由佳輝，高 林，馮琳驕，買迪妮阿依·買買提，周 龍，李樹德

（1.新疆農(nóng)業(yè)大學(xué)林學(xué)與園藝學(xué)院，烏魯木齊 830052；2.新疆維吾爾自治區(qū)瑪納斯縣中信國安葡萄酒業(yè)有限公司，新疆瑪納斯 832200）

0 引言

【研究意義】葡萄（Vitis vinifera L.）為葡萄科（Vitaceae L.）一種落葉藤本果樹[1]，我國葡萄產(chǎn)區(qū)分布廣泛，西北地區(qū)是重要產(chǎn)區(qū)之一，該地區(qū)受干旱半干旱氣候影響，降水稀少，蒸發(fā)量大，大部分地區(qū)可利用降水量不足250 mm，甚至少數(shù)地區(qū)可利用降水量已低于10 mm[2]，水資源嚴(yán)重匱乏，極大地限制了該地區(qū)葡萄產(chǎn)業(yè)的健康可持續(xù)發(fā)展。而利用抗旱砧木進(jìn)行嫁接栽培，對(duì)抗旱性葡萄品種篩選有重要意義?！厩叭搜芯窟M(jìn)展】葉片作為植物適應(yīng)環(huán)境變化時(shí)最為敏感的器官之一，具有較強(qiáng)可塑性，其細(xì)胞組織結(jié)構(gòu)的特征與變化最能反應(yīng)逆境對(duì)植物的影響[3-5]，在抗旱研究中尤為重要，可以作為評(píng)價(jià)植物抗旱性的重要依據(jù)。樊衛(wèi)國[6]、郭素娟等[7]分別在梨砧木和板栗的抗旱性研究中得出，葉片解剖結(jié)構(gòu)特征與砧木抗旱性聯(lián)系緊密，可以用來鑒定品種之間抗旱能力。王金印等[8]在對(duì)3種葡萄葉片和根系研究中，也表明葉片組織結(jié)構(gòu)緊密度值和柵海比越高、葉片組織結(jié)構(gòu)疏松度值越低的品種，其抗旱性越強(qiáng)。厲廣輝等[9]通過研究得出，葉片厚度、柵海比值與品種抗旱性呈極顯著正相關(guān)，不論在正常澆水時(shí)還是干旱條件下均有較高表現(xiàn)。潘昕等[10]在研究青藏高原25種灌木的抗旱性時(shí)，氣孔密度、葉片厚度、柵欄組織厚度、海綿組織厚度和角質(zhì)層厚度能夠較為敏銳的反映植物的抗旱能力。【本研究切入點(diǎn)】新疆葡萄種質(zhì)資源極為豐富，但鮮有針對(duì)該地區(qū)抗旱性葡萄砧木的評(píng)價(jià)報(bào)道。需研究葉片解剖結(jié)構(gòu)指標(biāo)與葡萄砧木抗旱性之間的關(guān)系?！緮M解決的關(guān)鍵問題】分析新疆地區(qū)的17個(gè)葡萄砧木品種的莖葉相對(duì)含水量、電導(dǎo)率以及葉片解剖結(jié)構(gòu)的特征與變化，并運(yùn)用主成分分析法和聚類分析法對(duì)各個(gè)砧木品種的抗旱性進(jìn)行評(píng)價(jià)，研究其與品種抗旱性的關(guān)系，為優(yōu)良抗旱砧木的篩選與推廣提供科學(xué)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料

試驗(yàn)在中信國安葡萄種質(zhì)資源基地進(jìn)行，該基地位于天山北麓瑪納斯河流域，屬于典型的大陸性氣候，年均降水量110～200 mm，年蒸發(fā)量1500～2 000 mm[11]。試驗(yàn)所用的葡萄砧木品種及其親本如下，皆為長勢(shì)一致且健康的7年生成年植株，每個(gè)砧木品種栽植兩行，植株樹齡為7 a，南北行向，株行距為0.5 m×2.0 m，樹勢(shì)中庸，栽培管理基本一致。表1

表1 葡萄砧木品種及其親本Table 1 Test Grape rootstock varieties and their parents

1.2 方法

1.2.1 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

各品種各選取長勢(shì)中庸、生長狀態(tài)良好且無病蟲害的植株5株用于試驗(yàn)。采用自然干旱法給予葡萄砧木干旱脅迫，于2019年7月11日將試驗(yàn)田地澆透水，在7月12日（對(duì)照CK）和8月1日（處理Treatment）分別取樣，并采用烘干法測(cè)定其土壤含水量，CK 土壤絕對(duì)含水量為25.88%，Treatment土壤絕對(duì)含水量為7.64%。每次每株選取第3～4 節(jié)位的健康功能葉6 片和第3～4 節(jié)位的莖節(jié)間3 節(jié)，將采取的葉片與莖節(jié)間全部用蒸餾水洗凈后，用濾紙吸凈表面水分。

