西瓜四倍體與二倍體正反交果實發(fā)育過程中內源激素的變化

李 涵，王志偉，孫 波，鄒 甜，孫小武

（1.湖南農業(yè)大學園藝園林學院，湖南 長沙 410128；2.湖南省蔬菜研究所，湖南 長沙410125；3.湖南省作物研究所，湖南 長沙 410125）

西瓜四倍體與二倍體正反交果實發(fā)育過程中內源激素的變化

李 涵1,3，王志偉1,2，孫 波1，鄒 甜1，孫小武1

（1.湖南農業(yè)大學園藝園林學院，湖南 長沙 410128；2.湖南省蔬菜研究所，湖南 長沙410125；3.湖南省作物研究所，湖南 長沙 410125）

為了探究西瓜四倍體與二倍體反交種子敗育的原因，以蜜枚的二倍體和四倍體為材料，采用酶聯免疫法（ELISA）對授粉后1～13 d果實內赤霉素（GA）、玉米素核苷（ZR）、脫落酸（ABA）和生長素（IAA）4種內源激素進行測定。結果表明：蜜枚二倍體與四倍體西瓜正交果實發(fā)育過程中，ZR和ABA呈現升高-降低-升高-降低的趨勢，GA3和IAA呈現降低-升高-降低-升高的趨勢，蜜枚二倍體與四倍體西瓜反交授粉后3～4 d ABA含量較高，授粉后7 d GA和IAA含量較低，授粉后5 d GA3平均水平低于正交。這樣的差異可能就是反交種子敗育的原因。

西瓜；四倍體；二倍體；正交；反交；內源激素

西瓜（Citrullus lanatus）是重要的園藝作物，三倍體無籽西瓜具有抗逆性強、生長勢強等優(yōu)點，是優(yōu)質西瓜的重要指標。當前采用的三倍體育種方法存在采種量小、發(fā)芽率和成苗率低等不足。內源激素在調控果實生長發(fā)育過程中起著重要作用[1]，同基因型二倍體、三倍體和四倍體的西瓜果實發(fā)育期生長素（IAA）含量表現為多倍體高于二倍體，脫落酸（ABA）含量無明顯規(guī)律，各倍性西瓜果實中的赤霉素（GA）含量隨著果實的發(fā)育表現為逐漸降低的趨勢[2]。國內學者在四倍體西瓜低稔性和不同倍性西瓜的胚胎發(fā)育方面做了大量研究[3-4]，對同源四倍體西瓜自交后花粉萌發(fā)生長與內源激素的關系也進行了系統(tǒng)研究[5]，但對不同倍性西瓜正反交后代內源激素水平變化的研究較少。因此，筆者以二倍體和四倍體蜜枚為材料，研究了其正反交的果實發(fā)育過程中內源激素含量的變化，以期從激素水平揭示不同倍性西瓜反交不能形成正常種子的原因。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

以西瓜品種蜜枚的二倍體和四倍體為材料。樣品檢測所用ELISA試劑盒由中國農業(yè)大學化控室提供。

1.2 試驗方法

1.2.1 樣品采集 2016年春季將試驗材料播種于湖南農業(yè)大學園藝園林試驗基地，于開花期，分別進行4（♀）×2（♂）和2（♀）×4（♂）組合授粉，開花前一天下午將次日開放的花進行套袋隔離，第二天早晨6:30～8:00進行授粉，授粉后套袋掛牌。授粉后1～13 d早上8:00分別取正交反交的西瓜果實3個，投入液氮中冷凍，帶回實驗室進行內源激素的測定。

1.2.2 樣品測定 稱取1.0 g西瓜樣品，加入內含100mg聚乙烯吡咯烷酮（PVP）的80%甲醇提取液4 mL，弱光冰浴研磨成勻漿，轉入10 mL離心管，于4℃下提取4 h，1 000 r/min離心15 min，取上清液，過Sep-Pak C18柱純化2次，濾液定容至1.5 mL。參照劉丙花等[6]和李宗霆等[7]的酶聯免疫分析方法（ELISA）測定樣品中的IAA、ABA、GA、和玉米素（ZR），以鮮質量計，樣品測定設3次重復。

