不同猕猴桃叶片形态、解剖结构及其抗旱性评价

鲍文武 陈健男 刘占德

doi：10.7606/j.issn.1004-1389.2024.07.015

https：//doi.org/10.7606/j.issn.1004-1389.2024.07.015

收稿日期：2023-07-13  修回日期：2023-08-29

基金项目：陕西省现代猕猴桃产业技术体系项目（K3370219026）。

第一作者：鲍文武，男，博士研究生，研究方向为猕猴桃抗逆育种。E-mail：wenwubao@nwafu.edu.cn

通信作者：刘占德，男，研究员，研究方向为猕猴桃育种创新与产业化新技术研究集成与示范推广。E-mail：dezhanliu@nwafu.edu.cn

摘  要  以4个猕猴桃品种‘徐香‘葛枣‘金猕和‘脐红作为材料，采用多功能图像分析法、指甲油印记法和石蜡切片法，对叶片的形态、气孔特征和解剖结构相关的21个指标（叶长、叶宽、叶片长宽比、宽基距、气孔宽、气孔器长、上表皮厚度、下表皮厚度、叶片厚度等）进行观察测量，结合主成分分析和相关性分析对21个指标进行抗旱指标筛选，并通过隶属函数法进行抗旱性综合评价，以期为猕猴桃抗旱品种选育提供理论依据。结果表明：气孔宽、叶片厚度和上表皮厚度被筛选作为抗旱性综合评价的关键指标，4 个猕猴桃品种的抗旱性依次为‘徐香＞‘金猕＞‘脐红＞‘葛枣。

关键词  猕猴桃；叶片形态；解剖结构；隶属函数法；抗旱性评价

猕猴桃 （Actinidia） 是猕猴桃科（Actinidiaceae）猕猴桃属（Actinidia Lindl.）落叶木质藤本类果树［1］，因其风味独特、维生素C含量高，深受消费者的喜爱。其叶片肥大，输导组织和气孔组织十分发达，导致蒸腾作用强，保水性差，是一种不耐旱果树［2］。中国是世界上猕猴桃栽培面积最大的国家，而陕西省则是中国最大的猕猴桃栽培省［3］，利用丰富的种质资源研究人员选育出了200多个猕猴桃新品种（系），其中在生产中栽培最多的为美味猕猴桃和中华猕猴桃［4］。随着近些年全球气候的多变以及猕猴桃商业化栽培的推进，许多地区产生了不同情况的干旱问题，严重影响了猕猴桃的生长、品质及商业化持续生产。因此选育新优品种（系）并评价其抗旱性，对后续的栽培生长管理、品种更新和杂交育种十分重要。

叶片是植物受干旱胁迫最敏感的器官，当植物感知到严重缺水时，由于细胞膨压的丧失，叶片会下垂或卷曲翻滚，发生萎蔫现象［5］。除此之外，一些植物还可以通过滚动的方式主动调整叶片的方向，使其与入射太阳辐射的方向保持平行［5］。抗旱性强的植物往往在干旱情况下具有更小更厚的叶片、更多的表皮毛状体、更小更密的气孔、更厚的角质层表皮、更厚的栅栏组织、更高的栅栏与海绵组织厚度之比、更发达的维管束鞘等结构［6］。气孔运动是维持细胞渗透势的主要因素之一，其结构特征与植物抗旱性密切相关［7］。因此叶片的形态、结构及气孔特征对植物适应干旱胁迫有着十分重要的意义［5］。然而目前很少有研究通过叶片形态、解剖结构和气孔特征等相关指标来综合评价猕猴桃不同品种的抗旱性。

本研究选取陕西地区主栽品种‘徐香以及西北农林科技大学猕猴桃试验站筛选培育的‘葛枣猕猴桃优系和‘金猕和‘脐红猕猴桃品种为试材，通过对叶片形态结构、气孔特征及解剖结构相关指标测量分析，采用隶属函数法进行不同猕猴桃材料的抗旱性评价，以期为猕猴桃新品种及优系的生长管理及抗旱育种提供理论基础。

