蟠桃果實和種胚發(fā)育規(guī)律的研究

杜紀紅,吳丹丹,葉正文,蘇明申,周慧娟,李雄偉,張夏南

（上海市農(nóng)業(yè)科學院林木果樹研究所,上海201403）

蟠桃（Prunus persica Batsch.var.compressa）是桃的一個變種,具有獨特的扁平果形,素有“仙果”“壽桃”之美稱,因其風味香甜、汁液豐富、可食率較高,深受廣大消費者的青睞。但是蟠桃的種質資源十分有限,南方地區(qū)主栽的蟠桃品種為‘玉露蟠桃’,成熟期在8月上旬。由于品種單一,成熟期集中,造成果品滯銷,嚴重影響了蟠桃產(chǎn)業(yè)的發(fā)展,因此市場上需要一些早熟及特早熟蟠桃品種調(diào)節(jié)市場余缺。

極早熟、早熟蟠桃品種易出現(xiàn)胚發(fā)育不全等問題,采用胚挽救技術可以克服蟠桃雜交育種過程中經(jīng)常出現(xiàn)的胚敗育問題,提高胚的萌發(fā)率、成苗率。有研究表明,果實的形態(tài)發(fā)育與種胚敗育有著十分密切的關系。對葡萄敗育的研究發(fā)現(xiàn),在果實第二次生長高峰開始時,種胚開始出現(xiàn)敗育[1],果實的發(fā)育階段可以作為直觀的觀測標準,來判斷胚的發(fā)育狀態(tài)和敗育時期。因此,研究蟠桃果實和種胚發(fā)育規(guī)律可以為胚挽救取樣時間提供理論依據(jù)。

本研究以早熟蟠桃品種‘滬蟠1號’為試材,以當?shù)刂髟云贩N‘玉露蟠桃’（晚熟品種）為對照,開展蟠桃果實和種胚形態(tài)學及生理學的研究,探討蟠桃果實和種胚的發(fā)育規(guī)律,旨在完善早熟蟠桃胚挽救技術體系,提高蟠桃的育種效率。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

試驗材料為‘滬蟠1號’和‘玉露蟠桃’?！疁?號’是上海市農(nóng)業(yè)科學院選育的早熟蟠桃品種,成熟期為7月10號左右?！衤扼刺摇巧虾５貐^(qū)主栽的蟠桃品種,成熟期在7月20號左右。兩個品種花期基本一致,盛花期均為3月22—25日。盛花期后14 d開始取樣直到果實成熟,每2周取一次樣。每個品種選取9棵樹,3棵樹為1個重復,3次重復。試驗年份為2016年。

1.2 測定方法

單果重的測定:用電子天平測定每個果實的單果重,每次調(diào)查10個果實,3次重復。

果實縱橫側徑的測定:采用游標卡尺測定,縱徑為果柄至果頂?shù)木嚯x,橫徑為有縫合線的兩個果面之間的距離,側徑為無縫合線的兩個果面之間的距離[2],每次調(diào)查10個果實,3次重復。

種子鮮重、干重和干物質比例的測定:使用電子天平稱量種子鮮重,然后將種子置于80—100℃烘箱烘干至恒重,稱量種子干重,干物質比=種子干重∕種子鮮重×100%,每次調(diào)查10個種子,3次重復。

種子、胚長度和胚發(fā)育指數(shù)（RF值）的測定:使用游標卡尺測量種子和胚的長度（因為蟠桃的胚是近圓型,所以以種子或胚的直徑作為種子或胚的長度）,計算種胚發(fā)育指數(shù)。RF值=胚長度∕種子長度。

種子敗育比例的調(diào)查:正常發(fā)育的種胚表現(xiàn)為飽滿、圓潤、乳白色、無褐化現(xiàn)象;種胚皺縮干癟,種皮嚴重褐化、變黑,組織軟化,或者胚完全消失,即為種胚出現(xiàn)敗育。敗育率 =敗育種子數(shù)∕種子總數(shù)×100%。

