無患子科果樹無核果實研究進展①

譚文麗 周玉杰 崔志富③ 劉志崴 王春燕 李建華

(1海南省農墾科學院 海南?？?570311 2海南省天然橡膠質量檢驗站 海南海口 570206)

通常意義上說的無核果實是指完全沒有種子(真正無核)或只是有極少種子(焦核或細核)的果實[1]。大多數時候說的無核果包括焦核、細核和真正無核。果實的無核是一個重要的經濟性狀，也是果樹科技工作者選育果樹新品種的首選優良性狀。眾所周知，無核果實因為食用方便、品質優良而廣受人們喜愛，無論在鮮食還是加工等方面都具有極重要的意義。在琳瑯滿目的水果市場上，品質優良的無核果倍受廣大消費者青睞。

無患子科果樹屬于雙子葉植物，大約有150個屬2 000多個種，廣泛的分布在熱帶和亞熱帶地區，中國有25個屬和56個種，多個省份地區都有分布，但是主產地集中在西南部和南部。無患子科果樹主要有龍眼、荔枝和紅毛丹等，分別是龍眼屬、荔枝屬和韶子屬，它們有很類似的有性繁殖，比如花序是圓錐狀的頂生或雜性花、果實是由假種皮發育而成的等。

從 《廣東荔枝志》可以查到無核荔枝屬于非常珍貴的荔枝資源，在海南的儋州、瓊山地區均發現過無核荔枝的實生單株[2]。并且已經篩選出了好幾個無核或者焦核的品種(系)，例如 ‘荔13’、‘南島無核’、‘小丁香’、‘A4無核’等，尤其以 ‘A4無核’和 ‘南島無核’的栽培最為廣泛[3]。科技研究人員也選育出了一系列無核的優良龍眼品系，如‘名嬌1號’、‘名嬌2號’、‘名嬌3號’、‘名嬌4號’和 ‘名嬌5號’。其中 ‘名嬌4號’無核果實獲得率較高且穩定，收獲的果實相對較大，果肉也較厚，綜合品質優異，產量高[4]。

無核果實的成因包括內在因素影響和外在因素的刺激。目前對無患子科果樹荔枝、龍眼的無核機理研究已有報道。如無核果實形成的種胚發育、生理機制以及培育途徑等。

1 無患子科果樹無核果實的胚胎發育

荔枝的胚胎學研究已有報道?？萍脊ぷ髡邔⒗笾ε咛グl育類型分為3種，即正常型、敗育型、部分敗育型。正常型是指種胚的發育是屬于正常的，成熟的果實具有正常的果核；敗育型是指種胚全部敗育，成熟果實中沒有正常的果核或者果核非常小，稱為 “焦核”；部分敗育型則是指在同一植株、甚至同一果穗上所結的果實，部分正常部分敗育。既有大核果也有 “焦核”果，而且大核和 “焦核”的比例通常表現不穩定。這里的大核果是屬于前面第一種類型--正常型，但是這些 “焦核”果是因為其胚胎在發育中后期陸續敗育，導致果核要比正常型的小。其胚胎敗育早晚不一樣，核的大小也不同。敗育時間越早其核越小，敗育時間越晚其核越大，趨近正常型。通常認為無核荔枝的形成屬于敗育型和部分敗育型。例如 ‘綠荷包’屬于種胚敗育型荔枝，在授粉后大約10 d，其胚胎發育受阻，胚珠表現已經明顯萎縮。 ‘蘭竹’屬于部分種胚敗育型荔枝，花后形成球型胚之后，胚胎在發育過程中，表現為不同時期敗育，最終形成焦核果[5]。李明芳等[6]總結前人多年探索成果，認為荔枝無核的形成主要是因為大孢子在發育各階段出現異常無法完成正常受精以及單性結實。陳健輝等[7-9]經過試驗探索，均認為雌花中的大孢子發育異常無法完成受精和單性結實是導致荔枝無核的主要原因，陳健輝等曾用東莞 ‘無核荔’為試材，馮蔚等以 ‘南島無核’荔枝為試材，探索了大孢子的發育過程。研究表明，其大孢子在發育過程不同時期均會因為各種原因導致胚囊內無法形成正常的卵器，無法順利完成受精過程，形成不了正常的胚胎，最終導致敗育現象，產生無核。

