西瓜四倍体与二倍体正反交果实发育过程中内源激素的变化

李 涵，王志伟，孙 波，邹 甜，孙小武

（1.湖南农业大学园艺园林学院，湖南 长沙 410128；2.湖南省蔬菜研究所，湖南 长沙410125；3.湖南省作物研究所，湖南 长沙 410125）

西瓜四倍体与二倍体正反交果实发育过程中内源激素的变化

李 涵1,3，王志伟1,2，孙 波1，邹 甜1，孙小武1

（1.湖南农业大学园艺园林学院，湖南 长沙 410128；2.湖南省蔬菜研究所，湖南 长沙410125；3.湖南省作物研究所，湖南 长沙 410125）

为了探究西瓜四倍体与二倍体反交种子败育的原因，以蜜枚的二倍体和四倍体为材料，采用酶联免疫法（ELISA）对授粉后1～13 d果实内赤霉素（GA）、玉米素核苷（ZR）、脱落酸（ABA）和生长素（IAA）4种内源激素进行测定。结果表明：蜜枚二倍体与四倍体西瓜正交果实发育过程中，ZR和ABA呈现升高-降低-升高-降低的趋势，GA3和IAA呈现降低-升高-降低-升高的趋势，蜜枚二倍体与四倍体西瓜反交授粉后3～4 d ABA含量较高，授粉后7 d GA和IAA含量较低，授粉后5 d GA3平均水平低于正交。这样的差异可能就是反交种子败育的原因。

西瓜；四倍体；二倍体；正交；反交；内源激素

西瓜（Citrullus lanatus）是重要的园艺作物，三倍体无籽西瓜具有抗逆性强、生长势强等优点，是优质西瓜的重要指标。当前采用的三倍体育种方法存在采种量小、发芽率和成苗率低等不足。内源激素在调控果实生长发育过程中起着重要作用[1]，同基因型二倍体、三倍体和四倍体的西瓜果实发育期生长素（IAA）含量表现为多倍体高于二倍体，脱落酸（ABA）含量无明显规律，各倍性西瓜果实中的赤霉素（GA）含量随着果实的发育表现为逐渐降低的趋势[2]。国内学者在四倍体西瓜低稔性和不同倍性西瓜的胚胎发育方面做了大量研究[3-4]，对同源四倍体西瓜自交后花粉萌发生长与内源激素的关系也进行了系统研究[5]，但对不同倍性西瓜正反交后代内源激素水平变化的研究较少。因此，笔者以二倍体和四倍体蜜枚为材料，研究了其正反交的果实发育过程中内源激素含量的变化，以期从激素水平揭示不同倍性西瓜反交不能形成正常种子的原因。

1 材料与方法

1.1 试验材料

以西瓜品种蜜枚的二倍体和四倍体为材料。样品检测所用ELISA试剂盒由中国农业大学化控室提供。

1.2 试验方法

1.2.1 样品采集 2016年春季将试验材料播种于湖南农业大学园艺园林试验基地，于开花期，分别进行4（♀）×2（♂）和2（♀）×4（♂）组合授粉，开花前一天下午将次日开放的花进行套袋隔离，第二天早晨6:30～8:00进行授粉，授粉后套袋挂牌。授粉后1～13 d早上8:00分别取正交反交的西瓜果实3个，投入液氮中冷冻，带回实验室进行内源激素的测定。

1.2.2 样品测定 称取1.0 g西瓜样品，加入内含100mg聚乙烯吡咯烷酮（PVP）的80%甲醇提取液4 mL，弱光冰浴研磨成匀浆，转入10 mL离心管，于4℃下提取4 h，1 000 r/min离心15 min，取上清液，过Sep-Pak C18柱纯化2次，滤液定容至1.5 mL。参照刘丙花等[6]和李宗霆等[7]的酶联免疫分析方法（ELISA）测定样品中的IAA、ABA、GA、和玉米素（ZR），以鲜质量计，样品测定设3次重复。

2 结果与分析

2.1 正交和反交果实发育过程中GA3的变化

如图1所示，授粉后正交和反交果实中GA3含量的变化呈现先下降后上升的趋势。其中，正交果实授粉后第1天GA3含量最高，随后逐渐降低，授粉后第7天时降至最低水平，随后又开始上升，到第10天又有所降低，随后又开始上升；而反交果实授粉后第1天GA3含量就低于正交果实的，随后的6 d中，GA3含量呈下降趋势，到第7天，GA3含量开始缓慢增加，但同样在第10天时GA3含量有所降低，达到最低水平，随后又缓慢增加。整体来看，反交果实发育过程中GA3水平低于正交果实。

图1 正交和反交果实发育过程中GA3含量的变化

2.2 正交和反交果实发育过程中ABA的变化

从图2中可以看出，授粉后1～2 d，正交和反交果实中的ABA含量都有所上升，且水平相差不大；随后，正交果实中的ABA含量迅速下降，授粉第4天降至最低；授粉4～10 d，ABA含量总体上呈缓慢上升趋势，但在授粉第11天ABA含量又有所下降随后缓慢回升；而反交果实中的ABA含量在第2天的峰值过后，总体上呈下降趋势，在第7天和第12天时稍有所回升；其中，授粉后3～4 d，反交果实的ABA含量比正交果实的高，但其余时间一直低于正交果实。

2.3 正交和反交果实发育过程中ZR的变化

如图3所示，正交果实发育过程中，ZR含量不断地上升-下降，分别于授粉后2、6、8、11 d出现峰值，其中以第8天的ZR含量最高；反交果实中ZR含量的变化较正交果实平缓，在授粉后第2天和第8天出现峰值，授粉11 d后ZR含量趋于稳定。

