扁桃優(yōu)株葉片解剖結(jié)構(gòu)與其抗旱性關(guān)系研究

任哲貢翔張銳羅立新楊波路琦徐崇志

(1.新疆生產(chǎn)建設(shè)兵團(tuán)塔里木盆地生物資源保護(hù)利用重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，新疆 阿拉爾 843300；2.塔里木大學(xué)植物科學(xué)學(xué)院，新疆 阿拉爾 843300；3.南疆特色果樹高效優(yōu)質(zhì)栽培與深加工技術(shù)國家地方聯(lián)合工程實(shí)驗(yàn)室，新疆 阿拉爾 843300；4.新疆生產(chǎn)建設(shè)兵團(tuán)第一師阿拉爾市三團(tuán)農(nóng)業(yè)發(fā)展服務(wù)中心，新疆 阿拉爾 843300；5.新疆農(nóng)業(yè)科學(xué)院園藝作物研究所，新疆 烏魯木齊 830000)

扁桃(Amygdalus communis L.)又名巴旦杏，屬薔薇科李亞科桃屬扁桃亞屬植物，在世界范圍栽培廣泛，集中分布于N30°～45°的亞熱帶和暖溫帶地區(qū)，是世界著名干果及木本油料樹種，營養(yǎng)價(jià)值豐富，扁桃仁中富含不飽和脂肪酸、蛋白質(zhì)、氨基酸、糖和多種礦質(zhì)元素[1]。我國扁桃的主產(chǎn)區(qū)是新疆南部的喀什、阿克蘇、和田等地，新疆扁桃有40多個(gè)品種，其中紙皮、雙軟和石頭扁桃是主栽品種，種植面積和產(chǎn)量占全新疆90%以上[2]。

扁桃的生長環(huán)境多為干旱或半干旱地區(qū)，在這些地區(qū)嚴(yán)重影響果樹經(jīng)濟(jì)效益的因素之一就是干旱脅迫，所以研究扁桃不同種質(zhì)的抗旱性尤為重要[3]。木巴熱克·阿尤普等[4]以新疆扁桃10個(gè)主栽品種為研究對象進(jìn)行抗旱性綜合研究，篩選出S14、S3 2個(gè)較為抗旱的品種。董曉民等[5]探究2個(gè)扁桃品種和2個(gè)普通桃品種的抗旱性，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，2個(gè)扁桃品種比2個(gè)普通桃品種更為抗旱。郭改改等[6]以5個(gè)不同區(qū)域的長柄扁桃為研究目標(biāo)，研究不同區(qū)域的長柄扁桃抗旱性差異，結(jié)果表明，陜西榆陽區(qū)的長柄扁桃最為抗旱，河北豐寧的長柄扁桃最為不抗旱。

葉片解剖結(jié)構(gòu)可一定程度反映植物的耐旱能力[6]。李鴻雁[7]、楊小玉[8]、宋鵬[9]等以植株的葉片厚度、表皮厚度、柵欄組織厚度、海綿組織厚度等葉片解剖結(jié)構(gòu)為研究對象，探索不同品種植株的抗旱性，所得結(jié)果與供試植株實(shí)際在自然界的生長狀況相符合。這些實(shí)例證明了以葉片解剖結(jié)構(gòu)來研究植株抗旱性的可行性。

本研究以6種扁桃雜交后代優(yōu)株為研究對象，通過對不同扁桃的葉片解剖結(jié)構(gòu)進(jìn)行觀察研究，篩選出較為抗旱的扁桃雜交后代優(yōu)株，以期為扁桃抗旱新品種的選育及育種親本的儲(chǔ)備提供理論參考。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)地概況

試驗(yàn)地位于新疆維吾爾自治區(qū)阿克蘇地區(qū)溫宿縣果滿堂果業(yè)，地處N40°52′～42°15′，E79°28′～81°30′，屬典型的大陸性氣候，年均氣溫10.10℃，年均降水量65.4mm，年均無霜期185d。

1.2 試驗(yàn)材料

試驗(yàn)材料為塔里木大學(xué)扁桃種質(zhì)資源圃多年篩選的實(shí)生雜交后代6株，樹齡為16a，依次記作株1～6。將6株雜交后代優(yōu)株引種到溫宿，2021年8月11日進(jìn)行取樣，取樣目標(biāo)皆為植株中部成熟葉片。