有關焦核龍眼種胚敗育的研究也有報道。鄭少泉等[10]提出，液態胚乳發育受阻、停止或干涸是焦核龍眼種胚敗育的主要原因。胚乳存在的時間及發育的程度跟焦核龍眼種胚發育、敗育有一定的相關性。許家輝等[11]認為多方面的原因引起龍眼焦核，但是可能受母本的基因型影響更大，即龍眼單株本身的遺傳本質可能起決定性作用，同時龍眼胚珠的敗育過程可能有多基因參與調控。

2 無患子科果樹果實無核生理機制

2.1 生理生化調控

李蕾等[12]利用二維聚丙烯酰胺凝膠電泳(2DE)及計算機輔助圖像分析技術，推測蛋白質極有可能參與種胚敗育的調節和控制，其分析了開花20 d的荔枝正常種胚和敗育種胚的蛋白質圖譜，發現胚內蛋白質成分在種胚敗育過程中發生了明顯變化。

科技工作者進一步從內源激素和蛋白質組學等方面對無核荔枝的種胚敗育進行了較深入研究。植物內源激素是植物體內痕量信號分子，調控植物各種生長發育過程。植物的發芽、生根、發育、性別決定、開花、結實和休眠等過程是由多種激素分別或相互協調共同起作用。種子的發育也必然受到多種激素的共同調節。

王碧青等[13]以具有自然單性結實能力的 ‘禾蝦串’為試材，研究表明，其開花前后子房內植物激素(GA3)和細胞分裂素(CTK)水平保持較高以及花后生長素(IAA)含量持續升高以及脫落酸(ABA)含量持續下降均與其單性結實能力有密切相關性。

陳偉等[14-15]研究發現，可能因為生長促進物質的供給不足限制了種胚的細胞分裂和生物大分子物質的合成，影響了營養物質和能量交換，使胚停止發育而形成早期敗育現象。他們認為一元酚具有很強的促進IAA側鏈氧化的能力，導致種胚敗育。胚胎出現敗育時胚珠中生長素(IAA)水平急劇下降，顯著低于正常胚珠，其證實了荔枝胚珠中的一元酚是對羥基苯甲酸(C7H6O3)，且荔枝敗育的胚珠中一元酚含量明顯比正常胚珠的高。

青鮮素(MH)是一種植物生長調節劑，有抑制植物高級分生組織的細胞分裂的作用。邱似德等[16]發現，在荔枝花后7～14 d噴施1.0～1.5 mg/L MH，誘導產生的焦核果率可以達到70%以上。刁森標等[17]研究表明，實驗用到的多種生長調節劑僅MH對荔枝種胚的發育有強烈抑制作用，其它幾種對荔枝焦核率影響作用不明顯；而且MH處理誘導無核有嚴格的臨界期才能抑制種胚發育，即一定要在種胚出現前使用，不能晚于雌花盛開后35 d。MH處理收獲的果實個頭比正常果小，但因為是焦核，可食率增加，味道鮮美，因而也具有一定的商品價值。

劉國強等[18]利用青鮮素(MH)處理烏龍嶺龍眼，在其整個發育過程中種子內赤霉素(GA3)、生長素(IAA)和脫落酸(ABA)含量總體呈下降趨勢，到成熟前種子內GA3的含量達到最低值。在種子形成期間，經MH處理的烏龍嶺龍眼種胚內ABA/GA3和ABA/IAA值均高于對照值，這極有可能是烏龍嶺龍眼結出焦核果實的主要原因之一。