1.2.2 測(cè)定指標(biāo)

1.2.2.1 相對(duì)含水量與相對(duì)電導(dǎo)率

取出1/2 的葉片和全部的莖節(jié)間，采用飽和稱重法[12]測(cè)定葉片相對(duì)含水量（relative water content of leaf，RWCL）和莖相對(duì)含水量（relative water content of stem，RWCS），采用電導(dǎo)儀法[12]測(cè)定葉片相對(duì)電導(dǎo)率（relative conductivity of leaf，RECL）和莖相對(duì)電導(dǎo)率（relative conductivity of stem，RECS）。

1.2.2.2 葉片組織結(jié)構(gòu)觀察

將剩余葉片避開葉片大葉脈，剪取若干0.6 cm×0.6 cm 的小葉塊，置于FAA 固定液中帶回實(shí)驗(yàn)室，放于4 ℃冰箱中保存1周后，采用石蠟切片法制片，切片厚度為8μm，在番紅—固綠染色后封片，于Nikon顯微鏡下拍照，并用顯微鏡維尺對(duì)葉片厚度（thickness of leaf，TL）、上表皮細(xì)胞厚度（thickness of upper epidermis，TUE）、下表皮細(xì)胞厚度（thickness of lower epidermis，TLE）、柵欄組織厚度（thickness of palisade tissue，TP）和海綿組織厚度（thickness of spongy tissue，TS）測(cè)量，每片5個(gè)視野，重復(fù)10 次，每次每個(gè)砧木品種觀察視野總數(shù)為150，每個(gè)視野讀取3個(gè)觀察值，求其平均值。

柵海比（Ratio of palisade tissue/spongy tissue，R/S）=柵欄組織厚度/海綿組織厚度；

細(xì)胞結(jié)構(gòu)緊密度（cell tense ratio，CTR）=柵欄組織厚度/葉片厚度×100%；

細(xì)胞結(jié)構(gòu)疏松度（spongy ratio，SR）=海綿組織厚度/葉片厚度×100%。

參照Bouslama等[13]的方法計(jì)算得出葉片解剖結(jié)構(gòu)指標(biāo)的抗旱系數(shù)。

葉片解剖結(jié)構(gòu)指標(biāo)的抗旱系數(shù)=（Treatment各指標(biāo)值/CK各指標(biāo)值）×100%。

1.3 數(shù)據(jù)處理

數(shù)據(jù)處理和表格制作均采用Excel 2010 和SPSS 19.0完成。

2 結(jié)果與分析

2.1 莖、葉相對(duì)含水量

研究表明，17個(gè)葡萄砧木品種的葉片相對(duì)含水量和莖相對(duì)含水量的CK分別保持在69%～80%和82%～95%，存在顯著性差異（P＜0.05），到干旱脅迫21d 后的Treatment 則都出現(xiàn)了極顯著性差異（P＜0.01）。葉片相對(duì)含水量的Treatment 較CK 均出現(xiàn)大幅度降低的現(xiàn)象，與CK 相對(duì)比，其中降幅較小的為1103P、河岸9 號(hào)和5BB，降幅較大的為河岸4號(hào)、Ganzia和Riparia Glorie。而莖相對(duì)含水量的Treatment 與CK 相比，則出現(xiàn)了上升和下降兩種情況，且變化幅度都較小。17個(gè)葡萄砧木品種中出現(xiàn)下降變化的為Ganzia、河岸7號(hào)、3309C 和河岸2 號(hào)，其中又以Ganzia 下降幅度最大，降低了7.62%，剩余13個(gè)品種都為上升趨勢(shì)，1613C上升幅度最大，升高了12.54%。表2

表2 17個(gè)葡萄砧木品種莖葉相對(duì)含水量Table 2 The relative water content of stem and leaf of 17 grape rootstock varieties