1  材料与方法

1.1  试验材料

本试验取材均来源于西北农林科技大学猕猴桃试验站（107°99′E，37°12′N），海拔450 ｍ，年平均气温12.9 ℃，平均降水609.5 ｍｍ，无霜期  218～225  d。本试验以‘徐香（A.chinensis var.deliciosa）、‘葛枣（A.polygama）、‘金猕（A.chinensis）和‘脐红（A.chinensis）猕猴桃作为试验材料，每个材料选取3株树，株行距3 ｍ×4 ｍ，树龄一致（3 a生），枝蔓修剪及施用水肥情况一致。

1.2  试验方法

于2020年经历自然干旱（8月上旬）后，选取每株东向枝条中部成熟无病虫害的叶片，清洗干净。随机选取10片叶子，利用多功能图像分析法［8］和指甲油印迹法［9］立即进行叶片形态及气孔观察；随后随机选取5片，以叶脉为中心选取0.5 cm2的组织样本用FAA固定液固定，带回实验室进行后续叶片结构观察。

1.3  测定指标与方法

1.3.1  叶片形态结构  采用多功能图像分析法［8］，用扫描仪将离体叶片（10个重复）生成图像，然后使用Image J 软件进行图片分析测定叶长（leaf length，LL）、叶宽（leaf width，LW）、叶片长宽比（leaf length/leaf width，LL/LW）、宽基距（width base distance，WBD）、宽基距/叶长（width base distance/leaf length，WBD/LL）、脉左宽（left pulse wide ，LPW）、脉左宽/叶宽（left pulse wide /leaf width，LPW/LW）、叶柄长（petiole length，PL）、叶面积（leaf area，LA）。

1.3.2  叶片气孔观察  利用指甲油印迹法［9］制片，在光学显微镜下观察并拍照，然后使用Image J 软件测定气孔宽（stomatal wide，SW）、气孔器长（stomatal apparatus length，SAL）、气孔器宽（stomatal apparatus wide，SAW）、气孔面积（stoma area，SA）、气孔密度（stoma density，SD）。

1.3.3  叶片解剖结构观察  采用石蜡切片法［10］进行叶片结构观察，将置于FAA固定液24 h以上的样本，于酒精浓度梯度溶液（50%、70%、85%、95%和100%）里脱水，每个浓度2～3 h；随后在溶液（酒精∶二甲苯=1∶1；100% 二甲苯）中处理2～3 h；然后将样品置于包埋机石蜡溶液中浸蜡24 h。切片厚度调整为 6 μm，石蜡切片机（德国Leica，L0050）切片，番红固绿染色，于显微镜（德国Leica，L0054）下观察拍照。最后使用Image J 软件测定上表皮厚度（thickness of upper epidermis，TU）、下表皮厚度（thickness of lower epidermis，TL）、叶片厚度（leaf thickness，LT）、栅栏组织厚度（thickness of palisade tissue，TP）、海绵组织厚度（（thickness of spongy tissue，TS）。每个指标进行 10 次重复。并计算栅栏组织厚度/叶片厚度比（tightness of leaf palisade tissue，CTR）与海绵组织厚度/叶片厚度比（looseness of leaf spongy tissue，SR）。

1.3.4  数据处理  采用 Excel 2007和SPSS   24.0 对试验数据进行方差分析、相关性分析及主成分分析。运用模糊隶属函数综合评价方法进行抗旱性评价。

2  结果与分析

2.1  叶片形态结构

由表1可知，各品种叶片长存在显著差异，其中‘徐香叶片长为11.72 cm，显著大于其他3个材料；各品种叶宽为5.64～13.91 cm，其中‘徐香和‘脐红无显著差异，叶片最宽；各品种叶片长宽比差异显著，其中‘葛枣为1.32最大，‘脐红为0.73最小；宽基距‘徐香最大，‘葛枣最小，‘金猕与‘脐红之间无显著差异；宽基距/叶长比例同样是‘徐香最大，‘葛枣最小，‘金猕与‘脐红之间无显著差异；脉左宽‘徐香‘金猕和‘脐红无显著差异，‘葛枣最小；脉左宽/叶宽‘徐香和‘金猕最大，‘脐红最小；叶柄长‘脐红最大，‘葛枣最小；各材料叶面积为32.50～160.89 cm，其中‘徐香最大，‘葛枣最小。

