枇杷(Eriobotrya japonica Lindl.)属蔷薇科(Rosaceae)苹果亚科(Maloideae)枇杷属(Eriobotrya)植物,原产于我国,常绿乔木,秋萌冬花,春末夏初成熟,是最早开始上市的水果之一[1]。我国枇杷栽培总面积约17 万hm2,年产量约100 万t,目前是世界上最大的枇杷生产国[2]。果肉酸甜适口,且具有润肺止咳、清热解毒等功效,制成的枇杷膏还可以治疗痤疮[3]。叶片也具有极高的药用价值,是难得的药食两用水果[4]。如用枇杷叶治疗糖尿病和皮肤病,并用其乙醇提取物来治疗炎症等[5]。因此,枇杷叶片具有重要的开发利用价值。
近年来,随着枇杷栽培面积的不断扩大,对枇杷病害的发生也越发重视,尤其是叶片病害,种类繁多,常见的有灰斑病、斑点病、角斑病等,这三种病害又统称为枇杷叶斑病[6]。这些病害导致树势早衰,影响果实产量和品质,成为限制枇杷产业快速发展的主要因素。因此,对叶斑病抗性机制进行研究,筛选抗叶斑病的枇杷种质,是枇杷产业发展的重要保障。
叶斑病是枇杷生产中一类严重的侵染性病害[7],其抗性可以作为枇杷遗传育种中的重要抗性指标之一。枇杷叶斑病的抗性表现为较复杂的数量性状遗传[8],其杂种后代抗叶斑病的强弱表现有母性遗传的趋势[9]。李金萍等[10]调查北京地区主要栽培的南方果树的病害发病情况,在确诊的11种病害中,由枇杷拟盘多毛孢(Pestalotiopsis eriobotrifolia)引起的灰斑病是危害最为严重的一种。该病害一年进行多次侵染,每个时期都会有发生,危害叶片,最终导致叶片僵化变小、易碎,造成早期大量落叶,影响新梢的生长,还能危害花和果实,造成花果的腐烂,导致枇杷产量严重下滑[11]。有关灰斑病的发病规律以及防治方法,前人做了大量的研究工作[12-14]。前人在多种作物(苹果、柑橘、杧果等)中研究发现植株的形态结构特征,包括叶片形态、气孔形态、结构和密度,叶片表皮覆盖物,叶片解剖结构等与抗病性相关[15-16],但对枇杷叶片的显微结构、气孔形态学指数与枇杷叶斑病抗性关系的研究还较少。因此,笔者在本研究中对11 份不同抗性的枇杷属植物叶片结构与叶斑病抗性的相关性进行了研究,旨在为枇杷抗性育种和合理利用野生枇杷资源提供理论依据。
试验材料均采自华南农业大学枇杷属种质资源圃,针对收集保存的52份枇杷种质,包括15个枇杷野生种和37 个普通枇杷品种,2019—2021 年,进行了连续两年的田间调查评价和室内接种鉴定。其中田间调查评价按照《枇杷种质资源描述规范和数据标准》的分级标准[17],采用目测法和Photoshop 软件法[18]连续2年对上述52份枇杷种质进行叶斑病发病情况调查,枇杷叶斑病的病症对照《枇杷病虫害诊治图谱》进行识别[19],每株按照东南西北中5个方向进行调查,每个方向从上至下调查10 枚叶片,抗病性通过病情指数来评价。室内接种鉴定采用针刺法进行,具体操作方法参考文献[4]。最终,筛选出高抗种质3 份[齿叶枇杷(E. serrate)、香花枇杷(E. fragrans)、白梨]、抗病种质4份[薄叶枇杷(E.fulvicoma Chun&Liao)、台湾枇杷恒春变型(E.deflexa f.koshunensis)、茂木、白茂木]、感病种质2 份[广西枇杷(E.kwangsiensis)、大红袍]和高感种质2 份[大花枇杷(E.cavaleriei)、光荣本]共11份枇杷材料;叶片采集遵循新梢从上往下数的第4~6叶位成熟叶片作为试验材料。
于晴天10:00左右进行叶片采集,从枇杷资源圃采集的叶片样品用冰盒保鲜带回实验室,用指甲油涂抹,待干后撕下,置于Olympus 荧光显微镜(20×)下观测叶片气孔的密度和大小,包括气孔长度和宽度、保卫细胞长度和宽度等数据指标[20]。每份材料采集新梢从上往下数的第4~6叶位成熟叶片6枚,每个叶片观察5个视野,计算气孔密度;同时随机测量10 个气孔,测量气孔长、宽度,保卫细胞长、短轴等指标,重复3次,取平均值。
各枇杷材料采集6 枚成熟叶片进行石蜡切片,切取每叶片主脉两侧0.5 cm×0.5 cm 正方形小方块[21],置于FAA固定液中固定24 h,采用常规石蜡切片方法进行切片,均使用番红-固绿对染的方法,经过脱水、透明、浸蜡、包埋、修蜡、切片、脱蜡、染色、封片等步骤制成永久装片,具体参考温国等[22]的方法。在Olympus 荧光显微镜(20×)下观察叶片切片结构,利用Image J软件测量,并记录叶片厚度、栅栏组织厚度、海绵组织厚度、上下表皮细胞厚度、上下角质层厚度、紧密度和疏松度等数据指标,每片叶观察12个视野,每个视野读取3个观察值,每项计算其平均数及偏差,叶片组织细胞结构紧密度(CTR)和叶片组织细胞结构疏松度(SR)按下面公式计算:
CTR(%)=栅栏组织厚度/叶片厚度×100;SR(%)=海绵组织厚度/叶片厚度×100[22-23]。