種子外觀形態(tài)的觀察:隨機取10個蟠桃,用剪刀破核取出種子,進行解剖拍照。

1.3 數(shù)據(jù)分析

數(shù)據(jù)采用Excel 2013軟件進行處理分析,采用一般線性模型多因素LSD法進行差異顯著性分析。

2 結果與分析

2.1 蟠桃果實單果重和大小的發(fā)育規(guī)律

由圖1A可以看出,‘滬蟠1號’的單果重變化曲線與‘玉露蟠桃’相似,可分為3個時期。第一個時期是4月14日—5月12日,果實生長速度快;第二個時期‘滬蟠1號’為5月12日—6月5日,‘玉露蟠桃’為5月12日—6月22日,果實生長速度趨于平緩;第三個時期‘滬蟠1號’為6月5日—7月6日,‘玉露蟠桃’為6月22日—7月21日,基本上是果實成熟前一個月開始進入快速生長期,這個階段果實單果重呈現(xiàn)快速上升趨勢。‘滬蟠1號’的單果重增長趨勢與‘玉露蟠桃’基本一致,只是第二個時期持續(xù)時間較‘玉露蟠桃’少2周。雖然生長期不同,果實成熟時,‘滬蟠1號’與‘玉露蟠桃’果實的單果重無顯著差異。

‘滬蟠1號’果實縱橫側徑變化均可分為3個階段,呈現(xiàn)“快-慢-快”的生長趨勢（圖1B、C、D）。第一個階段是4月14日—5月12日,果實生長速度很快,縱橫側徑呈快速增長的趨勢;第二個階段是從5月12日—6月5日,縱橫側徑增長速度呈平緩趨勢;第三個階段是從6月5日—7月21日,果實單果重呈現(xiàn)快速增長趨勢。‘玉露蟠桃’果實縱橫側徑的變化曲線與‘滬蟠1號’基本一致,但緩慢增長期比‘滬蟠1號’長。果實成熟時‘滬蟠1號’的縱橫側徑與‘玉露蟠桃’差異不大。

2.2 蟠桃種子和胚的發(fā)育規(guī)律

圖1 果實發(fā)育期間果實單果重（A）和縱橫側徑（B、C、D）的變化Fig.1 Changes of fruit weight,longitudinal,transverse and lateral diameters during fruit development

圖2 果實發(fā)育過程中種子鮮重（A）、干重（B）和干物質比例（C）的變化Fig.2 Changes of seed fresh weight（A）,dry weight（B）and dry matter proportion（C）during fruit development

‘滬蟠1號’種子的鮮重在4月27日—5月12日呈現(xiàn)快速增長趨勢,5月12日—25日緩慢上升,此后直到果實成熟呈緩慢下降趨勢,‘玉露蟠桃’的種子鮮重一直高于‘滬蟠1號’（圖2A）。后期種子鮮重下降的原因可能是因為種子早期胚乳水分含量高,隨著種子的發(fā)育含水量逐漸降低,再加上敗育胚的比例增高,造成了種子鮮重下降。由圖2B可以看出,4月27日—5月12日兩個蟠桃品種種子的干重均快速上升,‘滬蟠1號’種子干重5月12日—7月6日基本沒有變化;‘玉露蟠桃’種子干重5月12日—6月22日基本沒有變化,6月22日—7月22日迅速上升,這和單果重的迅速生長期相一致?！疁?號’和‘玉露蟠桃’的種子干物質比4月27日—6月5日基本保持不變（圖2C）,從6月5日開始上升,到成熟期達到最大值,兩個品種的種子干物質比變化曲線基本一致,成熟時‘玉露蟠桃’的種子干物質比顯著高于‘滬蟠1號’。

