西葫蘆單性結(jié)實(shí)考查與生理機(jī)制初步研究

冷鵬

（臨沂市農(nóng)科院，山東臨沂，276012）

西葫蘆單性結(jié)實(shí)考查與生理機(jī)制初步研究

冷鵬

（臨沂市農(nóng)科院，山東臨沂，276012）

以單性結(jié)實(shí)品系與普通品種或品系為研究對(duì)象，在系統(tǒng)考查其生物學(xué)性狀與經(jīng)濟(jì)性狀的基礎(chǔ)上，主要進(jìn)行了單性結(jié)實(shí)的鑒定與單性結(jié)實(shí)生理機(jī)制的初步研究。研究結(jié)果表明，單性結(jié)實(shí)品系與非單性結(jié)實(shí)品種相比，在夾花處理時(shí)，子房仍能以較快的速度伸長(zhǎng)，并達(dá)到商品瓜大小（長(zhǎng)13.0 cm，橫徑4.5 cm，質(zhì)量0.5 kg）。C1（P×父本7）與C2（P×父本5）都沒(méi)有單性結(jié)實(shí)的能力。各品種間開(kāi)花當(dāng)天的子房?jī)?nèi)源激素IAA和ABA含量差異顯著。在IAA含量方面，以單性結(jié)實(shí)品系最高，其次為阿太和C2，早青最低。基本與各自的單性結(jié)實(shí)能力相一致。說(shuō)明IAA在保持單性結(jié)實(shí)能力方面起著極其重要的作用。在ABA含量方面，以單性結(jié)實(shí)的最低，而以早青的最高。在開(kāi)花前后各個(gè)時(shí)期，開(kāi)始時(shí)單性結(jié)實(shí)品系與非單性結(jié)實(shí)品系子房的IAA含量均不斷增加，而非單性結(jié)實(shí)的品種的子房?jī)?nèi)IAA含量在花后2 d下降，而單性結(jié)實(shí)的則一直上升。ABA的變化則較復(fù)雜。但在后期，仍是非單性結(jié)實(shí)的品種較高。

西葫蘆 單性結(jié)實(shí) 內(nèi)源激素

單性結(jié)實(shí)品種不受不良天氣影響，不經(jīng)人工授粉或激素處理也可坐果，具有坐果穩(wěn)定、早期產(chǎn)量高、果實(shí)無(wú)籽、品質(zhì)優(yōu)良等特性，已引起越來(lái)越多科學(xué)工作者的關(guān)注。目前對(duì)西葫蘆的單性結(jié)實(shí)品系與普通品種性狀的比較研究在國(guó)內(nèi)還沒(méi)有報(bào)道。本試驗(yàn)在較深入地研究了單性結(jié)實(shí)品系與非單性結(jié)實(shí)品系的生物學(xué)與經(jīng)濟(jì)學(xué)性狀的基礎(chǔ)上，系統(tǒng)考查其生物學(xué)性狀與經(jīng)濟(jì)性狀，主要進(jìn)行了單性結(jié)實(shí)的鑒定與單性結(jié)實(shí)生理機(jī)制的初步研究，以期為西葫蘆的單性結(jié)實(shí)育種與生理機(jī)制研究提供參考。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

西葫蘆單性結(jié)實(shí)自交系（P）、父本系1號(hào)、5號(hào)、6號(hào)、7號(hào)、C1（P×父本7）、C2（P×父本5）由山東省萊州市農(nóng)科院蔬菜研究所（山東省萊州市西由種子公司）提供。早青、阿太由山西省農(nóng)業(yè)科學(xué)院蔬菜研究所育成并提供，為雜種一代，北方西葫蘆產(chǎn)區(qū)主栽品種，已應(yīng)用推廣多年。

1.2 試驗(yàn)方法

試驗(yàn)地設(shè)在華南農(nóng)業(yè)大學(xué)園藝學(xué)院蔬菜站。2001年3月8日播種。高畦栽培，育苗移栽。畦高35 cm，畦寬80 cm，株行距50 cm×100 cm。隨機(jī)區(qū)組設(shè)計(jì)，每處理3次重復(fù)，每個(gè)重復(fù)3畦，面積約18 m2。施足底肥，及時(shí)澆灌追肥，雨期注意排水。其他管理與當(dāng)?shù)叵嗤ｋS機(jī)取樣調(diào)查，小樣本=10。

