紅涼傘不同著生部位成熟果實內含物質與種子胎萌的關系

摘要：為探明紅涼傘成熟果實內含物質與種子胎萌的關系，本試驗以同一枝條上的外側胎萌果實與內側非胎萌果實為材料，研究其形態以及外果皮、中果皮、內果皮、胚乳和胎萌種子胚根的可溶性蛋白、可溶性糖、淀粉含量和抗氧化酶、淀粉酶活性變化，并對這些指標進行相關性分析。結果表明，紅涼傘種子胎萌與掛果時長相關，胎萌與非胎萌果實橫縱徑差異不大，但種子的百粒重、果實不同部位的內含物質均存在顯著差異，且非胎萌果實高于胎萌果實，其中內果皮的含量相對較高；胎萌發生后，果實不同部位的可溶性蛋白、可溶性糖和淀粉含量以及a-淀粉酶、B-淀粉酶活性均顯著降低，而在胚根中迅速積累，為胚胎的生長發育提供能量，但超氧化物歧化酶（SOD）和過氧化物酶（POD）活性在胚根中最低。相關性分析表明，對于胎萌果實，SOD活性與可溶性蛋白含量呈顯著負相關，POD活性與可溶性糖、淀粉含量呈顯著或極顯著負相關，淀粉含量與a-淀粉酶、B-淀粉酶活性呈負相關，說明果實不同部位的可溶性蛋白、碳水化合物和這幾種酶可能協同參與了胚發育的代謝過程。

關鍵詞：紅涼傘；種子胎萌；果實內含物質；成熟期；果實形態；生理特性

中圖分類號：S686 文獻標識號：A 文章編號：1001-4942（2024）12-0040-07

紅涼傘（Ardisia crenata var.bicolor）為報春花科（Primulaceae）紫金牛屬（Ardisia）植物，葉背、花梗及花瓣均帶紫紅色，是典型的雙色葉樹種，果實鮮紅艷麗且數量較多，掛果期可達1年或更長時間，具有很高的觀賞價值。在《中國植物志》（第五十八卷）中，把紅涼傘作為朱砂根的變種來處理，兩者性狀存在著不同程度的重疊和過渡，導致兩者缺乏明顯的區分界限；本研究前期通過對花器官的解剖結構觀察發現，兩者在花芽分化上存在一定的差異性；劉雄偉等也對朱砂根及變種紅涼傘的葉綠體全基因組結構進行了解析，探討了物種間的系統發育關系，其結果可為報春花科植物的分類鑒定、系統進化及資源開發利用研究奠定基礎。目前對紅涼傘的研究主要集中在化學成分提取和藥理活性分析等方面，結果表明：紅涼傘根中含有三萜皂苷類、香豆索類、糖苷類及甾體類等多種生物活性化合物；魏江存等采用TLC法對紅涼傘根莖中的主要成分進行鑒別，顯示主要為巖白菜素。葉洪波等證實，巖白菜素類成分具有較好的抗炎活性。此外，紅涼傘提取物可抑制乳腺癌細胞增殖、遷移和侵襲，促進癌細胞凋亡，對病毒轉移具有重要的抑制作用，是著名的民族解毒草藥。

以上看出，截至目前對紅涼傘繁殖特性的研究較少。紅涼傘果實成熟后不脫落，掛果期長，種子具有一種特殊的繁殖方式——胎生。收獲時紅涼傘種子具有較高的初始含水量，平均為52％左右，不能耐受成熟脫水，也沒有休眠特性，會在母體上直接萌發，脫落后可快速成苗。通過前期形態觀測發現，紅涼傘同一側枝上的成熟種子有些胎萌，有些非胎萌，據統計，同一個花序的胎萌率最高可達80％以上。但成熟果實不同部位的內含物質是否存在差異，是否與種子胎萌有關，目前這方面研究尚未見報道。為此，本試驗以紅涼傘胎萌和非胎萌果實為材料，通過測定兩者果實不同部位碳水化合物、可溶性蛋白含量及抗氧化酶活性的差異，研究其與胎萌的關系，以期為進一步研究紅涼傘種子的胎萌機理提供理論指導。