2 結果與分析

2.1 正交和反交果實發(fā)育過程中GA3的變化

如圖1所示，授粉后正交和反交果實中GA3含量的變化呈現先下降后上升的趨勢。其中，正交果實授粉后第1天GA3含量最高，隨后逐漸降低，授粉后第7天時降至最低水平，隨后又開始上升，到第10天又有所降低，隨后又開始上升；而反交果實授粉后第1天GA3含量就低于正交果實的，隨后的6 d中，GA3含量呈下降趨勢，到第7天，GA3含量開始緩慢增加，但同樣在第10天時GA3含量有所降低，達到最低水平，隨后又緩慢增加。整體來看，反交果實發(fā)育過程中GA3水平低于正交果實。

圖1 正交和反交果實發(fā)育過程中GA3含量的變化

2.2 正交和反交果實發(fā)育過程中ABA的變化

從圖2中可以看出，授粉后1～2 d，正交和反交果實中的ABA含量都有所上升，且水平相差不大；隨后，正交果實中的ABA含量迅速下降，授粉第4天降至最低；授粉4～10 d，ABA含量總體上呈緩慢上升趨勢，但在授粉第11天ABA含量又有所下降隨后緩慢回升；而反交果實中的ABA含量在第2天的峰值過后，總體上呈下降趨勢，在第7天和第12天時稍有所回升；其中，授粉后3～4 d，反交果實的ABA含量比正交果實的高，但其余時間一直低于正交果實。

2.3 正交和反交果實發(fā)育過程中ZR的變化

如圖3所示，正交果實發(fā)育過程中，ZR含量不斷地上升-下降，分別于授粉后2、6、8、11 d出現峰值，其中以第8天的ZR含量最高；反交果實中ZR含量的變化較正交果實平緩，在授粉后第2天和第8天出現峰值，授粉11 d后ZR含量趨于穩(wěn)定。

圖2 正交和反交果實發(fā)育過程中ABA含量的變化

圖3 正交和反交果實發(fā)育過程中ZR含量的變化

2.4 正交和反交果實發(fā)育過程中IAA的變化

如圖4所示，授粉后1～2 d，正交和反交果實中的IAA含量均較高；但隨后正交果實中的IAA含量顯著降低，授粉第5天時降至最低，授粉6～8 d時IAA含量呈波浪式變化，授粉9 d后IAA含量逐漸上升；反交果實授粉2 d后，IAA含量也開始下降，但是幅度不明顯，至第7天時降至最低，隨后果實中的IAA含量總體呈上升趨勢。比較來看，從授粉第5天開始，反交果實的IAA含量一直低于正交果實，維持在較低水平。

圖4 正交和反交果實發(fā)育過程中IAA含量的變化

3 討 論

根據不同倍性西瓜正反交果實發(fā)育過程中內源激素含量的比較，發(fā)現正交授粉后1～13 d，胚胎發(fā)育歷經1 d合子休眠、2 d合子休眠、3 d原胚、4 d小球胚胚乳游離核、5 d小球胚、6 d球胚、7 d大球胚胚乳細胞化、8 d球胚向梨胚過渡、9 d梨胚、10 d梨胚向心形胚過渡、11 d心形胚、12 d心形胚向魚雷胚過渡、13 d魚雷胚部分胚乳解體；而反交授粉后，胚胎依次歷經1 d未受精、2 d未受精、3 d原胚、4 d原胚、5 d小球胚胚乳游離核、6 d小球胚、7 d球胚、8 d球胚、9 d大球胚胚乳細胞化、10 d梨胚、11 d梨胚向心形胚過渡、12 d心形胚、13 d心形胚胚乳解離、14 d心形胚或魚雷胚退化[4]。球形胚期反交果實中生長促進物質（IAA、GA）相對虧損，生長抑制物質（ABA）相對富足，對反交果實中胚胎發(fā)育產生了不良影響。薛志強等[8]在研究染色體易位少籽西瓜配子發(fā)育初期激素含量變化時發(fā)現，西瓜授粉后的1～3 d完成雙受精作用，2～5 d合子開始第一次分裂，受精卵代謝活動增強，內源激素含量急劇增加，并在球形期達到峰值，而生長促進類激素含量不足是導致種子敗育的原因。該試驗中反交種子敗育可能與授粉后3～4 d ABA含量較高以及授粉后7 d GA和IAA含量較低有關。

