甜瓜組培苗與實(shí)生苗生理生化指標(biāo)的對(duì)比分析

李海倫 王琰 趙衛(wèi)星 常高正 李曉慧 康利允 梁慎 徐小利 高寧寧

摘? ? 要： 為利用組培技術(shù)進(jìn)行甜瓜遺傳育種提供科學(xué)支撐，對(duì)F1代薄皮甜瓜‘15F9的組培苗和實(shí)生苗生長(zhǎng)過程中若干生理生化指標(biāo)進(jìn)行比較分析。結(jié)果表明，薄皮甜瓜組培苗與實(shí)生苗在生長(zhǎng)過程中超氧化物歧化酶（SOD）、過氧化物酶（POD）、過氧化氫酶（CAT）、葉綠素（Chl）、可溶性蛋白（Pr）和丙二醛（MDA）的變化趨勢(shì)基本一致。SOD和POD活性總體變化先降后升，CAT活性變化呈先上升后下降趨勢(shì)，Chl含量變化呈緩慢上升趨勢(shì)，Pr含量變化曲線呈“W”型，MDA含量呈直線升高。果實(shí)單果質(zhì)量實(shí)生苗為945.84 g大于組培苗子代的878.96 g，果實(shí)中心可溶性固形物含量組培苗子代為14.83%高于實(shí)生苗12.28%。綜合對(duì)比分析認(rèn)為，組培苗的生長(zhǎng)勢(shì)和品質(zhì)較好于實(shí)生苗。

關(guān)鍵詞： 甜瓜; 組培苗; 生理指標(biāo)

Comparative study on the physiological and biochemical indexes of tissue culture and seeded seedling of oriental melon

LI Hailun， WANG Yan， ZHAO Weixing， CHANG Gaozheng， LI Xiaohui， KANG Liyun， LIANG Shen， XU Xiaoli， GAO Ningning

（Horticulture Research Institute， Henan Academy of Agricultural Sciences， Zhengzhou 450002， Henan， China）

Abstract： In order to provide scientific support for oriental melon genetic breeding via tissue culture technique， some physiological and biochemical indexes of tissue culture plantlets and seeded seedling of oriental melon F1 ‘15F9 were compared and analyzed. The results showed that the variation trend of activities or contents of oxygen dismutase （SOD）， peroxidase （POD）， catalase （CAT）， chlorophyll （Chl）， soluble protein （Pr） and malondialdehyde （MDA） were basically consistent during the development of tissue culture plantlets and seedling. The changes of SOD and POD activities first decreased and then increased， CAT activity showed a tend from rising to decline， chlorophyll content was slowly increased， changing curve of soluble protein content presented “W” type， and MDA content went up linearly. The single fruit weight of seeded seedling （945.84 g） was larger than that of tissue culture plantlets （878.96 g）， while the content of the fruit center soluble solids of tissue culture plantlets （14.83%） was higher than that of the seeded seedling （12.28%）. Comprehensive analysis showed that the growth potential and quality of tissue culture plantlets were better than those of melon seeded seedlings.

Key words： Melon; Tissue culture plantlets; Physiological index

甜瓜是世界十大公認(rèn)的健康水果之一，含有豐富的營(yíng)養(yǎng)和藥用價(jià)值。隨著生活水平的提高，消費(fèi)者對(duì)甜瓜的品質(zhì)要求越來越多，培育出高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)的甜瓜，成為甜瓜育種工作者亟待解決的重要課題。傳統(tǒng)的育種方式耗時(shí)長(zhǎng)，離體組織培養(yǎng)技術(shù)是一條快速高效的育種途徑，甜瓜再生體系的建立，對(duì)于基因功能等的生物學(xué)研究十分必要，運(yùn)用分子生物學(xué)手段對(duì)甜瓜品種進(jìn)行遺傳改良，能夠加速育種進(jìn)程。目前，甜瓜離體組織培養(yǎng)技術(shù)已經(jīng)取得了很大的進(jìn)展[1-5]，但是有關(guān)組培苗生育期生理生化指標(biāo)的研究較少，在牛角瓜、蘿卜和蘇鐵[6-8]上有報(bào)道。筆者分析比較組培苗與實(shí)生苗在不同生育期的超氧化物歧化酶（SOD）、過氧化物酶（POD）、過氧化氫酶（CAT）、葉綠素（Chl）、可溶性蛋白（Pr）、丙二醛（MDA）的生理生化指標(biāo)的變化以及甜瓜果實(shí)品質(zhì)，為利用組織培養(yǎng)技術(shù)進(jìn)行甜瓜新品種選育和改良提供有力的科學(xué)依據(jù)。

