苹果矮化中间砧对接穗品种枝条输导组织解剖结构的影响

李春燕，杨廷桢，王新平，王淑婷，王 骞，蔡华成，杜学梅，高敬东，弓桂花

(山西省农业科学院 果树研究所/果树种质创制和利用山西省重点实验室，太原 030031)

随着矮化砧在全球苹果生产中的广泛应用，人们对其致矮机理的研究也越来越深入。国内外众多学者分别从形态解剖结构、水势、同化物及矿质元素、酶活性、激素调节等方面对苹果砧木致矮机理进行了研究[1-5]，对致矮的关键部位是木质部还是韧皮部观点不一。结构决定功能，从解剖结构研究苹果砧木致矮的关键部位很有必要。在砧穗互作方面，砧木的影响占主导地位，对接穗品种有向自身特性转化的趋势。因此，研究苹果矮化砧对接穗品种1 a生枝输导组织解剖结构的影响，对弄清苹果砧木致矮的关键部位、探讨苹果砧木致矮机理有重要意义。

从解剖结构研究苹果砧木多集中在砧木本身与其矮化性的关系上[6-12]，研究砧木对接穗品种影响的报道[13-15]较少，且研究结果大多一致，即砧木及嫁接植株枝条木质部横断面及其占枝条横断面积的比例，导管密度，面积及其占木质部的比例与树体生长势呈正相关，而韧皮部则与之呈负相关，在柑橘[16-17]、山楂[18]、甜樱桃[19]、山核桃[20]上的研究也得出相似的结论。对嫁接组合体的研究表明，矮化中间砧嫁接组合体新梢的木质部厚度/韧皮部厚度的比值与砧木致矮能力呈正相关[15]。总之，砧木对接穗品种的影响结论并不明晰，但大多研究者认为，矮化中间砧通过影响叶片、新梢与茎段的结构而影响整株的生理代谢，使树体生长势下降，在形态上表现为矮化。

前人对矮砧枝条解剖结构的研究比较粗略。由于从枝条近皮部到近髓部，导管密度和孔径大小有所差异，因此对近皮部、中部、近髓部导管分别进行研究则更加细化。本研究以不同致矮能力的Y系苹果矮化砧植株及其中间砧嫁接植株为试材，以野生山定子为对照，通过石蜡切片法，结合AutoCAD软件，更加精确地研究不同致矮能力苹果矮化砧与其接穗品种1 a生枝各组织尤其是不同部位导管的解剖结构，分析苹果矮化砧对接穗品种1 a生枝各组织尤其是主要输导组织结构及其比例的影响，为探讨苹果矮化砧致矮关键部位、揭示苹果矮化砧致矮机理提供参考与理论依据。

1 材料与方法

1.1 试 材

试验设在山西省农科院果树研究所砧木课题组试验园。选择相同树龄、生长势及管理一致、生长健壮、无病虫害的5 a生Y系砧木树及其5 a生嫁接树为试材，砧木品种有已通过审定的极矮化砧‘Y-B094’、矮化砧‘Y-B009’、半矮化砧‘Y-C002’，以实生乔化砧山定子为对照；嫁接树以八棱海棠为基砧，以上述对应的砧木为中间砧，以‘长富2号’为接穗。试材顺序排列，单株小区，每个处理设3次重复。

1.2 方 法

砧木树样本来源于砧木树所生枝条，嫁接树样本来源于接穗所生枝条。于2016年10月，苹果树体营养生长停止，顶芽形成，组织成熟后，取各处理植株相同方位、由剪口芽萌发的1 a生发育枝，在中部取1 cm的枝段，立即放入FAA固定液固定。各处理设3次重复。枝样用常规石蜡切片法制片。每个重复选2个切片，每个切片选取2个视野，用显微镜(型号BX510 Olympus)配置的相机(型号DP71)结合DPController软件进行显微摄影，然后把图片导入AutoCAD2008-Simplified Chinese软件对各指标进行统计测量，最后根据比例尺将各指标换算成实际大小数据。

测量统计：周皮、皮层、韧皮部、木质部的厚度，髓部和枝条的半径；近皮部、中部、近髓部次生木质部导管的密度、面积，筛管面积。

导管密度的统计方法：在AutoCAD2008-Simplified Chinese软件中画1 mm2的正方形框，统计框内导管的个数；方框边界导管面积大于1/2，则计数，反之，不计数。

