油茶果皮解剖結構與炭疽病抗性的關系

沈雅飛, 段文軍, 胡娟娟, 崔娜娜, 曹志華, 束慶龍*

(1.安徽農業大學林學與園林學院,合肥 230036;2.中國林業科學研究院林業研究所,國家林業局城市森林研究中心,國家林業局森林培育重點實驗室,北京 100091)

油茶果皮解剖結構與炭疽病抗性的關系

沈雅飛1, 段文軍2, 胡娟娟1, 崔娜娜1, 曹志華1, 束慶龍1*

(1.安徽農業大學林學與園林學院,合肥 230036;2.中國林業科學研究院林業研究所,國家林業局城市森林研究中心,國家林業局森林培育重點實驗室,北京 100091)

本文研究了油茶炭疽病抗性與其主要果皮結構的關系,為進一步了解油茶的抗病機制、從果皮結構角度出發選育抗病良種提供理論依據。以‘普通油茶’的不同抗感炭疽病的果實為試材,分別測定其果皮蠟質層厚度、角質層厚度、氣孔大小和表皮毛密度等指標。結果表明,不同抗感炭疽病的油茶果皮的總厚度、蠟質層、角質層和薄壁組織的厚度,均以高抗類型(兩個高抗類型的均值)為最大,分別為5.33×103、35.67、25.85、87.73μm,高感類型為最小,分別為2.77×103、19.33、9.67、48.33μm;隨著油茶果實抗病性增強,果皮氣孔開度、密度和單位氣孔面積均呈現明顯的下降趨勢,以高感類型為最大,分別為38.58μm2、22.02個/mm2和670.50μm2,高抗類型最小,分別為12.59μm2、5.05個/mm2和82.21μm2,但氣孔大小與其炭疽病抗性沒有明顯相關性;抗病類型的油茶果皮表皮毛長度、粗度和密度,均明顯大于感病類型。油茶果皮解剖結構與炭疽病抗性關系極為密切,可以作為鑒定油茶炭疽病抗性強弱的參考指標。

油茶; 果皮結構; 炭疽病; 抗性

Key wordsCamellia oleifera; peel structure; Colletotrichum gloeosporioides; resistance

油茶炭疽病(Colletotrichum gloeosporioides Penz.)是油茶的主要病害之一,常造成大量花蕾、果實、葉片脫落和枝梢干枯,嚴重影響油茶產量。我國油茶主要分布在長江以南,溫暖、濕潤的氣候為油茶炭疽病的發生、傳播提供了有利條件,使其在油茶種植區發生普遍而嚴重[12],成為油茶生產上一個重要問題,備受生產者關注。

國內外研究表明,植物本身的形態結構與其抗病性關系密切,如表皮結構[35],氣孔特性[69],表皮毛特征[10-11]均與抗病性有關系。目前關于油茶果皮解剖結構與其抗炭疽病的報道還極少,只有肖元清等[12]研究發現,抗病優良的果實表皮層厚度和細胞結構排列的緊密程度明顯高于感病類型。本試驗對不同炭疽病抗性的油茶果皮結構,如果皮總厚度、蠟質層厚度、角質層厚度、氣孔開度、氣孔密度、表皮毛密度和表皮毛長度等指標進行了比較研究,以期進一步了解油茶的抗病機制,并為從果皮結構角度出發選育抗病良種提供理論依據。

1 材料與方法

1.1 材料

1.1.1 試驗地概況

試驗地位于安徽省舒城縣,地處大別山余脈,屬于亞熱帶濕潤季風氣候區,年均氣溫15.6℃,年日照時數1 969.2 h,年均降雨量1 100 mm,試驗地四周環山,常年濕度較大,是油茶炭疽病易發生區。