2.2  叶片气孔结构

由表2可知，各材料间上气孔宽存在显著差异，其中‘徐香最宽，‘葛枣最窄；气孔器长度为22.63～28.31 μm，其中‘徐香最大，‘葛枣最小；气孔器宽度‘徐香最宽，‘葛枣和‘金猕最小；气孔面积差异显著，其中‘徐香最大，‘葛枣最小；气孔密度各品种表现差异显著，其中‘葛枣最大，‘脐红最小。

2.3  叶片解剖结构

由表3、图1可知，各材料间上表皮厚度‘徐香和‘葛枣无显著差异，‘金猕和‘脐红无显著差异，‘徐香和‘葛枣显著厚于‘金猕和‘脐红；栅栏组织厚度‘金猕最厚，‘葛枣最薄；海绵组织同样‘金猕最厚，‘脐红最薄；下表皮厚度‘徐香显著大于其他3个材料，其他3个材料间无显著差异；叶片厚度‘金猕最厚，‘脐红最薄；栅栏组织厚度/叶片厚度比例‘金猕最大，其他3个材料间无显著差异；海绵组织厚度/叶片厚度4个材料间均无显著性差异。

2.4  猕猴桃叶片抗旱形态结构指标的相关性  分析

由表4可知，大多数叶片指标之间呈显著  （P＜0.05）或极显著（P＜0.01）相关，其中气孔宽与气孔器长、气孔器宽、气孔面积、下表皮厚度、叶长、叶宽、宽基距等极显著相关，气孔密度与气孔器宽、气孔面积、叶宽、脉左宽、叶柄长等极显著负相关。

2.5  猕猴桃叶片抗旱形态结构指标的主成分分析

由表5可知，前3个主成分贡献率分别为54.999%、24.150%、14.501%，累计贡献率达到93.650%，超过85%，因此能够较好地反映猕猴桃叶片形态和解剖性状的主要信息。其中气孔宽、气孔器长、气孔面积、叶长、叶宽、宽基距、脉左宽和叶面积在第1主成分上载荷较大；海绵组织厚度和叶片厚度在第2主成分上载荷较大；上表皮厚度在第3主成分上载荷较大。根据各指标间的相关性，选择气孔宽度、叶片厚度、上表皮厚度作为抗旱性典型指标。

2.6  隶属函数分析

由表6可知，以猕猴桃21个叶片形态、解剖结构和气孔特征来进行隶属函数抗旱性综合分析，结果表明抗旱性由强到弱依次为‘徐香＞‘金猕＞‘脐红＞‘葛枣。

3  讨  论

叶片是植物进行光合作用、呼吸作用和蒸腾作用的主要场所［5］。叶片形态及解剖结构与植物的抗旱性表现关系紧密［11］。叶片形态对干旱的响应是植物主要的抗旱机制之一［5］。抗旱性强的植物往往具有更小更厚的叶片［5］和更大的叶面积［12］。而气孔作为植物与外界环境交换气体和水的重要组织，在植物生命活动中发挥着至关重要的作用，对于干旱下的植株光合作用和蒸腾作用十分重要［5］。一般而言，更小更密的气孔有利于植物水分蒸腾越少，并提高光合作用［13］。叶片解剖结构特征是研究植物抗旱性的可靠指标［14］。叶片越厚，植物的保水能力越强［15］。叶片上、下表皮有效地减少了水分的过量流失，增强了保水能力，降低了暴露在干旱胁迫条件下的损害［16］。栅栏组织可保证水分和营养物质的运输以及光合作用的维持［17］。抗旱性强的植物一般拥有更厚的表皮、更厚的栅栏组织和更高的栅栏与海绵组织厚度比［5］。本研究表明，‘徐香猕猴桃叶长、宽基距、宽基距/叶宽比、脉左宽和叶面积最大，气孔宽，气孔器长和气孔面积也最大，其下表皮厚度也最大。‘葛枣猕猴桃叶片长宽比最大，气孔密度最大。‘金猕猕猴桃栅栏组织、海绵组织和叶片厚度最厚，栅栏组织/叶片厚度比也最大。‘脐红猕猴桃气孔器宽最宽。可见，植物的抗旱性是由多项指标共同作用的，不能以单一指标评价植株抗旱性。

