无患子科果树无核果实研究进展①

谭文丽 周玉杰 崔志富③ 刘志崴 王春燕 李建华

(1海南省农垦科学院 海南海口 570311 2海南省天然橡胶质量检验站 海南海口 570206)

通常意义上说的无核果实是指完全没有种子(真正无核)或只是有极少种子(焦核或细核)的果实[1]。大多数时候说的无核果包括焦核、细核和真正无核。果实的无核是一个重要的经济性状，也是果树科技工作者选育果树新品种的首选优良性状。众所周知，无核果实因为食用方便、品质优良而广受人们喜爱，无论在鲜食还是加工等方面都具有极重要的意义。在琳琅满目的水果市场上，品质优良的无核果倍受广大消费者青睐。

无患子科果树属于双子叶植物，大约有150个属2 000多个种，广泛的分布在热带和亚热带地区，中国有25个属和56个种，多个省份地区都有分布，但是主产地集中在西南部和南部。无患子科果树主要有龙眼、荔枝和红毛丹等，分别是龙眼属、荔枝属和韶子属，它们有很类似的有性繁殖，比如花序是圆锥状的顶生或杂性花、果实是由假种皮发育而成的等。

从 《广东荔枝志》可以查到无核荔枝属于非常珍贵的荔枝资源，在海南的儋州、琼山地区均发现过无核荔枝的实生单株[2]。并且已经筛选出了好几个无核或者焦核的品种(系)，例如 ‘荔13’、‘南岛无核’、‘小丁香’、‘A4无核’等，尤其以 ‘A4无核’和 ‘南岛无核’的栽培最为广泛[3]。科技研究人员也选育出了一系列无核的优良龙眼品系，如‘名娇1号’、‘名娇2号’、‘名娇3号’、‘名娇4号’和 ‘名娇5号’。其中 ‘名娇4号’无核果实获得率较高且稳定，收获的果实相对较大，果肉也较厚，综合品质优异，产量高[4]。

无核果实的成因包括内在因素影响和外在因素的刺激。目前对无患子科果树荔枝、龙眼的无核机理研究已有报道。如无核果实形成的种胚发育、生理机制以及培育途径等。

1 无患子科果树无核果实的胚胎发育

荔枝的胚胎学研究已有报道。科技工作者将荔枝胚胎发育类型分为3种，即正常型、败育型、部分败育型。正常型是指种胚的发育是属于正常的，成熟的果实具有正常的果核；败育型是指种胚全部败育，成熟果实中没有正常的果核或者果核非常小，称为 “焦核”；部分败育型则是指在同一植株、甚至同一果穗上所结的果实，部分正常部分败育。既有大核果也有 “焦核”果，而且大核和 “焦核”的比例通常表现不稳定。这里的大核果是属于前面第一种类型--正常型，但是这些 “焦核”果是因为其胚胎在发育中后期陆续败育，导致果核要比正常型的小。其胚胎败育早晚不一样，核的大小也不同。败育时间越早其核越小，败育时间越晚其核越大，趋近正常型。通常认为无核荔枝的形成属于败育型和部分败育型。例如 ‘绿荷包’属于种胚败育型荔枝，在授粉后大约10 d，其胚胎发育受阻，胚珠表现已经明显萎缩。 ‘兰竹’属于部分种胚败育型荔枝，花后形成球型胚之后，胚胎在发育过程中，表现为不同时期败育，最终形成焦核果[5]。李明芳等[6]总结前人多年探索成果，认为荔枝无核的形成主要是因为大孢子在发育各阶段出现异常无法完成正常受精以及单性结实。陈健辉等[7-9]经过试验探索，均认为雌花中的大孢子发育异常无法完成受精和单性结实是导致荔枝无核的主要原因，陈健辉等曾用东莞 ‘无核荔’为试材，冯蔚等以 ‘南岛无核’荔枝为试材，探索了大孢子的发育过程。研究表明，其大孢子在发育过程不同时期均会因为各种原因导致胚囊内无法形成正常的卵器，无法顺利完成受精过程，形成不了正常的胚胎，最终导致败育现象，产生无核。