1.1.2 試驗材料

試驗于2012-2014年在安徽省德昌苗木有限公司(安徽省油茶良種工程技術研究中心依托單位)油茶種植園進行。該園于1999年營建,面積約為10 hm2。全園植株均正常撫育管理。于2012-2014年,在每年定期對全園油茶炭疽病進行全面調查和重點植株觀察的基礎上,最終選取典型的高抗、中抗、中感和高感4種類型的油茶果實作為測試材料,如表1。

表1 供試果實自然發病率和抗感類型Table 1 Natural incidence and resistant and susceptible types of the tested materials

材料名稱根據彭邵鋒等[13]對油茶果色、形狀的分類來命名;抗病類型參考楊光道[14]關于油茶果實抗炭疽病的分級標準。

1.2 研究方法

1.2.1 取樣

于2014年7月初,油茶炭疽病發生盛期,選取不同抗感類型的植株各3株,采集每樣株樹冠外圍中上部未感病或感病較輕的果實(在感病植株上)20個,裝入密封袋中,做好標記。帶回實驗室后立即測定各項指標。

1.2.2 測定內容及方法

(1)果皮解剖結構：取不同抗感類型的果實各15個,分別在果實赤道部位取長5 mm、寬3 mm的組織,放入FAA固定液中固定24 h。用體積分數為65%、75%、85%、95%、100%的乙醇逐級脫水。依次經二甲苯+乙醇、二甲苯處理,直至果皮透明,石蠟切片法切片(切片厚度為10μm),番紅-固綠對染,在OLYMPUS-BX41光學顯微鏡下觀察并照相記錄,顯微測微尺測量果皮總厚度、蠟質層、角質層和薄壁組織厚度。所有觀測值均為30個視野的平均值。

(2)氣孔參數：采用水合氯醛法[10]測定,取樣方法同(1)。

氣孔開度=內縱徑×內橫徑;

氣孔大小=外縱徑×外橫徑;

氣孔密度=氣孔數量/視野面積=氣孔數量/1.65 mm2;

單位氣孔面積=氣孔開度×π×0.25×氣孔密度。

(3)表皮毛性狀：采用火棉膠法[10],取樣方法同(1)。

表皮毛密度=表皮毛數量/視野面積=表皮毛數量/1.65 mm2。

1.3 數據處理

采用Microsoft Excel 2003和DPS V 7.05對測得的數據進行處理分析和圖表制作,用單因素方差結合Duncan’s新復極差法對組間差異進行分析。

2 結果與分析

2.1 不同抗感炭疽病類型的油茶果皮解剖結構

由表2可見,油茶不同抗病類型果實的果皮總厚度、蠟質層、角質層和薄壁組織厚度有明顯差異,各指標由大到小均表現為高抗(兩個高抗類型的均值)＞中抗＞中感＞高感,其中高抗果實類型的上述指標分別為5.33×103、35.67、25.85和87.73μm;高感類型分別為2.77×103、19.33、9.67和48.33μm,兩者相比,高感類型較高抗類型的降幅分別達到48.03%、45.80%、62.59%和44.91%。

表2 不同抗病類型的油茶果實果皮解剖結構參數1)Table 2 Peel anatomy structure parameters in different resistant types of Camellia oleifera fruits

經方差分析可知,不同抗病類型間,果皮總厚度、蠟質層和角質層厚度差異均達到極顯著水平(P= 0.001 2、0.000 1、0.000 3),薄壁組織厚度達到顯著水平(P=0.029 9)。多重比較結果顯示,高抗類型果皮總厚度極顯著大于中抗、中感和高感3個類型,其角質層厚度極顯著大于感病類型(中感、高感);抗病類型(中抗、高抗)的蠟質層厚度極顯著大于感病類型;在果皮薄壁組織厚度方面,高抗、中抗和中感的果皮薄壁組織差異不顯著,中抗、中感和高感間差異也不顯著,僅高抗品種與高感品種差異達到顯著水平,這表明果皮蠟質層和角質層對炭疽病菌的防御作用較薄壁組織更為明顯,且2個高抗類型果實的上述各項指標差異微小,說明高抗品種具有相似的果皮結構。

