芒果種子成熟胎萌過程中胚內(nèi)源激素含量變化

潘宏兵 羅玲 陳太萍 李貴利 杜邦 李麗

(1 攀枝花市農(nóng)林科學(xué)研究院 四川攀枝花 617061;2 四川省農(nóng)業(yè)科學(xué)院園藝研究所 四川成都 610066)

芒果為主要熱帶特色水果，全球種植面積位列水果第五。中國引種栽培芒果較早，現(xiàn)已規(guī)?；?，形成早、中、晚熟八大優(yōu)勢區(qū)，實現(xiàn)國內(nèi)芒果周年供應(yīng)，2019 年種植面積32.3 萬hm2、產(chǎn)量278.2萬 t［1］。研究表明，芒果種子易胎萌［2-4］，通常種子在未成熟果實內(nèi)萌發(fā)，種子根穿入果肉、穿出果皮引起熟期果實品質(zhì)和商品外觀性降低［5］。近年隨著川滇金沙江干熱河谷流域晚熟芒果種植規(guī)模不斷發(fā)展壯大，芒果種子胎萌穿根造成的損害對產(chǎn)業(yè)發(fā)展影響越來越明顯，急需開展相關(guān)防控技術(shù)研究，促進芒果產(chǎn)業(yè)提質(zhì)增效。

種子胎萌發(fā)生過程復(fù)雜，與自身遺傳屬性、外部環(huán)境條件和種植管理措施緊密相關(guān)［6］。內(nèi)源激素在參與種子萌發(fā)調(diào)控過程中起了重要作用，主要參與種子萌發(fā)調(diào)控的內(nèi)源激素是GA（赤霉素）和ABA（脫落酸）［7］，前者促進萌發(fā)，后者抑制胎萌，而ETH（乙烯利）、CTK（細(xì)胞分裂素）、IAA（生長素）、SL（獨角金內(nèi)酯）等內(nèi)源激素通過直接或間接參與GA 或ABA 信號途徑調(diào)控種子的萌發(fā)［8］。目前還未見芒果種子成熟胎萌過程中內(nèi)源激素含量變化的相關(guān)研究報道。本研究測定凱特芒種子成熟胎萌過程中胚7種內(nèi)源激素含量，分析其種子成熟胎萌過程中內(nèi)源激素含量變化規(guī)律，以期為開展植物激素調(diào)控，抑制芒果種子胎萌提供科學(xué)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料

芒果品種為凱特芒。

1.2 方法

1.2.1 試驗樹選擇和處理

選大小和樹勢相近的15株豐產(chǎn)凱特芒試驗樹，對試驗樹統(tǒng)一進行常規(guī)肥水管理和病蟲害防治，二次生理落果后果實套單層白袋。

1.2.2 指標(biāo)測定

芒果果實生育期確定參考潘宏兵等［9］的方法，從果實生育期90 d起，每間隔15 d取樣1次，每次隨機選長勢相當(dāng)?shù)墓麑?5個（3個/株），采用高效液相色譜法（HPLC） 測定樣品中內(nèi)源激素ABA、GA3、ZT（玉米素）、ZR（玉米素核苷）、IAA、SA（水楊酸）、JA（茉莉酸）的含量。內(nèi)源激素的提取和測定參考蘇齊珍等［10］、Yang 等［11］、 張衛(wèi)等［12］、呂桂珍等［13］的方法。

1.2.3 數(shù)據(jù)處理

試驗數(shù)據(jù)用Excel 2016 軟件進行整理和作圖，用SAS 9.3軟件進行相關(guān)分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 種子成熟胎萌過程中形態(tài)變化

芒果種子是頑拗型種子［14］，種子失水后發(fā)芽率降低，種子發(fā)育成熟至萌發(fā)過程連續(xù)［4］。如圖1所示，隨著凱特芒果實生育期延長，果實內(nèi)部種子逐漸發(fā)育成熟，隨后開始胎萌，子葉隨著干物質(zhì)積累顏色由純?nèi)榘字饾u轉(zhuǎn)為綠黃白相間，腹溝處子葉變粗糙，胚根漸突起并伸長，胎萌胚芽不斷生長，最終撐破子葉閉合線。

