梨叶片发育早期结构特征与黑星病发生的关系

赵军，王影，柴晨博，宋宇琴，李六林

(山西农业大学 园艺学院，山西 太谷 030801)



梨叶片发育早期结构特征与黑星病发生的关系

赵军，王影，柴晨博，宋宇琴，李六林*

(山西农业大学 园艺学院，山西 太谷 030801)

[目的]探究梨叶片早期结构特征与黑星病发生的关系。[方法]以抗黑星病性不同的梨品种作为试验材料，观察叶片发育早期气孔特征和组织结构的变化。[结果](1)在叶片发育过程中，易感病品种叶片气孔密度和开放气孔密度要显著高于抗病品种。(2)抗病品种叶片的组织结构变化较小，栅栏组织厚度和海绵组织的紧密度要明显高于易感病品种。(3)叶片发育前期角质层薄且分布不均，随叶片发育增厚，抗病品种的角质层厚度要大于易感病品种。[结论]叶片发育早期阶段气孔密度小，角质层较厚、栅栏组织和海绵组织排列整齐紧密可作为梨抗黑星病品种早期筛选的重要依据。

梨叶片； 黑星病； 气孔； 角质层

由于遗传基因、结构特征以及生理代谢的不同，不同果树品种的抗病性往往有一定的差异[1]。刘艳涛等[2]研究认为植物的组织结构以及生理生化指标可以反映梨抗病害的能力。Siwcki R[3]的研究表明叶片气孔作为病原菌侵染的通道，会直接或间接影响到病原菌孢子的侵染。姜淑苓等[4]在对梨叶片研究过程中发现，有较强抗性的早金香梨的栅栏组织、海绵组织较致密，并推测这些组织结构特征与病菌的侵染有关联。另有研究表明真菌菌丝对叶片的侵染被限制于角质层和表皮细胞之间[5]，可见叶片组织结构和角质层可能与抗病性存在一定关系。

梨黑星病(又名疮痂病)是世界范围内一种梨树主要病害[6]，在我国南北梨产区均有发生。病害发生时，会引起早期大量落叶、被害幼果畸形，同时导致病树次年产量大幅减少，果品质量下降，从而造成巨大的经济损失[7]。李保华等[8]研究了梨叶叶龄与黑星病发生的关系，结果表明生长发育前期的叶片更易感染黑星病。为此本研究以高抗黑星病的黄冠梨、抗性中等的玉露香、易感黑星病的酥梨4-6月的叶片作为试验材料，对其气孔和组织结构进行观察研究，探究叶片发育过程中气孔和叶片结构特征的变化与黑星病发生的关系，进一步推测梨叶片发育早期结构特征与抗病性的关系，为以后梨的抗病育种和栽培提供理论基础。

1 材料与方法

1.1 供试材料

试验于2013-2014年在山西农业大学和山西省农业科学院果树研究所进行。以高抗黑星病黄冠梨、中抗黑星病玉露香梨和易感黑星病酥梨发育早期的叶片为试材，取样于4月下旬至6月中旬进行，每周取样一次，每个品种每次采60片叶，均为一年生枝条的第4、5片叶。

1.2 测定指标及方法

1.2.1 叶片气孔观察

用75%酒精清洗叶片，再用蒸馏水冲净。处理时避开中脉和大侧脉，分别选取叶片尖部、中部和基部，切取长宽均为0.5 cm的小块，用I-KI染色液染色，40倍物镜下观察并测定其气孔密度。同时在每个视野中随机选择10个气孔测定直径和纵径。

1.2.2 叶片组织结构观察

采用贺运春[9]的石蜡切片法。取三片叶，在主脉两侧各切取长1 cm宽0.5 cm的小块，放入卡诺固定液中，再经过不同浓度酒精梯度脱水浸蜡包埋，接着进行切片、粘片和脱蜡，最后用番红、固绿依次对其染色。40倍物镜下观察，每个样品制作10张切片，随机选取5个视野观察其横切面结构，分别测定叶片角质层、栅栏组织和海绵组织的厚度等形态指标。

1.2.3 数据分析

采用Excel作图，SAS 8.0软件进行方差统计学分析。

2 结果与分析

2.1 叶片发育过程中气孔密度及开放气孔密度的变化

2.1.1 叶片气孔密度的变化

3个梨品种叶片气孔密度变化趋势基本一致，叶片表面单位面积气孔数量在测量初期开始上升，于5月11-26日出现高峰(图1)。6月1-10日，随着叶片的成熟，气孔数量基本保持稳定。玉露香梨气孔密度相对于其他两个品种变化较为平缓。

图1 叶片表面气孔数量变化Fig.1 Changes in the number of stomata on leaf surface 注: A：5月4日； B：5月11日； C：5月18日； D：5月26日； E：6月1日； F：6月10日. Note: A:May 4th， B:May 11th， C:May 18th， D:May 26th， E:June 1st， F:June 10th.