豆峻嶺等[9]研究表明，西瓜果實中激素含量與其生長發(fā)育密切相關，胚胎發(fā)育前期IAA和GA含量較高，之后均快速下降，IAA在后期出現一個峰值，而GA一直維持在較低的水平；ABA在授粉后15和25 d出現峰值；ZR一直維持在較低水平。該試驗中，IAA 的變化與之一致。植物激素對果實生長發(fā)育的調控是一個很復雜的過程，該過程不僅取決于某一種激素的消長及其絕對濃度的變化，內源激素間的相互平衡及相互間的協同作用也非常重要[10]。有研究證明，GA有促進 IAA產生的作用[11]，該試驗中授粉7 d以后，GA與IAA的變化規(guī)律一致，說明在西瓜果實中GA有促進IAA產生的作用。

綜上所述，蜜枚二倍體與四倍體西瓜正交果實發(fā)育過程中，ZR和ABA呈現升高-降低-升高-降低的趨勢，GA3和IAA呈現降低-升高-降低-升高的趨勢，蜜枚二倍體與四倍體西瓜反交授粉后3～4 d ABA含量較高，授粉后7 d GA和IAA含量較低，授粉后5 d GA3平均水平低于正交。該研究初步闡明了二倍體與四倍體正反交果實內源激素的變化規(guī)律，為以后外源激素調節(jié)反交果實結籽奠定了基礎。

[1] 唐莉娟，萬益群. 植物激素的分析研究進展[J]. 食品科學，2009，30（21）：393-398.

[2] 豆峻嶺，路緒強，劉文革，等. 不同倍性西瓜內源激素與番茄紅素積累的相關性研究[J]. 園藝學報，2015，42（5）：969-978.

[3] 譚素英，黃貞光，劉文革，等. 同源四倍體西瓜的胚胎發(fā)育研究[J].中國西瓜甜瓜，1998， （1）：2-5.

[4] 謝興剛. 不同倍性西瓜胚胎發(fā)育及西瓜組培玻璃苗細胞學研究[D].太原：山西大學，2008.

[5] 譚素英，黃貞光，梁 毅，等. 同源四倍體西瓜自交花粉萌發(fā)生長與內源激素的關系[J]. 華北農學報，2000，15（4）：73-78.

[6] 劉丙花，姜遠茂，彭福田，等. 甜櫻桃果實發(fā)育過程中激素含量的變化[J]. 園藝學報，2007，34（6）：1535-1538.

[7] 李宗霆，周 燮. 植物激素及其免疫檢測技術[M]. 南京：江蘇科學技術出版社，1996. 280-298.

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[11] 樊衛(wèi)國，安華明，劉國琴，等. 刺梨果實與種子內源激素含量變化及其與果實發(fā)育的關系[J]. 中國農業(yè)科學，2004，37（5）：728-733.

（責任編輯：成 平）

The Changes of Endogenous Hormones in the Cross and Reciprocal Cross of Watermelon Tetraploid and Diploid

LI Han1,3，WANG Zhi-wei1,2，SUN Bo1，ZOU Tian1，SUN Xiao-wu1
（1. College of Horticulture, Hunan Agricultural University, Changsha 410128, PRC;2. Hunan Vegetable Research Institute, Changsha 410125, PRC;3. Hunan Crop Research Institute, Changsha 410125, PRC）

To explore the reasons of seed abortion of tetraploid and diploid crosses of watermelon,, genotypes w ith “M iMei ” of diploid and tetraploid as material, using enzyme-linked immunoassay (ELISA) for 1-13 d after pollination fruit in gibberellin (GA), zeatin nucleoside (ZR) and abscisic acid (ABA) and auxin (IAA), four kinds of endogenous hormones were determ ined. The results showed that the ZR and ABA increased-up-lower-to reduce the trend, the GA3 and IAA showed lower - higher - lower - rising trend, in the development of the orthogonal fruits of diploid and tetraploid watermelon. The content of ABA were high in 3-4 d after cross-pollination of diploid and tetraploid of “M iMei ” watermelon. A fter pollination, the content of GA and IAA was lower in 7 d, and the content of GA3 averaged lower than that of orthogonal in 5 d after pollination. Such a difference may be the reason for the reverse seed failure.

watermelon; tetraploid; diploid; the cross; reciprocal cross; endogenous hormones

S651

：A

：1006-060X（2017）06-0001-03

10.16498/j.cnki.hnnykx.2017.006.001

2017-04-28

湖南省研究生創(chuàng)新培養(yǎng)項目（CX2014B303）；西甜瓜產業(yè)技術體系（CARS-26-09）

李 涵（1987-），女，河南林州市人，博士研究生，主要從事蔬菜育種與栽培研究。

孫小武