2.2 莖、葉相對(duì)電導(dǎo)率

研究表明，17個(gè)葡萄砧木品種僅葉片相對(duì)電導(dǎo)率的CK 存在顯著性差異（P＜0.05），且基本保持在20%～10%，而其葉片相對(duì)電導(dǎo)率的Treatment以及莖相對(duì)電導(dǎo)率的CK和Treatment則都存在極顯著性差異（P＜0.01）。各品種葉片相對(duì)電導(dǎo)率的增加幅度為20%～34%，其中，1103P 的增加幅度最小，僅增加了20.15%，Ganzia 的增幅最大，增加了33.44%。17個(gè)葡萄砧木品種的莖相對(duì)電導(dǎo)率則從8%～20%增加到了32%～49%。其中，5BB、1103P、河岸9號(hào)和3309C這4個(gè)品種莖段相對(duì)電導(dǎo)率的增幅都小于24%，分別為21.73%、22.62%、23.21%和23.31%，Ganzia、河岸4 號(hào)和101-14MG 這3個(gè)品種莖段相對(duì)電導(dǎo)率的增幅大于32%，分別為33.87%、33.71%和32.32%。表3

表3 17個(gè)葡萄砧木品種莖葉相對(duì)電導(dǎo)率Table 3 The relative electrical conductivity of stem and leaf of 17 grape rootstock varieties

2.3 葡萄砧木品種葉片解剖結(jié)構(gòu)特征

研究表明，17個(gè)葡萄砧木品種成熟葉片的解剖結(jié)構(gòu)大致相同，依次包括上表皮、柵欄組織、海綿組織和下表皮，其中僅1613C 和貝達(dá)這2種砧木葉片的下表皮有較為明顯的絨毛。柵欄組織由單層柱狀細(xì)胞組成，排列較為緊密規(guī)則，緊靠上表皮且與其垂直。海綿組織則位于柵欄組織和下表皮之間，由大小、形狀均不規(guī)則的細(xì)胞組成，排列疏松，彼此存在大量間隙。Treatment 的柵欄組織之間的間隙和海綿組織之間的間隙較CK均有不同程度的擴(kuò)大。圖1

在受到干旱脅迫后，大部分葉片解剖結(jié)構(gòu)抗旱相關(guān)指標(biāo)較CK 會(huì)有不同程度的升高，根據(jù)抗旱系數(shù)平均值的大小，將8 項(xiàng)指標(biāo)對(duì)干旱脅迫的敏感程度進(jìn)行排序，柵海比＞細(xì)胞結(jié)構(gòu)緊實(shí)度＞細(xì)胞結(jié)構(gòu)疏松度＞上表皮細(xì)胞厚度＞葉片厚度＞下表皮細(xì)胞厚度＞柵欄組織厚度＞海綿組織厚度。柵海比和細(xì)胞結(jié)構(gòu)緊實(shí)度于干旱脅迫后均呈現(xiàn)增加的品種有1613C、3309C、1103P、貝達(dá)、Riparia Glorie、河岸10號(hào)、河岸9號(hào)和山河4號(hào)，而柵海比和細(xì)胞結(jié)構(gòu)緊實(shí)度均呈現(xiàn)減少的品種有101-14MG、Ganzia、河岸7 號(hào)、河岸4 號(hào)、河岸2 號(hào)和山河1號(hào)。由于同一品種不同指標(biāo)或同一指標(biāo)不同品種之間的抗旱系數(shù)都有較大差異，故應(yīng)將各項(xiàng)指標(biāo)進(jìn)行綜合比較，提高對(duì)各品種抗旱性評(píng)價(jià)的可信度。圖1，表4

表4 17個(gè)葡萄砧木品種葉片解剖結(jié)構(gòu)中抗旱性相關(guān)指標(biāo)的抗旱系數(shù)Table 4 The drought-resistance coefficient of the indexes related to drought-resistance in the anatomical structure of leaves of 17 grape rootstock varieties

圖1 17個(gè)葡萄砧木品種葉片解剖結(jié)構(gòu)Fig.1 Anatomical structure of leaves of 17 grape rootstock varieties

2.4 抗旱性相關(guān)指標(biāo)的主成分分析及綜合評(píng)價(jià)

研究表明，4個(gè)主成分的累計(jì)貢獻(xiàn)率達(dá)到87.739%，這4個(gè)主成分代表了原有信息的絕大部分，貢獻(xiàn)率最高的為主成分1，達(dá)到32.870%，其反映的信息量最大。主成分1的負(fù)向載荷中細(xì)胞結(jié)構(gòu)疏松度的權(quán)數(shù)最大，為-0.240，而正向載荷中海綿組織厚度權(quán)數(shù)的最大，為0.236，這兩個(gè)指標(biāo)對(duì)主成分1 的作用較大。主成分2 的貢獻(xiàn)率為24.922%，其中負(fù)向載荷的葉片相對(duì)含水量的權(quán)數(shù)最大，為-0.309，正向載荷中莖相對(duì)電導(dǎo)率和葉片相對(duì)電導(dǎo)率的權(quán)數(shù)較大，分別為0.308 和0.300。主成分3 的貢獻(xiàn)率為20.181%，其正向載荷中柵欄組織厚度和柵海比的權(quán)數(shù)最大，分別為0.348 和0.339，負(fù)向載荷中細(xì)胞結(jié)構(gòu)緊密度的權(quán)數(shù)最大，為-0.341。主成分4的貢獻(xiàn)率為9.766%，其中較大權(quán)數(shù)都集中在正向載荷，最大的是上表皮細(xì)胞厚度，為0.712，遠(yuǎn)大于其他指標(biāo)，其次是莖相對(duì)含水量，為0.448，是主成分4 的主要貢獻(xiàn)指標(biāo)。表5

