西瓜果實(shí)不同發(fā)育時(shí)期內(nèi)源激素含量的變化

豆峻嶺等

摘 要： 以二倍體西瓜‘蜜枚為試材，對果實(shí)生長發(fā)育期幾種內(nèi)源激素的含量進(jìn)行了分析測定。結(jié)果表明，西瓜果實(shí)中激素含量與其生長發(fā)育密切相關(guān)。西瓜果實(shí)在授粉后25～30 d時(shí)就已經(jīng)基本達(dá)到成熟果實(shí)的大小。果實(shí)發(fā)育前期IAA與GA含量較高，之后均快速下降。IAA在后期出現(xiàn)一個(gè)峰值，而GA在發(fā)育后期含量一直維持在較低的水平；ABA含量在西瓜生長發(fā)育過程中出現(xiàn)了2個(gè)峰值，分別出現(xiàn)在授粉后15 d和25 d；而ZR含量在西瓜整個(gè)生長發(fā)育期一直維持著較低水平，且變化不大，在授粉后25 d出現(xiàn)一個(gè)較小的峰值。這些結(jié)果說明不同植物激素相互協(xié)調(diào)地調(diào)控著西瓜果實(shí)的生長發(fā)育。

關(guān)鍵詞： 西瓜； 生長發(fā)育； 激素

Abstract： Diploid watermelon ‘Mimei was used to to analyze the changes of hormones during fruit developing period in this research. The results showed that there was an affinitive relation between hormones content of the fruit and the fruit growth. The fruit reached its full size 25 d and 30 d after pollination. The contents of IAA and GA were high in the early development and declined fast in later development stage. The content of IAA had a peak value at 30 d after pollination，while the content of GA was maintained in lower level in the late period of development. There were two peak ABA values at the 15 and 25 d after pollination. The content of ZR was maintained a low level in the whole developing only had a smaller peak value at 25 d after pollination. These results demonstrated that the watermelon fruit growth and development was regulated by hormone combination.

Key words： Watermelon； Growth and development； Hormone

植物激素指植物細(xì)胞接受特定環(huán)境信號誘導(dǎo)產(chǎn)生的、低濃度時(shí)可調(diào)節(jié)植物生理反應(yīng)的活性物質(zhì)。它們在細(xì)胞分裂與伸長、組織與器官分化、開花與結(jié)實(shí)、成熟與衰老、休眠與萌發(fā)以及離體組織培養(yǎng)等方面分別或相互協(xié)調(diào)的調(diào)控植物的生長、發(fā)育與分化[1]。植物中典型的5類激素包括生長素（auxin）、赤霉素（gibberellin）、細(xì)胞分裂素（cytokinin）、脫落酸（abscisic acid ）和乙烯（ethylene）。

近年來，在多種植物果實(shí)發(fā)育過程中內(nèi)源激素含量變化的研究都取得了較大的進(jìn)展。樊衛(wèi)國等[2]、閻國華等[3]和陳發(fā)河等[4]分別在刺梨、蘋果和葡萄等果樹上研究了內(nèi)源激素對坐果及果實(shí)發(fā)育的生理作用，為提高坐果率和誘導(dǎo)果實(shí)發(fā)育提供了依據(jù)。在不同梨品種上的研究表明了植物激素與果實(shí)生長發(fā)育調(diào)控的復(fù)雜性[5]。多種激素協(xié)同作用促進(jìn)了草莓的生長發(fā)育，而不同時(shí)期各激素所起的作用又有所不同[6]。我國是世界西瓜（Citrullus lanatus）生產(chǎn)與消費(fèi)大國，種植面積201萬 hm2，占世界西瓜生產(chǎn)面積的58%，總產(chǎn)量的72%[1]。目前，關(guān)于西瓜果實(shí)功能性成分的研究已經(jīng)較為深入[7-8]，在西瓜無籽變異株以及普通西瓜雄性不育系中內(nèi)源激素的變化已有一些研究[9-10]，并且通過外源激素的處理也可以誘導(dǎo)西瓜單性結(jié)實(shí)[11]，但對于西瓜果實(shí)發(fā)育過程中激素含量的研究鮮見報(bào)道。本研究通過對普通二倍體西瓜果實(shí)發(fā)育不同時(shí)期果肉中激素含量進(jìn)行測定分析，以期為進(jìn)一步研究西瓜果實(shí)激素的調(diào)控以及西瓜生產(chǎn)的實(shí)踐提供依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料