1 材料和方法

1.1 材料

供試材料為F1代薄皮甜瓜‘15F9的組培苗和實(shí)生苗，由河南省農(nóng)業(yè)科學(xué)院園藝所西甜瓜課題提供。

1.2 方法

1.2.1 樣品采集 2018年4月15日實(shí)生苗播種，組培苗生根馴化。于河南省農(nóng)業(yè)科學(xué)院園藝研究所原陽試驗(yàn)基地設(shè)施大棚內(nèi)采用地膜覆蓋栽培，且整個(gè)試驗(yàn)過程中栽培管理，溫光水肥管理[9]均保持一致，于5月5日定植，5月11日第1次取樣，各隨機(jī)選取3株，3次重復(fù)，之后每隔1周取樣，共取樣5次，第1次取最新展開葉，其余4次皆取功能葉，采無病蟲害的健康葉片，且保持葉片的長(zhǎng)勢(shì)、葉齡相似;甜瓜成熟后各隨機(jī)選取3個(gè)果實(shí)，重復(fù)3次，測(cè)其品質(zhì)。

1.2.2 葉片生理數(shù)據(jù)測(cè)定 酶活性測(cè)定[10]：超氧化物歧化酶（SOD）活性采用氮藍(lán)四唑（NBT）法測(cè)定，過氧化物酶（POD）活性采用愈創(chuàng)木酚法測(cè)定，過氧化氫酶（CAT）活性采用紫外吸收法測(cè)定;衰老相關(guān)指標(biāo)測(cè)定[10]：葉綠素（Chl）含量采用95%乙醇法測(cè)定，可溶性蛋白（Pr）含量采用考馬斯亮藍(lán)法測(cè)定，丙二醛（MDA）含量采用分光光度計(jì)法測(cè)定。

1.2.3 果實(shí)生理數(shù)據(jù)測(cè)定 可溶性糖采用蒽酮比色法測(cè)定，可溶性蛋白含量采用考馬斯亮藍(lán)法測(cè)定[10];維生素C含量采用2，6-二氯酚靛酚滴定法測(cè)，可滴定酸含量采用NaOH滴定法測(cè)定[11];測(cè)定果實(shí)的縱徑和橫徑、糖度、單果質(zhì)量。果形指數(shù)為果實(shí)的縱徑與橫徑之比。

2 結(jié)果與分析

2.1 超氧化物歧化酶（SOD）活性測(cè)定結(jié)果

超氧化物歧化酶（SOD）是活性氧清除系統(tǒng)中第一個(gè)發(fā)揮作用的抗氧化酶，能消除生物體在新陳代謝過程中產(chǎn)生的有害物質(zhì)，其活性能夠體現(xiàn)植物生長(zhǎng)發(fā)育的狀況。SOD測(cè)定結(jié)果圖1表明，組培苗與實(shí)生苗SOD活性的變化的趨勢(shì)一致，SOD活性都是先變?nèi)?，?月25日活性最低，這個(gè)時(shí)期甜瓜植株生長(zhǎng)旺盛，細(xì)胞內(nèi)產(chǎn)生的活性陽離子較少，相對(duì)應(yīng)的清除超氧陰離子自由基O2-的SOD活性也偏低，5月25日之后甜瓜處于坐果期，SOD活性又開始上升，但變化幅度較小，表明甜瓜生長(zhǎng)后期，植株細(xì)胞內(nèi)活性氧增加，SOD活性也隨之上升。SOD活性曲線總體呈正“V”型變化，薄皮甜瓜實(shí)生苗比組培苗的變化幅度稍偏大。

2.2 過氧化物酶（POD）活性測(cè)定結(jié)果

過氧化物酶（POD）是植物細(xì)胞的一種抗氧化的保護(hù)酶，其主要作用是將細(xì)胞毒性物質(zhì)H2O2進(jìn)一步分解為無毒的H2O和O2，減輕自由基對(duì)細(xì)胞的傷害。如圖2所示，5月25日之前甜瓜處于伸蔓期組培苗與實(shí)生苗的POD活性變化趨勢(shì)一致，并且保持在較低的水平，6月1日甜瓜坐果期POD活性驟然上升且達(dá)到最大值。6月1日后POD活性開始下降。甜瓜組培苗和實(shí)生苗的POD活性在生長(zhǎng)前期差異不大，后期差異明顯，但變化趨勢(shì)一致，均先升后降，且組培苗POD活性總體高于實(shí)生苗。

