蟠桃與圓桃果實4種內(nèi)源激素含量差異分析

郭健+曹珂+朱更瑞+方偉超+陳昌文+王新衛(wèi)+關利平

摘要： 以龍1-2-3、龍1-2-4、龍1-2-6、北京晚蟠桃、96-2-51、96-2-43各3份蟠桃和圓桃為試驗材料，利用間接酶聯(lián)免疫法（ELISA）測定果實頂部和中部中果皮生長素（IAA）、細胞分裂素（ZR）、赤霉素（GA3、GA4）4種植物內(nèi)源激素的含量；以中蟠桃10號和中桃紅玉為試驗材料，研究果實發(fā)育過程中內(nèi)源激素的含量變化。結(jié)果表明，多數(shù)圓桃果實IAA、GA4含量顯著高于蟠桃，且3份圓桃種質(zhì)果實頂部的GA4含量明顯高于中部；同一時期，圓桃、蟠桃果實的ZR、GA3含量基本無差異；較其他激素而言，在整個發(fā)育期果實IAA含量相對較高。IAA、GA4對蟠桃、圓桃果實發(fā)育及果形形成具有非常重要的影響。

關鍵詞： 蟠桃；圓桃；果實；植物激素；果實發(fā)育；果形；中果皮；IAA；赤霉素

中圖分類號： S662.101 文獻標志碼： A 文章編號：1002-1302（2016）03-0196-04

植物激素與果實發(fā)育密切相關，生長素（IAA）與細胞分裂素（ZR）被認為是調(diào)控果實發(fā)育過程的主要植物激素[1]，Pattison等認為，番茄果實發(fā)育過程中生長素濃度存在明顯差異，果實中心部位IAA濃度高于中果皮[2]。赤霉素（GA3、GA4）亦具有促進番茄果實坐果及果實發(fā)育的功能，研究表明，在番茄花后8 d及成熟前15 d，赤霉素含量存在高峰，與細胞分裂及膨大有關[3]。玉米素類細胞分裂素在葡萄細胞分裂與果實發(fā)育中具有顯著作用[4]。大量研究表明，生長素、細胞分裂素、赤霉素在果實生長發(fā)育過程中起重要作用[5]。

桃果實生長曲線屬雙“S”形，在花后子房迅速膨大為第Ⅰ期；果實生長緩慢期、核木質(zhì)化開始，這是胚的生長高峰期，為第Ⅱ期；果實第2次迅速生長，細胞體積增長、果肉厚度明顯增加，直至果實成熟，為第Ⅲ期。研究認為，蟠桃的縱徑在第Ⅰ期、第Ⅲ期顯著小于圓桃，側(cè)徑?jīng)]有差異；在整個發(fā)育過程中，蟠桃的縱徑是圓桃的60%左右[6]。

桃果形具有扁平形（蟠桃）與圓形（普通桃）2種主要類型，該性狀由1對等位基因控制，其中扁平形（S）對圓形（s）為顯性[7]。果實發(fā)育與植物內(nèi)源激素也具有密不可分的關系，不同果形桃品種果實的生長發(fā)育與主要激素的作用關系尚未清楚。目前，桃果形的研究主要集中于果形基因的定位，而未見果形形成生理機制以及蟠桃、圓桃橫軸與縱軸方向細胞分裂、膨大等調(diào)控的相關報道。本試驗通過測定2種不同果形桃品種果實發(fā)育期不同部位生長素、細胞分裂素及赤霉素的含量，比較其差異，從生理水平初步探討導致果形出現(xiàn)差異的原因，研究植物內(nèi)源激素對果形形成的作用，以確定導致桃果形差異的主要內(nèi)源激素。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

試驗材料均來自中國農(nóng)業(yè)科學院鄭州果樹研究所國家桃種質(zhì)資源圃。采集龍1-2-3、龍1-2-4、龍1-2-6、北京晚蟠桃、96-2-51、96-2-43共6個桃品種硬核后、未成熟前果實頂部與中部的中果皮果肉，研究果實不同部位的內(nèi)源激素含量。以中蟠桃10號（蟠桃）、中桃紅玉（圓桃）2個桃品種為試驗材料，采集果實第1次快速生長期（S1）、硬核期（S2）、第2次快速生長期（S3）、生理成熟期（S4）共4個時期的中果皮果肉，不區(qū)分部位，研究不同果形桃品種果實發(fā)育過程中的激素含量變化；中桃紅玉4個采樣時間分別是4月22日（花后30 d）、5月12日（花后50 d）、5月28日（花后65 d）、6月14日（花后85 d）；中蟠桃10號4個采樣時間分別是4月22日（花后30 d）、5月28日（花后65 d）、6月14日（花后 85 d）、7月9日（花后110 d）。液氮速凍，于超低溫冰箱中保存、備用。