对3个品种不同时期的气孔密度(个·cm-2)进行差异显著性分析，由表1可见， 5月11日，酥梨的气孔密度显著大于黄冠，极显著大于玉露香。5月18日，黄冠的气孔密度显著小于玉露香，极显著小于酥梨，酥梨和玉露香之间无显著差异。5月26日，酥梨显著大于黄冠和玉露香，而黄冠和玉露香之间差异不显著。通过表1的比较可以看出，叶片发育早期，易感病的酥梨气孔密度要显著高于抗病的黄冠梨。可见，梨叶片表面气孔密度越小，对黑星病的抗性越强。

表1 叶片发育过程中不同品种气孔密度的分析/个·cm-2Table 1 Analysis of stomata density on different varieties during the development of leaf

注:同行不同小写字母表示差异显著(p<0.05)；同行不同大写字母表示差异极显著(p<0.01)

Note：Different lower case letters show significant difference at the 0.05 level in the same row. Different capital letters show significant difference at the 0.01 level in the same row.

2.1.2 叶片开放气孔密度的变化

由表2可以看出，叶片发育过程中开放气孔密度总体呈先上升，后下降的趋势，于5月11日出现高峰。之后随着叶片的成熟，开放气孔的数目下降，在5月26日又开始上升，在6月1日再次出现高峰，随着叶片的成熟，开放气孔的数量再次下降。

表2 叶片发育过程中不同品种开放气孔密度的分析Table 2 Analysis of open stomatal density on different varieties during the development of leaf

玉露香、酥梨的开放气孔密度各个时期均大于黄冠梨，玉露香略大于酥梨。对3个品种不同时期的开放气孔密度进行差异显著性分析可以看出， 5月11日和5月18日，玉露香的开放气孔密度均显著大于黄冠梨。 5月26日开始，3品种间无显著差异。

2.2 叶片发育过程中组织结构的变化

2.2.1 叶片组织结构变化

图2 叶片组织结构变化Fig.2 Changes in leaf organizational structure 注: A：5月4日；B：5月11日；C：5月18日；D：5月26日；E：6月1日；S-气孔；Le-下表皮；St-海绵组织；Pt-栅栏组织；Ue-上表皮；Cu-角质层 Note：A:May 4th; B:May 11th; C:May 18th; D:May 26th; E:June 1st;S-Stomata; Le-Lower epidermis; St-Spongy tissue; Pt-Palisade tissue; Ue-Upper epidermis; Cu-Cuticle

由图2分析不同时期叶片的组织结构，5月中旬，不同品种叶片背面的表皮细胞为单层细胞，但细胞大小不一致，且排列不整齐，细胞间隙较大(图2 C3)；之后随着叶片发育细胞排列逐渐整齐，海绵组织排列也逐渐紧密(图2 E3)。不同品种间进行比较，酥梨和玉露香表皮细胞大小变化更明显，细胞间隙也较大。从叶片主脉切片(图2 A1～E3)来看，5月18日到6月1日，叶片主脉部分的栅栏组织增厚，且更加致密。可见高抗梨品种叶片栅栏组织排列整齐紧密且层数相对较多、海绵组织细胞间隙小有助于抵御病原菌的侵入，延缓病原菌的扩散。

2.2.2 叶片角质层厚度变化

由表3可以看出，酥梨和玉露香的角质层厚度在生长发育早期基本呈上升趋势，酥梨后期角质层厚度也较为平稳；玉露香从5月26日有略微下降，6月1日厚度到达3.25 μm后又开始上升；黄冠梨从5月4日开始呈缓慢下降趋势，5月26日后大幅上升到达6.29 μm之后又开始下降。

总体上来看，5月4日至6月1日期间，黄冠梨叶片的角质层厚度均值要明显大于酥梨和玉露香，而玉露香和酥梨差异不是很明显。对3个品种不同时期的角质层厚度(μm)进行差异显著性分析看到，5月4日，黄冠叶片角质层厚度要显著高于酥梨和玉露香。5月11日至6月1日期间黄冠仍高于其他两品种，但三者差异不显著。高抗品种黄

