西葫蘆單性結實考查與生理機制初步研究

冷鵬

（臨沂市農科院，山東臨沂，276012）

西葫蘆單性結實考查與生理機制初步研究

冷鵬

（臨沂市農科院，山東臨沂，276012）

以單性結實品系與普通品種或品系為研究對象，在系統考查其生物學性狀與經濟性狀的基礎上，主要進行了單性結實的鑒定與單性結實生理機制的初步研究。研究結果表明，單性結實品系與非單性結實品種相比，在夾花處理時，子房仍能以較快的速度伸長，并達到商品瓜大小（長13.0 cm，橫徑4.5 cm，質量0.5 kg）。C1（P×父本7）與C2（P×父本5）都沒有單性結實的能力。各品種間開花當天的子房內源激素IAA和ABA含量差異顯著。在IAA含量方面，以單性結實品系最高，其次為阿太和C2，早青最低。基本與各自的單性結實能力相一致。說明IAA在保持單性結實能力方面起著極其重要的作用。在ABA含量方面，以單性結實的最低，而以早青的最高。在開花前后各個時期，開始時單性結實品系與非單性結實品系子房的IAA含量均不斷增加，而非單性結實的品種的子房內IAA含量在花后2 d下降，而單性結實的則一直上升。ABA的變化則較復雜。但在后期，仍是非單性結實的品種較高。

西葫蘆 單性結實 內源激素

單性結實品種不受不良天氣影響，不經人工授粉或激素處理也可坐果，具有坐果穩定、早期產量高、果實無籽、品質優良等特性，已引起越來越多科學工作者的關注。目前對西葫蘆的單性結實品系與普通品種性狀的比較研究在國內還沒有報道。本試驗在較深入地研究了單性結實品系與非單性結實品系的生物學與經濟學性狀的基礎上，系統考查其生物學性狀與經濟性狀，主要進行了單性結實的鑒定與單性結實生理機制的初步研究，以期為西葫蘆的單性結實育種與生理機制研究提供參考。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

西葫蘆單性結實自交系（P）、父本系1號、5號、6號、7號、C1（P×父本7）、C2（P×父本5）由山東省萊州市農科院蔬菜研究所（山東省萊州市西由種子公司）提供。早青、阿太由山西省農業科學院蔬菜研究所育成并提供，為雜種一代，北方西葫蘆產區主栽品種，已應用推廣多年。

1.2 試驗方法

試驗地設在華南農業大學園藝學院蔬菜站。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。隨機區組設計，每處理3次重復，每個重復3畦，面積約18 m2。施足底肥，及時澆灌追肥，雨期注意排水。其他管理與當地相同。隨機取樣調查，小樣本=10。

①單性結實性考查 用線碼分別對單性結實品系普通品種進行夾花處理，觀察其子房發育（伸長）情況。

②激素測定方法 在西葫蘆生長中后期（2001年4月下旬至5月上旬），選擇生長發育正常的的單性結實品系和早青一代各10株，掛牌標記，并于開花前3 d（-3 d），2 d（-2 d），1d（-1 d），開花當天（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月采用酶聯免疫法測定。測定方法根據南京農業大學農學系植物激素實驗室ABA ELISA和IAA ELISA試劑盒說明書。

③IAA、ABA提取純化程序 取待測材料0.5 g，分3次加入預冷的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，殘渣加0.5 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%的甲醇過柱，再用5 mL乙醚過柱洗去親酯色素。再進行步驟b～d。取樣品200μL，冰浴預冷，再加過量的重氮甲烷到樣品呈黃色，反應10 min后，以半滴0.2 mol/L乙酸甲醇液破壞過量的重氮甲烷，用氮氣吹干，加300 μL DBI溶解后進行免疫測定。

④IAA ELISA程序 包被 （每孔加ICS 100 μL，37℃過夜）→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樣品或標準品，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（各孔加50 μL的3 mol/L H2SO4）→讀數計算（用Excel中的直線回歸預測函數功能）。