计算测量统计指标的比例：周皮、皮层、韧皮部、木质部的厚度与枝条的比例，髓部半径与枝条半径的比例；近皮部、中部、近髓部导管的面积与筛管面积的比例，导管平均面积与筛管面积的比例。

1.3 数据处理

用Excel 2003和SPSS 18统计软件对数据进行统计分析，以“平均数±标准差”表示。

2 结果与分析

2.1 苹果矮化中间砧对接穗品种1 a生枝各组织厚度的影响

对Y系不同致矮能力苹果矮化砧及其中间砧接穗品种1 a生枝横断面上周皮、皮层、韧皮部、木质部的厚度，髓部、枝条的半径进行测量，以分析苹果矮化砧对接穗品种各组织厚度的影响。结果见表1和图1。

表1显示，3个苹果矮化砧1 a生枝髓部半径显著小于乔化砧，而对于接穗品种，却大于或显著大于乔化砧，但无论是砧木本身还是接穗品种，3个矮化砧1 a 生枝髓部半径与致矮能力均没有显著相关性。上述情况表明，砧木对接穗品种的髓部半径趋同作用不明显。

表1 苹果矮化中间砧与接穗品种1 a生枝各组织的厚度Table 1 The tissue thickness of 1-year branch in apple dwarfing interstock and scion mm

注：数据后不同字母表示砧木树或嫁接树4个处理间差异显著(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.砧木树 Y-B094 Rootstock tree Y-B094；A2. 砧木树Y-B009 Rootstock tree Y-B009;A3.砧木树 Y-C002 Rootstock tree Y-C002；A4.砧木树 山定子 Rootstock treeMalusbaccataBorkh；B1.嫁接树 Y-B094 Grafted tree Y-B094；B2. 嫁接树Y-B009 Grafted tree Y-B009；B3. 嫁接树Y-C002 Grafted tree Y-C002；B4.嫁接树 山定子 Grafted treeMalusbaccataBorkh.

图1苹果砧木及其接穗品种1a生枝横断面各组织的结构(4×)
Fig.1Thecrosssectionstructureofthedifferenttissuesof1-yearbranchofapplerootstockandscion

2.2 苹果矮化中间砧对接穗品种1 a生枝主要输导组织结构的影响

对Y系不同致矮能力苹果矮化砧及其中间砧接穗品种1 a生枝横断面上主要输导组织结构进行测量，以分析苹果矮化砧对接穗品种1 a 生枝主要输导组织结构的影响。结果见表2和图2。

植物维管束中的导管和筛管是植物地下部水分、营养物质上运和地上部同化物质、激素等物质下运的主要输导组织。由表2可知，Y系苹果矮化砧1 a生枝的近皮部导管密度显著大于乔化砧，近皮部导管面积、导管平均面积显著小于乔化砧；对于供试接穗品种植株，1a生枝的导管、筛管结构与树体生长势没有显著相关性。因此，苹果矮砧对接穗品种解剖结构1 a生枝主要输导组织组织密度及面积的影响没有规律，且趋同作用不明显。