①單性結(jié)實(shí)性考查 用線碼分別對(duì)單性結(jié)實(shí)品系普通品種進(jìn)行夾花處理，觀察其子房發(fā)育（伸長(zhǎng)）情況。

②激素測(cè)定方法 在西葫蘆生長(zhǎng)中后期（2001年4月下旬至5月上旬），選擇生長(zhǎng)發(fā)育正常的的單性結(jié)實(shí)品系和早青一代各10株，掛牌標(biāo)記，并于開(kāi)花前3 d（-3 d），2 d（-2 d），1d（-1 d），開(kāi)花當(dāng)天（0 d）、花后1 d，2 d，3 d分別取樣，5～10，采后立即放于-70℃超低溫冰箱中保存，于11月采用酶聯(lián)免疫法測(cè)定。測(cè)定方法根據(jù)南京農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)學(xué)系植物激素實(shí)驗(yàn)室ABA ELISA和IAA ELISA試劑盒說(shuō)明書(shū)。

③IAA、ABA提取純化程序 取待測(cè)材料0.5 g，分3次加入預(yù)冷的80%的甲醇共3 mL，在弱光下分次冰浴勻漿，倒入離心管中，于4℃下以5000 r/min離心10 min，殘?jiān)?.5 mL甲醇再離心1次，取上清液，用C18膠柱法純化。方法是：a.用5 mL針筒接在C18膠柱的上端，以5 mL 100%甲醇注入柱平衡后去除甲醇；b.以5 mL 70%的甲醇洗柱，去除漂洗液；c.加樣，并收集濾液；d.用5 mL 100%的甲醇過(guò)柱，再用5 mL乙醚過(guò)柱洗去親酯色素。再進(jìn)行步驟b～d。取樣品200μL，冰浴預(yù)冷，再加過(guò)量的重氮甲烷到樣品呈黃色，反應(yīng)10 min后，以半滴0.2 mol/L乙酸甲醇液破壞過(guò)量的重氮甲烷，用氮?dú)獯蹈桑?00 μL DBI溶解后進(jìn)行免疫測(cè)定。

④IAA ELISA程序 包被 （每孔加ICS 100 μL，37℃過(guò)夜）→洗滌（用WB洗2次）→阻斷（每孔加阻斷液100 μL）→洗滌（用WB洗2次）→加樣（每孔加50μL樣品或標(biāo)準(zhǔn)品，50 μL抗體或NRS，37℃，45min）→洗滌（用WB洗3次）→ELISA（每孔100 μL，37℃，60 min）→洗滌（用WB洗3次）→顯色（各孔加100 μL MB液，37℃，20min）→終止反應(yīng)（各孔加50 μL的3 mol/L H2SO4）→讀數(shù)計(jì)算（用Excel中的直線回歸預(yù)測(cè)函數(shù)功能）。

⑤ABA ELISA程序：包被（每孔加ACS 100 μL，4℃過(guò)夜）→洗滌（用WB洗3次）→加（+）ABA McAb（每孔加100 μL，37℃，70 min）→洗滌 （用WB洗3次）→加樣（每孔加50 μL樣品或標(biāo)準(zhǔn)品，20℃左右，20 min）→加（+）ABA-HRP（每孔加50 μL，37℃，1 h）→洗滌（用WB洗3次）→顯色（各孔加100 μL OPD基質(zhì)液，37℃，20 min）→終止反應(yīng)（各孔加50 μL的3 mol/L H2SO4）→讀數(shù)計(jì)算（用Excel中的直線回歸預(yù)測(cè)函數(shù)功能）。

