黃瓜表皮細胞的表型鑒定與遺傳規律分析

榮展　苗晗　張松

摘 要 黃瓜果實表皮細胞的排列呈現兩種不同的形狀：柵欄型與扁平型。對兩種表型的特點進行顯微結構觀察分析并用遺傳學的方法解釋兩種性狀出現的原因。本研究運用顯微鏡觀察4種不同生態型黃瓜的果實表皮細胞的結構并確認具有扁平型和柵欄型的瓜種并利用這兩種類型的黃瓜材料構建遺傳群體進行遺傳規律分析。結果表明除美國加工型黃瓜之外另外幾種黃瓜果實表皮細胞均為扁平型。遺傳學研究表明柵欄型表皮細胞性狀為顯性單基因控制。有研究表明果實表皮細胞的排列與植物的耐旱、抗病蟲害等生物和非生物脅迫具有一定關系，因此推測柵欄型表皮細胞可能與適應缺水或病蟲多發環境相關。

關鍵詞 黃瓜果實表皮細胞 遺傳分析 柵欄型 扁平型

中圖分類號 Q-331 文獻標志碼 B

黃瓜在中國的栽培歷史悠久，自從印度傳入中國后，就開始大面積種植。現在黃瓜作為中國的主要作物在蔬菜市場中占據重要的地位。但是在當今學界對黃瓜表皮細胞的研究卻不是那么的全面，大多數研究局限在表皮毛和表皮與抗病性的關系。現在已經可以初步確定，表皮的厚度與抗病性有直接關聯。經過觀察發現不同種類黃瓜的表皮細胞排列有不同的表現型，目前主要分為兩大類：柵欄型和扁平型，其中柵欄型表皮細胞垂直于瓜體排列緊密，與扁平型的表皮細胞有極大的區別。有關于黃瓜表皮細胞類型基因的研究以前基本沒有，大多數研究把重點放在表皮毛和刺瘤上，組織學觀察發現黃瓜表皮毛和果刺均為多細胞非腺體的柱狀結構。在其他的研究里也可以初步明確，黃瓜品種對黑星病菌具有結構抗病性，果實的抗病性與其表皮的厚度有關。本研究主要著重于對黃瓜果實的表皮細胞的結構排列進行觀察，并對該性狀進行遺傳分析。這種特殊的表皮細胞結構極有可能與抗病性或者耐寒性有關。本研究結果將有助于明確控制果皮細胞類型基因的遺傳規律及其與耐旱、抗病蟲害等生物和非生物脅迫的關系，為該基因的進一步研究利用打下基礎。

1 材料與方法

1.1 實驗材料

實驗材料為4種不同生態類型的黃瓜材料及其利用美國加工類型P1與歐洲型黃瓜P2配制的F2代遺傳群體。各種類型黃瓜的性狀如下：

美國加工型黃瓜（圖1A）：表皮較厚，果皮呈黃色或黃綠色，瘤稀，果刺稀少。

華南類型黃瓜（圖1B）：表皮較薄，瘤稀，刺稀，果皮綠色。

華北類型黃瓜（圖1C）：表皮厚度中等，瘤多，刺多，果皮深綠色。

野生黃瓜（圖1D）：表皮較厚，刺多瘤多，果實綠色。

1.2 實驗方法

1.2.1 顯微鏡觀察表皮細胞排列

于盛瓜期采摘的商品瓜，要求大小一致，采摘后置于保鮮袋中。然后制作切片進行顯微鏡觀察。具體制作步驟如下：

（1） 切片制作：

① 用水將刀片潤濕，用刀片從中部將瓜橫切成兩部分，右手拿刀片，左手拿黃瓜，刀片保持和黃瓜切面平行。

② 以均勻的力量和平穩的動作使刀刃自左前方向右后方斜滑拉切，注意不要直切，中途不停頓，拉切速度要快，不要推前拖后（拉鋸式）切割，左手食指向下稍微移動，使材料略有上升，從而調動每張切片的厚度。

③ 將切下的切片用毛筆刷蘸水從刀片上輕輕移入培養皿的清水中或直接將刀片浸沒于水中使切片漂洗下來。盡量使切下的黃瓜表皮不在水中翻折或者相互重疊，以免影響觀察時的效果。