注：导管平均密度=(近皮部导管密度+中部导管密度+近髓部导管密度)/3，导管平均面积=(近皮部导管平均面积+中部导管平均面积+近髓部导管平均面积)/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.砧木树 Y-B094 近髓部导管 Rootstock tree Y-B094 vessel near to pith；A2.砧木树 Y-B094 中部导管 Rootstock tree Y-B094 middle vessel；A3.砧木树 Y-B094 近皮部导管 Rootstock tree Y-B094 vessel near to phloem；A4.砧木树 Y-B094 筛管 Rootstock tree Y-B094 sieve tube；B1.砧木树 Y-B009 近髓部导管 Rootstock tree Y-B009 vessel near to pith；B2.砧木树 Y-B009 中部导管 Rootstock tree Y-B009 middle vessel；B3.砧木树 Y-B009 近皮部导管 Rootstock tree Y-B009 vessel near to phloem；B4.砧木树 Y-B009 筛管 Rootstock tree Y-B009 sieve tube；C1.砧木树 Y-C002近髓部导管 Rootstock tree Y-C002 vessel near to pith；C2.砧木树Y-C002 中部导管 Rootstock tree Y-C002 middle vessel；C3.砧木树Y-C002 近皮部导管 Rootstock tree Y-C002 vessel near to phloem；C4.砧木树Y-C002 筛管 Rootstock tree Y-C002 sieve tube；D1.砧木树 山定子 近髓部导管 Rootstock treeMalusbaccataBorkh. vessel near to pith；D2.砧木树 山定子 中部导管 Rootstock treeMalusbaccataBorkh. middle vessel；D3.砧木树 山定子 近皮部导管 Rootstock treeMalusbaccataBorkh. vessel near to phloem；D4.砧木树 山定子 筛管 Rootstock treeMalusbaccataBorkh. sieve tube；E1.嫁接树 Y-B094 近髓部导管 Grafted tree Y-B094 vessel near to pith；E2.嫁接树 Y-B094 中部导管 Grafted tree Y-B094 middle vessel；E3.嫁接树 Y-B094 近皮部导管 Grafted tree Y-B094 vessel near to phloem；E4.嫁接树 Y-B094 筛管 Grafted tree Y-B094 sieve tube；F1.嫁接树 Y-B009 近髓部导管 Grafted tree Y-B009 vessel near to pith；F2.嫁接树 Y-B009 中部导管 Grafted tree Y-B009 middle vessel；F3.嫁接树 Y-B009 近皮部导管 Grafted tree Y-B009 vessel near to phloem；F4.嫁接树 Y-B009 筛管 Grafted tree Y-B009 sieve tube；G1.嫁接树 Y-C002近髓部导管 Grafted tree Y-C002 vessel near to pith；G2.嫁接树Y-C002 中部导管 Grafted tree Y-C002 middle vessel；G3.嫁接树Y-C002 近皮部导管 Grafted tree Y-C002 vessel near to phloem；G4.嫁接树Y-C002 筛管 Grafted tree Y-C002 sieve tube；H1.嫁接树 山定子 近髓部导管 Grafted treeMalusbaccataBorkh. vessel near to pith；H2.嫁接树 山定子 中部导管 Grafted treeMalusbaccataBorkh. middle vessel；H3.嫁接树 山定子 近皮部导管 Grafted treeMalusbaccataBorkh. vessel near to phloem；H4.嫁接树 山定子 筛管 Grafted treeMalusbaccataBorkh. sieve tube

图2苹果砧木及其接穗品种1a生枝不同部位导管及筛管结构(40×)
Fig.2Thestructureonvesselindifferentpartandsievetubeof1-yearbranchinapplerootstockandscion(40×)

2.3 苹果矮化中间砧对接穗品种1 a生枝各组织厚度比例的影响

对Y系不同致矮能力苹果矮化砧及其矮化中间砧接穗品种1 a生枝横断面上厚度的比例进行计算，以分析苹果矮化砧对接穗品种1 a 生枝横断面上厚度比例的影响。结果见表3和图1。

由表3可见，Y系苹果矮化砧1 a生枝的韧皮部厚度/枝条半径显著大于乔化砧，而木质部厚度/韧皮部厚度显著小于乔化砧，这与前人[6,8-10]研究结论一致。对于供试砧木接穗品种1 a生枝，大体结构厚度的比例与树体生长势没有显著相关性。上述结果说明，苹果矮砧对接穗品种1 a生枝解剖结构大体结构厚度比例的影响没有明显规律，且趋同作用不明显。

“2.1”中结果表明，3个供试苹果矮化砧1 a生枝髓部半径显著小于乔化砧，而本节中对髓部厚度/枝条半径的研究结果与之不一致，这说明Y系苹果矮化砧1 a生枝各组织结构的绝对值与相对值研究结果并不一致，而且苹果砧木致矮不是单一部位作用的结果，是各组织综合作用引起树体物质代谢失衡造成的。因此，从解剖结构研究苹果砧木致矮机理，研究各组织结构比例更为科学。

表3 苹果矮化中间砧与接穗品种1 a生枝横断面上各组织厚度的比例Table 3 The ratio among tissues thickness of 1-year branch in dwarfing apple intertstock and scion

2.4 苹果矮化中间砧对接穗品种1 a生枝主要输导组织面积比例的影响

对Y系不同致矮能力苹果矮化砧及其中间砧接穗品种1 a生枝横断面上主要输导组织面积比进行计算，以分析苹果矮化砧对接穗品种1 a生枝横断面上主要输导组织面积比例的影响(表4)。

