库尔勒香梨短果枝花序不同序位维管束与萼片脱落关系的研究

马宏玉,陶书田,陈 燕,余荣荣,陈晓艺,包建平,3,4*,吴翠云,3,4,张 锐,3,4

(1.塔里木大学 植物科学学院,新疆 阿拉尔 843300;2.南京农业大学 园艺学院,江苏 南京 210095;3.新疆生产建设兵团 塔里木盆地生物资源保护利用重点实验室,新疆 阿拉尔 843300;4.南疆特色果树高效优质栽培与深加工技术国家地方联合工程实验室,新疆 阿拉尔 843300)

梨果实中存在着呈网状分布的维管束,是一个相互连通的重要输导系统,对果实的生长发育和品质形成有重要作用。维管束是果实水分和营养物质运输的主要通道,分为木质部和韧皮部,前者专门运输水分和溶于水中的无机盐,其细胞主要组成有导管和管胞,后者专门运输有机养分,其细胞主要组成有筛管、伴胞和筛胞[1-2]。果实在生长过程中,通过维管束“液流”不断从树体吸收水分,同时吸收矿质营养、碳水化合物和激素等[3]。因此,维管束发育的质量和数量,必然影响果实体内养分的吸收和运转。

关于引起梨果实萼片脱落与宿存的原因,学者们已从不同方面进行了探讨,贾晓辉等[4]认为这一现象与果柄端、胴部和花萼端等3个部位的内源激素(ZR、IAA、GA3、ABA)有关。李长江等[5]则认为在库尔勒香梨萼片脱落临界期,幼果下部IAA、ZR质量分数高有利于萼片宿存,幼萼片端GA3和ABA质量分数高可能有利于萼片脱落。进一步研究发现,子房中的IAA、ZR及GA3含量过高均会导致库尔勒香梨果萼宿存,子房下部IAA及ZR的含量过高对果萼宿存均有显著的影响;花柱中ABA的积累增多会导致果萼宿存;子房中ABA的含量高有利于果萼脱落[6]。这些研究结果说明梨萼筒脱落与果实中激素运输、分配和积累有关。维管束作为激素的运输通道,其数目、大小和面积直接影响物质的运输与积累,从而影响萼片的发育与脱落。但前人对此少有研究,因此本文通过对短果枝上不同序位梨果柄、胴部和花萼的维管束进行解剖观察,分析了其数目和面积与萼片脱落的关系,以期为果实品质形成和激素运输与积累研究拓展新的途径,同时也为从生理上进一步揭示梨萼片脱落的原因提供依据。

1 材料和方法

1.1 试验地点及材料

试验地位于新疆阿拉市塔里木大学。供试品种为以杜梨作砧木的香梨,东西行向,灌溉方式为漫灌,土壤类型为砂壤土,果园常规管理。

1.2 材料采集

选择树体生长状况相对一致的10棵香梨树作为采样株,取树冠南侧外围短果枝上的幼果编号挂牌,分别在大蕾期、初花期、盛花前期、盛花后期、末花期采摘自然状态下的第1到第5朵序位花,每个序位采15朵花,采摘后迅速将样品带回实验室,将花萼、胴部和果柄等3个部位放入FAA固定液固定,用于制作石蜡切片。

1.3 石蜡切片

石蜡切片的制作,参照赵静等的研究方法[7]并作适当的调整与改进:将样本从FAA固定液中取出后,经逐级酒精脱水、二甲苯透明、浸蜡、石蜡包埋,然后进行切片(厚度为10 μm),用番红-固绿双重染色,中性树胶封片,在显微镜下观察果柄、胴部和萼筒维管束的发育状况,并拍照。用Motic Images Advanced 3.2显微成像系统观测维管束的数目及面积,其数目为4×100倍视野内的维管束个数；维管束面积近似圆形,测定半径计算面积。每个观测项目随机取3个视野。

1.4 脱萼率调查

在盛花期20 d后,调查自然条件下3棵香梨树长果枝上第1和4序位的萼片脱落情况。脱萼率(%)=脱萼果(个)/总梨果(个)×100%。

1.5 数据处理

用Microsoft Excel 2013、SPSS 23.0软件进行数据分析。

2 结果与分析

2.1 不同序位梨的脱萼率

从图1可以看出,库尔勒香梨从第1至第5序位果实脱萼率大小顺序依次为第5序位>第4序位>第3序位>第2序位>第1序位。第4序位及以上脱萼果率迅速增加,其中第4、第5序位脱萼果率分别增加至80.09%、87.76%。