邱燕萍等[19]研究表明，荔枝開花后3 d，生長促進類激素(生長素IAA、赤霉素GA3、細胞分裂素CTK)的水平均高于對照和脫落酸(ABA)的水平持續下降趨勢，能解釋其無核果有單性結實能力。李偉才等[20]以 ‘荔13’、‘南島無核’、‘A4無核’3個無核荔枝品種以及大核品種 ‘紫娘喜’為試材，運用高效液相色譜法(HPLC)，測定了其果實發育過程中赤霉素(GA3)、生長素(IAA)、脫落酸(ABA)和玉米素(ZT)等內源激素含量的波動，結果認為荔枝產生果實無核的一個重要原因是果實中IAA的含量偏高和ZT的含量偏低。

2.2 環境因素

李明芳等[21]的研究提出，有些荔枝品種開始大小孢子均能正常發育，但是如果在傳粉受精的過程中遇到連續低溫陰雨天氣，便無法完成受精，但是其子房仍然是可以發育為果實的，這樣也能產生無核果，如無核荔枝品種 ‘禾蝦串’就是很好的例子。

王廷標[22]經過多年試驗研究，提出了荔枝溫敏無核理論，提出某些荔枝株系在幼果生長特定階段，如果受到溫敏效應誘導則可獲得無核荔枝果。并鑒定了 ‘A4無核’屬于低溫敏型無核荔枝新株系的，和 ‘荔13’屬于高溫敏型無核荔枝新株系。發現 ‘A4無核’物候處于并粒期時，因為低溫敏感效應對幼果二室子房的影響，限制了胚胎生長發育，繼而胚珠出現原發性器質萎縮，最終種胚退化，生成無核。如果晚上氣溫低于22℃，則容易形成無核果；如果夜間溫度22～24℃，則容易結焦核果；當晚上氣溫持續高于24℃的時候，則更容易結正常果。這種現象的成因可能是：發生受精的過程中，由于受到外界低溫影響，導致精子不能很順利的進入到卵膜內或已經進入到卵后但雌雄核無法正常融合，進而導致卵無法受精最終退化了；已經完成受精的次生核在一定時間內可能完全退化而導致胚珠敗育，但其假種皮仍具備正常發育能力，最后因單性結實而形成無核果。楊應華等[23]的研究報告提出，溫敏無核荔枝是由于受到低溫影響，無法正常受精。次生核雖正常受精，還生成了核型胚乳，甚至發育成了細胞型胚，到12 d左右卻退化了，靠其假種皮繼續發育，最終獲得無核果實。 ‘桂味’品種的焦核率受花粉源影響非常大。邱燕萍等[24]以‘桂味’為試材，用不同品種花粉對其進行授粉，實驗結果為：用 ‘妃子笑’、‘糯米糍’、‘桂味’花粉授粉獲得的 ‘桂味’果實焦核率較高，用 ‘尚書懷’、‘黑葉’、‘懷枝’、‘紅繡球’、‘將軍荔’、‘雪懷子’花粉授粉獲得的 ‘桂味’果實焦核率較低。

2.3 基因調控

張以順等[25-26]以 ‘桂味’為試材，采用抑制性差減雜交(SSH)技術對花后20 d的正常發育種胚和敗育種胚進行差異表達基因篩選分析，在敗育胚中發現S-腺苷甲硫氨酸合成酶基因在大量表達，由此推測該基因可能參與了其體內乙烯合成的調控，導致荔枝種胚的敗育。

張潔瓊等發現 ‘糯米糍’荔枝液態胚乳發育過程受阻是由于細胞壁酸性轉化酶活性低，致使種胚在發育早期敗育。利用病毒誘導的基因沉默(VIGS)技術使細胞壁酸性轉化酶(CWAI)基因保持沉默，可導致‘白荔’、‘黑葉’等大核荔枝品種種胚的敗育。

唐晰等[27]以無核龍眼為對象開展研究，認為龍眼種子敗育可能跟纖維素酶基因和質體ATP/ADP轉運蛋白基因片段密切相關。纖維素酶基因表達上調，可降解胚胎細胞的細胞壁，迫使原生質體裸露，容易破壞其細胞結構和內含物；Ca2+-ATP酶基因表達下調，會加重細胞質中Ca2+濃度的積累，干擾細胞的能量代謝系統和生理功能，促進氧自由基的生成，加速細胞失去活力；ATP/ADP轉運蛋白基因的表達下調，影響質體內淀粉的合成及一些重要的代謝途徑。