（2） 臨時裝片制作。

在載玻片中央，滴加1、2滴清水，選取表皮邊緣透明的薄片將平鋪在載玻片上，用解剖針展開，將蓋玻片輕輕蓋上，蓋蓋玻片時，用鑷子夾起蓋玻片，使載玻片一邊先放下，接觸一邊水，然后再輕輕放平，以免水中產生氣泡，影響觀察。

（3） 觀察。

先用低倍鏡（25×10）觀察表皮細胞的排列形式及其結構，再在高倍鏡（25×40）下觀察。

1.2.2 遺傳規律分析

于盛瓜期采摘商品瓜，按照同上方法觀察兩親本、F1和240株F2群體的表皮細胞排列，每株至少調查2個標準商品瓜，對不確定的單株進行多次調查，以確保結果的準確性。統計柵欄型和扁平型表皮細胞和數據，并計算分離比，使用 Microsoft Excel 2003軟件進行數據統計分析及卡方測驗。

2 結果與分析

2.1 不同類型黃瓜顯微鏡觀察表皮細胞排列

根據顯微鏡下的觀察，發現所有四種常見黃瓜中只有美國加工型黃瓜的果實表皮細胞呈現出了柵欄型，而其他三種黃瓜均為扁平型。結果見圖2：

美國加工型黃瓜（圖2A）；

華南類型黃瓜（圖2B）；

華北類型黃瓜（圖3C）；

野生黃瓜（圖4D）。

2.2 遺傳分析結果

遺傳學分析表明，在將柵欄型果實表皮細胞的美國加工型黃瓜和扁平型果實（圖3）表皮細胞的黃瓜作為親本進行的雜交實驗中，F1的全部20株黃瓜上的果實都呈現柵欄型果實表皮細胞。而F2群體中柵欄型與扁平型呈現出157∶50，大約3∶1的分布態勢，表明此性狀遵從單基因顯性性狀的遺傳規律，所以可以得出結論，黃瓜果實表皮細胞的控制基因為顯性單基因（表1）。

3 討論

有關于黃瓜果實果皮細胞厚度的研究可以說是相當少，就連針對黃瓜果實的表皮細胞中含有柵欄型和扁平型這兩種不同表現性的討論都不太多，目前已報道的果實性狀相關20多個基因。其中果色基因2個yg（黃綠色果皮）、w（白色果皮）；果實無光澤基因D；果色一致基因u；刺色基因4個B（黑刺）、B-2、B-3、B-4；多刺基因ns；小刺基因ss；果瘤基因Tu；果肉顏色基因wf（白色果肉）、yf（黃色果肉）。所以目前為止還沒有對黃瓜果實表皮細胞性狀的基因定位的研究。

本次的實驗的主要目的就是確定出現柵欄型表皮細胞的黃瓜種類，進而進行遺傳學分析來確定控制這個性狀的基因的類型。經過切片處理和顯微鏡觀察，發現加工類型的黃瓜，也就是平時用來做酸黃瓜和腌制黃瓜食品的黃瓜品種具有柵欄型的果實表皮細胞。而且在用美國加工型黃瓜與扁平表皮細胞的黃瓜品種進行雜交試驗后發現F1出現全部為柵欄型表皮細胞的情況，在之后的F2中發現柵欄型與扁平型的比例為3∶1，這就證明了柵欄型果皮細胞類型基因相對于扁平型為顯性。

影響黃瓜脆度的因素包括果皮厚度、薄壁細胞遞增情況、纖維素含量和果實硬度等。它們的基本關系表現為：表皮的厚度要適中，過厚的表皮脆度不好；近表皮的薄壁細胞由大到小遞增快的，多表現為比較脆。可見表皮的厚度會影響到果實的口感，那么表皮細胞的類型就會直接影響到表皮的厚度。如果可以定位控制細胞類型的基因，那么就有可能控制表皮厚度。

不過現在對于為什么會有這種基因以及這種基因產生的原因還都不明確。經過推測，鑒于果實的抗病性與果皮有關，植物可以在表面形成角質、蠟質層或木栓組織并使組織高度木質化，以達到提高免疫力的效果。那么如果表皮對于植物的自我防護與免疫力有如此密切的關系，黃瓜的表皮細胞類型也可能與免疫機制有關。柵欄型的表皮細胞可能可以起到阻止病原體進入果實內部的功能，因為這種類型的表皮細胞排列更緊密。

而且更緊密的排列在某種程度上推測與水分的保留有關，還需要進一步的研究來驗證。

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