图1 不同序位梨的脱萼率

2.2 不同序位梨花器官维管束数目的动态变化

2.2.1 果柄维管束数目 如图2所示,在整个花期中,第1序位果柄维管束数目呈增加趋势,而第2、3、4和5序位呈先增加后降低趋势,且第5序位果柄维管束数目没有明显变化。第2、3、4和5序位果柄维管束数目从大蕾期开始增加到盛花前期,然后降低到末花期,在盛花前期达到最大,此时第2、3、4和5序位果柄维管束数目分别为11.64、11.21、9.68和8.74个。第1序位果柄维管束数目从盛花后期急剧下降到末花期,第2、3、4和5序位果柄维管束数目从盛花前期急剧下降到盛花后期，此后几乎不再变化,因此认为盛花前期是第2、3、4和5序位果柄维管束数目发育的关键期。在同一物候期,各序位果柄的维管束数目表现为:第1序位>第2序位>第3序位>第4序位>第5序位。

图2 不同序位梨果柄维管束数目的动态变化

2.2.2 胴部维管束数目 从图3可以看出：第1序位花从大蕾期到末花期,胴部维管束数目呈增加趋势，在大蕾期维管束数目最少,为11.00个,在末花期最多,为14.20个；第2序位胴部维管束数目从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,为13.33个,在大蕾期最少,为10.97个;第3序位花胴部维管束数目从大蕾期开始增加到盛花前期,然后下降到末花期,在盛花前期最多,为12.78个,在盛花前期和末花期最少,均为12.00个；第4和5序位花胴部维管束数目从大蕾期开始增加到始花期,然后下降到末花期,在始花期最多,分别为11.49和10.67个,在盛花前期、盛花后期和末花期最少,均为11.00个。在整个花期中,第2、3、4、5序位胴部维管束数目发育关键期分别是盛花后期、盛花前期、大蕾期、大蕾期。在同一物候期,各序位花的胴部维管束数目表现为:第1序位>第2序位>第3序位>第4序位>第5序位。

图3 不同序位梨胴部维管束数目的动态变化

2.2.3 花萼维管束数目 从图4可以看出：在整个花期中,从始花期到末花期,第1序位花萼维管束数目呈明显的增加趋势,末花期花萼维管束数目比始花期增加了2.42个;第2、3、4和5序位花萼维管束数目呈先增加后降低趋势,在盛花后期达到最大值,均为10.00个,但这4个序位花萼维管束数目在整个花期中变化不明显,其变化范围分别为9.16～10.00、9.07～10.00、8.44～10.00和8.29～10.00个。在整个花期中,第2、3、4和5序位花萼维管束数目从盛花后期降到末花期,因此认为盛花后期是花萼维管束数目发育的关键期。在同一物候期,各序位的花萼维管束数目表现为:第1序位>第2序位>第3序位>第4序位>第5序位。

图4 不同序位梨萼筒维管束数目的动态变化

2.3 不同序位梨花器官维管束面积的动态变化

2.3.1 果柄维管束面积 从图5可以看出：第1序位果柄维管束面积从盛花后期开始急剧增长到末花期,在末花期达到最大值,为0.040 mm2;第2、3、4和5序位果柄维管束面积从始花期急剧增长到盛花前期,在盛花前期达到最大值,分别为0.026、0.024、0.022和0.020 mm2,在大蕾期最小,分别为0.013、0.014、0.010和0.007 mm2。在整个花期中,第2、3、4和5序位果柄维管束面积从盛花前期急剧增长到末花期,因此认为盛花前期是果柄维管束面积发育的关键期。在同一物候期,果柄维管束面积表现为:第1序位>第2序位>第3序位>第4序位>第5序位。

2.3.2 胴部维管束面积 从图6可以看出：第1和2序位胴部维管束面积从盛花前期开始急剧增加到末花期,在末花期达到最大值,分别为0.034和0.030 mm2；第3序位胴部维管束面积从大蕾期到盛花前期呈现增加趋势,然后下降至末花期,在盛花前期达到最大值,为0.022 mm2,在大蕾期最小,为0.012 mm2；第4和5序位胴部维管束面积从盛花前期开始急剧增加至盛花后期,然后下降至末花期,均在盛花后期达到最大值,分别为0.018和0.014 mm2。在整个花期中,第3、4和5序位胴部维管束面积发育的关键期分别是盛花前期、盛花后期和盛花后期。在同一物候期,胴部维管束面积的大小顺序为:第1序位>第2序位>第3序位>第4序位>第5序位。

图5 不同序位梨果柄维管束面积的动态变化

图6 不同序位梨胴部维管束面积的动态变化

2.3.3 萼筒维管束面积 如图7所示,在整个花期中,第1和2序位萼筒维管束面积从大蕾期到末花期呈增加趋势,在末花期达到最大值,分别为0.024和0.020 mm2,在大蕾期最小,分别为0.013和0.110 mm2；第3、4和5序位萼筒维管束面积从大蕾期开始增加到盛花后期,然后下降至末花期,最大值均出现在盛花后期,分别为0.017、0.015和0.009 mm2,因此认为盛花后期是第3、4和5序位萼筒维管束面积发育的关键期。在同一物候期, 萼筒维管束面积的大小顺序为:第1序位>第2序位>第3序位>第4序位>第5序位。