2 結(jié)果與分析

2.1 單性結(jié)實(shí)性鑒定和遺傳趨勢(shì)分析

單性結(jié)實(shí)性就是子房在未授粉情況下的坐果能力。在單性結(jié)實(shí)的性狀鑒別和篩選上，瓜類(lèi)可在去雄或套袋之后，觀察子房生長(zhǎng)發(fā)育情況。在育種實(shí)踐中也可用夾花來(lái)模擬生產(chǎn)中的不利于授粉受精的逆境，以子房的伸長(zhǎng)速度與長(zhǎng)度來(lái)鑒定其單性結(jié)實(shí)性。

單性結(jié)實(shí)品系于4月27日開(kāi)花；早青于4月28日開(kāi)花。5月1日左右早青、7號(hào)和C1的子房脫落；5月3日C2的子房脫落；單性結(jié)實(shí)品系子房沒(méi)有脫落。

圖1 夾花處理時(shí)單性結(jié)實(shí)品系與非單性結(jié)實(shí)品種子房發(fā)育情況

由圖1可知，單性結(jié)實(shí)品系與非單性結(jié)實(shí)品種相比，在夾花處理時(shí)，子房仍能以較快的速度伸長(zhǎng)，并達(dá)到商品瓜大小（長(zhǎng)13.0 cm，橫徑4.5 cm，質(zhì)量0.5 kg）。其他品種則不可連續(xù)伸長(zhǎng)。早青、阿太和C2都沒(méi)有單性結(jié)實(shí)能力。C1稍好，子房長(zhǎng)度可達(dá)8.5 cm，但后期也停止生長(zhǎng)。說(shuō)明單性結(jié)實(shí)性不能在雜種一代中得到充分表達(dá)，是偏向隱性遺傳的。但是可以通過(guò)選擇分離的方法獲得單性結(jié)實(shí)的后代。

2.2 單性結(jié)實(shí)品系與非單性結(jié)實(shí)品種子房激素水平比較

一般認(rèn)為，瓜類(lèi)的單性結(jié)實(shí)性與其子房?jī)?nèi)的激素含量有密切關(guān)系。本試驗(yàn)中，重點(diǎn)測(cè)定了IAA與ABA的水平，開(kāi)花當(dāng)天子房?jī)?nèi)源激素水平差異如圖2，圖3所示。其中IAA含量，P最高，早青最低；ABA含量，7號(hào)最高，P最低。子房發(fā)育各時(shí)期內(nèi)源激素水平的變化如圖4與圖5所示。

圖2 各個(gè)品種開(kāi)花當(dāng)天子房?jī)?nèi)源IAA水平差異

圖3 各個(gè)品種開(kāi)花當(dāng)天子房?jī)?nèi)源ABA水平差異

由圖4與圖5可以看出，單性結(jié)實(shí)品系與非單性結(jié)實(shí)品種子房的IAA含量均不斷增加，而非單性結(jié)實(shí)的品種子房?jī)?nèi)的IAA含量在花后2 d下降，而單性結(jié)實(shí)的則一直上升。ABA的變化則較復(fù)雜。但在后期，仍是非單性結(jié)實(shí)品種的較高。

圖5 單性結(jié)實(shí)品系和非單性結(jié)實(shí)品種各時(shí)期子房?jī)?nèi)ABA含量的比較

3 小結(jié)與討論

3.1 單性結(jié)實(shí)性的指標(biāo)

在黃瓜上鑒別單性結(jié)實(shí)方法有二：一是去雄，二是夾花套袋。一般如果10節(jié)內(nèi)不經(jīng)授粉果實(shí)可正常發(fā)育膨大而非尖嘴形，證明該品種具有單性結(jié)實(shí)性能。Takeno等認(rèn)為，在開(kāi)花前1 d給雌花套袋以防授粉，每天測(cè)量子房，直至果實(shí)收獲，子房長(zhǎng)至6 cm認(rèn)為其可單性結(jié)實(shí)。在西葫蘆上，曾有人提出鑒別篩選單性結(jié)實(shí)品系的指標(biāo)：?jiǎn)涡越Y(jié)實(shí)率、每株單性結(jié)實(shí)數(shù)、每株單性結(jié)實(shí)產(chǎn)量[12]，并且認(rèn)為綠皮品種比黃、白皮的單性結(jié)實(shí)性能好[13]。由于西葫蘆子房較大，故可套袋后果實(shí)可達(dá)12 cm為數(shù)量指標(biāo)。國(guó)內(nèi)對(duì)瓜類(lèi)果實(shí)的發(fā)育研究較早[1]，和其他瓜類(lèi)類(lèi)似，西葫蘆子房膨大時(shí)，伸長(zhǎng)生長(zhǎng)先進(jìn)行，再進(jìn)行加粗生長(zhǎng)，增大橫徑，達(dá)到商品成熟；同時(shí)本研究也表明，西葫蘆果實(shí)長(zhǎng)度與單瓜質(zhì)量呈極顯著正相關(guān)，故這一指標(biāo)就應(yīng)該是合理的。