‘滬蟠1號’和‘玉露蟠桃’的種子長度呈先升后降的變化趨勢（圖3A）,這是因為種子內(nèi)早期為含水量高的漿狀物質,后期胚乳被吸收,子葉開始飽滿,兩個品種種子長度差異較小。如圖3B所示,5月25日之前,兩個品種的胚長度基本相同,5月25日之后,兩個品種的胚長度迅速上升,6月5日,‘滬蟠1號’胚度長為4.4 mm,‘玉露蟠桃’胚長度為6.5 mm,此后‘玉露蟠桃’胚長度緩慢上升,果實成熟時達到最大值7.5 mm,‘滬蟠1號’胚長度先升后降,果實成熟時為5.0 mm,可能因為后期敗育的胚比例增加,造成平均胚長度降低?！疁?號’胚的發(fā)育指數(shù)RF值5月12日為0,5月25日—6月22日快速增長,6月22日—7月6日增長緩慢,果實成熟時為0.62;‘玉露蟠桃’胚的RF值5月25日—6月5日快速增長,且增長速率遠高于‘滬蟠1號’,6月5日—7月21日增長趨勢趨緩,果實成熟時為0.89（圖3C）。

圖3 果實發(fā)育過程中種子長度（A）、胚長度（B）、胚發(fā)育指數(shù)（C）的變化Fig.3 Changes of seed length（A）,embryo length（B）and PF value（C）during fruit development

2.3 蟠桃種子與胚的外觀形態(tài)觀察

5月12日,‘滬蟠1號’和‘玉露蟠桃’的種子內(nèi)均為透明膠狀物質（圖4A,E）,但是‘滬蟠1號’有少量種子出現(xiàn)變褐的現(xiàn)象（圖4A）。5月25日,胚乳已經(jīng)形成,并且可見芝麻大小的白色幼胚,‘玉露蟠桃’的胚乳比較整齊（圖4F）,并且大部分都含有白色幼胚,‘滬蟠1號’的胚乳大小不一（圖4B）,胚乳內(nèi)有胚的比例較‘玉露蟠桃’低。6月7日,白色的幼胚開始長大,‘滬蟠1號’只有少數(shù)幼胚發(fā)育成正常的圓形胚,其余發(fā)育成小的不規(guī)則的畸形胚（圖4C）,而‘玉露蟠桃’白色的胚正常生長（圖4G）。6月21日,‘滬蟠1號’正常的胚繼續(xù)膨大（圖4D）,畸形胚也在膨大,畸形胚往往子葉不正常,‘玉露蟠桃’有約70%的幼胚正常發(fā)育,子葉正常（圖4H）。5月25日—6月7日是胚的子葉快速生長時期,5月25日之前兩個品種的種子內(nèi)部肉眼觀察不到差異,6月7日基本上可以判斷出正常胚和畸形胚,說明胚乳的異?？赡苡绊懪叩恼０l(fā)育。胚挽救工作盡量選擇在胚敗育前進行,‘滬蟠1號’胚的胚挽救工作需要在5月25日之前進行。

圖4 蟠桃果實發(fā)育過程中種子與胚的外觀形態(tài)變化Fig.4 Changes in appearance and morphology of seed and embryo during fruit development

2.4 蟠桃種子敗育率的變化規(guī)律

果實生長發(fā)育過程中,種子敗育率呈先降后升趨勢,早期種子的敗育率是由于授粉受精不良引起的,后期的敗育率是種胚無法正常發(fā)育引起的。4月20日之前,‘滬蟠1號’種子敗育率高于‘玉露蟠桃’（圖5）,說明‘滬蟠1號’授粉受精不良的比例高于‘玉露蟠桃’。4月20日之后,‘滬蟠1號’的種子敗育率呈上升趨勢,果實成熟時達到43%,‘玉露蟠桃’的種子敗育率上升緩慢,果實成熟時敗育率為12%。

圖5 果實發(fā)育過程種子敗育率的變化Fig.5 Changes of seed abortion rate during fruit development

3 討論

胚敗育在芒果[3]、荔枝[4]、棗子[5]、枇杷[6]、柿子[7]上均有研究,胚挽救是桃早熟品種[8]和無核葡萄[9]育種中使用的重要方法。研究果實和種胚的發(fā)育規(guī)律對于胚挽救最佳時期的選擇具有重要意義。潘學軍等[1]對葡萄敗育研究發(fā)現(xiàn),在果實第二次生長高峰開始時種胚開始出現(xiàn)敗育,果實的形態(tài)發(fā)育與種胚敗育有著十分密切的關系。‘奧迪亞’無核葡萄及其雜交組合果實外觀大?。v∕橫徑）達到最大并開始變軟為接種的最佳時期,說明其胚挽救的最佳時期為花后42—49 d[10];棗子花后時間和果實大小也可間接反映胚的狀態(tài)[11]。本試驗中‘滬蟠1號’種胚在5月25日之前沒有發(fā)現(xiàn)幼胚,5月25—6月7日產(chǎn)生大量畸形幼胚,此時果實進入硬核期,因此對于‘滬蟠1號’進行胚挽救需要在5月25日之前進行,即硬核期開始之前。