從2012年3月開始進(jìn)行播種，以普通二倍體西瓜品種‘蜜枚為供試材料，在開花期進(jìn)行自花授粉。果實(shí)采于中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院鄭州果樹研究所中牟縣多倍體西瓜試驗(yàn)田，從授粉后10 d開始采取果肉樣品，每次取3個(gè)長勢及坐瓜節(jié)位相近的果實(shí)，稱質(zhì)量后切開取瓜瓤樣品。每個(gè)瓜重復(fù)3次取樣，樣品立即投入液氮冷凍。每隔5 d采1次樣，直到果實(shí)過熟（授粉后40 d）。

1.2 方法

內(nèi)源激素的提取與純化參照劉丙花等[12] 的方法，內(nèi)源激素測定參照李宗霆[13] 的酶聯(lián)免疫分析方法（ELISA），試劑盒由中國農(nóng)業(yè)大學(xué)化控室提供。

2 結(jié)果與分析

2.1 果實(shí)的發(fā)育情況

西瓜果實(shí)發(fā)育前期質(zhì)量增加較快，到后期呈現(xiàn)緩慢增加的趨勢。到授粉后25 d時(shí)已經(jīng)基本達(dá)到成熟果實(shí)的大小，授粉后30 d時(shí)果實(shí)的大小已經(jīng)不再變化，此時(shí)果實(shí)已經(jīng)基本成熟，果實(shí)內(nèi)主要進(jìn)行營養(yǎng)物質(zhì)的積累。

2.2 果實(shí)發(fā)育過程中激素含量的變化

2.2.1 果實(shí)發(fā)育過程中IAA含量的變化 由圖2可知，西瓜果實(shí)發(fā)育過程中，發(fā)育前期果肉IAA含量增長迅速，在授粉后15 d時(shí)達(dá)到峰值。這可能與果實(shí)發(fā)育初期子房發(fā)育及果實(shí)膨大有關(guān)。到授粉后20 d時(shí)IAA含量達(dá)到最小值，隨后又逐漸增加，直到果實(shí)成熟（授粉后35 d）。普通二倍體西瓜的生長期一般為35 d左右，到達(dá)過熟時(shí)（授粉后40 d）IAA含量有所降低。

2.2.2 果實(shí)發(fā)育過程中GA含量的變化 由圖3可知，西瓜果實(shí)發(fā)育前期（授粉后10 d）GA含量最高，之后急劇下降，并在較低的水平保持波動(dòng)，一直到果實(shí)成熟。在授粉后30 d時(shí)含量有小幅增加，有較小的峰值，此時(shí)西瓜果實(shí)的大小已經(jīng)達(dá)到成熟果實(shí)的大小。GA有促進(jìn)細(xì)胞體積膨大的作用，西瓜果實(shí)發(fā)育早期果實(shí)增大較快，這說明在發(fā)育早期較高水平的GA含量有利于果肉細(xì)胞的增大，促進(jìn)了果實(shí)的迅速增加。

2.2.3 果實(shí)發(fā)育過程中ABA含量的變化 由圖4可知，西瓜果實(shí)發(fā)育過程中ABA含量有2個(gè)峰值出現(xiàn)，分別在授粉后15 d和25 d，在果實(shí)成熟時(shí)含量又有所增加。ABA有促進(jìn)果實(shí)脫落的作用，后期ABA含量逐漸下降，授粉后40 d時(shí)果實(shí)已經(jīng)過熟，此時(shí)ABA含量又突然上升，說明西瓜果實(shí)在成熟以后通過 ABA的調(diào)控促進(jìn)了果實(shí)的衰老。

2.2.4 果實(shí)發(fā)育過程中ZR含量的變化 由圖5可知，ZR含量在西瓜發(fā)育過程中一直維持在較穩(wěn)定的水平，只是在授粉后25 d時(shí)出現(xiàn)峰值，之后含量變化不大。發(fā)育前期幼果中的ZR有利于果肉細(xì)胞的分裂和伸長，是幼果期細(xì)胞大量增殖的原因。由圖1可以看出，授粉后25 d果實(shí)已經(jīng)基本達(dá)到成熟果實(shí)的大小，此時(shí)果肉中ZR含量有小幅增加。

3 討論與結(jié)論

本研究中西瓜果實(shí)發(fā)育前期質(zhì)量增加較快，到授粉后25～30 d時(shí)已經(jīng)基本達(dá)到成熟果實(shí)的大小，這與果實(shí)后期積累大量的營養(yǎng)物質(zhì)有關(guān)。此時(shí)，細(xì)胞體積不再變化，細(xì)胞內(nèi)開始積累大量有機(jī)物[14]。本研究中GA、ABA、ZR在授粉后25 d或30 d時(shí)都出現(xiàn)峰值，可能與這個(gè)時(shí)期西瓜果實(shí)從細(xì)胞體積增大向有機(jī)物積累的轉(zhuǎn)變有關(guān)。