植物的抗旱性受多方面因素影响，是一个复杂的综合性状［18］。单一指标难以评价物种自身抗旱性强弱，而选择较多指标又容易造成试验成本昂贵和指标间的信息重叠［19］。主成分分析法已经被广泛应用于植物抗旱性典型指标筛选［16，20-21］。郭燕等［8］从33个板栗叶片指标中利用主成分分析法筛选出叶片厚度、上表皮厚度等10个抗旱性典型指标。云琳颖等［22］利用主成分分析法从13个核桃叶片指标中确定叶片厚度，气孔长宽度等作为典型指标。本研究通过主成分分析和相关性分析，筛选出气孔宽、叶片厚度和上表皮厚度作为猕猴桃抗旱性。综合评价典型指标，这与前人的研究基本一致。

长期以来，隶属函数综合分析法被广泛应用到植物抗旱性评价。赵君茹等［23］通过11个叶片解剖结构指标利用隶属函数评价了8个油茶品种抗旱性。郭燕等［8］通过对238份板栗品种的隶属函数评价，将其划分为抗旱性极强、强、中、弱4个类别。李鸿雁等［24］通过对不同百脉根的叶片结构观察，利用隶属函数法筛选出抗旱性强的新品系。本研究通过对4个猕猴桃材料的叶片形态和解剖结构相关指标的主成分分析及隶属函数评价其抗旱性，其抗旱性排序为‘徐香＞‘金猕＞‘脐红＞‘葛枣。抗旱性是指通过改变形态结构和内部生理生化反应的能力［2，5］。因此，要准确评价某个猕猴桃的抗旱性，可以将本研究结果作为参照，再多选取一些抗旱相关的生理生化等指标进行综合测定，以取得更加准确的评价结果。

4  结  论

本研究发现，不同猕猴桃在干旱情况下叶片结构差异大，抗旱性亦不同。‘徐香和‘金猕猕猴桃平均隶属函数值高于0.6，其抗旱性强；而‘脐红猕猴桃平均隶属函数值为0.544，抗旱性中等；‘葛枣猕猴桃平均隶属函数值低于0.3，抗旱性最弱。同时，4个材料各项指标排序均有一定的变化，故不能运用单一指标评价其抗旱性。结合主成分分析和指标间相关性分析，筛选出气孔宽、叶片厚度和上表皮厚度作为猕猴桃抗旱性综合评价关键指标。因此，本研究为猕猴桃的生产、管理及抗旱育种提供了理论基础，‘徐香和‘金猕猕猴桃可作为未来抗旱育种的品种资源。

参考文献  Reference：

［1］  朱鸿云.猕猴桃［M］.北京：中国林业出版社，2009：8-11.

ZHU H Y.Kiwifruit［M］.Beijing：China Forestry Publishing House，2009：8-11.

［2］高敏霞，杨 俊，程春振，等.猕猴桃抗旱研究进展［J］.东南园艺，2019，7（5）：63-68.

GAO M X，YANG J，CHENG CH ZH，et al.Research  progress on drought resistance in  kiwifruit［J］.Southeast Horticulture，2019，7（5）：63-68.

［3］张  放.2016 年全国水果生产统计分析（一）［J］.中国果业信息，2018，35（1）：22-30.

ZHANG F.Statistical analysis of national fruit production in 2016（1）［J］.China Fruit News，2018，35（1）：22-30

［4］刘占德，李建军，姚春潮，等．猕猴桃标准化栽培技术［M］.陕西杨凌：西北农林科技大学出版社，2015.

LIU ZH D，LI J J，YAO CH CH，et al.Standardized Culti-vation Technology of Kiwifruit ［M］.Yangling Shaanxi：Northwest A&F University Press，2015.

［5］FANG Y，XIONG L.General mechanisms of drought response and their application in drought resistance improvement in plants［J］.Cellular And Molecular Life Sciences，2015，72：673-689.