表5 17個(gè)葡萄砧木品種各項(xiàng)指標(biāo)的主成分載荷矩陣、特征值和貢獻(xiàn)率Table 5 Principal component loading matrix,characteristic value and contribution rate of 17 grape rootstock varieties of various indicators

根據(jù)綜合得分F越高的砧木品種，其抗旱能力越強(qiáng)，進(jìn)行綜合排名。各表達(dá)式分別如下：

F1=- 0.072X1+ 0.098X2+ 0.069X3+ 0.079X4-0.007X5+ 0.163X6+ 0.191X7+ 0.126X8+ 0.236X9-0.137X10+0.130X11-0.240X12；

F2=- 0.309X1+ 0.300X2+ 0.124X3+ 0.308X4+0.080X5- 0.048X6- 0.099X7- 0.048X8- 0.092X9+0.030X10-0.046X11+0.082X12；

F3=- 0.009X1+ 0.013X2+ 0.070X3- 0.002X4-0.030X5- 0.115X6+ 0.193X7+ 0.348X8+ 0.054X9+0.339X10-0.341X11-0.039X12；

F4=0.163X1- 0.069X2+ 0.448X3- 0.134X4+0.712X5+ 0.287X6+ 0.001X7- 0.017X8- 0.047X9+0.085X10-0.021X11+0.066X12；

F=- 0.099X1+ 0.118X2+ 0.127X3+ 0.101X4+0.092X5+0.053X6+0.088X7+0.112X8+0.070X9+0.045X10-0.045X11-0.068X12。

上列各式中：X1表示葉片相對(duì)含水量；X2表示莖相對(duì)含水量；X3表示葉片相對(duì)電導(dǎo)率；X4表示莖相對(duì)電導(dǎo)率；X5表示上表皮細(xì)胞厚度；X6表示下表皮細(xì)胞厚度；X7表示葉片厚度；X8表示柵欄組織厚度；X9表示海綿組織厚度；X10表示柵海比；X11表示細(xì)胞結(jié)構(gòu)緊密度；X12細(xì)胞結(jié)構(gòu)疏松度。

17個(gè)葡萄砧木品種抗旱能力的強(qiáng)弱順序?yàn)椋?103P＞5BB＞河岸9號(hào)＞3309C＞河岸2號(hào)＞河岸10號(hào)＞山河4 號(hào)＞1613C＞Dogrizdge＞貝達(dá)＞山河1號(hào)＞山河3 號(hào)＞河岸7 號(hào)＞Riparia Glorie＞101-14MG＞河岸4號(hào)＞Ganzia。其中，在17個(gè)葡萄砧木品種中，1103P的綜合得分最高，達(dá)到了31.061分，其抗旱能力最強(qiáng)；而Ganzia 的綜合得分最低，只有22.368分，其抗旱能力最差。表6

表6 主成分綜合評(píng)價(jià)結(jié)果Table 6 Results of principal component comprehensive evaluation

2.5 抗旱性的聚類

研究表明，當(dāng)歐式距離閥值為4時(shí)，根據(jù)4個(gè)主成分的得分將17個(gè)葡萄砧木品種區(qū)分為5 大類。第1類包括1103P、5BB和河岸9號(hào)，這3個(gè)砧木品種的抗旱性最強(qiáng)；第2 類包括3309C、河岸2號(hào)、河岸10 號(hào)和山河4 號(hào)，綜合得分位于第4～7位，這4個(gè)砧木品種的抗旱性較強(qiáng)；第3 類包括1613C、Dogridge、貝達(dá)和山河1 號(hào)，這4個(gè)砧木品種的綜合得分位于第8～11 位，抗旱性中等；第4類包括山河3 號(hào)、河岸7 號(hào)、Riparia Glorie、101-14MG和河岸4號(hào)，綜合得分為第12～16位，這5個(gè)砧木品種的抗旱性較弱；第5類僅包括Ganzia，其綜合排名為第17位，Ganzia的抗旱性最弱。聚類分析的結(jié)果與主成分分析的結(jié)果具有一致性，均可用于評(píng)價(jià)葡萄砧木品種的抗旱性強(qiáng)弱。圖2