有关焦核龙眼种胚败育的研究也有报道。郑少泉等[10]提出，液态胚乳发育受阻、停止或干涸是焦核龙眼种胚败育的主要原因。胚乳存在的时间及发育的程度跟焦核龙眼种胚发育、败育有一定的相关性。许家辉等[11]认为多方面的原因引起龙眼焦核，但是可能受母本的基因型影响更大，即龙眼单株本身的遗传本质可能起决定性作用，同时龙眼胚珠的败育过程可能有多基因参与调控。

2 无患子科果树果实无核生理机制

2.1 生理生化调控

李蕾等[12]利用二维聚丙烯酰胺凝胶电泳(2DE)及计算机辅助图像分析技术，推测蛋白质极有可能参与种胚败育的调节和控制，其分析了开花20 d的荔枝正常种胚和败育种胚的蛋白质图谱，发现胚内蛋白质成分在种胚败育过程中发生了明显变化。

科技工作者进一步从内源激素和蛋白质组学等方面对无核荔枝的种胚败育进行了较深入研究。植物内源激素是植物体内痕量信号分子，调控植物各种生长发育过程。植物的发芽、生根、发育、性别决定、开花、结实和休眠等过程是由多种激素分别或相互协调共同起作用。种子的发育也必然受到多种激素的共同调节。

王碧青等[13]以具有自然单性结实能力的 ‘禾虾串’为试材，研究表明，其开花前后子房内植物激素(GA3)和细胞分裂素(CTK)水平保持较高以及花后生长素(IAA)含量持续升高以及脱落酸(ABA)含量持续下降均与其单性结实能力有密切相关性。

陈伟等[14-15]研究发现，可能因为生长促进物质的供给不足限制了种胚的细胞分裂和生物大分子物质的合成，影响了营养物质和能量交换，使胚停止发育而形成早期败育现象。他们认为一元酚具有很强的促进IAA侧链氧化的能力，导致种胚败育。胚胎出现败育时胚珠中生长素(IAA)水平急剧下降，显著低于正常胚珠，其证实了荔枝胚珠中的一元酚是对羟基苯甲酸(C7H6O3)，且荔枝败育的胚珠中一元酚含量明显比正常胚珠的高。

青鲜素(MH)是一种植物生长调节剂，有抑制植物高级分生组织的细胞分裂的作用。邱似德等[16]发现，在荔枝花后7～14 d喷施1.0～1.5 mg/L MH，诱导产生的焦核果率可以达到70%以上。刁森标等[17]研究表明，实验用到的多种生长调节剂仅MH对荔枝种胚的发育有强烈抑制作用，其它几种对荔枝焦核率影响作用不明显；而且MH处理诱导无核有严格的临界期才能抑制种胚发育，即一定要在种胚出现前使用，不能晚于雌花盛开后35 d。MH处理收获的果实个头比正常果小，但因为是焦核，可食率增加，味道鲜美，因而也具有一定的商品价值。

刘国强等[18]利用青鲜素(MH)处理乌龙岭龙眼，在其整个发育过程中种子内赤霉素(GA3)、生长素(IAA)和脱落酸(ABA)含量总体呈下降趋势，到成熟前种子内GA3的含量达到最低值。在种子形成期间，经MH处理的乌龙岭龙眼种胚内ABA/GA3和ABA/IAA值均高于对照值，这极有可能是乌龙岭龙眼结出焦核果实的主要原因之一。

