王 浩，齊永順，張京政，謝兆森

(河北科技師范學(xué)院園藝科技學(xué)院，河北 秦皇島，066600)

植物的組織結(jié)構(gòu)與功能是密切相關(guān)的，在葡萄抗寒性研究中發(fā)現(xiàn)，不同抗寒性葡萄枝條結(jié)構(gòu)差異明顯，而組織結(jié)構(gòu)失水是影響葡萄抗寒性的重要因素。地上部分水分的保持對于葡萄安全越冬十分重要，冬季葡萄地上部分水分強(qiáng)烈散失容易使莖因失水發(fā)生凍害。植物莖蒸騰所散失的水分直接或間接地來自莖木質(zhì)部導(dǎo)管［1］。導(dǎo)管分子是植物木質(zhì)部輸導(dǎo)水分和礦質(zhì)營養(yǎng)的基本結(jié)構(gòu)單位，其直徑的大小對木質(zhì)部水分輸導(dǎo)效率具有重要影響［2］。分別對秦皇島地區(qū)抗寒葡萄(不需埋土防寒越冬)和非抗寒葡萄(需埋土防寒越冬)1年生枝條導(dǎo)管分子進(jìn)行觀察，比較導(dǎo)管結(jié)構(gòu)和類型差異，以期為葡萄枝條導(dǎo)管分子與葡萄抗寒性關(guān)系研究提供參考。

1 材料與方法

1．1 試驗(yàn)材料

試驗(yàn)材料由河北科技師范學(xué)院園藝實(shí)驗(yàn)站提供，2011年11月15日分別取長勢、粗度一致的貝達(dá)、龍紫寶、北玫、馬瑟蘭、梅鹿輒、赤霞珠6個(gè)葡萄品種(系)的1年生枝進(jìn)行試驗(yàn)。

1．2 試驗(yàn)方法

田間試驗(yàn)于2012年在河北科技師范學(xué)院園藝試驗(yàn)站進(jìn)行，室內(nèi)試驗(yàn)在園藝實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行。

1．2．1 葡萄品種抗寒性鑒定 6種試驗(yàn)材料分別在0，－15，－25，－35℃低溫條件下處理12 h。然后將材料進(jìn)行沙藏處理［3］，第2年春季進(jìn)行扦插試驗(yàn)，采用隨機(jī)區(qū)組排列，每個(gè)處理扦插30株，重復(fù)3次，統(tǒng)計(jì)成活率。

1．2．2 導(dǎo)管觀察 將1年生枝條第4節(jié)間和第5節(jié)間木質(zhì)部切削成長1 cm，粗0．5 mm的小條，充分混勻;采用郭學(xué)民等［4］解離制片方法制片，在顯微鏡下觀察并照相。隨機(jī)選取100個(gè)導(dǎo)管分子，測量其長度、直徑、兩端斜度，并統(tǒng)計(jì)兩端尾數(shù)。采用李正理［5］石蠟切片法對1年生枝進(jìn)行橫切，觀察橫截面導(dǎo)管分布。

以上數(shù)據(jù)應(yīng)用DPS v3．01專業(yè)版數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。

2 結(jié)果與分析

2．1 葡萄抗寒性分析

扦插試驗(yàn)結(jié)果表明，6個(gè)葡萄品種枝條在0℃時(shí)，生根率和萌芽率均在80%以上未受低溫傷害(表1);在－15℃下，龍紫寶和貝達(dá)生根率仍達(dá)到88．9%和78．8%，顯著高于其他品種，而赤霞珠、梅鹿輒、馬瑟蘭等3個(gè)品種大幅下降到21．1%～25．6%，已經(jīng)嚴(yán)重受凍;在－25℃時(shí)，只有龍紫寶、貝達(dá)、北玫3個(gè)品種生根;在－35℃下6個(gè)品種都沒有生根。萌芽率的調(diào)查結(jié)果與生根率相似，但在0℃以下，萌芽率明顯小于生根率。在－25℃時(shí)只有龍紫寶和貝達(dá)萌芽，并且龍紫寶的萌芽率顯著低于貝達(dá)，分別為2．2%和9．8%。所以6個(gè)葡萄品種抗寒性由強(qiáng)到弱為貝達(dá)、龍紫寶、北玫、馬瑟蘭、梅鹿輒、赤霞珠。