⑤ABA ELISA程序：包被（每孔加ACS 100 μL，4℃過夜）→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樣品或標準品，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基質液，37℃，20 min）→終止反應（各孔加50 μL的3 mol/L H2SO4）→讀數計算（用Excel中的直線回歸預測函數功能）。

2 結果與分析

2.1 單性結實性鑒定和遺傳趨勢分析

單性結實性就是子房在未授粉情況下的坐果能力。在單性結實的性狀鑒別和篩選上，瓜類可在去雄或套袋之后，觀察子房生長發育情況。在育種實踐中也可用夾花來模擬生產中的不利于授粉受精的逆境，以子房的伸長速度與長度來鑒定其單性結實性。

單性結實品系于4月27日開花；早青于4月28日開花。5月1日左右早青、7號和C1的子房脫落；5月3日C2的子房脫落；單性結實品系子房沒有脫落。

圖1 夾花處理時單性結實品系與非單性結實品種子房發育情況

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

2.2 單性結實品系與非單性結實品種子房激素水平比較

一般認為，瓜類的單性結實性與其子房內的激素含量有密切關系。本試驗中，重點測定了IAA與ABA的水平，開花當天子房內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號最高，P最低。子房發育各時期內源激素水平的變化如圖4與圖5所示。

圖2 各個品種開花當天子房內源IAA水平差異

圖3 各個品種開花當天子房內源ABA水平差異

由圖4與圖5可以看出，單性結實品系與非單性結實品種子房的IAA含量均不斷增加，而非單性結實的品種子房內的IAA含量在花后2 d下降，而單性結實的則一直上升。ABA的變化則較復雜。但在后期，仍是非單性結實品種的較高。

圖5 單性結實品系和非單性結實品種各時期子房內ABA含量的比較

3 小結與討論

3.1 單性結實性的指標

在黃瓜上鑒別單性結實方法有二：一是去雄，二是夾花套袋。一般如果10節內不經授粉果實可正常發育膨大而非尖嘴形，證明該品種具有單性結實性能。Takeno等認為，在開花前1 d給雌花套袋以防授粉，每天測量子房，直至果實收獲，子房長至6 cm認為其可單性結實。在西葫蘆上，曾有人提出鑒別篩選單性結實品系的指標：單性結實率、每株單性結實數、每株單性結實產量[12]，并且認為綠皮品種比黃、白皮的單性結實性能好[13]。由于西葫蘆子房較大，故可套袋后果實可達12 cm為數量指標。國內對瓜類果實的發育研究較早[1]，和其他瓜類類似，西葫蘆子房膨大時，伸長生長先進行，再進行加粗生長，增大橫徑，達到商品成熟；同時本研究也表明，西葫蘆果實長度與單瓜質量呈極顯著正相關，故這一指標就應該是合理的。

3.2 控制瓜類單性結實主導激素及激素對單性結實的影響

一般認為果實發育必須有生長促進物質（如生長素、赤霉素）刺激，以吸引和調節營養物質，使果實膨大。某些蔬菜天然單性結實可能與子房中生長促進物質含量高有關。目前大多數研究者都贊同“生長激素論”，但對主導激素卻存在分歧。一是認為CTK起主導作用。有人在黃瓜上用CTK類物質可促進子房膨大，同時檢測到內源CTK濃度的增加與果實質量增加同步，說明CTK控制果實質量。二是認為生長素起主導作用。黃瓜在15℃時單性結實率最高，15℃時子房IAA含量為25℃時的2倍，16節以上雌花子房的IAA含量比7節以下高5倍，但GA類物質無明顯區別，同時16節以上的單性結實率最高，說明單性結實成因激素主要是IAA[5]。另有試驗表明，黃瓜由pat-2基因控制的IAA含量對單性結實有重要作用，用生長素運輸抑制劑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內的IAA含量，顯著提高單性結實品種的無籽果實產量。切下的番茄雌花在不含生長素的含葡萄糖的培養基上單性結實，在含IBA，NAA的培養基上果實體積則增大1倍。三是認為是GA的作用或GA與生長素的共同作用誘導單性結實。Mapelli認為番茄單性結實基因pat決定了花期高濃度的GA，從而單性結實，認為GA的作用不可或缺，但只是在果實和種子發育后期起作用，而生長素則是在前期起作用。對其他蔬菜的內源激素變化與單性結實的研究目前還不多。大體上講，黃瓜單性結實主要是IAA作用，番茄由GA和IAA共同誘導單性結實。但不管怎樣，各類蔬菜的單性結實是內源生長素（主要是IAA），GA，CTK等生長促進物質與ABA等生長抑制物質相互促進或抑制綜合調節的結果。許多研究認為，不同激素平衡狀態對刺激子房膨大和促進果實發育的作用比單一激素的作用更大[1，3，5～6]。