1材料與方法

1.1試驗材料

紅涼傘植株由實生苗繁育而來，均為4-5年生成株，植于西南林業大學苗圃基地（25°03′N，102°46′E）。該地屬于亞熱帶高原季風氣候，年平均溫度15℃，年平均降水量約900 mm。2021年5月中旬，從植株底部相同側枝上分別采集新鮮成熟且飽滿無病蟲害的胎萌（側枝外側）與非胎萌（側枝內側）果實，每株各采集20粒，采集10株，共400粒。將胎萌與非胎萌果實分別混合，立即帶回實驗室備用。

1.2試驗方法

用天平分別稱量胎萌和非胎萌果實鮮重，計算百粒重。然后，用自來水將果實沖洗干凈后迅速擦干水分，分別剝離胎萌與非胎萌紅涼傘果實的外果皮、中果皮、內果皮、胚乳及胎萌種子胚根，再分別稱種子重量（去除果皮），并將不同部位樣品用液氮速凍后放入-80℃冰箱中冷凍保存備用。

1.3測定指標及方法

紅涼傘果實可溶性蛋白含量測定采用考馬斯亮藍法，可溶性糖、淀粉含量測定采用蒽酮比色法，超氧化物歧化酶（SOD）活性測定采用氮藍四唑法，過氧化物酶（POD）活性測定采用愈創木酚法，a-淀粉酶和B-淀粉酶活性測定采用3，5-二硝基水楊酸法。以上指標測定均采用但方的方法，重復3次，取平均值。

1.4數據統計與分析

采用Microsoft Excel 2021對數據進行統計與作圖，利用SPSS 21.0軟件進行單因素方差分析和Duncan's多重比較（d=0.05）并進行相關性分析，圖表中數據均用mean±SE表示。

2結果與分析

2.1紅涼傘果實發育過程中的形態變化

對紅涼傘果實發育過程中的形態觀察可見：4月下旬花芽開始由外向內分化，6月中下旬盛花期結束后花朵開始脫落（圖1A），此時子房開始膨大，果實呈綠色，9月初由綠色變成黃綠色（圖1B），10月中下旬到11月初果實成熟，呈鮮紅色（圖1C）；次年4月上旬果實表皮逐漸凸起，胚根伸長呈彎曲狀并附著于果皮表面（圖1D），5月中旬胎萌率逐漸增加，每個側枝最高可達90％以上，同時非胎萌果實共同著生于同一側枝上，剝離果皮后可見不同程度伸長的胚根（圖1E），而種子由內種皮包裹。可以看出，紅涼傘果實生長過程呈“慢－快－慢”的變化趨勢，達到轉色成熟后的果實大多數掛果半年以上才會發生胎萌。對胎萌和非胎萌果實進行縱切比較，結果（圖1F）顯示，兩種果實的外果皮、海綿狀中果皮、木質化內果皮、胚乳在形態和橫徑大小上無明顯差異，但胎萌果實可見凸起的綠色胚軸，而非胎萌果實胚無明顯變化。

從百粒重來看，紅涼傘非胎萌果實和種子分別為24.3 g和14.2 g，均高于胎萌果實和種子（圖2），但兩者在果實百粒重上差異不顯著，去除果皮后的胎萌種子百粒重顯著低于非胎萌種子（Plt;0.05）。這說明胎萌的發生受果皮的影響較小，主要與果實著生部位和種子內含物質的積累有關。

2.2紅涼傘胎萌與非胎萌果實不同部位的可溶性蛋白含量差異

紅涼傘果實不同部位的可溶性蛋白含量差異較大（圖3），其中以非胎萌果實外果皮的可溶性蛋白含量最高，為6.21 mg·g-1，其次為內果皮和胚乳，中果皮的含量最低，且其各部位的可溶性蛋白含量均顯著高于胎萌果實。種子胎萌發生后，內果皮和胚根中積累較多的可溶性蛋白，而其余部位的可溶性蛋白含量均迅速降低，以為胚胎的生長發育提供能量。