圖1 種子成熟胎萌過程中形態(tài)變化情況

2.2 種子成熟胎萌過程中胚內(nèi)源激素含量變化

2.2.1 ABA、ZR含量變化

種子成熟胎萌過程中胚的ABA、ZR含量變化詳見圖2。果實生育期90 d 胚的ABA 含量最低，為0.47μg/g FW，總體變化趨勢為“升高-降低-升高-降低”，變化幅度為1.00μg/g FW，先后在105和150 d 升高至峰值。ZR 含量變化趨勢為：升高-降低-升高，90～105 d胚的ZR含量從4.84μg/g FW逐漸升至最高值 （7.66 μg/g FW），105～165 d 逐漸降至最低值（0.81 μg/g FW），之后又逐漸升高。

圖2 種子成熟胎萌過程中胚的ABA、ZR含量變化

2.2.2 IAA、ZT含量變化

如圖3 所示，種子成熟胎萌過程中胚的IAA 含量逐漸降低，而ZT 含量變化逐漸升高。90～105 d胚的IAA 和ZT 含量變化不明顯，含量變化分別為：16.55～16.78 和1.99～2.24 μg/g FW；105～180 d，胚的IAA 含量逐漸降至最低值（1.19μg/g FW），胚的ZT 含量逐漸升至最高值（17.88μg/g FW），在135 d胚的IAA和ZT含量相近。

圖3 種子成熟胎萌過程中胚的IAA、ZT含量變化

2.2.3 SA、JA含量變化

種子成熟胎萌過程中胚的SA、JA 含量變化見圖 4。胚的 SA 含量從 90 d 的 0.20 μg/g FW 逐漸升高至 180 d 的 2.76 μg/g FW，其中 120～135 d 含量變化不明顯。胚的JA 含量變化為先降低后升高至相對穩(wěn)定值，即90～120 d 含量逐漸降低至最低值（1.11 μg/g FW），120～150 d 含量逐漸升高至2.71μg/g FW，150～180 d含量變化差異不明顯。

圖4 種子成熟胎萌過程中胚的SA、JA含量變化

2.2.4 GA3含量變化

從圖5 可看出，GA3含量變化趨勢為“降低?升高?降低?升高”。90 d 的胚GA3含量最高，為4.87 μg/g FW；隨后90～105 d 含量迅速降低近一半，105～135 d 含量總體小幅升高，之后在150 d含量降至最低值，為0.83μg/gFW；最后含量逐漸升高，180 d含量為1.91μg/g FW。

圖5 種子成熟胎萌過程中胚的GA3含量變化

2.3 種子成熟胎萌過程中胚內(nèi)源激素的相關(guān)性分析

種子成熟胎萌過程中胚內(nèi)源激素的相關(guān)性分析結(jié)果見表1。內(nèi)源激素ZT 與IAA 和SA 與IAA 含量呈極顯著負(fù)相關(guān)，SA 與ZT 含量呈極顯著正相關(guān)，其他內(nèi)源激素含量之間均呈無顯著相關(guān)。

表1 種子成熟胎萌過程中胚內(nèi)源激素的相關(guān)性

2.4 種子成熟胎萌過程中胚內(nèi)源激素含量比值變化

2.4.1 GA3、ZT、SA和JA與ABA含量比值變化

從圖6 可以看出，GA3/ABA 和SA/ABA 變化總體呈現(xiàn)“降低-升高-降低-升高”趨勢，ZT/ABA 和JA/ABA 變化總體呈現(xiàn)“降低-升高”趨勢。90～105 d 相關(guān)含量比值都降低，105～135 d 含量比值總體都升高；135～180 d 的 GA3/ABA 和 SA/ABA 先降低再升高，ZT/ABA 和 JA/ABA 逐漸升高。GA3、ZT、SA 和JA 與ABA 含量比值變化幅度大小為ZT/ABA＞GA3/ABA＞SA/ABA＞JA/ABA，分別是 28.19、9.80、3.92 和3.58。90 d 的含量比值大小為GA3/ABA＞JA/ABA＞ZT/ABA＞SA/ABA，105～135 d的含量比值總體大小為 ZT/ABA＞GA3/ABA＞JA/ABA＞ SA/ABA，150～180 d 的含量比值大小為ZT/ABA＞JA/ABA ＞SA/ABA＞ GA3/ABA。

