黃瓜表皮細(xì)胞的表型鑒定與遺傳規(guī)律分析

榮展　苗晗　張松

摘 要 黃瓜果實(shí)表皮細(xì)胞的排列呈現(xiàn)兩種不同的形狀：柵欄型與扁平型。對兩種表型的特點(diǎn)進(jìn)行顯微結(jié)構(gòu)觀察分析并用遺傳學(xué)的方法解釋兩種性狀出現(xiàn)的原因。本研究運(yùn)用顯微鏡觀察4種不同生態(tài)型黃瓜的果實(shí)表皮細(xì)胞的結(jié)構(gòu)并確認(rèn)具有扁平型和柵欄型的瓜種并利用這兩種類型的黃瓜材料構(gòu)建遺傳群體進(jìn)行遺傳規(guī)律分析。結(jié)果表明除美國加工型黃瓜之外另外幾種黃瓜果實(shí)表皮細(xì)胞均為扁平型。遺傳學(xué)研究表明柵欄型表皮細(xì)胞性狀為顯性單基因控制。有研究表明果實(shí)表皮細(xì)胞的排列與植物的耐旱、抗病蟲害等生物和非生物脅迫具有一定關(guān)系，因此推測柵欄型表皮細(xì)胞可能與適應(yīng)缺水或病蟲多發(fā)環(huán)境相關(guān)。

關(guān)鍵詞 黃瓜果實(shí)表皮細(xì)胞 遺傳分析 柵欄型 扁平型

中圖分類號 Q-331 文獻(xiàn)標(biāo)志碼 B

黃瓜在中國的栽培歷史悠久，自從印度傳入中國后，就開始大面積種植。現(xiàn)在黃瓜作為中國的主要作物在蔬菜市場中占據(jù)重要的地位。但是在當(dāng)今學(xué)界對黃瓜表皮細(xì)胞的研究卻不是那么的全面，大多數(shù)研究局限在表皮毛和表皮與抗病性的關(guān)系?，F(xiàn)在已經(jīng)可以初步確定，表皮的厚度與抗病性有直接關(guān)聯(lián)。經(jīng)過觀察發(fā)現(xiàn)不同種類黃瓜的表皮細(xì)胞排列有不同的表現(xiàn)型，目前主要分為兩大類：柵欄型和扁平型，其中柵欄型表皮細(xì)胞垂直于瓜體排列緊密，與扁平型的表皮細(xì)胞有極大的區(qū)別。有關(guān)于黃瓜表皮細(xì)胞類型基因的研究以前基本沒有，大多數(shù)研究把重點(diǎn)放在表皮毛和刺瘤上，組織學(xué)觀察發(fā)現(xiàn)黃瓜表皮毛和果刺均為多細(xì)胞非腺體的柱狀結(jié)構(gòu)。在其他的研究里也可以初步明確，黃瓜品種對黑星病菌具有結(jié)構(gòu)抗病性，果實(shí)的抗病性與其表皮的厚度有關(guān)。本研究主要著重于對黃瓜果實(shí)的表皮細(xì)胞的結(jié)構(gòu)排列進(jìn)行觀察，并對該性狀進(jìn)行遺傳分析。這種特殊的表皮細(xì)胞結(jié)構(gòu)極有可能與抗病性或者耐寒性有關(guān)。本研究結(jié)果將有助于明確控制果皮細(xì)胞類型基因的遺傳規(guī)律及其與耐旱、抗病蟲害等生物和非生物脅迫的關(guān)系，為該基因的進(jìn)一步研究利用打下基礎(chǔ)。

1 材料與方法

1.1 實(shí)驗(yàn)材料

實(shí)驗(yàn)材料為4種不同生態(tài)類型的黃瓜材料及其利用美國加工類型P1與歐洲型黃瓜P2配制的F2代遺傳群體。各種類型黃瓜的性狀如下：

美國加工型黃瓜（圖1A）：表皮較厚，果皮呈黃色或黃綠色，瘤稀，果刺稀少。

華南類型黃瓜（圖1B）：表皮較薄，瘤稀，刺稀，果皮綠色。

華北類型黃瓜（圖1C）：表皮厚度中等，瘤多，刺多，果皮深綠色。

野生黃瓜（圖1D）：表皮較厚，刺多瘤多，果實(shí)綠色。

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

1.2.1 顯微鏡觀察表皮細(xì)胞排列

于盛瓜期采摘的商品瓜，要求大小一致，采摘后置于保鮮袋中。然后制作切片進(jìn)行顯微鏡觀察。具體制作步驟如下：

（1） 切片制作：

① 用水將刀片潤濕，用刀片從中部將瓜橫切成兩部分，右手拿刀片，左手拿黃瓜，刀片保持和黃瓜切面平行。

② 以均勻的力量和平穩(wěn)的動(dòng)作使刀刃自左前方向右后方斜滑拉切，注意不要直切，中途不停頓，拉切速度要快，不要推前拖后（拉鋸式）切割，左手食指向下稍微移動(dòng)，使材料略有上升，從而調(diào)動(dòng)每張切片的厚度。

③ 將切下的切片用毛筆刷蘸水從刀片上輕輕移入培養(yǎng)皿的清水中或直接將刀片浸沒于水中使切片漂洗下來。盡量使切下的黃瓜表皮不在水中翻折或者相互重疊，以免影響觀察時(shí)的效果。

（2） 臨時(shí)裝片制作。

在載玻片中央，滴加1、2滴清水，選取表皮邊緣透明的薄片將平鋪在載玻片上，用解剖針展開，將蓋玻片輕輕蓋上，蓋蓋玻片時(shí)，用鑷子夾起蓋玻片，使載玻片一邊先放下，接觸一邊水，然后再輕輕放平，以免水中產(chǎn)生氣泡，影響觀察。