1.2 測定方法

采用間接酶聯(lián)免疫法[8]測定，測定的激素種類包括生長素（IAA）、細胞分裂素（ZR）、赤霉素（GA3、GA4），ELISA試劑盒由中國農(nóng)業(yè)大學提供。

1.3 數(shù)據(jù)分析

利用 Excel 2007和SPSS 13.0軟件進行統(tǒng)計分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 果實IAA含量差異分析

IAA具有促進細胞分裂、果實發(fā)育的作用。由圖1可見，圓桃、蟠桃各3個共6個桃品種中，圓桃、蟠桃果實均未表現(xiàn)出明顯的頂部IAA含量高于或低于中部的變化規(guī)律；3個圓桃果實的IAA含量幾乎全部顯著高于蟠桃，其果實整體的平均IAA含量高于蟠桃，為蟠桃的3倍。這說明IAA在促進圓桃果實沿縱軸方向生長發(fā)育的作用方面強于蟠桃，IAA可能促進了圓桃果實頂部細胞的分裂與膨大，而使圓桃形成圓形的果實。

由圖2可見，隨果實生育期發(fā)展，IAA含量變化整體呈下降趨勢；與中蟠桃10號相比，中桃紅玉果實在S1—S2發(fā)育前期維持相對較高濃度的IAA，在S2—S3時期果實IAA含量高于中蟠桃10號，這表明果實發(fā)育過程中，有一段時間（S2—S3時期）圓桃果實的IAA含量高于蟠桃。

2.2 果實ZR含量差異分析

ZR是細胞分裂素中的1種，也具有促進細胞分裂的作用。由圖3可見，不同品種果實頂部與中部的ZR含量各不相同，無論是圓桃還是蟠桃，同一個品種果實頂部與中部ZR含量差異不顯著；圓桃果實平均ZR含量為蟠桃的2倍，相比于IAA的3倍，差異相對較小。由圖4可見，果實生長發(fā)育過程中，中蟠桃10號、中桃紅玉果實的ZR含量均逐漸降低，在果實相同發(fā)育時期，兩者果實的ZR含量無顯著性差異。這說明ZR在促進圓桃與蟠桃果實發(fā)育過程中的作用基本相同，并不是造成果形差異的主要因素。

2.3 果實GA4含量差異分析

GA4具有促進細胞分裂、伸長及膨大的作用。由圖5可見，6個桃品種中，圓桃果實頂部的GA4含量顯著高于果實中部，龍1-2-3、龍1-2-4、龍1-2-6果實頂部的GA4含量分別是果實中部的2.3、1.5、1.6倍；蟠桃果實頂部與中部的GA4含量沒有與圓桃類似的變化規(guī)律，且果實頂部與中部GA4含量差異不顯著。3個圓桃的GA4平均含量比蟠桃高78%。

由圖6可見，隨果實生育期發(fā)展，中蟠桃10號、中桃紅玉果實的GA4含量變化呈相反趨勢，并非整個發(fā)育期圓桃的GA4含量都高于蟠桃；在S2—S3時期，中桃紅玉果實的GA4含量高于中蟠桃10號，這段時期恰好也是圓桃果實IAA含量高于蟠桃的時期；果實同一發(fā)育時期，中蟠桃10號在發(fā)育前期（S1）的GA4含量顯著高于中桃紅玉，是其1.8倍；中蟠桃10號硬核期果實的GA4含量顯著下降，下降幅度為50%，后趨于穩(wěn)定；在發(fā)育前期至硬核期，中桃紅玉果實的GA4含量維持較高水平，后下降并趨于穩(wěn)定。

2.4 果實GA3含量差異分析

由圖7可見，6個桃品種中，無論圓桃還是蟠桃，果實頂部GA3含量整體上未明顯表現(xiàn)出高于或低于果實中部的變化規(guī)律，圓桃與蟠桃果實的GA3整體平均含量相差不大，圓桃果實GA3平均含量僅比蟠桃高18%，相對于IAA、GA4、ZR，其含量變化在圓桃、蟠桃中差異最不明顯。由圖8可見，隨果實生育期發(fā)展，GA3含量變化整體呈下降趨勢；在相同發(fā)育時期，圓桃、蟠桃果實的GA3含量差異不顯著。因此，GA3在果形形成過程中的地位與ZR相同，僅作為果實發(fā)育過程中需要的一種內(nèi)源激素，并不是影響果形產(chǎn)生差異的主要原因。