表1 低溫處理后葡萄生根率和萌芽率 %

2．2 導(dǎo)管類型

葡萄枝條中含有多種類型導(dǎo)管，導(dǎo)管類型除了在長度和直徑上有較大差異之外，根據(jù)導(dǎo)管兩端端臂斜度，可以分為兩端傾斜、一端傾斜一端水平、兩端水平(斜度小于15°視為水平)3種類型;根據(jù)導(dǎo)管兩端具尾情況，可以分為兩端無尾、一端具尾一端無尾、兩端具尾3種類型。離析材料中，發(fā)現(xiàn)多種導(dǎo)管類型，(1)兩端有尾、兩端傾斜(圖1);(2)一端有尾、兩端水平(圖2A，圖2B，圖2E);(3)一端有尾、一端傾斜(圖2C，圖2F，圖2G);(4)一端有尾、兩端傾斜(圖2D，圖2H，圖2I，圖2J，圖2K，圖2L);(5)兩端無尾、兩端水平(圖3A，圖3B);(6)兩端無尾、一端傾斜(圖3D，圖3E);(7)兩端無尾、兩端傾斜(圖3C，圖3F，圖3G，圖3H，圖3I，圖3J);所有導(dǎo)管中大部分為網(wǎng)紋導(dǎo)管(圖4A，圖4B，圖4C，圖4D)，一小部分導(dǎo)管為螺紋導(dǎo)管(圖4E，圖4F，圖4G，圖4H);大部分導(dǎo)管兩端為單穿孔板(圖5B)，一小部分導(dǎo)管為一端雙穿孔板(圖5A，圖5C，圖5D)。每一種導(dǎo)管在抗寒性不同的葡萄中所占比例也不相同。

圖1 兩端有尾導(dǎo)管類型

2．3 導(dǎo)管的長度和直徑大小

分別測量6個(gè)葡萄品種枝條100個(gè)導(dǎo)管的長度、直徑，求平均值，進(jìn)行顯著性分析，可以看出貝達(dá)、北玫、龍紫寶(抗寒)平均長度顯著小于馬瑟蘭、梅鹿輒、赤霞珠(非抗寒)導(dǎo)管平均長度，其中龍紫寶導(dǎo)管平均長度最小。貝達(dá)、北玫、龍紫寶(抗寒)的導(dǎo)管平均直徑顯著大于馬瑟蘭、梅鹿輒、赤霞珠(非抗寒)導(dǎo)管平均直徑，其中龍紫寶平均直徑最大。

6個(gè)葡萄品種枝條中導(dǎo)管分子平均長度和直徑差異顯著(表2)，龍紫寶和貝達(dá)的導(dǎo)管平均長度顯著小于其它品種，北玫居中，馬瑟蘭、梅鹿輒、赤霞珠導(dǎo)管長度顯著大于龍紫寶。在導(dǎo)管直徑的比較中，龍紫寶導(dǎo)管平均直徑最大，赤霞珠最小。

2．4 導(dǎo)管長度和直徑分布

6個(gè)葡萄品種枝條導(dǎo)管長度在301～450 μm范圍所占的比例最高，其中抗寒品種達(dá)到54．1%～65．2%，比非抗寒品種高12．8%～17．2%;在451～600 μm 和601～750 μm 范圍內(nèi)抗寒品種枝條導(dǎo)管長度都顯著高于非抗寒品種，在451 μm以上時(shí)，抗寒品種所占比例為30．5%～36．3%，比非抗寒品種低16．3%～16．7%?？购贩N中短導(dǎo)管所占比例顯著高于非抗寒品種(表3)。

在不同抗寒性的葡萄中，不同直徑導(dǎo)管所占比例差別較大(表3)，6個(gè)品種導(dǎo)管直徑在51～100 μm范圍所占比例最高，抗寒品種為44．5%～50．7%，非抗寒品種為65．3%～72．7%，抗寒品種導(dǎo)管比例比非抗寒品種低20．8%～22．0%;導(dǎo)管直徑在101～150 μm 范圍內(nèi)，抗寒品種導(dǎo)管比例為31．3%～36．9%，非抗寒品種導(dǎo)管比例為15．7%～25．1%，抗寒品種導(dǎo)管比例比非抗寒品種高11．8%～15．6%，在150 μm以上抗寒品種導(dǎo)管比例為9．7%～11．7%，非抗寒品種導(dǎo)管比例在2．9%以下?？购詮?qiáng)的品種中直徑大的導(dǎo)管所占比例大。