2.3紅涼傘胎萌與非胎萌果實不同部位的可溶性糖和淀粉含量差異

由圖4A可以看出，紅涼傘非胎萌果實中果皮的可溶性糖含量最高，其次為外果皮和內果皮且兩者差異不顯著，胚乳的含量最低；胎萌發生后，果實外果皮、中果皮、內果皮的可溶性糖含量較非胎萌果實相同部位均顯著下降，而胚根、胚乳的含量則顯著上升，胚根的含量為其他部位的2.35-4.20倍。從非胎萌果實不同部位的淀粉含量（圖4B）來看，內果皮的淀粉含量最高，其次為胚乳；胎萌發生后，內果皮和胚乳的淀粉含量迅速下降，而胚根的淀粉含量達到最高，說明胚根中的淀粉積累可能與內果皮、胚乳中的淀粉含量降低有關，其余部位的淀粉含量均處于較低水平，且差異不顯著。

2.4紅涼傘胎萌與非胎萌果實不同部位的抗氧化酶活性差異

由圖5A可以看出，無論是胎萌還是非胎萌，紅涼傘果實外果皮的SOD活性均最高，而中果皮、內果皮、胚根的SOD活性均很低，且兩者間無顯著差異；胎萌發生后胚乳的SOD活性迅速降低。由圖5B可以看出，POD活性以非胎萌果實內果皮最高，表現為內果皮gt;外果皮gt;胚乳gt;中果皮；胎萌發生后，外果皮和內果皮的POD活性迅速降低，而中果皮和胚乳的POD活性均升高，但胚乳的POD活性升幅不大，外果皮、胚根的POD活性均顯著低于其他部位。

2.5紅涼傘胎萌與非胎萌果實不同部位的淀粉酶活性差異

從表1中可以看出，相同側枝上胎萌與非胎萌成熟果實不同部位的淀粉酶活性均存在較大的差異，其中，內果皮的a-淀粉酶、B-淀粉酶活性最高，均顯著高于同一果實其他部位。果實不同部位的B-淀粉酶活性均大幅高于a-淀粉酶活性，且非胎萌果實a-淀粉酶+B-淀粉酶活性均高于胎萌果實，說明胎萌發生后，種子淀粉酶活性迅速降低，這可為胚胎發育提供能量，而胚根的淀粉酶活性處于較高水平，其中內果皮可能起主要作用。

2.6紅涼傘胎萌與非胎萌果實生理指標的相關性分析

對紅涼傘胎萌和非胎萌果實碳水化合物含量、可溶性蛋白含量、酶活性各指標之間的相關性進行分析，結果如表2所示。其中，非胎萌果實的可溶性糖含量與可溶性蛋白含量、淀粉含量、SOD活性呈顯著負相關，而可溶性蛋白含量與SOD、POD、B-淀粉酶活性呈顯著或極顯著正相關，淀粉含量與POD、a-淀粉酶活性呈顯著或極顯著正相關，a-淀粉酶、B-淀粉酶活性與SOD活性呈顯著或不顯著負相關，而與POD活性均呈極顯著正相關。對于胎萌果實，可溶性糖含量與淀粉含量、可溶性蛋白含量與a-淀粉酶和B-淀粉酶活性均呈極顯著正相關，SOD活性與可溶性蛋白含量、POD活性與可溶性糖和淀粉含量呈顯著或極顯著負相關，淀粉含量與a-淀粉酶、B-淀粉酶活性呈負相關，但未達顯著水平。這說明胎萌的發生與果實不同部位生理特性的協同作用有關。

3討論與結論

胎生植物包括種子胎生和營養體胎生，主要受自身的遺傳特性和外界不良環境條件的影響。種子胎生對農作物來說是一種不利的性狀，主要受高溫、高濕、收獲前過多的降水量、病蟲害、營養條件和射線等外部環境的誘導，進而導致水稻、番茄、油菜等種子的產量和品質降低，造成較大的經濟損失。但對于一些特殊植物而言，胎生具有兼性繁殖特性，且優勢明顯，胎生物種種子的發芽活力、抗逆性等均高于非胎生種子，且優良性狀可遺傳給后代，更易適應復雜多變的自然環境。紅涼傘種子掛果期長達1年以上，過程中果實成熟至紅色時形態上均無差異性，不能判斷是否胎生，隨著掛果時間延長至5個月后果皮表面逐漸凸起，胎萌即發生，半年左右可達到胎萌的高發期，但相同側枝上的果實有些胎萌，有些非胎萌，且主要是從枝條的外側向內、下部逐漸往上，與花芽分化的順序一致，這可能與營養物質的優先分配和積累有關。胎萌和非胎萌果實百粒重、橫縱徑變化不大，但胎萌種子的百粒重迅速降低，說明胚軸的伸長主要與種子營養物質的消耗有關。因此，可以根據果皮顏色、果實轉色時間、形狀大小的變化等來判斷種子胎萌的發生及難易程度。