1.3 試驗(yàn)方法

1.3.1 葉片解剖結(jié)構(gòu)

每種扁桃各選取5片葉片，每片葉片觀察3個(gè)視野，利用徒手切片法[10]制作葉片橫切面的臨時(shí)裝片。采用光學(xué)顯微鏡(Olympus，BX51，Japan)搭配目鏡測微尺在40倍鏡下觀察測量葉片厚度、上表皮厚度、下表皮厚度、柵欄組織厚度及海綿組織厚度，并計(jì)算柵海比、CTR(葉片組織結(jié)構(gòu)緊密度)、SR(葉片組織結(jié)構(gòu)疏松度)，公式：

柵海比=柵欄組織厚度/海綿組織厚度

CTR=柵欄組織厚度/葉片厚度

SR=海綿組織厚度/葉片厚度

1.3.2 氣孔密度

每種扁桃各選取6片葉片，每片葉片觀察3個(gè)視野，利用指甲油印跡法[11]制作裝片。采用光學(xué)顯微鏡(Olympus，BX51，Japan)在40倍鏡下測量氣孔數(shù)量并計(jì)算葉片密度，公式：

葉片密度=視野下觀察的氣孔數(shù)量/視野面積

1.3.3 數(shù)據(jù)處理

文中數(shù)據(jù)利用WPS和SPSS 26進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)和處理。采用主成分分析法計(jì)算各抗旱指標(biāo)的權(quán)重，再用各抗旱指標(biāo)的權(quán)重結(jié)合隸屬函數(shù)法計(jì)算各擴(kuò)繁優(yōu)株的抗旱性度量值，最后根據(jù)抗旱性度量值進(jìn)行聚類分析，綜合評價(jià)6個(gè)扁桃雜交后代優(yōu)株的抗旱性表現(xiàn)。隸屬函數(shù)計(jì)算公式如下。

與抗旱性呈正相關(guān)的指標(biāo)函數(shù)值計(jì)算公式：

F(Xij)=(Xij-Xjmin)/(Xjmax-Xjmin)

與抗旱性呈負(fù)相關(guān)的指標(biāo)函數(shù)值則計(jì)算公式：

F(Xij)=1-(Xij-Xjmin)/(Xjmax-Xjmin)

式中，F(xiàn)(Xij)為隸屬函數(shù)值；i為品種；j為指標(biāo)；Xij為指標(biāo)測定值；Xjmax是所有品種中j指標(biāo)的最大值；Xjmin是所有品種中j指標(biāo)的最小值。

抗旱性度量值(D)計(jì)算公式：

式中，Wj為j指標(biāo)的權(quán)重。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同扁桃葉片解剖結(jié)構(gòu)特征比較

通過對不同扁桃的葉片解剖結(jié)構(gòu)觀察和計(jì)算，得到9項(xiàng)與抗旱性相關(guān)的指標(biāo)，具體平均數(shù)值見表1。

表1 扁桃葉片解剖結(jié)構(gòu)特征

6種扁桃的葉片總體厚度在222.5～283.67μm，其中株3最厚，達(dá)到283.67μm，顯著高于其它扁桃，株2的葉片厚度僅為222.5μm，是所有扁桃中最低的，顯著低于株3、株6，株3葉片厚度是株2的1.27倍，葉片厚度由大到小排列為株6>株3>株5>株1>株4>株2。表皮厚度特征方面，6種扁桃上表皮厚度為24.67～32μm，下表皮厚度為18.83～23.5μm，上表皮厚度和下表皮厚度最高的都是株1，最低的都是株5，且株1都顯著高于株5。

6種扁桃的柵欄組織厚度為100.17～133.17μm，株3的柵欄組織厚度最高(133.17μm)，顯著高于其它扁桃，株2最低(100.17μm)，顯著低于株3、株5、株6。柵海比和葉片組織結(jié)構(gòu)緊密度都是株5最高，株1最低，其中葉片組織結(jié)構(gòu)緊密度株5顯著高于株1。6種扁桃的海綿組織厚度在74.83～98.5μm，株3海綿組織厚度最高(98.50μm)，株3顯著高于株1、株2、株4、株5，株2海綿組織厚度最低(74.83μm)，僅為株1的76%。葉片組織結(jié)構(gòu)疏松度最高的是株3，各種扁桃間無顯著性差異。