圖2 17個(gè)葡萄砧木品種抗旱性的聚類Fig.2 Cluster analysis results of drought resistance of 17 Grape Rootstock Varieties

3 討論

3.1 莖、葉相對(duì)含水量與抗旱性的關(guān)系

所有砧木品種葉片上、下表皮均為單層長方形細(xì)胞，柵欄組織和海綿組織分化明顯，屬于典型的異面葉[14]。相對(duì)含水量是植物體內(nèi)的各種供水機(jī)制與保水機(jī)制綜合作用的結(jié)果，干旱條件下具有較高相對(duì)含水量的植物，可以更好的維持體內(nèi)的水分平衡，通常被認(rèn)為與植物的抗旱性呈正相關(guān)[15-17]。研究發(fā)現(xiàn)在受到干旱脅迫后，17個(gè)葡萄砧木品種的葉片相對(duì)含水量較CK 均有所減少，而莖相對(duì)含水量則出現(xiàn)減少和增加兩種變化趨勢(shì)。WARING 等[18]認(rèn)為植物在受到干旱脅迫時(shí)，會(huì)主動(dòng)閉合葉片上的氣孔，減少葉片水分損失，但同時(shí)會(huì)引起蒸騰拉力減弱，進(jìn)而使較多的水分貯藏在植物莖中。孫琪等[19]在研究干旱脅迫下云南松苗木時(shí)發(fā)現(xiàn)莖的相對(duì)含水量隨干旱脅迫程度增加呈下降趨勢(shì)，與研究結(jié)果存在一定的差異。云南松屬于針葉樹種，葉面積和葉片氣孔數(shù)量明顯小于葡萄砧木葉片，且葡萄的節(jié)間與莖之間存在橫膈膜這一特殊結(jié)構(gòu)，在一定程度上阻礙了水分向葉片的運(yùn)輸，造成這種差異的出現(xiàn)。

3.2 葉片解剖結(jié)構(gòu)與抗旱性的關(guān)系

植物在生長發(fā)育過程中，各個(gè)器官的生理形態(tài)特征不僅受遺傳的控制，還會(huì)隨環(huán)境因素的變化而發(fā)生各種適應(yīng)性變化[20]。葉片作為植物暴露在空氣環(huán)境中的面積最大的器官，同時(shí)也是植物適應(yīng)環(huán)境變化時(shí)最為敏感的器官之一，其結(jié)構(gòu)特征是評(píng)價(jià)植物適應(yīng)環(huán)境能力大小的重要依據(jù)[10]。研究結(jié)果發(fā)現(xiàn)，17個(gè)葡萄砧木品種之間的葉片解剖結(jié)構(gòu)參數(shù)指標(biāo)中以柵海比對(duì)干旱脅迫的敏感程度最高，且柵海比與品種抗旱性呈正相關(guān)。樊衛(wèi)國等[6]在研究梨砧木的葉片組織結(jié)構(gòu)與抗旱性關(guān)系時(shí)也得出，柵海比越大，梨砧木的抗旱性越強(qiáng)，與研究結(jié)果一致。通常認(rèn)為柵欄組織內(nèi)含有大量的葉綠體，較厚的柵欄組織有利于植物光合作用的增強(qiáng)，提高強(qiáng)光利用效率，以減少光照對(duì)植物的傷害[21-23]，而海綿組織由于排列疏松，間隙較大，會(huì)加快植物的氣體交換和蒸騰速率[24]，柵海比越大越有利于植物在干旱環(huán)境中生存。

4 結(jié)論

觀測(cè)的8項(xiàng)葉片解剖結(jié)構(gòu)指標(biāo)與植物抗旱性的敏感程度不一致，對(duì)干旱脅迫敏感程度的順序?yàn)闁藕１龋炯?xì)胞結(jié)構(gòu)緊實(shí)度＞細(xì)胞結(jié)構(gòu)疏松度＞上表皮細(xì)胞厚度＞葉片厚度＞下表皮細(xì)胞厚度＞柵欄組織厚度＞海綿組織厚度。1103P、5BB 和河岸9號(hào)的抗旱性極強(qiáng)，3309C、河岸2 號(hào)、河岸10 號(hào)和山河4 號(hào)的抗旱性較強(qiáng)，1613C、Dogridge、貝達(dá)和山河1 號(hào)的抗旱性中等，山河3 號(hào)、河岸7 號(hào)、Riparia Glorie、101-14MG 和河岸4 號(hào)的抗旱性較弱，Ganzia的抗旱性最弱。