（3） 觀察。

先用低倍鏡（25×10）觀察表皮細(xì)胞的排列形式及其結(jié)構(gòu)，再在高倍鏡（25×40）下觀察。

1.2.2 遺傳規(guī)律分析

于盛瓜期采摘商品瓜，按照同上方法觀察兩親本、F1和240株F2群體的表皮細(xì)胞排列，每株至少調(diào)查2個(gè)標(biāo)準(zhǔn)商品瓜，對不確定的單株進(jìn)行多次調(diào)查，以確保結(jié)果的準(zhǔn)確性。統(tǒng)計(jì)柵欄型和扁平型表皮細(xì)胞和數(shù)據(jù)，并計(jì)算分離比，使用 Microsoft Excel 2003軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析及卡方測驗(yàn)。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同類型黃瓜顯微鏡觀察表皮細(xì)胞排列

根據(jù)顯微鏡下的觀察，發(fā)現(xiàn)所有四種常見黃瓜中只有美國加工型黃瓜的果實(shí)表皮細(xì)胞呈現(xiàn)出了柵欄型，而其他三種黃瓜均為扁平型。結(jié)果見圖2：

美國加工型黃瓜（圖2A）；

華南類型黃瓜（圖2B）；

華北類型黃瓜（圖3C）；

野生黃瓜（圖4D）。

2.2 遺傳分析結(jié)果

遺傳學(xué)分析表明，在將柵欄型果實(shí)表皮細(xì)胞的美國加工型黃瓜和扁平型果實(shí)（圖3）表皮細(xì)胞的黃瓜作為親本進(jìn)行的雜交實(shí)驗(yàn)中，F(xiàn)1的全部20株黃瓜上的果實(shí)都呈現(xiàn)柵欄型果實(shí)表皮細(xì)胞。而F2群體中柵欄型與扁平型呈現(xiàn)出157∶50，大約3∶1的分布態(tài)勢，表明此性狀遵從單基因顯性性狀的遺傳規(guī)律，所以可以得出結(jié)論，黃瓜果實(shí)表皮細(xì)胞的控制基因?yàn)轱@性單基因（表1）。

3 討論

有關(guān)于黃瓜果實(shí)果皮細(xì)胞厚度的研究可以說是相當(dāng)少，就連針對黃瓜果實(shí)的表皮細(xì)胞中含有柵欄型和扁平型這兩種不同表現(xiàn)性的討論都不太多，目前已報(bào)道的果實(shí)性狀相關(guān)20多個(gè)基因。其中果色基因2個(gè)yg（黃綠色果皮）、w（白色果皮）；果實(shí)無光澤基因D；果色一致基因u；刺色基因4個(gè)B（黑刺）、B-2、B-3、B-4；多刺基因ns；小刺基因ss；果瘤基因Tu；果肉顏色基因wf（白色果肉）、yf（黃色果肉）。所以目前為止還沒有對黃瓜果實(shí)表皮細(xì)胞性狀的基因定位的研究。

本次的實(shí)驗(yàn)的主要目的就是確定出現(xiàn)柵欄型表皮細(xì)胞的黃瓜種類，進(jìn)而進(jìn)行遺傳學(xué)分析來確定控制這個(gè)性狀的基因的類型。經(jīng)過切片處理和顯微鏡觀察，發(fā)現(xiàn)加工類型的黃瓜，也就是平時(shí)用來做酸黃瓜和腌制黃瓜食品的黃瓜品種具有柵欄型的果實(shí)表皮細(xì)胞。而且在用美國加工型黃瓜與扁平表皮細(xì)胞的黃瓜品種進(jìn)行雜交試驗(yàn)后發(fā)現(xiàn)F1出現(xiàn)全部為柵欄型表皮細(xì)胞的情況，在之后的F2中發(fā)現(xiàn)柵欄型與扁平型的比例為3∶1，這就證明了柵欄型果皮細(xì)胞類型基因相對于扁平型為顯性。

影響黃瓜脆度的因素包括果皮厚度、薄壁細(xì)胞遞增情況、纖維素含量和果實(shí)硬度等。它們的基本關(guān)系表現(xiàn)為：表皮的厚度要適中，過厚的表皮脆度不好；近表皮的薄壁細(xì)胞由大到小遞增快的，多表現(xiàn)為比較脆?？梢姳砥さ暮穸葧?huì)影響到果實(shí)的口感，那么表皮細(xì)胞的類型就會(huì)直接影響到表皮的厚度。如果可以定位控制細(xì)胞類型的基因，那么就有可能控制表皮厚度。

不過現(xiàn)在對于為什么會(huì)有這種基因以及這種基因產(chǎn)生的原因還都不明確。經(jīng)過推測，鑒于果實(shí)的抗病性與果皮有關(guān)，植物可以在表面形成角質(zhì)、蠟質(zhì)層或木栓組織并使組織高度木質(zhì)化，以達(dá)到提高免疫力的效果。那么如果表皮對于植物的自我防護(hù)與免疫力有如此密切的關(guān)系，黃瓜的表皮細(xì)胞類型也可能與免疫機(jī)制有關(guān)。柵欄型的表皮細(xì)胞可能可以起到阻止病原體進(jìn)入果實(shí)內(nèi)部的功能，因?yàn)檫@種類型的表皮細(xì)胞排列更緊密。

而且更緊密的排列在某種程度上推測與水分的保留有關(guān)，還需要進(jìn)一步的研究來驗(yàn)證。

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