采用Excel 进行数据处理,利用IBM SPSS Statistics 25.0 软件的方差分析和邓肯氏多重比较方法进行统计分析和相关性分析(Pearson法)。
由表1 可知,11 份枇杷种质叶片下表皮之间的气孔密度有显著性差异,尤其是抗病种质与感病种质间的差异为极显著,气孔密度越大越不抗病,气孔密度越小,抗性越强。在11 份种质中,大花枇杷的气孔密度最大,达到887.47个·mm-2,香花枇杷最小,平均为249.33个·mm-2;气孔密度从大到小排序为大花枇杷>大红袍>光荣本>广西枇杷>白茂木>茂木>薄叶枇杷>台湾枇杷恒春变型>白梨>齿叶枇杷>香花枇杷。
表1 11 份枇杷种质叶片的气孔形态学指数
Table 1 Leaf stomatal morphological index of 11 loquat germplasm
注:不同小写字母表示差异显著p<0.05。相关性数据均通过Pearson 法进行相关分析,**.表示极显著相关。下同。
Note:Different small letters mean significant difference at p<0.05.The correlation data were analyzed by pearson method,**.Extremly significant correlation.The same below.
种质Species香花枇杷E.fragrans齿叶枇杷E.serrate白梨Baili台湾枇杷恒春变型E.deflexa f.koshunensis薄叶枇杷E.fulvicoma Chun&Liao茂木Mogi白茂木Shiromogi广西枇杷E.kwangsiensis大红袍Dahongpao大花枇杷E.cavaleriei光荣本Guangrongben与病情指数相关性The degree of disease index correlation气孔密度Stomatal density/(No.·mm-2)249.33±19.500 f 252.80±22.088 f 264.27±25.957 ef 370.93±28.134 ef 412.80±29.958 de 536.53±22.873 cd 538.67±15.047 cd 616.00±17.307 bc 729.60±36.114 b 887.47±42.941 a 679.47±33.391 bc 0.870**气孔长度Stomatal length/µm 14.69±0.433 abc 15.07±0.327 abc 13.12±0.263 bc 15.95±0.425 a 12.70±1.351 c 15.11±1.353 abc 13.43±0.385 abc 14.00±1.044 abc 15.32±0.651 ab 14.90±0.356 abc 15.76±0.569 a 0.334气孔宽度Stomatal width/µm 6.66±0.352 cd 6.52±0.182 cd 3.53±0.413 f 7.08±0.409 bcd 4.68±0.205 e 7.91±0.299 ab 4.16±0.390 ef 6.12±0.070 d 7.32±0.369 abc 6.06±0.267 d 8.24±0.387 a 0.355保卫细胞长度Guard cell length/µm 24.68±0.453 bc 22.71±0.182 cd 22.01±0.270 cd 27.68±0.621 a 22.38±1.358 cd 24.57±1.216 bc 21.55±0.336 d 23.37±1.292 bcd 24.76±0.408 bc 25.73±0.113 ab 24.28±1.213 bc 0.337保卫细胞宽度Guard cell width/µm 4.58±0.154 ab 4.14±0.318 b 4.17±0.338 b 5.57±0.143 a 5.54±0.305 a 5.09±0.274 ab 4.51±0.720 ab 5.25±0.286 ab 4.52±0.279 ab 4.68±0.215 ab 5.40±0.260 a 0.326
相关性分析表明,气孔密度与病情指数呈极显著正相关,相关系数为0.870,即气孔密度越大,抗病性越弱。而气孔长度、气孔宽度、保卫细胞长度和保卫细胞宽度与抗病性并无明显的相关性,且这些指标在各种质间的表现并无显著的差异,相关系数分别为0.334、0.355、0.337和0.326。
