocarpus longan; genus hybrid; anatomical structure; growth

S667

A

1007-1032(2017)04-0394-07

2016-12-28

2017-06-11

国家自然科学基金项目(31660559)；昆明学院科学研究项目(XJZZ1604)；云南省高校特色生物资源开发与利用重点实验室开放基金项目(GXKJ201615)

张永福(1981—)，男，云南弥勒人，博士，副教授，主要从事果树抗性生理方面的研究，123017360@qq.com