邱燕萍等[19]研究表明，荔枝开花后3 d，生长促进类激素(生长素IAA、赤霉素GA3、细胞分裂素CTK)的水平均高于对照和脱落酸(ABA)的水平持续下降趋势，能解释其无核果有单性结实能力。李伟才等[20]以 ‘荔13’、‘南岛无核’、‘A4无核’3个无核荔枝品种以及大核品种 ‘紫娘喜’为试材，运用高效液相色谱法(HPLC)，测定了其果实发育过程中赤霉素(GA3)、生长素(IAA)、脱落酸(ABA)和玉米素(ZT)等内源激素含量的波动，结果认为荔枝产生果实无核的一个重要原因是果实中IAA的含量偏高和ZT的含量偏低。

2.2 环境因素

李明芳等[21]的研究提出，有些荔枝品种开始大小孢子均能正常发育，但是如果在传粉受精的过程中遇到连续低温阴雨天气，便无法完成受精，但是其子房仍然是可以发育为果实的，这样也能产生无核果，如无核荔枝品种 ‘禾虾串’就是很好的例子。

王廷标[22]经过多年试验研究，提出了荔枝温敏无核理论，提出某些荔枝株系在幼果生长特定阶段，如果受到温敏效应诱导则可获得无核荔枝果。并鉴定了 ‘A4无核’属于低温敏型无核荔枝新株系的，和 ‘荔13’属于高温敏型无核荔枝新株系。发现 ‘A4无核’物候处于并粒期时，因为低温敏感效应对幼果二室子房的影响，限制了胚胎生长发育，继而胚珠出现原发性器质萎缩，最终种胚退化，生成无核。如果晚上气温低于22℃，则容易形成无核果；如果夜间温度22～24℃，则容易结焦核果；当晚上气温持续高于24℃的时候，则更容易结正常果。这种现象的成因可能是：发生受精的过程中，由于受到外界低温影响，导致精子不能很顺利的进入到卵膜内或已经进入到卵后但雌雄核无法正常融合，进而导致卵无法受精最终退化了；已经完成受精的次生核在一定时间内可能完全退化而导致胚珠败育，但其假种皮仍具备正常发育能力，最后因单性结实而形成无核果。杨应华等[23]的研究报告提出，温敏无核荔枝是由于受到低温影响，无法正常受精。次生核虽正常受精，还生成了核型胚乳，甚至发育成了细胞型胚，到12 d左右却退化了，靠其假种皮继续发育，最终获得无核果实。 ‘桂味’品种的焦核率受花粉源影响非常大。邱燕萍等[24]以‘桂味’为试材，用不同品种花粉对其进行授粉，实验结果为：用 ‘妃子笑’、‘糯米糍’、‘桂味’花粉授粉获得的 ‘桂味’果实焦核率较高，用 ‘尚书怀’、‘黑叶’、‘怀枝’、‘红绣球’、‘将军荔’、‘雪怀子’花粉授粉获得的 ‘桂味’果实焦核率较低。

2.3 基因调控

张以顺等[25-26]以 ‘桂味’为试材，采用抑制性差减杂交(SSH)技术对花后20 d的正常发育种胚和败育种胚进行差异表达基因筛选分析，在败育胚中发现S-腺苷甲硫氨酸合成酶基因在大量表达，由此推测该基因可能参与了其体内乙烯合成的调控，导致荔枝种胚的败育。

张洁琼等发现 ‘糯米糍’荔枝液态胚乳发育过程受阻是由于细胞壁酸性转化酶活性低，致使种胚在发育早期败育。利用病毒诱导的基因沉默(VIGS)技术使细胞壁酸性转化酶(CWAI)基因保持沉默，可导致‘白荔’、‘黑叶’等大核荔枝品种种胚的败育。

唐晰等[27]以无核龙眼为对象开展研究，认为龙眼种子败育可能跟纤维素酶基因和质体ATP/ADP转运蛋白基因片段密切相关。纤维素酶基因表达上调，可降解胚胎细胞的细胞壁，迫使原生质体裸露，容易破坏其细胞结构和内含物；Ca2+-ATP酶基因表达下调，会加重细胞质中Ca2+浓度的积累，干扰细胞的能量代谢系统和生理功能，促进氧自由基的生成，加速细胞失去活力；ATP/ADP转运蛋白基因的表达下调，影响质体内淀粉的合成及一些重要的代谢途径。