圖2 一端有尾導(dǎo)管類型

圖3 兩端無尾導(dǎo)管類型

圖4 網(wǎng)紋導(dǎo)管和螺紋導(dǎo)管類型

圖5 穿孔板數(shù)量不同的導(dǎo)管類型

表2 導(dǎo)管分子的長度和直徑 μm

表3 導(dǎo)管分子的長度和直徑分布比例 %

2．5 導(dǎo)管兩端傾斜度

6個(gè)葡萄品種枝條導(dǎo)管兩端斜度在兩端水平導(dǎo)管類型中貝達(dá)、馬瑟蘭、赤霞珠導(dǎo)管所占比例高于其它3個(gè)品種(圖6);在一端傾斜導(dǎo)管類型中，抗寒品種導(dǎo)管比例高于非抗寒品種;在兩端傾斜導(dǎo)管類型中抗寒品種導(dǎo)管斜度明顯小于非抗寒品種，在15～30°范圍內(nèi)抗寒品種導(dǎo)管所占比例為39%～53%，比非抗寒品種高19%～24%;在30°以上范圍內(nèi)抗寒品種導(dǎo)管所占比例為29%～36%，比非抗寒品種低23%～24% 。

圖6 導(dǎo)管兩端斜度分布情況

2．6 導(dǎo)管具尾數(shù)量

抗寒葡萄與非抗寒葡萄導(dǎo)管具尾情況差別較大，在兩端具尾導(dǎo)管類型中，抗寒品種導(dǎo)管所占比例為11%～14%，非抗寒品種導(dǎo)管所占比例為24%～36%(圖7);抗寒品種比非抗寒品種低13%～22%;在兩端無尾導(dǎo)管類型中，抗寒品種導(dǎo)管所占比例為60%～70%，非抗寒品種導(dǎo)管所占比例為31%～43%，抗寒品種比非抗寒品種高27%～29%。抗寒品種無尾或單尾導(dǎo)管所占比例大。

2．7 導(dǎo)管的密度和分布規(guī)律

通過石蠟切片觀察6種葡萄枝條橫截面顯微結(jié)構(gòu)(圖8)，計(jì)算6種葡萄品種導(dǎo)管密度(表4)。結(jié)果表明，3個(gè)抗寒品種導(dǎo)管密度均顯著小于3個(gè)非抗寒品種，龍紫寶和貝達(dá)導(dǎo)管密度最小。通過觀察，橫截面上的導(dǎo)管直徑由內(nèi)向外遞增，抗寒品種導(dǎo)管并沒有分布到木質(zhì)部邊緣，且韌皮部較厚，有3～4層質(zhì)密的細(xì)胞將導(dǎo)管包圍在木質(zhì)部內(nèi);而非抗寒葡萄品種導(dǎo)管幾乎分布到木質(zhì)部邊緣，韌皮部較薄，只有1～2層質(zhì)密細(xì)胞。導(dǎo)管的這種分布規(guī)律可以提高抗寒性強(qiáng)的品種枝條保水能力。

圖7 導(dǎo)管具尾情況

圖8 葡萄莖的橫截面(50×)

3 討 論

3．1 導(dǎo)管類型多樣性的形成

植物的結(jié)構(gòu)和功能是密切相關(guān)的，葡萄在不同環(huán)境中經(jīng)過長期進(jìn)化，為適應(yīng)環(huán)境變化［6］，導(dǎo)管進(jìn)化和分化程度不同，從進(jìn)化角度看，導(dǎo)管長度短的比導(dǎo)管長的進(jìn)化，導(dǎo)管直徑粗的比細(xì)的進(jìn)化，導(dǎo)管兩端斜度小的比斜度大的進(jìn)化，無尾比有尾進(jìn)化［7］。在不同溫度、水分等條件下，導(dǎo)管結(jié)構(gòu)分化也會(huì)有所差異［8］。葡萄中含有多種類型導(dǎo)管，是對環(huán)境長期適應(yīng)的結(jié)果。而在不同環(huán)境條件下，不同導(dǎo)管類型所占比例不同，可見不同類型導(dǎo)管在功能上是不同的。