在果實(shí)發(fā)育初期，IAA和GA是4種激素中含量是最高的（分別為184 ng·g-1和125 ng·g-1）。普通二倍體西瓜的生長期一般為35 d左右，到達(dá)過熟時(shí)（授粉后40 d）IAA含量有所降低，這可能與果實(shí)發(fā)育成熟后種子內(nèi)產(chǎn)生大量的IAA有關(guān)[15-17]。有研究證明GA有促進(jìn)IAA產(chǎn)生的作用[2，18]，而本研究中沒有得到相關(guān)結(jié)論，GA與IAA在‘蜜枚西瓜果實(shí)發(fā)育過程中沒有必然的相關(guān)性。西瓜果實(shí)發(fā)育曲線與GA含量變化曲線不一致，GA含量隨著果實(shí)的增大逐漸減少，結(jié)合其他激素與果實(shí)發(fā)育的關(guān)系，我們可以推測，GA對‘蜜枚西瓜果實(shí)發(fā)育的作用較小，而含量相對較高的其他激素彌補(bǔ)了GA的不足。這和張勇等[10]在無籽西瓜變異株上的研究結(jié)果相一致。

赤霉素、生長素和細(xì)胞分裂素在促進(jìn)果實(shí)發(fā)育過程中扮演著重要角色，在誘導(dǎo)細(xì)胞分裂、促進(jìn)細(xì)胞伸長及營養(yǎng)物質(zhì)向果實(shí)轉(zhuǎn)移等方面都具有重要的生理作用[19]。幼果期，細(xì)胞分裂旺盛，IAA、GA、ZR含量相對較高，而ABA含量較低；在授粉后25 d時(shí)西瓜果實(shí)大小基本確定，細(xì)胞分裂幾乎停止，此時(shí)ZR含量在經(jīng)歷了一個(gè)小的峰值后開始下降。而ABA含量從授粉后20 d開始大幅度上升，之后雖然有一定波動(dòng)，但一直都維持在較高的水平。這和草莓中的研究結(jié)果相吻合[6]。西瓜果實(shí)中ABA的含量在整個(gè)發(fā)育過程中出現(xiàn)2次高峰，幼果發(fā)育初期高水平的ABA可能對細(xì)胞的分裂與分生組織的活動(dòng)有刺激作用；而授粉后25～30 d果實(shí)中ABA的含量再次呈現(xiàn)峰狀變化，可能與西瓜果實(shí)內(nèi)物質(zhì)轉(zhuǎn)化、糖分積累等過程有關(guān)，這也說明了ABA在調(diào)控果實(shí)生長發(fā)育中的復(fù)雜性[16]。

Lee等[20]在甜瓜上發(fā)現(xiàn)果肉中激素含與種子激素濃度變化一致，認(rèn)為種子中的激素向果肉擴(kuò)散。李紹穩(wěn)等[21]發(fā)現(xiàn)西瓜果實(shí)大小和質(zhì)量與種子數(shù)量呈正相關(guān)，顯示了西瓜種子與果實(shí)發(fā)育有密切關(guān)系。本研究中到發(fā)育后期各激素都有一個(gè)峰值，這可能是西瓜生長發(fā)育后期由果實(shí)細(xì)胞的增長到種子成熟的轉(zhuǎn)變造成的，西瓜果實(shí)的生長可能也與種子的發(fā)育有一定的聯(lián)系。果實(shí)發(fā)育前期，IAA和GA含量較高，ABA含量相對較低；到果實(shí)發(fā)育后期，IAA含量繼續(xù)增加、GA水平低落，而ABA含量再次上升，此時(shí)ABA的上升比GA下降所起的作用大，說明以ABA為主導(dǎo)的內(nèi)源激素間新的平衡關(guān)系已確立，它決定了西瓜果實(shí)采后的生理狀態(tài)和貯藏特性。

大量研究表明細(xì)胞分裂的速度和時(shí)間與細(xì)胞分裂素水平呈正相關(guān)；果肉細(xì)胞體積大小與細(xì)胞膨壓和赤霉素水平密切相關(guān)，赤霉素和生長素在促進(jìn)細(xì)胞生長和體積增大方面有重要作用。植物激素對果實(shí)生長發(fā)育的調(diào)控是一個(gè)很復(fù)雜的過程，該過程不僅取決于某一種激素的消長及其絕對濃度的變化，內(nèi)源激素間的相互平衡及相互間的協(xié)同作用也顯得更重要[22]。同時(shí)激素的調(diào)控途徑也與類胡蘿卜素以及植物內(nèi)許多營養(yǎng)物質(zhì)的合成途徑相互聯(lián)系[23]。因此植物體內(nèi)的激素合成以及它們對植物生長發(fā)育的調(diào)控是一個(gè)相互聯(lián)系的整體。

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