2.3 過氧化氫酶（CAT）活性測(cè)定結(jié)果

過氧化氫酶（CAT）是植物體內(nèi)的一種酶類清除劑，清除植物內(nèi)的H2O2，使細(xì)胞免受毒害。圖3表明，甜瓜伸蔓期，組培苗與實(shí)生苗CAT活性呈上升的趨勢(shì)。6月1日甜瓜坐果期CAT活性變化急劇下降，之后較平穩(wěn)。甜瓜植株在生長(zhǎng)的整個(gè)過程中，實(shí)生苗CAT活性高于組培苗，生長(zhǎng)前期差異明顯，后期差異較小，總體變化一致呈先上升后下降的趨勢(shì)。

2.4 葉綠素（Chl）含量測(cè)定結(jié)果

葉綠素（Chl）是植物光合作用的參與者，是衡量植物光合性能的一個(gè)標(biāo)志。圖4顯示，甜瓜組培苗整個(gè)生長(zhǎng)期Chl含量一直處于上升趨勢(shì)，實(shí)生苗Chl含量先降低后升高，伸蔓期到開花期降低，開花期到坐果期Chl含量上升?？傮w上實(shí)生苗的Chl含量高于組培苗。

2.5 可溶性蛋白含量（Pr）測(cè)定結(jié)果

植株可溶性蛋白含量可以反映植株生理活性的強(qiáng)弱。由圖5可以看出，甜瓜實(shí)生苗和組培苗可溶性蛋白含量的變化曲線呈“W”型。甜瓜伸蔓期組培苗可溶性蛋白含量在實(shí)生苗之上，甜瓜坐果之后，組培苗可溶性蛋白含量低于實(shí)生苗。甜瓜植株在5月18日之前生長(zhǎng)過程中需要消耗大量蛋白質(zhì)，可溶性蛋白含量下降;到5月25日植株趨于木質(zhì)化生長(zhǎng)，植株體內(nèi)木質(zhì)素逐漸增加，蛋白質(zhì)的生產(chǎn)量大于消耗量，可溶性蛋白呈上升趨勢(shì);再到6月1日，甜瓜植株坐果，需要積攢營(yíng)養(yǎng)，對(duì)蛋白的消耗量增加，可溶性蛋白含量下降;到果實(shí)成熟前期，植株體內(nèi)蛋白消耗量減弱，可溶性蛋白含量則呈現(xiàn)上升趨勢(shì)。

2.6 丙二醛（MDA）含量測(cè)定結(jié)果

丙二醛（MDA）能夠反映植株細(xì)胞膜脂過氧化程度，是植物器官衰老的一個(gè)常用的指標(biāo)。由圖6明顯的可以看出，MDA含量是線性上升的趨勢(shì)，其含量隨植株生長(zhǎng)勢(shì)的減弱而逐漸增加，且實(shí)生苗MDA含量變化曲線始終在組培苗的上方，表明甜瓜實(shí)生苗的衰老速度比組培苗的快。

2.7 甜瓜果實(shí)相關(guān)指標(biāo)測(cè)定

甜瓜果實(shí)成熟采摘后果品的基本測(cè)定指標(biāo)如表1所示，實(shí)生苗果實(shí)的單果質(zhì)量、橫徑、可滴定酸測(cè)定數(shù)值均高于組培苗。而決定甜瓜品質(zhì)的幾個(gè)重要指標(biāo)，組培苗均高于實(shí)生苗，組培苗果實(shí)的中心可溶性固形物，維生素C含量、可溶性蛋白、可溶性糖分別是實(shí)生苗的1.2、1.08、1.04、1.29倍。結(jié)果表明，組培苗甜瓜果實(shí)的營(yíng)養(yǎng)品質(zhì)略好于實(shí)生苗甜瓜果實(shí)。

3 討論與結(jié)論

植物的實(shí)生苗比組培苗的生命活力和適應(yīng)環(huán)境的能力強(qiáng)，但是組培苗的繁殖系數(shù)遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過實(shí)生苗，而且明顯的縮短生長(zhǎng)周期[12]。本研究通過測(cè)定‘15F9薄皮甜瓜組培苗與實(shí)生苗的若干生理生化指標(biāo)，來對(duì)比分析組培苗和實(shí)生苗對(duì)環(huán)境的適應(yīng)能力。