6種扁桃的氣孔密度分布在238.39～297.09個(gè)·mm-2，株4的葉片氣孔密度最大(297.09個(gè)·mm-2)，顯著大于株3、株5、株6，株6的葉片氣孔密度最小(238.39個(gè)·mm-2)，顯著小于株1、株2、株4，株4的氣孔密度是株6的1.25倍。

2.2 主成分分析

所測指標(biāo)中有的數(shù)據(jù)可能具有一定關(guān)聯(lián)性，直接對指標(biāo)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析可能會(huì)導(dǎo)致結(jié)果不準(zhǔn)確，主成分分析可以把互相關(guān)聯(lián)的指標(biāo)轉(zhuǎn)換成獨(dú)立的綜合指標(biāo)從而降低誤差[12]。

基于特征值>1對主成分進(jìn)行提取，結(jié)果如表2所示，主成分1特征值4.83，貢獻(xiàn)率53.66%；主成分2特征值3.13，貢獻(xiàn)率34.80%。主成分1和主成分2累計(jì)貢獻(xiàn)率達(dá)到88.46%，說明主成分1和主成分2已經(jīng)把6種扁桃擴(kuò)繁優(yōu)株與抗旱性有關(guān)的88.46%的數(shù)據(jù)都反映出來。

對9個(gè)與抗旱有關(guān)的指標(biāo)進(jìn)行主成分分析，見表2。葉片厚度、柵欄組織厚度、海綿組織厚度、葉片組織疏松度、氣孔密度等5個(gè)指標(biāo)在主成分1中載荷值的絕對值最高，說明主成分1反映的數(shù)據(jù)主要是這5個(gè)指標(biāo)。主成分2中上表皮厚度、下表皮厚度、柵海比、葉片組織緊密度等4個(gè)指標(biāo)載荷值的絕對值最高，表明主成分2主要映射這4個(gè)指標(biāo)的特征。

表2 主成分載荷矩陣

根據(jù)表2內(nèi)容計(jì)算得到各個(gè)指標(biāo)所占的權(quán)重，見表3。9個(gè)與抗旱性有關(guān)的指標(biāo)中葉片組織緊密度權(quán)重最大，達(dá)到0.33，說明葉片組織緊密度是最能反映扁桃雜交后代優(yōu)株抗旱能力的，權(quán)重最小的是下表皮厚度，僅為0.07，說明下表皮厚度對扁桃優(yōu)株的抗旱能力影響較小。9個(gè)抗旱性指標(biāo)的權(quán)重由大到小分別為葉片組織緊密度(0.33)>柵欄組織厚度(0.29)>葉片組織疏松度(0.27)>海綿組織厚度(0.24)>上表皮厚度(0.24)>葉片厚度(0.23)>氣孔密度(0.21)>柵海比(0.19)>下表皮厚度(0.07)。

表3 抗旱性特征權(quán)重

2.3 不同扁桃抗旱性綜合評價(jià)

2.3.1 隸屬函數(shù)分析

利用一個(gè)或少數(shù)幾個(gè)指標(biāo)來反映植株的抗旱能力都太片面，現(xiàn)在對林木進(jìn)行抗旱評價(jià)大都利用隸屬函數(shù)法，隸屬函數(shù)可以結(jié)合測定的全部與抗旱性相關(guān)的指標(biāo)綜合分析評價(jià)植株的抗旱能力[13]。

本試驗(yàn)利用隸屬函數(shù)結(jié)合表3主成分分析法所得出的各指標(biāo)的權(quán)重計(jì)算抗旱性度量值，抗旱性度量值越大，抗旱性越好。結(jié)果如表4所示，6種扁桃優(yōu)株抗旱性度量值最大的是株6(1.23)，最小的是株2(0.66)，抗旱性度量值由大到小排列為株6>株3>株4>株5>株1>株2。

表4 扁桃隸屬函數(shù)和抗旱度量值

2.3.2 聚類分析綜合評價(jià)