3 結(jié)論與討論

植物激素對果實的生長發(fā)育及成熟具有重要作用，授粉受精是果實發(fā)育的第一步，也是最重要的一步，受精后的子房產(chǎn)生大量的植物激素，進一步促進子房壁及植物其他器官的生長發(fā)育[9]。有研究表明，種子中生長素和細胞分裂素的增加，促進了果實細胞分裂及細胞膨大[10]。桃果實的生長發(fā)育及桃圓、扁不同果形的形成也應該受到各種植物激素的廣泛作用，前人研究多集中在測定桃果實軟化與激素的關系、蟠桃裂果與激素的關系及縫合線變軟與激素的關系等[11-13]。有研究指出，果實內(nèi)源激素含量的不均勻會導致蘋果果實的偏斜，即產(chǎn)生非正常果形的果實[14]，通過外施IAA、BA、GA3等激素，可以降低蘋果果實的偏斜[15]。前人對蘋果正常果與畸形果內(nèi)源激素的含量進行分析認為，內(nèi)源激素的差異是導致畸形果出現(xiàn)的一個重要因素，畸形果中的內(nèi)源激素含量普遍低于正常果[16]。同樣，梨果實偏斜也是由于內(nèi)源激素含量不均勻引起的[17]。另外，有研究表明，外施赤霉素可以促進番茄形成單性結(jié)實的果實，且與正常授粉受精后發(fā)育的果實基本相同[18]。閆國華等認為，赤霉素可能參與促進蘋果細胞伸長，進而影響果實發(fā)育的生物學過程[19]。

相比圓桃，蟠桃果形扁平的性狀是否也是由于內(nèi)源激素分布不均勻而導致的？本試驗從果實頂部與中部等不同部位著手，分別測定3種圓桃、3種蟠桃果實頂部與中部主要的內(nèi)源激素含量，分析導致蟠桃、圓桃果形形成差異的生理因素。結(jié)果表明，6份桃種質(zhì)中，無論果實頂部或中部，圓桃果實的IAA、GA4含量要明顯高于蟠桃，而相對于圓桃，蟠桃是一種果形變扁的“畸形果”，這與激素含量差異引起畸形果實產(chǎn)生的結(jié)論[14，16]較為一致。圓桃果實頂部與中部GA4含量的顯著差異及圓桃、蟠桃整體平均GA4水平的差異，反映圓桃果實頂部較高濃度的GA4促進了果實頂部的細胞伸長、細胞分裂等，使果實具有向上生長、膨大的能力，并最終表現(xiàn)出圓桃的果形特點。對于蟠桃而言，由于GA4分布不規(guī)律，且GA4含量整體低于圓桃，則表現(xiàn)出區(qū)別于圓桃的果形特點。

在桃整個生長發(fā)育過程中，測定2個不同果形桃品種果實的4種主要植物內(nèi)源激素含量發(fā)現(xiàn)，IAA含量在果實發(fā)育初期較高，并隨果實發(fā)育逐漸降低，這與Boettcher 等研究結(jié)論[20-21]較為一致；在發(fā)育S2—S3時期，中桃紅玉果實的IAA含量高于中蟠桃10號，這說明圓桃在形成圓形果實過程中，一段時間內(nèi)較高濃度的IAA促進了圓形果實的正常發(fā)育；中蟠桃10號與中桃紅玉果實的GA4含量變化差異相對較大，兩者GA4含量變化呈相反趨勢，這說明在形成不同果形果實的過程中，GA4確實起到極其重要的作用，與Serrani等研究結(jié)論[22]趨于一致；同一時期，圓桃、蟠桃果實的ZR、GA3含量差異不明顯，這2種激素在圓桃、蟠桃果實發(fā)育及果形形成過程中表現(xiàn)較為一致，不是影響果形出現(xiàn)差異的因素。有研究表明，種子是果實中植物激素的主要來源，種子中豐富的植物激素刺激著種子周圍組織的快速正常生長[23-24]，蘋果果實內(nèi)含有種子的多少甚至決定著蘋果的果形[25]。而蟠桃果核、果實呈扁平狀，發(fā)育過程中容易出現(xiàn)裂核、裂果等極端類型[6]，這些潛在的特點可能對激素的產(chǎn)生及運輸產(chǎn)生影響，從而導致對果形的形成產(chǎn)生影響。

因此，本研究初步認為，IAA、GA4共同參與調(diào)控桃果實發(fā)育過程中果形的形成，其中IAA通過在一定時期內(nèi)不同類型果中的濃度差異，決定果形的形成；而GA4一方面通過不同濃度決定果形，另一方面通過圓桃中果實頂部與中部的濃度差異決定圓桃果形的形成。但是，這2種激素如何具體調(diào)控果實生長發(fā)育，進而形成不同圓、扁形狀的桃果實還有待于進一步研究。

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