由表4可见，Y系苹果矮化砧1 a生枝维管组织面积的比例与其致矮能力没有显著相关性，而其接穗品种1 a生枝近皮部导管面积/筛管面积、中部导管面积/筛管面积、近髓部导管面积/筛管面积、导管平均面积/筛管面积大体小于或显著小于乔化砧。上述结果表明，苹果矮砧可使接穗品种导管面积与筛管面积的比例变小。

3 讨 论

木质部导管和韧皮部筛管是植物地下部水分、营养物质上运和地上部同化物质、激素等物质下运的主要输导组织，组织越发达，输导能力越强。本研究结果显示，Y系苹果矮化砧1 a生枝近皮部导管面积、导管平均面积、木质部厚度/韧皮部厚度均显著小于乔化砧，而近皮部导管密度、韧皮部厚度/枝条半径均显著大于乔化砧；Y系苹果矮化中间砧接穗品种1 a生枝近皮部导管面积/筛管面积、中部导管面积/筛管面积、近髓部导管面积/筛管面积、导管平均面积/筛管面积大体小于或显著小于乔化砧。上述结果表明，虽然在各个所测指标上，Y系苹果矮化砧对其接穗品种对应的趋同作用不明显，但在宏观上，无论是砧木本身，还是其接穗品种，与乔化砧木相比，均是矮化砧木及其嫁接品种树体的木质部(主要是导管)生长较弱，韧皮部(主要是筛管)生长较发达。因此，Y系苹果矮化砧致矮可能是因为木质部对嫁接树体的生长起制约作用，这和前人从解剖结构及其他方面的众多研究[2-3,21-26]一致，即苹果矮化砧致矮是因为木质部阻碍地下部水分及营养等物质向地上部的运输所致。综上所述，认为Y系苹果矮化砧的致矮关键部位可能是木质部。然而，近年来，随着从酶、激素及其组学等方面对苹果矮砧进一步的研究[2-3,23-27]，人们越来越认为，在致矮机理中，和木质部相比，韧皮部的致矮作用更为重要，即韧皮部阻碍有机物质、激素等向地下部的运输，影响根系生长，从而造成树体矮化。笔者前期对M系的研究结果也支持上述观点，即M系苹果矮化砧1 a生枝的筛管面积显著小于乔化砧，而木质部占横断面积的百分比、近皮部导管密度、导管平均密度，近皮部导管面积/筛管面积、导管平均面积/筛管面积均显著大于乔化砧。杨廷桢等[15]对嫁接组合体的研究也表明，5种中间砧(‘M26’‘SH1’‘Y-1’‘Y-B094’‘Y-C002’)嫁接组合体的木质部厚度/韧皮部厚度的比值与砧木致矮能力呈正相关，即木质部厚度越大，韧皮部厚度越小，砧木致矮能力越强[15]。因此，砧木品种不同，致矮机理可能也不同，对苹果矮砧的致矮关键部位及其致矮机理有待从各个方面并结合分子生物学进行深入研究。

表4 苹果矮化中间砧与接穗品种1 a生枝横断面上主要输导组织面积的比例Table 4 The ratio among vascular tissues area of 1-year branch in apple dwarfing intertstock and scion

本研究还得出，Y系苹果矮砧对接穗品种解剖结构1 a生枝横断面其他所测指标影响规律不明显，但可使导管面积与筛管面积的比例变小，这也印证苹果砧木致矮不是单一部位作用的结果，而是主要输导组织结构比例失调，引起树体物质运输失衡造成的[28]。由于输导组织中有填充体，所以有待对具有输导能力的导管、筛管与矮化性的关系进行更细致的研究。另外，结合本研究及笔者前期对M系的研究发现，Y系苹果矮化砧1 a 生枝解剖结构与致矮能力的相关性没有M系的规律性强，可能与二者致矮机理不同有关。

4 结 论

Y系苹果矮化砧可使接穗品种导管面积/筛管面积变小、木质部生长减弱、韧皮部生长加强。宏观上，Y系苹果矮化砧对接穗品种有趋同作用。Y系苹果矮化砧的致矮关键部位可能是木质部。结合笔者前期对M系苹果砧木的研究结果来看，M系的致矮关键部位可能是韧皮部，所以苹果矮砧品系不同，致矮关键部位可能也不同，此结论有待从其他方面进一步验证。