［6］ESAU K.Anatomy of seed plants［J］.Soil Science，1960，90：149.

［7］HETHERINGTON A M，WOODWARD F I.The role of stomata in sensing and driving environmental change［J］.Nature，2003，424：901-908.

［8］郭  燕，张树航，李  颖，等.中国板栗238份品种（系）叶片形态、解剖结构及其抗旱性评价［J］.园艺学报，2020，  47（6）：1033-1046.

GUO Y，ZHANG SH H，LI Y，et al.Studies on the leaf morphology，anatomical structure and drought resistance   evaluation of 238 Chinese chestnut varieties（strains）［J］.Acta Horticulturae Sinica，2020，47（6）：1033-1046.

［9］郭学民，刘建珍，翟江涛，等.16 个品种桃叶片解剖结构与树干抗寒性的关系［J］.林业科学，2015，51（8）：33-43.

GUO X M，LIU J ZH，ZHAI J T，et al.Relationship between leaf anatomical structure and trunk cold resistance of 16 peach cultivars［J］.Scientia Silvae Sinicae，2015，51（8）：33-43.

［10］  高  超，袁德义，杨  亚，等.油茶自交不亲和性的解剖特征［J］.林业科学，2015，51（2）：60-68.

GAO CH，YUAN D Y，YANG Y，et al.Anatomical characteristics of self-incompatibility in Camellia oleifera［J］.Scientia Silvae Sinicae，2015，51（2）：60-68.

［11］RADWAN U.Photosynthetic and leaf anatomical characteristics of the drought-resistant  Balanites aegyptiaca（L.）Del.seedlings［J］.American-Eurasian Journal of Agricultural and Environmental Sciences，2007，2（6）：680-688.

［12］厉广辉，张  昆，刘风珍，等.不同抗旱性花生品种的叶片形态及生理特性［J］.中国农业科学，2014，47（4）：644-654.

LI G H，ZHANG K，LIU F ZH，et al.Morphological and physiological traits of leaf in different drought resistant Peanut cultivars［J］.Scientia Agricultura Sinica，2014，47（4）：644-654.

［13］唐婧文，吴思政，梁文斌，等.湖南引种蓝莓叶片结构特征的比较及其耐旱性研究［J］.经济林研究，2017，35（4）：90-98.

TANG J W，WU S ZH，LIANG W B，et al.Leaf structure characteristics and drought resistance of blueberry in Hunan Province［J］.Nonwood Forest Research，2017，35（4）：90-98.

［14］MANOJ K，UDAY D.Anatomical breeding for altered leaf parameters in tomato genotypes imparting drought resistance using leaf strength index［J］.Asian Journal of Plant Sciences，2006，5（3）：414-420.

［15］吴  林，霍  焰，聂小兰，等.沙棘叶片组织结构观察及其与抗旱性关系的研究［J］.吉林农业大学学报，2003，  25（4）：390-393.

WU L，HUO Y，NIE X L，et al.Studies on leaf tissue parameters and their relations todrought resistance of Sea Buckthom［J］.Journal of Jilin Agricultural University，2003，25（4）：390-393.

［16］郭素娟，武燕奇.板栗叶片解剖结构特征及其与抗旱性的关系［J］.西北农林科技大学学报（自然科学版），2018，  46（9）：51-59.

GUO S J，WU Y Q.Leaf anatomical structure characteristics and drought resistance of Chinese chestnut［J］.Journal of Northwest A&F University（Natural Science Edition），2018，46（9）：51-59.

［17］TERLETSKAYA N，KURMANBAYEVA M.Change in leaf anatomical parameters of seedlings of different wheat species under conditions of drought and salt stress［J］.Pakistan Journal of Botany，2017，49（3）：857-865.

［18］龚  明.作物抗旱性鉴定方法与指标及其综合评价［J］.云南农业大学学报（自然科学版），1989，4（1）：73-81.

GONG M.Identification methods and indicators of crop drought resistance and their comprehensive evaluation［J］.Journal of Yunnan Agricultural University（Natural Science Edition），1989，4（1）：73-81.

［19］孙文凯.多重共线性问题评述［J］.山东经济，2010（4）：118-126.