冠在叶片发育早期角质层的平均厚度要明显高于其他2个品种。

3 讨论与结论

气孔由两个肾形的保卫细胞形成，是分泌和吸收物质的重要通道[10]。某些病害往往经由气孔对植株进行侵染，叶片气孔大小、密度、发育程度与病害发生有一定程度的关系[11]。在对大豆叶片的研究中发现，气孔是植物抵抗病菌孢子的第一道结构屏障，抗病品种气孔数目比不抗病的明显少[12]。本研究观察到，气孔密度和开放气孔密度呈现类似变化规律，同样在5月11日和5月26日出现高峰。在叶片发育过程中高抗病的黄冠气孔密度和开放气孔密度都要显著小于酥梨和玉露香，而酥梨和玉露香差异不显著。由此推测气孔密度和开放气孔密度越大，黑星病菌通过气孔进入叶片的机会越大，植株越容易感病。进入6月后，叶片逐渐成熟，单位面积开放气孔数目逐渐减少，病菌侵入的机会减少，所以叶片对黑星病的抗性在6月后整体增强。由此可以看出梨叶片的气孔特征与其对黑星病的抗性存在密切联系。

病原真菌的侵染往往需要雨水作为介质，蜡质层的防水性质将那些由水滴携带的真菌孢子排离叶面，起着抵抗病菌侵入的作用[11]。并且有研究表明植物的角质层含有黄酮类物质，能够抑制某些真菌滋生。康立功等[13]等在对番茄叶片进行研究过程中发现角质层在抗芝麻斑病菌的侵染上起到了机械抵御的作用，番茄叶片角质层厚度与抗病性有关。本研究结果显示高抗病的黄冠梨在各个时期的角质层厚度总体大于其他两个品种，通过差异显著性分析可以得到，5月中下旬，3个品种角质层厚度间不存在显著差异。这可能是是因为随着叶片生长，角质层厚度逐渐增加，发达的角质层能一定程度上阻挡病菌进入叶片，并能抑制病菌生长。

表3 叶片发育过程中不同品种角质层厚度的分析Table 3 Analysis of cuticle thickness on different varieties during the development of leaf

在5月中旬，不同品种叶片背面的表皮细胞均为单层细胞，但大小不一致，且排列不整齐，细胞间隙也较大；随着叶片发育细胞排列逐渐整齐，海绵组织逐渐紧密。不同品种间进行比较，发现高抗病的黄冠梨栅栏组织排列最整齐、紧密，海绵组织也相对紧密。酥梨和玉露香表皮细胞大小与细胞间隙较大，易感病的酥梨栅栏组织和海绵组织紧密性和整齐性最差。说明紧密整齐的组织结构在一定程度上能抵御黑星病菌的侵染，这与支婷[14]的研究结果一致。

综上所述，梨叶片发育早期角质层薄且气孔密度大与其易发生黑星病密切相关，黄冠梨叶片气孔密度小，结构致密是其抗黑星病的原因之一。因此，梨抗病品种的选育时，可将叶片发育早期阶段气孔密度小、角质层较厚、栅栏组织和海绵组织排列整齐紧密作为早期筛选的重要依据。

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[14]支婷.鸭梨芽变新品种(Hc)抗黑星病及主要品种特性研究[D].河北：河北农业大学,2011.

(编辑：梁文俊)

Relationship between early structural characteristics of pear leaf and occurrence of scab

Zhao Jun, Wang Ying, Chai Chenbo, Song Yuqin, Li Liulin*

(CollegeofHorticulture,ShanxiAgriculturalUniversity,Taigu030801,China)

[Objective]The study was to investigate the relationship between early structural characteristics of pear leaves and the occurrence of scab.[Methods]The leaves of pear cultivars with different ability to resist scab were used as materials to observe the changes of stomata characteristics and tissue structure during the early stage of leaf development.[Results](1)During the development of leaves, the stomata density and open stomata density of susceptible cultivars were significantly higher than those of resistant cultivars.(2)The tissue structure of the leaves of the resistant cultivars changed little, and the palisade tissue and spongy tissue showed neater and compacter than susceptible cultivars.(3)In the early stage of leaf development, the cuticle was thin and unevenly distributed, and it grew thicker with the leaves. The thickness of the resistant cultivars was higher than that of susceptible cultivars.[Conclusion]In the early stage of leaf development, the low stomata density, the thicker cuticle, and the neat and compact arrangement of the palisade tissue and spongy tissue can be used as an important basis for the early screening of anti-scab species.

Pear leaves, Scab, Stomata, Cuticle

2017-02-13

2017-04-17

赵军(1991-)，男(汉)，江苏常州人，硕士研究生，研究方向：果树栽培生理

*通信作者：李六林，教授，博士生导师，Tel:0354-6285905；E-mail:tgliulin@163.com

国家梨产业技术体系白梨育种岗位(CARS-29-05)

S661.2

A

1671-8151(2017)08-0575-05