本試驗中的結果也表明，IAA與單性結實性呈正相關，與前人結果相同[1，9]。至于ABA與單性結實的關系，雖然由于試驗條件所限，采收子房與放入冰箱中有一定時間間隔，可能會導致ABA含量上升，但試驗結果仍有一定的意義，即表明ABA對單性結實是有負效應的。當然，IAA與ABA二者之間的關系也很密切，IAA可能會促進ABA的產生，同時有的研究表明單性結實的品種應該具有較高的ABA含量[1，8]，與本研究的結論不一樣。可能與試材有關，即黃瓜與西葫蘆的單性結實的機理不同，即ABA對西葫蘆單性結實的作用沒有對黃瓜的作用大。由于試驗條件所限，加之存在取樣誤差，還需進一步研究。

另外，由上面的討論可知，CTK類和GA類等促進性生長物質也對單性結實起到很重要的作用，應進行西葫蘆子房內CTK和GA水平的檢測，以得出更合理、更全面的結論。

3.3 單性結實果實內其他物質與果實發育的關系

除內源激素外，其他物質對果實的作用也不可忽視。碳氮含量等與黃瓜的單性果實發育關系密切[6]。隨著果實的發育，果實內碳氮含量迅速增加，花后單果內總糖與蛋白質含量與單果質量呈正相關關系。這說明碳氮含量與蛋白質含量與果實發育呈正相關關系。曹碚生等[10]還研究過過氧化物酶與單性結實果實發育的關系。

因此，在西葫蘆的單性結實生理基礎的研究上，也不可拘泥于激素研究，對一切可能影響果實發育進而影響單性果實發育的內源物質都要加以研究，尤其是蛋白質含量、碳氮含量，過氧化物酶、過氧化氫酶、多酚氧化酶等酶的活性等。

[1]呂忠恕，王保民，張承烈，等.開花前后子房生長調節物質的變化及其結果及單性結實的關系[J].植物生理學報，1979，5（3）：253-259.

[2]關佩聰.瓜類生物學和栽培技術[M].北京：中國農業出版社，1994：191-203.

[3]邱燕萍，向旭，王碧青，等.荔枝三種果實類型內源激素的平衡與坐果機理[J].果樹科學，1998，15（1）：39-43.

[4]汪俏梅.CPPU對苦瓜果實生長和單性結實的效應[J].長江蔬菜，2000（8）：33-34.

[5]陳學好，曹碚生.黃瓜單性結實研究概況[J].中國蔬菜，1994（3）：56-59.

[6]陳學好，陳志明，曹碚生，等.黃瓜單性果實發育與碳氮變化的關系[J].中國蔬菜，2000（3）：11-13.

[7]陳學好，陶俊，曹碚生.園藝作物的單性結實類型[J].生物學通報，2001，35（9）：6-7.

[8]陳學好，曾廣文，曹碚生.園藝植物的單性結實與應用[J].植物生理學通訊，2001，37（6）：570-575.

[9]曹碚生，繆玟珉，陳學好，等.黃瓜單性結實結果形態及生理機制的研究[J].江蘇農業學報，1998，19（1）：77-82.

[10]曹碚生，繆玟珉，陳學好，等.黃瓜子房（幼果）中內源激素含量和過氧化酶活性變化及其與單性結實產量組成的遺傳相關和通徑分析[J].江蘇農業科學，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，農藝師，主要研究方向為西葫蘆育種和栽培生理，電話：13365391999

2009-04-18