根據(jù)抗旱度量值利用歐氏距離-組間聯(lián)接的方法對6種扁桃優(yōu)株的抗旱性進(jìn)行系統(tǒng)聚類分析。結(jié)果如圖1所示，在4.5處可將6種扁桃優(yōu)株的抗旱性表現(xiàn)分為3類。第1類抗旱性較強(qiáng)，包括株3、株4、株5、株6；第2類抗旱性一般，為株1；第3類抗旱性較差，為株2。

圖1 6種扁桃擴(kuò)繁優(yōu)株抗旱性聚類分析

3 討論與結(jié)論

干旱脅迫會(huì)阻礙植物生長發(fā)育，導(dǎo)致果實(shí)品質(zhì)和產(chǎn)量顯著降低，對國家造成大量經(jīng)濟(jì)損失，全球因自然災(zāi)害所造成的損失中，干旱所造成的損失占到42%以上[14]。干旱是制約農(nóng)業(yè)發(fā)展的重要因素之一，我國是世界上嚴(yán)重干旱的國家之一，人均水資源占有率不到世界平均水平的1/4，干旱半干旱地區(qū)面積在我國占到50%左右，降低干旱脅迫給我國農(nóng)業(yè)造成的負(fù)面影響顯得尤為重要[15]。選育抗旱品種是解決干旱脅迫的有效途徑，目前葉片解剖結(jié)構(gòu)可成為在挑選親本和評價(jià)雜種后代抗旱性時(shí)的重要參考依據(jù)，因?yàn)槿~片是植物對干旱響應(yīng)最敏感的器官之一，葉片結(jié)構(gòu)形態(tài)能直接反映植物的生長狀況[6]。

王磊[16]對薄殼山核桃3個(gè)引種品種抗旱性及解剖特征進(jìn)行研究，結(jié)果證明，葉片厚度更厚的葉片儲(chǔ)水能力更強(qiáng)，蒸騰速率更低，從而抗旱性也越強(qiáng)。本試驗(yàn)中株3葉片厚度最厚，其次是株6，兩者在抗旱性綜合排名中名列1、2位。張金玲等[17]在比較臭柏異形葉解剖結(jié)構(gòu)及其抗旱性的關(guān)系時(shí)認(rèn)為，葉片表皮厚度和葉片的保水、隔熱能力具有直接關(guān)系，表皮厚度厚的葉片保水、隔熱的能力更強(qiáng)。本研究中，葉片表皮厚度最厚的是株1，但其綜合排名只在第5位，主要原因是其葉片組織緊密度和柵海低于其它5種優(yōu)株。

葉片柵欄組織厚度、柵海比、CTR越大，植株越抗旱[7]，本研究中柵欄組織厚度、柵海比、葉片組織結(jié)構(gòu)緊密度大小排名前4的都是株3、株4、株5、株6，這4種扁桃也是聚類分析中聚類到一起的抗旱性表現(xiàn)較好的扁桃。葉片海綿組織厚度、SR越大越不利于抗旱[9]，本研究中海綿組織厚度和葉片組織疏松度最大的都是株3，但其在抗旱性綜合表現(xiàn)中排名第2，原因是較厚的海綿組織厚度增加了整體葉片厚度，葉片厚度變厚保水能力增強(qiáng)，抗旱能力提升，這與孟慶杰[18]等研究結(jié)果一致。

邱慶樹[19]等探索花生葉片氣孔突變及其與抗旱性的關(guān)系，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，氣孔少的植株更加抗旱。劉照斌[20]等研究發(fā)現(xiàn)，被S3307(烯效唑)處理過的早熟禾氣孔密度更小，更加抗旱，因?yàn)槿~片氣孔密度小會(huì)減少葉片水分的蒸發(fā)，保水能力強(qiáng)抗旱能力均增強(qiáng)。本研究中葉片氣孔密度最小的是株6，其在抗旱性綜合評價(jià)中排名第1。

本研究通過應(yīng)用主成分分析法、隸屬函數(shù)法、聚類分析法對6種扁桃優(yōu)株的抗旱性進(jìn)行綜合評價(jià)，結(jié)果表明株3、株4、株5、株6的抗旱性表現(xiàn)較好，可優(yōu)先選作抗旱育種親本。本文僅從葉片解剖結(jié)構(gòu)及其抗旱性的關(guān)系進(jìn)行了分析，對扁桃雜交后代優(yōu)株的抗旱性還需進(jìn)行更加全面的研究探討。