3.2 控制瓜類(lèi)單性結(jié)實(shí)主導(dǎo)激素及激素對(duì)單性結(jié)實(shí)的影響

一般認(rèn)為果實(shí)發(fā)育必須有生長(zhǎng)促進(jìn)物質(zhì)（如生長(zhǎng)素、赤霉素）刺激，以吸引和調(diào)節(jié)營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，使果實(shí)膨大。某些蔬菜天然單性結(jié)實(shí)可能與子房中生長(zhǎng)促進(jìn)物質(zhì)含量高有關(guān)。目前大多數(shù)研究者都贊同“生長(zhǎng)激素論”，但對(duì)主導(dǎo)激素卻存在分歧。一是認(rèn)為CTK起主導(dǎo)作用。有人在黃瓜上用CTK類(lèi)物質(zhì)可促進(jìn)子房膨大，同時(shí)檢測(cè)到內(nèi)源CTK濃度的增加與果實(shí)質(zhì)量增加同步，說(shuō)明CTK控制果實(shí)質(zhì)量。二是認(rèn)為生長(zhǎng)素起主導(dǎo)作用。黃瓜在15℃時(shí)單性結(jié)實(shí)率最高，15℃時(shí)子房IAA含量為25℃時(shí)的2倍，16節(jié)以上雌花子房的IAA含量比7節(jié)以下高5倍，但GA類(lèi)物質(zhì)無(wú)明顯區(qū)別，同時(shí)16節(jié)以上的單性結(jié)實(shí)率最高，說(shuō)明單性結(jié)實(shí)成因激素主要是IAA[5]。另有試驗(yàn)表明，黃瓜由pat-2基因控制的IAA含量對(duì)單性結(jié)實(shí)有重要作用，用生長(zhǎng)素運(yùn)輸抑制劑naptalam（N-1-萘-氨甲酰苯甲酸）或TIBA或DPX（芐嘧黃隆）處理，可顯著提高黃瓜子房?jī)?nèi)的IAA含量，顯著提高單性結(jié)實(shí)品種的無(wú)籽果實(shí)產(chǎn)量。切下的番茄雌花在不含生長(zhǎng)素的含葡萄糖的培養(yǎng)基上單性結(jié)實(shí)，在含IBA，NAA的培養(yǎng)基上果實(shí)體積則增大1倍。三是認(rèn)為是GA的作用或GA與生長(zhǎng)素的共同作用誘導(dǎo)單性結(jié)實(shí)。Mapelli認(rèn)為番茄單性結(jié)實(shí)基因pat決定了花期高濃度的GA，從而單性結(jié)實(shí)，認(rèn)為GA的作用不可或缺，但只是在果實(shí)和種子發(fā)育后期起作用，而生長(zhǎng)素則是在前期起作用。對(duì)其他蔬菜的內(nèi)源激素變化與單性結(jié)實(shí)的研究目前還不多。大體上講，黃瓜單性結(jié)實(shí)主要是IAA作用，番茄由GA和IAA共同誘導(dǎo)單性結(jié)實(shí)。但不管怎樣，各類(lèi)蔬菜的單性結(jié)實(shí)是內(nèi)源生長(zhǎng)素（主要是IAA），GA，CTK等生長(zhǎng)促進(jìn)物質(zhì)與ABA等生長(zhǎng)抑制物質(zhì)相互促進(jìn)或抑制綜合調(diào)節(jié)的結(jié)果。許多研究認(rèn)為，不同激素平衡狀態(tài)對(duì)刺激子房膨大和促進(jìn)果實(shí)發(fā)育的作用比單一激素的作用更大[1，3，5～6]。