从图1 可以看出,11 份枇杷种质的叶片组织结构基本一致,皆分为上角质层、上表皮细胞、栅栏组织、海绵组织、下表皮细胞、下角质层6个部分,栅栏组织和海绵组织分化明显。栅栏组织是由多层柱状细胞组成,每层细胞排列整齐、紧密,而海绵组织细胞排列的形状并不规则。显微观察叶片横截面结果如表2显示,供试的11个枇杷种质间的叶片厚度、栅栏组织厚度、海绵组织厚度、上表皮厚度、下表皮厚度、上角质层厚度、下角质层厚度均存在差异。11份枇杷种质的叶片厚度大小排列为光荣本>大花枇杷>大红袍>广西枇杷>白茂木>台湾枇杷恒春变型>薄叶枇杷>茂木>白梨>齿叶枇杷>香花枇杷,叶片厚度与病情指数的相关系数为0.964,呈极显著正相关,即叶片厚度越厚,病情指数越大,抗病性就越弱。海绵组织厚度与抗病性呈显著正相关,相关系数为0.683;栅栏组织厚度也与抗病性呈正相关,但相关性不明显,相关系数仅有0.486。
图1 11 份枇杷种质叶片显微结构比较
Fig.1 Comparison of Leaf Microstructure of 11 Loquat Germplasm
A.香花枇杷;B.齿叶枇杷;C.白梨;D.台湾枇杷恒春变型;E.薄叶枇杷;F.茂木;G.白茂木;H.广西枇杷;I.大红袍;J.大花枇杷;K.光荣本。
A.E.fragrans;B.E.serrate;C.Baili;D.E.deflexa f.koshunensis;E.E.fulvicoma Chun&Liao;F.Mogi;G.Shiromogi;H.E.kwangsiensis;I.Dahongpao;J.E.cavaleriei;K.Guangrongben.
表2 11 份枇杷种质叶片解剖结构的比较
Table 2 Comparison of leaf anatomical structures of 11 loquat germplasm
SR/%38.46 37.92 42.75 50.23 27.34 36.28 48.40 48.85 31.94 57.34 53.76 0.590 CTR/%46.21 46.83 57.38 32.59 33.86 38.64 31.97 35.40 44.63 32.48 45.83-0.271质下Lower stratumcorneum角层3.46±0.253a 1.93±0.137c 2.64±0.169b 1.82±0.163cd 3.64±0.159a 1.80±0.105cd 1.26±0.065e 1.33±0.077de 1.95±0.128c 1.95±0.141c 1.46±0.086cde-0.352角4.73±0.267b 7.74±0.265a层质3.18±0.144ef 3.65±0.188de 3.95±0.175cd 2.95±0.185fg 2.58±0.165gh 2.20±0.182h 4.41±0.216bc 2.95±0.180fg 3.67±0.176de-0.310下Lower epidermis表8.38±0.247bc皮6.12±0.254fg 6.41±0.272fg 7.00±0.286def 6.75±0.343efg 13.54±0.405 a 4.90±0.229h 8.92±0.519b 7.50±0.309cde 7.85±0.342cd 5.93±0.366g-0.027皮表上Upper epidermis 9.95±0.311f 15.32±0.438 c 15.70±0.622 c 12.79±0.388 de 18.32±0.537 b 14.34±0.357 cd 11.37±0.860 ef 18.97±0.462 ab 20.59±0.619 a 12.26±0.814 e 19.30±0.852 ab 0.268海Spongytissue织组上Upper stratumcorneum绵79.14±1.514 e 81.47±1.943 e 95.98±2.333 d 126.79±1.319b 68.32±2.913 f 85.09±1.700 e 122.31±2.934bc 127.21±1.927b 85.74±2.301 e 183.05±2.649a 116.21±1.941c 0.683*织组栏95.10±1.426 ef 82.26±1.793 g 84.59±1.652 g 90.62±2.006 f 80.78±2.878 g 92.17±2.388 f 0.486 Thickness/µm栅Palisadetissue 100.63±1.585de 128.80±2.294b 119.79±2.030c 103.69±2.353d 157.76±2.428a度片0.964**厚叶Leaf 205.78±1.443i 214.86±0.822h 224.48±0.892g 252.43±0.766e 249.86±1.746e 234.52±0.644f 252.69±0.732e 260.40±0.734d 268.42±2.048c 319.22±0.745b 344.24±1.244a E.fragrans E.serrate E.deflexa f.koshunensis Liao型性变关春相Baili恒E.fulvicoma Chun&E.kwangsiensis E.cavaleriei数种Species杷杷杷杷Shiromogi杷Dahongpao杷Guangrongben指枇枇枇枇Mogi木枇袍枇本情质花叶梨湾叶木茂西红花荣病香齿白台薄茂白广大大光与The degree of diseaseindexcorrelation