圖6 種子成熟胎萌過程中胚的GA3、ZT、SA、和JA與ABA含量比值變化

2.4.2 ABA、ZR和IAA與GA3含量比值變化

由圖 7 可知，從 90～105 d ABA/GA3、ZR/GA3和IAA/GA3都升高，105～135 d 三者總體都降低，135～150 d 三 者 均 升 高 ， 150～180 d ABA/GA3和IAA/GA3逐漸降低，ZR/GA3先降低后升高。整個果實生育期，ABA、ZR和IAA與GA3含量比值變化幅度大小為 IAA/GA3＞ZR/GA3＞ABA/GA3，分別是 6.43、2.50 和 1.67， 其 中 90～165 d 表 現(xiàn) 為 IAA/GA3＞ZR/GA3＞ABA/GA3，180 d 表現(xiàn)為 ZR/GA3＞IAA/GA3＞ABA/GA3。

圖7 種子成熟胎萌過程中胚的ABA、ZR和IAA與GA3含量比值變化

3 討論與結(jié)論

GA 可以啟動種子糊粉層細(xì)胞中多種水解酶的合成，促進種子中淀粉、蛋白質(zhì)及其他貯藏物質(zhì)的分解，打破種子休眠，促進萌發(fā)［15］；ABA可以誘導(dǎo)成熟期種子營養(yǎng)積累和降低水分含量，促進種子休眠、抑制萌發(fā)［16-18］；而其他多種內(nèi)源激素通過直接或間接參與GA 或ABA 信號途徑調(diào)控種子的萌發(fā)［8］。芒果種子發(fā)育沒有成熟前進行干燥脫水，可使種子在發(fā)育至生理成熟后迅速啟動胎萌，從生理成熟向胎萌啟動轉(zhuǎn)變過程中牽涉多種生理生化變化，其中內(nèi)源激素在參與種子萌發(fā)調(diào)控過程中起了重要作用。果實生育期105～135 d 的凱特芒種子播種萌發(fā)率70%～100%、胎萌率0～18%［9］，此果實生育期階段種子胚的GA3含量有一個明顯上升過程，而ABA含量有一個明顯的下降過程，研究表明，樹干輸注ABA 能降低芒果胎萌穿根危害［5］，可以推測，果實生育期105～135 d 是凱特芒種子生理成熟向胎萌啟動的轉(zhuǎn)變時期，之前為種子生長成熟期，之后為種子胎萌發(fā)生期。

在果實生育期90～105 d，凱特芒種子胚內(nèi)源激素ABA 和ZR 含量出現(xiàn)明顯上升趨勢，ABA、IAA和ZR 含量較高，因為ABA 可促進種子內(nèi)淀粉、蛋白質(zhì)、脂質(zhì)等物質(zhì)大量積累，加快種子脫水［16-18］，高水平的IAA有利于營養(yǎng)物質(zhì)向種子積累、促進其成熟［19-20］，ZR 有利于促進種子中營養(yǎng)物質(zhì)的積累及細(xì)胞分裂［21］。