表4 葡萄枝條中導(dǎo)管密度

3．2 不同抗寒性葡萄枝條導(dǎo)管結(jié)構(gòu)差異

3．2．1 導(dǎo)管的長度與直徑 導(dǎo)管的主要功能是輸導(dǎo)水分和無機(jī)鹽，從試驗(yàn)結(jié)果分析，抗寒品種與不抗寒品種所含導(dǎo)管結(jié)構(gòu)比例上差異較大，從導(dǎo)管長度看，抗寒品種顯著小于非抗寒品種，在長度分布比例上抗寒品種短導(dǎo)管所占比例均高于非抗寒品種;從導(dǎo)管直徑看，無論是平均直徑還是比例分布，抗寒品種導(dǎo)管直徑均大于非抗寒品種。葡萄能否安全越冬的一個(gè)重要制約因素是水分的供應(yīng)，抗寒品種的粗導(dǎo)管特性可以提高輸水效率，在冬季和早春保證植株對水分的需要，這與肖嘯、郭學(xué)民等［9］的研究結(jié)果一致。試驗(yàn)中還發(fā)現(xiàn)大多數(shù)粗導(dǎo)管長度都較短，這可能是因?yàn)閷?dǎo)管的加粗生長和加長生長互相制約，兩者呈負(fù)相關(guān)關(guān)系，所以抗寒性強(qiáng)的品種具有粗導(dǎo)管性和短導(dǎo)管性。

3．2．2 導(dǎo)管的兩端斜度和具尾情況 導(dǎo)管是由又細(xì)又長的管胞進(jìn)化形成的［10］，管胞分子兩端是封閉的，兩端尖銳呈尾狀，水分在管胞間的運(yùn)輸是通過滲透進(jìn)行的，導(dǎo)管分子兩端溶解形成穿孔板，如果分化導(dǎo)管分子的細(xì)胞兩端溶解不徹底，導(dǎo)管分子形成后兩端穿孔板斜面角度就大并且具尾，兩端穿孔板［11，12］斜面角度大并且具尾的導(dǎo)管穿孔板直徑大多小于導(dǎo)管直徑，對水分的運(yùn)輸有阻礙作用。研究發(fā)現(xiàn)兩端斜度大和具尾的導(dǎo)管長度大，直徑較小，而導(dǎo)管兩端水平、無尾的導(dǎo)管長度短、直徑較大，這和導(dǎo)管的進(jìn)化程度一致。在抗寒品種中兩端斜度小、具尾數(shù)量少的粗導(dǎo)管所占比例大，有利于水分的運(yùn)輸。

3．3 導(dǎo)管的密度和分布與抗寒性關(guān)系

導(dǎo)管直徑大、導(dǎo)管分布范圍小是導(dǎo)致抗寒性葡萄導(dǎo)管密度小于非抗寒性葡萄的原因，葡萄導(dǎo)管直徑大促進(jìn)水分運(yùn)輸?shù)耐瑫r(shí)，必然容易失水導(dǎo)致抽條。試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)抗寒品種導(dǎo)管并沒有分布到木質(zhì)部外緣，且韌皮部較厚，韌皮部內(nèi)側(cè)有3～4層質(zhì)密的細(xì)胞;而非抗寒品種導(dǎo)管幾乎分布到木質(zhì)部邊緣，韌皮部較薄。抗寒品種的這種結(jié)構(gòu)特性能夠有效防止水分的散失。這種結(jié)構(gòu)可能是抗寒品種葡萄可以不埋土防寒越冬的關(guān)鍵因素。

4 結(jié) 論

在葡萄枝條中有多種類型導(dǎo)管，每種類型導(dǎo)管在抗寒性不同的葡萄枝條中所占比例差異顯著，抗寒葡萄枝條中導(dǎo)管平均長度短，直徑大，導(dǎo)管密度小，并且長度短、直徑大、端壁斜度小、無尾的導(dǎo)管類型所占比例大。這種導(dǎo)管結(jié)構(gòu)有利于提高水分運(yùn)輸效率，保證葡萄越冬期間對水分的需要。葡萄枝條中導(dǎo)管分子的形態(tài)差異可以作為評價(jià)葡萄抗寒性的一項(xiàng)指標(biāo)。

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