图7 不同序位梨萼筒维管束面积的动态变化

2.4 脱萼率、维管束数目和维管束面积的相关性

从表1相关性分析结果可以看出：脱萼率与果柄维管束数目呈极显著负相关,相关系数为-0.96**；脱萼率与胴部维管束数目、萼筒维管束数目、胴部维管束面积和萼筒维管束面积呈显著负相关,相关系数分别为-0.89*、-0.83*、-0.90*和-0.90*；果柄维管束数目与胴部维管束数目、萼筒维管束数目和萼筒维管束面积呈极显著正相关,相关系数分别为0.98**、0.93**和0.92**；果柄维管束数目与果柄维管束面积、胴部维管束面积呈显著正相关，相关系数分别为0.89*和0.90*；胴部维管束数目与萼筒维管束数目(0.97**)、果柄维管束面积(0.96**)、萼筒维管束面积(0.92**)均呈极显著正相关；胴部维管束数目与胴部维管束面积(0.89*)呈显著正相关；萼筒维管束数目与果柄维管束面积(0.98**)和萼筒维管束面积(0.93**)呈极显著正相关；果柄维管束面积与胴部维管束面积(0.82*)和萼筒维管束面积(0.86*)呈显著正相关；胴部维管束面积与萼筒维管束面积(1.00**)呈极显著正相关。

表1 香梨脱萼率、维管束数目和维管束面积的相关性分析结果

注：“**”和“*”分别表示达1%水平极显著相关和5%水平显著相关。

3 讨论

香梨的花萼包括萼筒和萼片两部分,其脱落大致分以下3种情况:(1)萼筒连同萼片一起脱落;(2)仅有萼片脱落,萼筒留在幼果上成为果顶的一部分;(3)仅有部分萼片脱落(极少数)[8]。亚合甫·木沙等[9]调查研究发现,第1序位花结的果宿萼果率最高,第2、3序位花结的果宿萼果率大幅度降低,第4、5、6序位花结的果宿萼果率继续偏低。本实验结果表明,随着序位升高,果实脱萼率呈增加趋势,即库尔勒香梨从第1至第5序位果实脱萼率大小顺序依次为第5序位>第4序位>第3序位>第2序位>第1序位。第5序位果实的脱萼率最高,为87.76%。

维管束作为流的一个关键指标,是果实营养物质和水分的重要运输通道,韧皮部作为光和同化物卸载的主要场所,在果实生长发育和品质形成中起着非常重要的作用。孟剑霞等[10]研究认为:维管束面积大,物质运输通道畅通,运输就快；韧皮部面积大则更有利于营养物质的运输。于晓刚等[11]的研究结果显示：在开花后相同时间,粳稻颖果维管束截面面积、截面长轴长度、截面短轴长度、筛管区域宽度、导管数、颖果体积、颖果干质量均表现为上部一次枝梗籽粒>下部一次枝梗籽粒>上部二次枝梗籽粒>下部二次枝梗籽粒；维管束截面面积、长轴长度、短轴长度、筛管区域宽度和导管数与颖果干质量、颖果充实度和谷粒充实度呈显著正相关。马宏超等[12]研究发现：库尔勒香梨经赤霉素处理的萼筒组织结构中维管束的面积较大,发育早期维管束中只有导管,但随着萼筒的发育,逐渐出现了大量的筛管细胞和异细胞,保证了花萼养分和水分的供应,没有离层的形成,最终萼筒不脱落,果实发育成宿萼果；经多效唑处理的萼筒在发育过程中维管束中只有导管,未见有筛管和异细胞的形成,花萼中水分和养料的供给缺乏,导致萼筒在发育后期出现了离层,萼筒脱落,果实发育形成脱萼果；在整个花期中,经赤霉素和多效唑处理的萼筒维管束数目一直保持不变,均为8个。这与本文的研究结果不一致。本研究结果表明：库尔勒香梨维管束数目和面积在不同序位间、果实不同部位以及不同物候期都有差别，即随着物候期的推进,第1序位果柄、胴部和萼筒等部位维管束数目和面积呈增加趋势,第2序位除胴部和萼筒维管束面积呈增加趋势外,其它则呈先增加后降低趋势,第3、4和5序位则表现为先增加后降低趋势；在相同物候期条件下,维管束数目和面积大小趋势为:第1序位>第2序位>第3序位>第4序位>第5序位。