基因的轉錄和轉座子的轉座通常受到DNA甲基化的抑制，研究發現了DNA甲基轉移酶在部分敗育型 ‘桂味’荔枝早期胚珠中的表達較高，這可能在一定程度上抑制了某些胚發育相關基因的正常表達，使得某些轉錄因子或功能基因無法正常發揮作用，一定程度上促使部分種胚敗育[28]。

3 無患子科果樹無核果實培育途徑

果樹培育無核果一般分為選育無核品種和人工誘導產生無核果兩個途徑。

3.1 實生無核品種選育

無核荔枝形成的原因，有的是單性結實，有的是雌性不育。中國各荔枝產區所報道的無核荔枝大多從海南島引入[29-31]。從海南瓊北雷虎嶺地區荔枝實生群體中選育出的無核荔枝新品種——‘南島無核’是優秀代表，其無核率可達90%，穩定性高，豐產性好，適應性廣，品質優異[32]。

3.2 環境調控

王廷標[22]通過溫敏效應誘導調控花期，使荔枝授粉、座果與相應的臨界溫度對應的方法，成功地選育出了高溫敏型和低溫敏型兩種無核荔枝果。溫敏無核荔枝是海南省的稀有珍貴品種，果實成熟后類似圓球形，單果個頭大，味道香甜，產量高，是發展成地方名品的潛力品種。

3.3 植物生長調節劑輔助培育

據華南農業大學試驗，在大核種 ‘淮枝’荔枝花后7～14 d用青鮮素(MH)1 000～1 500 μg/mL噴果，可產生73.1%以上的細核果，且對品質無不良影響，同時還發現對龍眼也有類似的效果[33]。萬泉[34]、李明[35]選擇用赤霉素(GA3)、多效唑(PP333)、2，4，5-三氯苯氧丙酸(2，4，5-TP)、6-芐氨基嘌呤(6-BA)和青鮮素(MH)等五種植物生長調節劑處理烏龍嶺龍眼果實，均在一定程度上收獲焦核果實，其中6-BA和MH比其他3種誘導效果更好。

邱似德等[33]、許家輝等[36]的研究表明，用MH處理的方法是誘導荔枝果實無核/細核和提高龍眼焦核率的有效途徑之一。

4 展望

近年來，很多專家學者關注無患子科果樹(特別是荔枝和龍眼)無核果的研究，采用越來越多的試驗來探索其無核果實形成機理，取得了系列重要進展。然而，目前在其種胚發育分子調控機制方面的研究還不多，對于至今發現的幾種調控種胚發育途徑互作和如何調控下游基因也不是很明晰。關于荔枝種胚發育的研究僅局限于生理學和解剖學，對荔枝種胚敗育的分子調控機制的研究還處于剛剛起步階段，有待進一步研究突破。我國荔枝種質資源豐富，種胚發育穩定的品種和種胚發育不穩定且易受環境影響的品種都很多。無核果實性狀的形成是一個非常復雜的過程，果實發育過程中若干因素的變化都有可能導致無核果實的生成，其內在機制至今還不是很清楚。因此，無患子科果樹無核果實性狀的分子機制研究有待更全面地開展，探索種胚敗育、其核發育變弱和其核發育停止的分子機制也將是無患子科果樹無核機制研究的重要內容。

大量研究表明，無患子科果樹結出無核果實可能是與生長素(IAA)、細胞分裂素(CTK)、赤霉素(GA3)等植物內源激素生物分子合成途徑和信號傳導途徑相關的基因發生了突變有密切相關性。開花前后子房內這些激素含量急劇上升，從而引發胚囊敗育，無法完成受精，無法形成正常的種子，最后結出無核果實。因此，探明激素信號途徑和激素間的互作與無患子科果樹單性結實之間的關系，是進一步深入研究無患子科果樹形成無核果機制的一個重要方向。