本試驗(yàn)中的結(jié)果也表明，IAA與單性結(jié)實(shí)性呈正相關(guān)，與前人結(jié)果相同[1，9]。至于ABA與單性結(jié)實(shí)的關(guān)系，雖然由于試驗(yàn)條件所限，采收子房與放入冰箱中有一定時(shí)間間隔，可能會(huì)導(dǎo)致ABA含量上升，但試驗(yàn)結(jié)果仍有一定的意義，即表明ABA對(duì)單性結(jié)實(shí)是有負(fù)效應(yīng)的。當(dāng)然，IAA與ABA二者之間的關(guān)系也很密切，IAA可能會(huì)促進(jìn)ABA的產(chǎn)生，同時(shí)有的研究表明單性結(jié)實(shí)的品種應(yīng)該具有較高的ABA含量[1，8]，與本研究的結(jié)論不一樣。可能與試材有關(guān)，即黃瓜與西葫蘆的單性結(jié)實(shí)的機(jī)理不同，即ABA對(duì)西葫蘆單性結(jié)實(shí)的作用沒(méi)有對(duì)黃瓜的作用大。由于試驗(yàn)條件所限，加之存在取樣誤差，還需進(jìn)一步研究。

另外，由上面的討論可知，CTK類(lèi)和GA類(lèi)等促進(jìn)性生長(zhǎng)物質(zhì)也對(duì)單性結(jié)實(shí)起到很重要的作用，應(yīng)進(jìn)行西葫蘆子房?jī)?nèi)CTK和GA水平的檢測(cè)，以得出更合理、更全面的結(jié)論。

3.3 單性結(jié)實(shí)果實(shí)內(nèi)其他物質(zhì)與果實(shí)發(fā)育的關(guān)系

除內(nèi)源激素外，其他物質(zhì)對(duì)果實(shí)的作用也不可忽視。碳氮含量等與黃瓜的單性果實(shí)發(fā)育關(guān)系密切[6]。隨著果實(shí)的發(fā)育，果實(shí)內(nèi)碳氮含量迅速增加，花后單果內(nèi)總糖與蛋白質(zhì)含量與單果質(zhì)量呈正相關(guān)關(guān)系。這說(shuō)明碳氮含量與蛋白質(zhì)含量與果實(shí)發(fā)育呈正相關(guān)關(guān)系。曹碚生等[10]還研究過(guò)過(guò)氧化物酶與單性結(jié)實(shí)果實(shí)發(fā)育的關(guān)系。

因此，在西葫蘆的單性結(jié)實(shí)生理基礎(chǔ)的研究上，也不可拘泥于激素研究，對(duì)一切可能影響果實(shí)發(fā)育進(jìn)而影響單性果實(shí)發(fā)育的內(nèi)源物質(zhì)都要加以研究，尤其是蛋白質(zhì)含量、碳氮含量，過(guò)氧化物酶、過(guò)氧化氫酶、多酚氧化酶等酶的活性等。

[1]呂忠恕，王保民，張承烈，等.開(kāi)花前后子房生長(zhǎng)調(diào)節(jié)物質(zhì)的變化及其結(jié)果及單性結(jié)實(shí)的關(guān)系[J].植物生理學(xué)報(bào)，1979，5（3）：253-259.

[2]關(guān)佩聰.瓜類(lèi)生物學(xué)和栽培技術(shù)[M].北京：中國(guó)農(nóng)業(yè)出版社，1994：191-203.

[3]邱燕萍，向旭，王碧青，等.荔枝三種果實(shí)類(lèi)型內(nèi)源激素的平衡與坐果機(jī)理[J].果樹(shù)科學(xué)，1998，15（1）：39-43.

[4]汪俏梅.CPPU對(duì)苦瓜果實(shí)生長(zhǎng)和單性結(jié)實(shí)的效應(yīng)[J].長(zhǎng)江蔬菜，2000（8）：33-34.