图2 正交和反交果实发育过程中ABA含量的变化

图3 正交和反交果实发育过程中ZR含量的变化

2.4 正交和反交果实发育过程中IAA的变化

如图4所示，授粉后1～2 d，正交和反交果实中的IAA含量均较高；但随后正交果实中的IAA含量显著降低，授粉第5天时降至最低，授粉6～8 d时IAA含量呈波浪式变化，授粉9 d后IAA含量逐渐上升；反交果实授粉2 d后，IAA含量也开始下降，但是幅度不明显，至第7天时降至最低，随后果实中的IAA含量总体呈上升趋势。比较来看，从授粉第5天开始，反交果实的IAA含量一直低于正交果实，维持在较低水平。

图4 正交和反交果实发育过程中IAA含量的变化

3 讨 论

根据不同倍性西瓜正反交果实发育过程中内源激素含量的比较，发现正交授粉后1～13 d，胚胎发育历经1 d合子休眠、2 d合子休眠、3 d原胚、4 d小球胚胚乳游离核、5 d小球胚、6 d球胚、7 d大球胚胚乳细胞化、8 d球胚向梨胚过渡、9 d梨胚、10 d梨胚向心形胚过渡、11 d心形胚、12 d心形胚向鱼雷胚过渡、13 d鱼雷胚部分胚乳解体；而反交授粉后，胚胎依次历经1 d未受精、2 d未受精、3 d原胚、4 d原胚、5 d小球胚胚乳游离核、6 d小球胚、7 d球胚、8 d球胚、9 d大球胚胚乳细胞化、10 d梨胚、11 d梨胚向心形胚过渡、12 d心形胚、13 d心形胚胚乳解离、14 d心形胚或鱼雷胚退化[4]。球形胚期反交果实中生长促进物质（IAA、GA）相对亏损，生长抑制物质（ABA）相对富足，对反交果实中胚胎发育产生了不良影响。薛志强等[8]在研究染色体易位少籽西瓜配子发育初期激素含量变化时发现，西瓜授粉后的1～3 d完成双受精作用，2～5 d合子开始第一次分裂，受精卵代谢活动增强，内源激素含量急剧增加，并在球形期达到峰值，而生长促进类激素含量不足是导致种子败育的原因。该试验中反交种子败育可能与授粉后3～4 d ABA含量较高以及授粉后7 d GA和IAA含量较低有关。

豆峻岭等[9]研究表明，西瓜果实中激素含量与其生长发育密切相关，胚胎发育前期IAA和GA含量较高，之后均快速下降，IAA在后期出现一个峰值，而GA一直维持在较低的水平；ABA在授粉后15和25 d出现峰值；ZR一直维持在较低水平。该试验中，IAA 的变化与之一致。植物激素对果实生长发育的调控是一个很复杂的过程，该过程不仅取决于某一种激素的消长及其绝对浓度的变化，内源激素间的相互平衡及相互间的协同作用也非常重要[10]。有研究证明，GA有促进 IAA产生的作用[11]，该试验中授粉7 d以后，GA与IAA的变化规律一致，说明在西瓜果实中GA有促进IAA产生的作用。

综上所述，蜜枚二倍体与四倍体西瓜正交果实发育过程中，ZR和ABA呈现升高-降低-升高-降低的趋势，GA3和IAA呈现降低-升高-降低-升高的趋势，蜜枚二倍体与四倍体西瓜反交授粉后3～4 d ABA含量较高，授粉后7 d GA和IAA含量较低，授粉后5 d GA3平均水平低于正交。该研究初步阐明了二倍体与四倍体正反交果实内源激素的变化规律，为以后外源激素调节反交果实结籽奠定了基础。

[1] 唐莉娟，万益群. 植物激素的分析研究进展[J]. 食品科学，2009，30（21）：393-398.

[2] 豆峻岭，路绪强，刘文革，等. 不同倍性西瓜内源激素与番茄红素积累的相关性研究[J]. 园艺学报，2015，42（5）：969-978.

[3] 谭素英，黄贞光，刘文革，等. 同源四倍体西瓜的胚胎发育研究[J].中国西瓜甜瓜，1998， （1）：2-5.

[4] 谢兴刚. 不同倍性西瓜胚胎发育及西瓜组培玻璃苗细胞学研究[D].太原：山西大学，2008.

[5] 谭素英，黄贞光，梁 毅，等. 同源四倍体西瓜自交花粉萌发生长与内源激素的关系[J]. 华北农学报，2000，15（4）：73-78.

[6] 刘丙花，姜远茂，彭福田，等. 甜樱桃果实发育过程中激素含量的变化[J]. 园艺学报，2007，34（6）：1535-1538.

[7] 李宗霆，周 燮. 植物激素及其免疫检测技术[M]. 南京：江苏科学技术出版社，1996. 280-298.

[8] 薛志强，徐道娜，张 勇，等. 少籽西瓜内源激素含量变化与胚胎败育的关系[J]. 西北农业学报，2007，16（3）：184-187.

[9] 豆峻岭，刘文革，赵胜杰，等. 西瓜果实不同发育时期内源激素含量的变化[J]. 中国瓜菜，2014，27（2）：12-15.

[10] 陈昆松，李 方，张上隆，等. ABA和IAA对猕猴桃果实成熟进程的调控[J]. 园艺学报，1999，26（2）：81-86.

[11] 樊卫国，安华明，刘国琴，等. 刺梨果实与种子内源激素含量变化及其与果实发育的关系[J]. 中国农业科学，2004，37（5）：728-733.

（责任编辑：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

湖南省研究生创新培养项目（CX2014B303）；西甜瓜产业技术体系（CARS-26-09）

李 涵（1987-），女，河南林州市人，博士研究生，主要从事蔬菜育种与栽培研究。

孙小武