生長于熱帶、亞熱帶的某些頑拗性種子通常具有胎萌現象，繁殖器官都有很高的含水量，如紅樹的胚胎、種皮、果皮含水量均高于54％，從母株上脫落后即可發芽，或在成熟過程中發生胎萌。研究表明，種子發生胎萌的前提條件是達到生理成熟，未成熟的種子即使是高度胎生的材料或通過一定的后熟時間，其種子也不會發生胎萌。在長期的環境適應過程中，胎萌種子除了形態結構發生相應的變化以外，逐漸進化出一套與其生境緊密契合的生理生態適應機制。種子內的碳水化合物可為胎生器官的萌發提供所需能量，其代謝水平的變化與種子萌發密切相關。研究表明，米勒魔芋珠芽萌發以后，蛋白質含量逐漸下降，黃瓜種子胎萌后的可溶性糖含量也逐漸降低，而胎生后的桐花樹種子、百合珠芽等的淀粉含量呈不斷積累的趨勢，說明種子或營養體器官胎萌需要消耗大量的蛋白質和糖分，而淀粉代謝是影響珠芽形態發育的關鍵。本研究中，紅涼傘種子胎萌后，果實不同部位可溶性蛋白、可溶性糖和淀粉含量大多呈下降趨勢，而在胚根中迅速積累，說明對胚根的伸長生長具有重要的促進作用。

此外，抗氧化酶和淀粉酶活性的變化也是影響種子萌發的重要因素。研究表明，胎萌春大豆種子中的過氧化物酶活性比不易胎萌的種子高，而高枝假木賊種子的POD、SOD和CAT等酶活性在萌發不同階段的協同作用均與胎萌有關，為種子在逆境中胎萌并正常生長提供保護。種子中的淀粉合成和分解受多種酶類物質的影響與調控，水稻成熟后期易于在穗上發芽的種子其a-淀粉酶活性明顯高于不易在穗上發芽的種子，表明a-淀粉酶可能對后期胚的發育具有一定的調節作用。Neill等在研究玉米種子時發現，胎萌突變型種子的a-淀粉酶活性在胚胎發育后期顯著增加，而野生型玉米種子的a-淀粉酶活性較低或下降，說明a-淀粉酶是在種子發育過程中合成的。大豆種子幾乎不含a-淀粉酶，但B-淀粉酶含量很高，始熟期后，易胎萌品種B-淀粉酶活性呈下降趨勢，而不易胎萌品種則急劇上升，且易胎萌品種B-淀粉酶活性總是低于不易胎萌品種。這雖不能證明B-淀粉酶具有谷類中a-淀粉酶的功能，但至少說明其作為一種貯藏蛋白，參與萌發和發育過程中的合成和分解。本研究中，非胎萌果實外果皮、胚乳的SOD活性和外果皮、內果皮的POD活性均顯著高于胎萌果實，種子胎萌后胚根的酶活性最低：而內果皮的a-淀粉酶、B-淀粉酶活性均顯著高于同一果實其他部位，且非胎生果實高于胎生果實。

本研究相關性分析表明，胎萌果實中SOD活性與可溶性蛋白含量呈顯著負相關，POD活性與可溶性糖、淀粉含量呈顯著或極顯著負相關，淀粉含量與a-淀粉酶、B-淀粉酶活性呈負相關，說明胎萌發生后，包括淀粉酶在內的酶活性迅速降低，為胚胎提供能量。

綜上看出，紅涼傘果實胎萌與掛果時長、著生部位以及成熟度有關，果實不同部位的可溶性蛋白、碳水化合物協同參與胚發育的代謝過程，尤其是內果皮，它可能具有重要的調控作用。但造成這種生理上的差異性是受遺傳還是環境條件的影響尚不明確。隨著多基因組學的快速發展，研究發現種子萌發主要與植物激素信號傳導通路中的合成和受體基因有關，因此，需進一步從植物激素調控以及胎萌相關基因表達等方面深入研究，全面探討胎萌發育的遺傳機制。