[5]陳學(xué)好，曹碚生.黃瓜單性結(jié)實(shí)研究概況[J].中國(guó)蔬菜，1994（3）：56-59.

[6]陳學(xué)好，陳志明，曹碚生，等.黃瓜單性果實(shí)發(fā)育與碳氮變化的關(guān)系[J].中國(guó)蔬菜，2000（3）：11-13.

[7]陳學(xué)好，陶俊，曹碚生.園藝作物的單性結(jié)實(shí)類(lèi)型[J].生物學(xué)通報(bào)，2001，35（9）：6-7.

[8]陳學(xué)好，曾廣文，曹碚生.園藝植物的單性結(jié)實(shí)與應(yīng)用[J].植物生理學(xué)通訊，2001，37（6）：570-575.

[9]曹碚生，繆玟珉，陳學(xué)好，等.黃瓜單性結(jié)實(shí)結(jié)果形態(tài)及生理機(jī)制的研究[J].江蘇農(nóng)業(yè)學(xué)報(bào)，1998，19（1）：77-82.

[10]曹碚生，繆玟珉，陳學(xué)好，等.黃瓜子房（幼果）中內(nèi)源激素含量和過(guò)氧化酶活性變化及其與單性結(jié)實(shí)產(chǎn)量組成的遺傳相關(guān)和通徑分析[J].江蘇農(nóng)業(yè)科學(xué)，1998，34（5）：347-349

[11]Carle R B.Bisex sterility governed by a single recessive gene inL.[J].Report Cucurbit Genetics Cooperative,1997(20):47.

[12]Nijs A P M,Balder J.Growth of parthenocarpic and seedbearing fruits of zucchini squash[J].Cucurbit Genetics Cooperative,1983(6):84-85.

[13]Robinson R W.Genetic parthenocarpy inL.[J].Report Cucurbit Genetics Cooperative,1990,16:55-57.

[14]Robinson R W,Reiners S.Parthenocarpy in summer squash[J].Hort Science,1993,34(3):715-717.

[15]Rylski I.Effects of season on parthenocarpic and fertilized summer squash[J].Experimental Agriculture,1974,10(1):39-44.

Preliminary Studies on the Parthenocarpic Characteristics in Summer Squash(Cucumis pepo L.)

LENG Peng

The ability to set parthenocarpic fruit and endogenous hormone level of ovaries of parthenocarpic cultivar and the non-parthenocarpic hybrids were studied.Compared to the non-parthenocarpic varieties,the parthenocarpic cultivar's ovary could grow at normal speed despite the flowers were clamped for pollination,reaching the marketable size (with a length of 13.0 cm,a diameter of 4.5 cm,and a weight of 0.5 kg).Two hybrids,C1 and C2,shown no parthenocarpic characteristics,which means the heritance of parthenocarpy is not dominant.There is a sharp difference between the endogenous IAA and ABA level of ovaries of parthenocarpic and non-parthenocarpic varieties and hybrids.The parthenocarpic cultivar had the highest level of IAA,followed by Atai and C2,while Zaoqing had the lowest IAA level.And all these accord with their abilities to set parthenocarpic fruits.This tells that IAA level plays a vital role in determining the ability of parthenocarpic fruits setting.The parthenocarpic cultivar had the lowest ABA level while Zaoqing had the highest one.During each period of blossom,the IAA level of ovaries of the parthenocarpic and non-parthenocarpic varieties and hybrids increased in the beginning,whereas that of the non-parthenocarpic varieties and hybrids decreases 2 d after blossom,while that of the parthenocarpic varieties are keeping increasing.But the changes of ABA level are not so regular as IAA level.At the later stage of the development of the ovary,the level of non-parthenocarpic varieties and hybrids was higher.

L.;Parthenocarpy;Endogenous hormones

10.3865/j.issn.1001-3547.2009.22.016

冷鵬（1976-），男，農(nóng)藝師，主要研究方向?yàn)槲骱J育種和栽培生理，電話：13365391999

2009-04-18