基因的转录和转座子的转座通常受到DNA甲基化的抑制，研究发现了DNA甲基转移酶在部分败育型 ‘桂味’荔枝早期胚珠中的表达较高，这可能在一定程度上抑制了某些胚发育相关基因的正常表达，使得某些转录因子或功能基因无法正常发挥作用，一定程度上促使部分种胚败育[28]。

3 无患子科果树无核果实培育途径

果树培育无核果一般分为选育无核品种和人工诱导产生无核果两个途径。

3.1 实生无核品种选育

无核荔枝形成的原因，有的是单性结实，有的是雌性不育。中国各荔枝产区所报道的无核荔枝大多从海南岛引入[29-31]。从海南琼北雷虎岭地区荔枝实生群体中选育出的无核荔枝新品种——‘南岛无核’是优秀代表，其无核率可达90%，稳定性高，丰产性好，适应性广，品质优异[32]。

3.2 环境调控

王廷标[22]通过温敏效应诱导调控花期，使荔枝授粉、座果与相应的临界温度对应的方法，成功地选育出了高温敏型和低温敏型两种无核荔枝果。温敏无核荔枝是海南省的稀有珍贵品种，果实成熟后类似圆球形，单果个头大，味道香甜，产量高，是发展成地方名品的潜力品种。

3.3 植物生长调节剂辅助培育

据华南农业大学试验，在大核种 ‘淮枝’荔枝花后7～14 d用青鲜素(MH)1 000～1 500 μg/mL喷果，可产生73.1%以上的细核果，且对品质无不良影响，同时还发现对龙眼也有类似的效果[33]。万泉[34]、李明[35]选择用赤霉素(GA3)、多效唑(PP333)、2，4，5-三氯苯氧丙酸(2，4，5-TP)、6-苄氨基嘌呤(6-BA)和青鲜素(MH)等五种植物生长调节剂处理乌龙岭龙眼果实，均在一定程度上收获焦核果实，其中6-BA和MH比其他3种诱导效果更好。

邱似德等[33]、许家辉等[36]的研究表明，用MH处理的方法是诱导荔枝果实无核/细核和提高龙眼焦核率的有效途径之一。

4 展望

近年来，很多专家学者关注无患子科果树(特别是荔枝和龙眼)无核果的研究，采用越来越多的试验来探索其无核果实形成机理，取得了系列重要进展。然而，目前在其种胚发育分子调控机制方面的研究还不多，对于至今发现的几种调控种胚发育途径互作和如何调控下游基因也不是很明晰。关于荔枝种胚发育的研究仅局限于生理学和解剖学，对荔枝种胚败育的分子调控机制的研究还处于刚刚起步阶段，有待进一步研究突破。我国荔枝种质资源丰富，种胚发育稳定的品种和种胚发育不稳定且易受环境影响的品种都很多。无核果实性状的形成是一个非常复杂的过程，果实发育过程中若干因素的变化都有可能导致无核果实的生成，其内在机制至今还不是很清楚。因此，无患子科果树无核果实性状的分子机制研究有待更全面地开展，探索种胚败育、其核发育变弱和其核发育停止的分子机制也将是无患子科果树无核机制研究的重要内容。

大量研究表明，无患子科果树结出无核果实可能是与生长素(IAA)、细胞分裂素(CTK)、赤霉素(GA3)等植物内源激素生物分子合成途径和信号传导途径相关的基因发生了突变有密切相关性。开花前后子房内这些激素含量急剧上升，从而引发胚囊败育，无法完成受精，无法形成正常的种子，最后结出无核果实。因此，探明激素信号途径和激素间的互作与无患子科果树单性结实之间的关系，是进一步深入研究无患子科果树形成无核果机制的一个重要方向。