在果實生育期105～135 d，凱特芒種子胚內(nèi)源激素IAA 和ZR 的含量均呈降低趨勢，即過高濃度的IAA和ZR將抑制種子萌發(fā)，同ABA為種子胎萌的抑制激素，與低濃度IAA 可以促進紫椴［22］、苜蓿［23］種子萌發(fā)的研究結(jié)果一致，但與ZR有利于解除楨楠［24］、北細(xì)辛［25］種子休眠、促進萌發(fā)的觀點不一致；而ZT 和SA 的含量均呈明顯上升趨勢，同GA3為種子胎萌的促進激素，與ZT 促進矮金蓮花［26］、露蕊烏頭［27］、掌葉棕［28］等種子萌發(fā)的結(jié)果類似，與SA促進重樓［29］種子休眠解除、出苗的研究結(jié)果相似；JA 含量先降低后升高，并在果實生育期120～180 d 呈持續(xù)上升趨勢，認(rèn)為JA 為種子胎萌的促進激素，前期含量降低可能是JA 暫時由胚轉(zhuǎn)運至子葉時增強α-淀粉酶活性［30-32］，之后又由子葉轉(zhuǎn)運至胚，用于加速細(xì)胞分裂、膨大［33］，促進胎萌生長。

在果實生育期135～150 d，凱特芒種子胚內(nèi)源激素ABA 含量異常升高、GA3含量異常降低。ABA 含量升高，說明在發(fā)育胎萌后期種子對ABA反應(yīng)敏感性降低，類似結(jié)果在矮金蓮花［26］、滇重樓［34］、西葫蘆［35］種子萌發(fā)或胎萌研究中被發(fā)現(xiàn)，可能是種子胚ZT 含量大幅增加有利于拮抗ABA 的促休眠作用［36］，此時ABA 含量升高有利于促進胚根根系細(xì)胞吸收營養(yǎng)［37］，從而促進萌發(fā)。本研究表明，GA3含量降低主要是受內(nèi)源激素SA、ZT、ABA 和JA 的抑制作用，因為GA3與SA、ZT、ABA 和JA 含量均呈負(fù)相關(guān)。

本研究還發(fā)現(xiàn)，凱特芒種子成熟胎萌過程中，胚內(nèi)源激素僅 ZT 與 IAA、SA 與 IAA、SA 與 ZT 含量相關(guān)性達極顯著水平，其他內(nèi)源激素含量之間相關(guān)性不顯著，這與重樓［29，34］、多花黃金［38］等種子萌發(fā)中內(nèi)源激素含量的相關(guān)性結(jié)果不同，說明不同植物種子萌發(fā)對內(nèi)源激素的敏感性存在差異，2種內(nèi)源激素之間并非固定的拮抗或協(xié)助效應(yīng)。

種子的休眠、萌發(fā)不僅與內(nèi)源激素的絕對含量有關(guān)，也與各激素之間的平衡有關(guān)。有研究發(fā)現(xiàn)，GA3/ABA［26-37，39］、SA/ABA［29］、ZT/ABA［26］偏高時促進種子休眠的解除和萌發(fā)，ABA/GA 降低調(diào)控了秋茄胎生現(xiàn)象發(fā)生［40］。本研究發(fā)現(xiàn)，在凱特芒種子生理成熟向胎萌啟動轉(zhuǎn)變時期（果實生育期105～135 d），種子胚內(nèi)源激素GA3/ABA、SA/ABA、ZT/ABA 以及JA/ABA 均呈上升趨勢，而IAA/GA3和ZR/GA3呈下降趨勢，與前人研究結(jié)果相似。其中ZT/ABA 和IAA/GA3變化較明顯，說明較高的ZT/ABA和較低的IAA/GA3是調(diào)控凱特芒種子由成熟狀態(tài)轉(zhuǎn)入胎萌狀態(tài)的關(guān)鍵因素。

綜上，在凱特芒種子發(fā)育成熟胎萌過程中，胚內(nèi)源激素含量變化明顯，其中IAA、ZR 同ABA 為種子胎萌抑制激素，而ZT、SA、JA 同GA3為種子胎萌促進激素，較高的ZT/ABA 和較低的IAA/GA3是調(diào)控種子由成熟狀態(tài)轉(zhuǎn)入胎萌狀態(tài)的關(guān)鍵因素。建議在凱特芒種植過程中，于種子發(fā)育成熟前噴施外源激素IAA、ABA 和ZR，推遲或減少種子胎萌發(fā)生。