从叶片结构疏松度(SR)来看,高抗种质(齿叶枇杷、香花枇杷和白梨)的叶片结构疏松度(SR)小于2 个高感种质(大花枇杷和光荣本),抗病种质和感病种质的SR 平均值分别为40.20%和47.97%,说明叶片中海绵组织比重较大,叶片结构相对疏松的枇杷种质较易感病。11份枇杷种质9项解剖结构指标与抗病性关联度强弱排序依次为叶片厚度、海绵组织厚度、栅栏组织厚度、下角质层厚度、上角质层厚度、CTR、上表皮厚度、SR、下表皮厚度,其中上角质层厚度、下角质层厚度和CTR 与病情指数呈负相关,相关系数分别为-0.310、-0.352、-0.271(p<0.05)。
气孔是植物与环境进行气体和水分交换的重要生理结构[24],对于从气孔入侵的病原菌来说,植物表皮气孔的数量、形态结构以及开闭状态等与抗病性是密切相关的。Wang 等[25]对感病品种纽荷尔与抗溃疡病品种宁波釐柑的叶片结构进行比较,发现纽荷尔的气孔密度显著大于宁波釐柑。温寿星等[26]研究发现,柑橘叶片中抗溃疡病品种的气孔密度显著小于感病品种。本研究结果表明,枇杷叶气孔密度与病情指数极显著相关,相关系数达到了0.870,表现出极显著相关,但气孔宽度、气孔长度、保卫细胞长度和宽度与病情指数相关性不显著。抗病种质的气孔密度均小于感病种质,气孔密度大为外界病原菌提供了更多的通道进入寄主植物,病原菌成功侵染的机会就越大[27],推测易感病枇杷种质在气孔密度方面比抗病种质高,更有利于病菌的侵入,该结果与郑伟等[13]、潘贞珍等[14]和温寿星等[26]分别在苹果和柑橘上的研究结果相一致。但在桉树[28]、华山松[29]和葡萄[30]上的研究结果却认为叶下表皮气孔密度与其抗病性无显著相关性,这可能与研究物种间的差异有关。
研究人员对多种作物的叶片解剖结构及其与抗病性的关系进行了研究,但对枇杷种质叶片解剖结构与枇杷叶斑病抗性关系的研究较为少见。栅栏组织发达被认为是植物抗逆性叶片的结构特征[31]。冯丽贞等[28]研究认为,叶片厚度越大、栅栏组织排列整齐以及层数相对较多的桉树品种,抗焦枯病的能力更强。李淼等[32]研究认为叶片厚度越大、表皮越厚的猕猴桃品种,抗溃疡病的能力就越强。周之珞[33]研究表明,叶片厚度、结构和海绵组织厚度与抗溃疡病具有一定的相关性,叶片越厚、结构排列整齐紧密的柑橘品种,对溃疡病菌的抗性更强。Ebrahim等[15]认为,叶片厚度与杧果畸形病存在负相关的关系。本试验对叶片结构与枇杷叶斑病抗性作了初步研究,从11份枇杷种质的病情指数和叶片显微结构可以看出,不同种质间叶片的显微结构特征差异显著,高抗种质香花枇杷、齿叶枇杷和白梨的叶片结构紧密度均高于高感种质(大花枇杷和光荣本),而且叶片CTR与病情指数呈负相关(r=-0.271),同时,上角质层厚度(r=-0.310)、下角质层厚度(r=-0.352)也与病情指数呈负相关,且高抗种质香花枇杷和白梨的上下角质层厚度均高于高感种质大花枇杷和光荣本,这说明叶片CTR和角质层厚度与叶斑病抗性有一定关系,而高感种质的叶片厚度、海绵组织厚度、叶片结构疏松度高于高抗种质,这说明枇杷种质叶片厚度、海绵组织厚度、叶片结构疏松度与叶斑病抗性有密切关系,叶片厚度越大、海绵组织厚度越厚、叶片结构越疏松的枇杷种质越容易受到叶斑病的侵染,其中叶片厚度与病情指数相关系数最大,相关系数达到了0.964,与叶斑病抗性表现出极显著负相关;海绵组织厚度与病情指数也表现出显著的相关性,相关系数为0.683。该结果与周之珞[33]认为叶片厚度越大越抗溃疡病的研究结果相反,但与张戈壁等[34]认为叶片厚度与病情指数有关系,叶片海绵组织厚度越大越不抗病的结论一致。而李敏[35]在对罗浮金柑、新生系3 号椪柑、纽荷尔脐橙、星露比葡萄柚4个品种的叶片厚度及海绵组织厚度的研究中并未发现其厚度与抗溃疡病之间存在明显的相关性。这可能与寄主植物的不同或病害种类的不同而引起的差异有关。
研究结果表明:叶片厚度和气孔密度与抗病性呈显著正相关,其中叶片厚度与抗病性相关系数最大(0.964),海绵组织厚度与抗病性也表现出显著相关;叶片厚度、气孔密度和海绵组织厚度可作为枇杷抗病性鉴定的辅助指标。
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