2.2 不同抗感炭疽病類型的油茶果皮氣孔參數

從表3可以看出,不同抗感炭疽病類型的油茶果皮氣孔參數呈現規律性變化,由高抗到高感類型,其氣孔開度、氣孔密度和單位氣孔面積的值均呈現增大的趨勢,以高感類型為最大,分別達到38.58μm2、22.02個/mm2和670.50μm2/mm2;高抗類型最小,分別為12.59μm2、5.05個/mm2和82.21μm2/mm2;而中感和中抗類型介于兩者之間。氣孔大小與抗病性關系不明顯,最高的為中感類型1 579.46μm2,最低的中抗為1 461.03μm2。

方差分析結果顯示,不同抗病類型果皮氣孔開度、氣孔密度和單位氣孔面積的差異均達到極顯著水平(P=0.000 3、0.000 1、0.001 6),氣孔大小的差異沒有到達顯著水平(P=0.868 1)。由多重比較結果可知,高抗類型果皮的氣孔密度都極顯著小于中抗、中感和高抗3個類型,中抗類型極顯著小于感病類型;同時高抗類型果皮氣孔開度和單位氣孔面積極顯著小于感病類型,由此可見,氣孔密度、氣孔開度、單位氣孔面積是抗病類型區別于感病類型的重要特征。

表3 不同抗感類型的油茶果實果皮氣孔參數Table 3 Stoma parameters in different resistant types of Camellia oleifera fruits

2.3 不同抗感炭疽病類型的油茶果實表皮毛性狀

不同抗感炭疽病類型果實的表皮毛長度和密度的差異顯著,由高到低依次均為高抗＞中抗＞中感＞高感。高抗類型的表皮毛長度相較于中抗、中感和高感類型分別增加了96.38、207.55和294.55μm,表皮毛粗度分別增加了10.37、17.62和29.22μm,表皮毛密度分別增加了2.59、5.62和8.65個/mm2(表4)。

表4 不同抗病類型油茶的果實表皮毛性狀Table 4 Epidermal hair parameters in different resistant types of Camellia oleifera fruits

方差分析結果表明,不同抗感炭疽病類型果實的表皮毛長度和密度差異達到了極顯著水平(P= 0.023 1、0.000 2),其粗度差異沒有達到顯著水平(P=0.068 4)。由多重比較結果可知,高抗類型果實表皮毛長度和密度極顯著大于中抗、中感和高感3個類型;表皮毛粗度方面,高抗類型顯著大于高感類型,中抗類型與高感類型之間的差異也達到了顯著水平,而其余類型之間的表皮毛粗度差異均未達到顯著水平;高抗的兩種果實類型上述各指標差異均微小。

3 討論

3.1 油茶果皮解剖結構與炭疽病抗性的關系

植物體由于長期受到外界環境因素的影響,形成了與之相適應的形態、結構和生理功能,當植物受到病原菌侵染時,可利用自身的結構抵御病原菌的侵入[15-16]。田麗波等[17]的研究發現,高抗白粉病的苦瓜葉片蠟質含量明顯高于高感葉片,認為蠟質層是其抵御和延緩病原菌侵入的最外層屏障;彭華勝等[18]的研究表明,木瓜果實角質層、表皮細胞和薄壁組織等對其內部果皮以及種子都有保護作用,構成了多層防御病菌的防線。本研究發現,果皮總厚度、蠟質層、角質層和薄壁組織厚度越大的油茶果實,其抗炭疽病的能力越強,這與前人研究結果相符,說明果皮結構可能是油茶果實防御炭疽病菌侵入的有力屏障。

