陳學(xué)進,韓濤,化紫薇,姜立娜,周俊國

（1.河南科技學(xué)院園藝園林學(xué)院,河南新鄉(xiāng)453003；2.河南省園藝植物資源利用與種質(zhì)創(chuàng)新工程研究中心,河南 新鄉(xiāng)453003）

南瓜（Cucurbita.moschata D.）起源于中南美,是葫蘆科南瓜屬一年生蔓生草本植物[1].作為一種重要的蔬菜,南瓜在世界范圍內(nèi)廣泛栽培,亞洲栽培面積最大,我國南北均普遍栽培.南瓜不僅營養(yǎng)豐富[2],產(chǎn)量高,而且栽培容易,對土壤要求不嚴,病蟲害少,抗性強；果實、種子、花蕾和葉片均可作為產(chǎn)品收獲,具有重要的經(jīng)濟價值[3].

與其他葫蘆科（Cucurbitaceae）植物一樣,南瓜是典型的雌雄異花同株植物,學(xué)界普遍認為南瓜花器官為單性（即雌花或雄花）,也有文獻報道南瓜存在罕見的兩性花（即雌雄同花）[4].據(jù)報道,南瓜的兩性花分為子房上位花、子房半下位花和子房下位花三種類型,兩性花性狀可以多代穩(wěn)定地遺傳,兩性花與單性花生長在同一植株上,萌生這一代植株的種子是來自于上一代的雌花[4].美洲南瓜（Cucurbita pepo L.）是南瓜屬（Cucurbita）的另一種蔬菜,有文獻報道了美洲南瓜也存在兩性花,花器官中雌蕊和雄蕊共存,雌蕊發(fā)育完整,雄蕊則有不同程度的退化,研究對美洲南瓜花器官性別決定基因CpACS27A 進行了分析[5].

筆者在南瓜育種及栽培實踐中發(fā)現(xiàn)了一個兩性花種質(zhì)資源,植株上雄花、雌花和兩性花共存,兩性花材料是研究南瓜花器官性別決定的寶貴材料.本研究對兩性花的形態(tài)及性狀遺傳特征進行了調(diào)查,對兩性花果實的發(fā)育情況及其品質(zhì)進行了分析.目前,關(guān)于南瓜兩性花果實的形態(tài)、果實的品質(zhì)分析等研究未見文獻報道,希望本文研究結(jié)果能豐富人們對南瓜花器官性別及兩性花果實的認識.

1 材料與方法

1.1 材料

以河南科技學(xué)院南瓜科研團隊純化多年的自交系“360-3”為種子,以自然環(huán)境下植株上出現(xiàn)的兩性花及其果實為研究材料,以同株單性花及其果實為對照.

1.2 方法

1.2.1 栽培及田間管理 于2017 年和2018 年兩季春茬栽培（4-8 月）,地點位于新鄉(xiāng)市洪門鎮(zhèn)南瓜試驗基地.約100 ?！?60-3”種子浸種后,28 ℃催芽,露白后播種于裝有栽培基質(zhì)（草炭∶珍珠巖=1∶1）的穴盤,置于塑料大棚溫室中育苗,三片真葉時定植,澆定植水.株距60 cm,行距3 m,單蔓整枝,爬地壓蔓栽培,除草、澆水及施肥按照常規(guī)進行.雌花現(xiàn)蕾時,套授粉袋,次日早上約8：00 點取同株雄花進行授粉,套授粉袋,吊牌標記,約7 d 后去袋,果實成熟后采收,取種.

1.2.2 兩性花性狀調(diào)查及遺傳分析2017 年春季,兩性花現(xiàn)蕾時,統(tǒng)計節(jié)位、數(shù)量、果實發(fā)育狀況等,開花前套授粉袋以防昆蟲授粉,吊牌標記,約7 d 后去袋,果實成熟后采收,完成品質(zhì)分析后取種,清洗晾曬,貯藏于4 ℃冰箱.2018 年春季,取兩性花果實的種子,催芽、育苗、栽培方法、授粉及田間管理相同,統(tǒng)計相關(guān)數(shù)據(jù).

1.2.3 果實品質(zhì)分析 感官品質(zhì)分析,觀察果皮蠟質(zhì)、果皮和果肉顏色,手觸感知果實硬度,口感品嘗等[6-7],同時用硬度計測定硬度,卷尺或游標卡尺測定果實縱徑和橫徑,計算果形指數(shù).營養(yǎng)品質(zhì)分析,折光儀測定可溶性固形物[8],考馬斯亮藍G-250 染色法測定蛋白質(zhì)的含量[9],分光光度計法測定類胡蘿卜素的含量[10-11],紫外分光光度計測定維生素C 含量[12],每項指標均三次重復(fù),具體測定方法按照上述文獻進行.

2 結(jié)果與分析

2.1 兩性花及其果實的形態(tài)

南瓜兩性花性狀非常罕見,其花器官同時具有雌蕊和雄蕊,因此有必要比較兩性花與單性花的形態(tài)差異.從形態(tài)上看,我們所觀察到的兩性花均為子房下位花,兩性花萼片和花冠數(shù)量與單性花一致,均為5.雄蕊與單性花雄蕊形態(tài)一致,花粉量相當(dāng).兩性花雌蕊發(fā)育不全,僅有一個柱頭,柱頭呈球形,較小,位于花藥下部,花柱彎曲子房較小.正常單性花雌蕊有三個柱頭,柱頭為‘八字型’,花柱直立,子房較大,兩性花形態(tài)結(jié)構(gòu)如圖1 所示.