沈德緒等[12]研究不同成熟期的4個桃品種果實和種胚的發(fā)育指出,果實發(fā)育可分為3個時期:快速增長期、緩慢增長期（硬核期）、快速增長期（膨大期）。各品種前后期接近,但在第二期經(jīng)歷日數(shù)顯著不同,早熟品種短,晚熟品種長。本研究中‘滬蟠1號’的硬核期為5月12日—6月5日,大約持續(xù)4周時間,‘玉露蟠桃’的硬核期為5月12日—6月22日,大約持續(xù)6周時間,第二次速長期兩個品種都出現(xiàn)在成熟前4周。兩個品種果實和種胚的發(fā)育規(guī)律與前人結論基本一致[13-14]。

早熟品種的種胚發(fā)育充實時期短,干物質含量低,晚熟種則相反。在果實發(fā)育的第二期（硬核期）和第三期（膨大期）,果實內(nèi)養(yǎng)分的分配是有差異的,在第二期,營養(yǎng)主要用了滿足核層硬化和胚的生長,保證繁殖用的種子先獲得營養(yǎng),因此該階段果肉部分生長較緩慢。早熟品種的這個過程尚未結束,果實的發(fā)育卻已進入了第三期,其胚沒有更多的營養(yǎng)保證,這也是早熟品種的胚不能發(fā)育良好充實的原因之一。晚熟品種的胚不僅在果實發(fā)育的第二期內(nèi)充分長大,而且在果實發(fā)育第三期內(nèi)繼續(xù)充實,胚內(nèi)干物質含量明顯增高,一般晚熟品種含糖量比早熟品種高。果實發(fā)育后期,胚的營養(yǎng)條件優(yōu)越,也保證了干物質含量的增加,為種子具有較高的發(fā)芽率提供物質基礎[12]。本試驗中,‘玉露蟠桃’的胚在硬核期迅速長大,在果實膨大期干物質快速積累,而‘滬蟠1號’的干物質在果實膨大期積累較慢,這可能主要是因為‘滬蟠1號’果實發(fā)育周期較短。

胚齡（胚的發(fā)育指數(shù)）常常使用RF值（胚長∕種子長）來表示,胚齡是胚培養(yǎng)成功的關鍵因素之一。Hesse等[15]對不同胚齡桃幼胚培養(yǎng)研究表明,胚齡大小直接影響胚培養(yǎng)成苗率的高低和胚培苗的生長勢。將胚的發(fā)育狀態(tài)用胚的發(fā)育指數(shù)來評價,認為胚的發(fā)育指數(shù)接近0.7,是桃胚培成功的最低值。本研究中‘玉露蟠桃’的RF值成熟時達到0.89,‘滬蟠1號’為0.62,說明‘玉露蟠桃’的胚更容易萌發(fā),而‘滬蟠1號’的胚萌發(fā)較難。

植物胚胎中途敗育的原因己有較多報道,大部分研究認為,胚和胚乳是雙受精的產(chǎn)物,二者有極其敏感的發(fā)育平衡關系,胚的發(fā)育依賴胚乳提供營養(yǎng),胚乳提前解體,使幼胚發(fā)育中途停止或解體[8-10,16-18]。本試驗中,5月25日,蟠桃種子內(nèi)可以區(qū)分幼胚和胚乳,‘滬蟠1號’的胚乳大小不一,幼胚的大小也不均勻,而‘玉露蟠桃’的胚乳大小均勻整齊。胚乳的異?？赡苁桥吆笃跀∮囊粋€原因,今后需要在胚乳細胞學方面進行深入研究。