POD、SOD、CAT均為植物體內(nèi)的抗氧化酶，能夠清除自由基及不利植株生長(zhǎng)的氧化產(chǎn)物，保證植物的正常生長(zhǎng)代謝[13-14]。該試驗(yàn)得出，POD、SOD含量組培苗高于實(shí)生苗，表明相同條件下，組培苗比實(shí)生苗易受外界環(huán)境因素的影響，植株體內(nèi)有害氧化物產(chǎn)生較多，保護(hù)酶的活性升高，這與張莉等[15]的在嫁接甜瓜上的研究結(jié)果一致。CAT含量的變化實(shí)生苗高于組培苗，這與唐軍榮等[6]的在牛角瓜生長(zhǎng)過程中CAT的變化一致，先升高，后下降，之后略微上升。甜瓜植株移栽到設(shè)施大棚里，為適應(yīng)環(huán)境生長(zhǎng)，在伸蔓期甜瓜體內(nèi)CAT含量急劇上升，在坐果后含量下降，在果實(shí)膨大期，果實(shí)與葉片競(jìng)爭(zhēng)養(yǎng)分，從而導(dǎo)致葉片CAT含量微微上升。SOD、POD、CAT在植株體內(nèi)協(xié)調(diào)互作，維持植物體內(nèi)氧化還原平衡[12]。

葉綠素含量、可溶性蛋白含量、MDA含量與植株生長(zhǎng)勢(shì)息息相關(guān)，其含量反映了植物器官衰老以及遭受逆境傷害程度[16-20]。本試驗(yàn)結(jié)果顯示，甜瓜組培苗整個(gè)生長(zhǎng)期葉綠素含量一直呈上升趨勢(shì)，從伸蔓期到坐果期植株需要的光照強(qiáng)度不斷增加，因此葉片光合色素含量增加，這與前人的報(bào)道不一致[21]。實(shí)生苗葉綠素含量先降低后升高，伸蔓期到開花期降低，開花期到坐果期葉綠素含量上升，這與孫玉萍等[14]的研究結(jié)果一致?？傮w上組培苗葉綠素含量和實(shí)生苗上升，實(shí)生苗的葉綠素含量高于組培苗，這可能與甜瓜的生長(zhǎng)勢(shì)有關(guān)，具體原因還要進(jìn)一步深入研究。可溶性蛋白含量的變化與植株的新陳代謝密切相關(guān)，本試驗(yàn)中可溶性蛋白含量變化曲線呈“W”型，甜瓜伸蔓期組培苗可溶性蛋白含量高于實(shí)生苗，甜瓜坐果之后，組培苗可溶性蛋白含量低于實(shí)生苗，表明組培苗坐果后對(duì)蛋白質(zhì)的消耗量高于實(shí)生苗，可溶性蛋白含量的總趨勢(shì)是下降的，這與植株的生長(zhǎng)過程中對(duì)可溶性蛋白的需求是相符的，這跟李成軍等[21]的研究結(jié)果吻合。MDA是植株衰老或在逆境條件下的重要產(chǎn)物之一，其含量的高低決定著植株的衰老程度。本研究中MDA含量呈直線上升趨勢(shì)，其含量與植株衰敗的程度成正比，其結(jié)果與前人的研究一致[21]，實(shí)生苗含量高于組培苗，表明實(shí)生苗的衰老速度比組培苗的快。

筆者通過對(duì)比甜瓜組培苗和實(shí)生苗的生理生化的若干指標(biāo)得出，組培苗與實(shí)生苗的生理指標(biāo)變化趨勢(shì)一致，僅在變化幅度上存在差異。通過對(duì)比品質(zhì)指標(biāo)得出，甜瓜組培苗的可溶性固形物、維生素C、可溶性蛋白、可溶性糖含量均高于實(shí)生苗，表明甜瓜組培苗的果實(shí)品質(zhì)較實(shí)生苗好。綜合對(duì)比分析認(rèn)為，組培苗生長(zhǎng)勢(shì)和品質(zhì)較好于實(shí)生苗，組培苗可以用于甜瓜組培苗生產(chǎn)、栽培和育種等方面，為今后甜瓜遺傳選育及科學(xué)研究提供參考。

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