3.2 油茶果皮氣孔結構與炭疽病抗性的關系

氣孔在植物生長發育過程中具有重要的生理功能,是植物與外界進行水分和氣體交換的重要通道,但也是部分病原菌侵入植物的重要通道,其大小、分布、形狀和面積等直接影響病原菌侵染植物的成功幾率[19]。據報道,油茶炭疽病菌可以通過自然孔道侵入果實,如果皮上的氣孔[20]。本試驗觀察到,感病油茶類型與抗病類型相比,其果皮上具有數量較多且開度較大的氣孔,這種結構可能為病原菌的侵入提供了有利條件,增加了果實感病幾率,這與顏惠霞等[21]的研究結果相符,而與魏愛麗等[22]等關于小麥抗病性與葉片氣孔特性關系的結論相反,可能是由于果皮和葉片的結構差異所導致。

3.3 油茶果實表皮毛性狀與炭疽病抗性的關系

本研究中抗病類型的油茶果皮單位面積上的表皮毛數量明顯多于感病類型,且表皮毛的長度明顯大于感病類型,這與董金皋等[23]、翟艷霞等[24]的研究結果一致。其機理可能是數量多而長的表皮毛可以有效地阻止炭疽病菌分生孢子在果實表面的附著和萌發,從而減少病原菌接觸和侵染油茶果實表皮的機會。

綜合以上分析,油茶果皮解剖結構與其對炭疽病的抗性緊密相關,是鑒定油茶果實抗病性強弱的重要指標。在今后油茶抗病良種選育中,可將抗病類型果實的形態學特性與其生理生化特征相結合,以使選育方法、過程更加科學合理。

[1] 靳愛仙,周國英,李河,等.油茶炭疽病的研究現狀、問題與方向[J].中國森林病蟲,2009,28(2)：27-31.

[2] 束慶龍.油茶栽培技術[M].合肥：中國科學技術大學出版社,2013.

[3] 鄭喜清,胡俊,胡寧寶,等.不同哈密瓜品種對細菌性果斑病的抗性與蠟質的關系[J].內蒙古農業大學學報,2007,28(2)：132-134.

[4] Sherwood R T,Vance C P.Resistance to fungal penetration in Gramineae[J].Phytopathology,1980,70(4)：273-279.

[5] 蒙進芳,王曙光,普曉蘭.華山松針葉表皮結構與抗皰銹病關系的初步研究[J].中南林學院學報,2006,26(2)：43-46.

[6] 謝文華,謝大森.棱角絲瓜不同品種對霜霉病抗性的相關研究[J].華南農業大學學報,1999,20(2)：28-31.

[7] 趙振玲,錢建寧.蠶豆葉片氣孔及其抗銹病性研究[J].云南農業大學學報,2000,15(1)：88-90.

[8] 顧振芳,王衛青,朱愛萍,等.黃瓜對霜霉病的抗性與葉綠素含量氣孔密度的相關性[J].上海交通大學學報(農業科學版),2004,22(4)：381-384.

[9] 溫壽星,黃鏡浩,陳瑾,等.葉片結構與柑橘潰瘍病抗性的初步研究[J].中國農學通報,2009,25(13)：66-69.

[10]李海英,倪紅濤,楊慶凱.大豆葉片結構與灰斑病抗性的研究Ⅱ.大豆葉片組織結構與灰斑病抗性的關系[J].中國油料作物學報,2001,23(3)：52-56.

[11]林建城,林河通,鄭紅,等.采后枇杷果皮細胞壁代謝和果實超微結構與貯藏性的關系[J].熱帶作物學報,2014,35(1)：166-171.

[12]肖元清,胡享榮,黃春元.衡陽市油茶優良單株抗病性研究[J].湖南林業科技,2005,32(3)：36-38.

[13]彭邵鋒,陳永忠,張日清,等.油茶果形果色分類及經濟性狀[J].中南林業科技大學學報,2007,27(5)：33-39.

[14]楊光道.油茶品種對炭疽病酶活性的生理生化抗性研究[J].安徽農學通報,2011,17(9)：19-22.