SUN W K.Review of multicollinearity problems［J］.Shangdong Economy，2010（4）：118-126.

［20］李  怡，侯向阳，武自念，等.羊草种质资源抗旱性综合评价［J］.中国草地学报，2019，41（1）：75-82.

LI Y，HOU X Y，WU Z L，et al.Comprehensive evaluation of drought resistance of germplasm resources of Leymus chinensis［J］.Chinese Journal of Grassland，2019，41（1）：75-82.

［21］刘  滨，彭  励，郑丽萍，等.宁夏 10 种观赏灌木叶片解剖结构及其抗旱性综合评价［J］.西北植物学报，2013，33（9）：1808-1816.

LIU B，PENG L，ZHENG L P，et al.Drought resistance study of 10 major ornamental shrub in Ningxia［J］.Acta Botanica Boreali-Occidentalia Sinica，2013，  33（9）：1808-1816.

［22］云琳颖，刘  凯，李林晴，等.基于叶片结构分析的不同品种核桃抗旱性评价［J］.河南农业科学，2021，50（3）：117-124.

YUN L Y，LIU K，LI L Q，et al.Evaluation of drought resistance of different walnut  varieties based on leaves structure analysis［J］.Journal of Henan Agricultural Sciences，2021，50（3）：117-124.

［23］赵君茹，朱周俊，肖诗鑫，等.高州油茶叶片解剖结构及抗旱性评价［J］.分子植物育种，2021：1-20.

ZHAO J R，ZHU ZH  J，XIAO SH X，et al. Study on drought resistance of leaf anatomical structure of Camellia gauchowensis chang clone［J］.Molecular Plant Breeding，2021：1-20.

［24］李鸿雁，李悦煊，扈顺.不同百脉根品系叶片解剖结构特征分析及抗旱性评价［J］.中国草地学报，2020，42（6）：37-43.

LI H Y，LI Y X，HU SH.Analysis of leaf anatomical structure and evaluation of drought resistance of different genitypes of Lotus corniculatus L.［J］.Chinese Journal of Grassland，2020，42（6）：37-43.

Leaf Morpholog，Anatomical Structure of Different Germplasm Resources

of Kiwifruit and Their Evaluation for Drought Resistance

BAO Wenwu，CHEN Jiannan and LIU Zhande

（College of Horticulture，Northwest A&F University，Yangling  Shaanxi  712100，China）

Abstract  In this study，twenty-one indexes （leaf length，leaf width，leaf length-width ratio，wide base distance，stomatal width，stomatal apparatus length，upper epidermis thickness，lower epidermis thickness，leaf thickness，etc.） related to leaf morphology，stomatal characteristics and anatomical structure of the leaves of four kiwifruit varieties （‘ Xuxiang ‘Gezao‘Jinmi and ‘Qihong ） were observed and measured using multi-functional image analysis method，nail polish imprinting method and paraffin sectioning method.The drought resistance indexes of the 21 indexes were screened  through a combination of principal component analysis and correlation analysis.To establish a theoretical basis for breeding drought-resistant kiwifruit varieties，a comprehensive evaluation of drought resistance was conducted by membership function method.The results showed that stomatal width，leaf thickness and upper skin thickness are typical indexes for comprehensive evaluation of drought resistance.The  drought resistance ranking of the four kiwifruit varieties was found to be ‘Xuxiang > ‘Jinmi > ‘Qihong > ‘Gezao.

Key words  Kiwifruit；Leaf morphology；Anatomical structure；Membership function method; Drought resistance evaluation

Received   2023-07-13    Returned  2023-08-29

Foundation item  Project of Shaanxi Modern Kiwifruit Industry Technology System （No.K3370219026）.

First author  BAO Wenwu，male，doctoral student.Research area：breeding for stress resistance in kiwifruit.E-mail： wenwubao@nwafu.edu.cn

Corresponding   author  LIU Zhande，male，research fellow.Research area：integration and demonstration of innovative technologies for kiwifruit breeding and industrialization.E-mail： dezhanliu@nwafu.edu.cn

（责任编辑：潘学燕  Responsible editor：PAN Xueyan）