南瓜兩性花雌蕊發(fā)育不全,子房較小,開花后約7 d,花冠萎蔫脫落,子房逐漸膨大,但膨大速度緩慢,果實發(fā)育到一定大小后停止生長,果皮顏色逐漸變黃.兩性花果實體積小,大部分沒有果腔和種子.這說明大部分兩性花不能完成自花授粉,不可育,推測原因是雌花發(fā)育不全所致.但我們也發(fā)現(xiàn)極少數(shù)兩性花能完成自花授粉,果實有果腔,種子發(fā)育正常,但與雌花果實相比,果實較小,果皮表面沒有蠟粉,兩性花果實的發(fā)育及形態(tài)結(jié)構(gòu)如圖2 所示.

圖1 兩性花的形態(tài)Fig.1 Morphology of bisexual flower

圖2 兩性花果實的發(fā)育及形態(tài)Fig.2 Morphology and development of fruits developed from bisexual flower

2.2 兩性花及其果實性狀調(diào)查和遺傳分析

兩性花性狀為田間植株自然產(chǎn)生,常規(guī)的栽培及管理,未經(jīng)激素或其他誘導(dǎo)條件處理,說明兩性花性狀由遺傳因素造成.我們調(diào)查了2017 年春茬田間的兩性花植株,兩性花與雌花、雄花共存,占花朵總數(shù)的比例為9%～20%,可著生于任一開花節(jié)位,具有兩性花的植株占比小于8%.所有的兩性花均進行套袋保護以完成自花授粉,統(tǒng)計顯示能發(fā)育成果實的兩性花占所有兩性花的比率為小于30%,成熟的兩性花果實擁有種子的占比小于9%.2018 年播種兩性花果實的種子,發(fā)芽率100%,播種后出苗率98%,后代大部分為單性花植株,極少數(shù)植株存在兩性花,兩性花果實發(fā)育情況同2017 年,但未見有果腔和種子的果實.

2.3 兩性花果實品質(zhì)分析

兩性花果實成熟后雖然體積較小,但從外觀看,可能具有一定的商品性.因此,我們以雌花果實為對照比較分析了南瓜兩性花果實的品質(zhì).外觀上,兩性花果實表面無蠟粉,果型指數(shù)較小,果肉顏色為黃色,果肉比較致密,兩性花果實品質(zhì)分析結(jié)果如表1 所示,其余感官品質(zhì)相當(dāng).

表1 兩性花果實感官品質(zhì)分析Tab.1 Sensory quality analysis of fruit developed from bisexual flower

提取果肉樣品,分析其營養(yǎng)品質(zhì),兩性花果實的部分營養(yǎng)品質(zhì)與雌花果實相當(dāng)（表2）,綜合比較,除了果實較小外,兩性花果實有一定商品性,具有開發(fā)成新品種的潛力.

表2 兩性花果實營養(yǎng)品質(zhì)分析Tab.2 Nutritional quality analysis of fruit developed from bisexual flower

3 討論

南瓜是典型的雌雄異花同株植物,同為葫蘆科的黃瓜（Cucumis sativus L.）和甜瓜（Cucumis melo L.）,某些基因型會出現(xiàn)兩性花（完全花）,與雌花或雄花其中之一并存,或與雌花和雄花同時共存,因而呈現(xiàn)出多樣的花器官類型[13-14]..但南瓜兩性花非常罕見,黃玉源等首次報道了南瓜兩性花的結(jié)構(gòu)及形態(tài)特征[4],認為兩性花不可育,兩性花植株的種子只能來自于上一代的雌花.筆者發(fā)現(xiàn)的兩性花是可育的,自花授粉后能產(chǎn)生種子,后代也具有兩性花性狀.前人以黃瓜或甜瓜為模式植物,對葫蘆科植物花器官的性別決定進行過不少研究,普遍認為花器官在發(fā)育早期同時具有雄蕊和雌蕊原基,在隨后的發(fā)育中,其中一種原基發(fā)育受阻,從而形成單性花,如同時發(fā)育則形成兩性花[15-16].性別受到遺傳和環(huán)境因素共同作用,如黃瓜的性別表現(xiàn)至少受3 對主效等位基因的控制[17].環(huán)境因素如溫度、光照、濕度、營養(yǎng)及氣體條件都會影響性別分化.筆者所發(fā)現(xiàn)的南瓜兩性花性狀為遺傳因素決定,而非環(huán)境因素影響,兩性花中雄蕊發(fā)育完整,雌蕊有殘缺,屬于畸態(tài)學(xué)的材料.在解決植物形態(tài)進化的疑難問題時,畸態(tài)材料有著特殊重要的意義,因為其反映出器官結(jié)構(gòu)的過渡形態(tài),因而成為器官結(jié)構(gòu)演化示蹤的寶貴材料.利用該種質(zhì)資源,后續(xù)可在南瓜花器官性別決定基因的鑒定和分析方面進行深入研究.

筆者發(fā)現(xiàn),南瓜兩性花還具有發(fā)育成果實的潛力,之前的文獻未見有相關(guān)報道.因此筆者對兩性花果實的發(fā)育情況及其品質(zhì)進行了分析.結(jié)果表明,兩性花果實多數(shù)沒有果腔,果實發(fā)育緩慢,體積較小,無蠟粉,但在品質(zhì)上,成熟的兩性花果實與雌花果實相當(dāng),具有一定商品性.該資源為培育南瓜自花授粉品種提供了潛在可能,這對減少自交授粉人力成本,減少授粉對昆蟲的依賴都具有重要的意義.