[15]Agrios G N.Plant pathology[M].4th edition.San Diego：Academic Press,1997.

[16]Zeng Kaifang,Cao Jiankang,Jiang Weibo,et al.Enhancing disease resistance in harvested mango(Mangifera indica L.cv.‘Matisu’)fruit by salicylic acid[J].Journal of the Science of Food and Agriculture,2006,86(5)：694-698.

[17]田麗波,商桑,楊衍,等.苦瓜葉片結構與白粉病抗性的關系[J].西北植物學報,2013,33(10)：2010-2015.

[18]彭華勝,王德群,胡正海.木瓜的果實發育及其結構防御策略[J].中藥材,2010,33(3)：325-358.

[19]韓正敏,尹佟明.楊樹過氧化物酶活性、氣孔密度和大小與黑斑病抗性的關系[J].南京林業大學學報,1998,22(4)：91-94.

[20]陳守常,田澤君,郭隆錫.油茶炭疽病的發生與蔓延[J].植物保護學報,1965,4(3)：207-217.

[21]顏惠霞,徐秉良,梁巧蘭,等.南瓜品種對白粉病的抗病性與葉綠素含量和氣孔密度的相關性[J].植物保護,2009,35 (1)：79-81.

[22]魏愛麗,董惠文,李雨春,等.小麥抗病性與氣孔特性關系初探[J].作物雜志,2010(3)：23-25.

[23]董金皋,黃梧芳.植物的形態結構與抗病性[J].植物病理學報,1995,25(1)：1-3.

[24]翟艷霞,胡俊,黃俊霞,等.哈密瓜葉片結構與細菌性果斑病抗性的研究[J].內蒙古農業大學學報(自然科學版),2006, 27(1)：47-50.

(責任編輯：楊明麗)

Relationships between peel anatomy structure of Camellia oleifera and resistance to Colletotrichum gloeosporioides

Shen Yafei1, Duan Wenjun2, Hu Juanjuan1, Cui Nana1, Cao Zhihua1, Shu Qinglong1

(1.College of Forestry and Gardening,Anhui Agricultural University,Hefei 230036,China;2.Research Institute of Forestry,Chinese Academy of Forestry;Research Center of Urban Forest,State Forestry Administration, Key Laboratory of Forest Silviculture of State Forestry Administration,Beijing 100091,China)

The relationship between the main peel structure of Camellia oleifera and resistance to Colletotrichum gloeosporioides was studied to understand the mechanism of resistance to Co.gloeosporioides and provide a scientific basis for selecting resistant varieties based on Ca.oleifera peel structure.An investigation was conducted on the thickness of wax and lamina corneum,size of stoma and density of epidermal hairs of Ca.oleifera with different resistance levels to Co.gloeosporioides.The results showed that the thickness of peel,wax,lamina corneum and parenchyma of highly-resistant type were all the highest(5.33×103μm,35.67μm,25.85μm,87.73μm), and the indexes of highly-susceptible type were the lowest(2.77×103μm,19.33μm,9.67μm,48.33μm).The stomata aperture,density and unit area of stoma decreased with enhanced disease resistance in C.oleifera fruits. The indexes of highly-susceptible type were the highest(38.58μm2,22.02 stomata per square millimeter,670.50 μm2),and the highly-resistant types were the lowest(12.59μm2,5.05 stomata per square millimeter,82.21 μm2);the epidermal hair length,roughness and density of the resistant type were all higher than those of the susceptible type.However,there was no significant difference between the size of stoma and the disease resistance. The results showed that there was an extremely close relationship between the peel structure of Ca.oleifera and anthracnose resistance,which can be a reference index to appraising anthracnose resistance of Ca.oleifera.

S 763.7

A

10.3969/j.issn.0529-1542.2015.06.017

2014-09-28

2014-12-02

安徽農業大學“大別山區農林特色產業協同創新中心”項目

*通信作者 E-mail：qlshu@ahau.edu.cn