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枇杷具有极高的营养价值、经济价值和药用价值。但枇杷果实中的种子大而多,约占整个果实的30％左右,极大地降低了枇杷果实的可食率,因此影响了其食用价值和商品价值。如何减少枇杷的种子数量,尽可能达到无核,是枇杷生产和育种研究中迫切需要解决的课题。
目前获得无核枇杷主要有两条途径:第一条是自身为无核品种。这主要是通过自然筛选、二倍体与四倍体杂交和人工诱导等方式产生三倍体无核枇杷。这方面的研究已经取得了很大的进展,三倍体枇杷新品种有望在不久的将来得到检验和示范推广。但是无论是人工杂交获得的三倍体还是自然选育的三倍体,在生产实践中,都还必不可少的要使用植物生长调节剂,才可以获得具有商品价值的果实。第二条途径是有核品种的无核化诱导处理,也就是用植物生长调节剂诱导枇杷单性结实。目前最为成功的是用GA3来诱导无核果实。这方面的研究虽然很多,但主要集中在诱导剂量、诱导时期以及GA3对枇杷果实发育、果实的经济性状和果实品质的影响等方面。在GA3诱导枇杷无核机理的研究方面,至今没有取得突破性的进展。因此,为了解释GA3诱导枇杷无核的生殖生物学和生理学机理,在重庆以早熟品种“壁黄早”和中熟品种“大五星”为材料,通过用不同浓度的GA3在花蕾期处理花穗,分别就GA3对枇杷雌雄蕊器官的生长发育动态的影响、对花粉生活力和发芽力的影响、对胚胎发育的影响、对枇杷果实生长发育和果实品质的影响以及对花蕾或者果实内源激素含量的影响等进行了研究。
主要研究结果如下:
1.GA3处理对枇杷雌雄蕊器官的生长发育没有影响。GA3没有改变花器官的外形；不影响花药发育进程和花药细胞学特征,花药都能正常发育,形成正常成熟的花粉粒。枇杷花药的发育过程可以分为造孢细胞期、小孢子母细胞期、四分体期、单核小孢子期、花粉粒成熟期。
2.GA3花前处理枇杷并没有降低花粉的生活力和发芽率。500-750mg/LGA3处理能显著提高花粉发芽率和花粉管生长长度。培养基中添加5-200mg/L的GA3对花粉萌发及花粉管生长有促进作用,花粉萌发率和花粉管生长长度随添加GA3浓度的提高而呈上升趋势。但是,当GA3浓度高于200mg/L,时则降低花粉的萌发率和花粉管的生长长度。
3.枇杷的胚珠属于倒生胚珠,在雌蕊发育早期,由胚珠原基发育成珠心、珠柄、珠被等各部分。大孢子母细胞分裂形成功能大孢子,进而形成二核、四核、八核胚囊。中央细胞受精后形成初生胚乳核,先于合子进行分裂。枇杷的胚乳属于核型胚乳。受精的卵细胞形成合子,再进一步发育成原胚。正常枇杷胚胎发育经历球形胚、心形胚、子叶胚等各个时期。
4.GA3影响枇杷的胚胎发育,诱导产生无核枇杷。用500mg/LGA3处理枇杷花穗后,处理植株的胚囊内仍有正常的卵器、助细胞和中央极核细胞:受精的卵细胞还能形成合子,再进一步发育成原胚,但合子细胞分裂只停留在原胚阶段,胚体细胞松散形状不规则:由于胚乳和珠心发育异常并逐渐退化解体消失,最后胚也逐步退化解体:内外珠被虽在胚胎发育的早期阶段能正常发育,但是发育后期受阻,内外珠被之间的部分细胞退化,因此,GA3处理后的枇杷果实只是形成具有内外两层薄珠被、胚和胚乳完全退化的疵籽。GA3处理后的枇杷无核的生殖生理学机理在于珠心和胚乳发育异常并逐步退化,最终造成胚败育。
5.GA3处理对ZT含量的变化趋势没有影响但能显著提高果实在1月上旬至2月上旬的ZT含量。无论是处理还是未处理的枇杷,在果实生长发育过程中ZT的含量有两次高峰:花前的11月中旬和次年1月上旬。
6.用GA3处理过的和未处理的果实中IAA含量的变化趋势在1月下旬前和2月中旬后基本相似。但是,在1月下旬至2月中旬,未用GA3处理花穗的果实中的IAA含量突然急剧升高,而用GA3处理过的则持续下降。GA3处理能显著降低1月中旬前(球形胚阶段)的IAA含量。
7.GA3影响ABA含量的变化趋势并能显著降低果实内的ABA含量。未处理的枇杷果实在果实生长发育过程中ABA含量出现三次高峰:花后谢花期的11月下旬、第二次生理落果期的1月底和4月中下旬。
8.在1月上旬前,经GA3处理花穗和未处理的果实中的ZT/ABA比值的变化趋势相似但变幅较小。但是经GA3处理过花穗的在次年的1月中下旬以后急剧上升,在3月中下旬达到最高值,然后急剧下降;而未经花前用GA3处理过花穗的从次年的1月中下旬以后至采收则持续下降,但变幅较小。
9.在次年的2月中旬前,经GA3处理花穗和未处理的果实中的IAA/ABA比值的变化趋势基本相似但变幅不大。但是,花前用GA3处理过花穗的在2月中旬以后急剧上升,在3月中下旬达到最高值,此后至采收期又急剧下降,而未处理的在2月中旬以后持续下降且变幅较小。
10.GA3处理的胚胎败育与果实内源激素变化密切相关:ZT和IAA的增加和ABA的降低有助于枇杷授粉受精、细胞的早期分裂和分化,子房中IAA和ABA含量的大幅度增加与初生胚乳核、合子分裂、胚乳和胚胎的正常发育之间密切相关,ZT、IAA和ABA含量之间的平衡有利坐果、果实生长和胚胎的正常发育。花前GA3处理枇杷能显著降低1月中旬前的IAA和ABA含量,从而导致胚乳和胚发育受阻,使其中途停止发育或者退化消失,最终产生无核。
ABA在果实发育中并不只是一种抑制激素,ABA对胚胎的发育也非常重要,一定水平的ABA可以促进胚乳和胚的正常发育,GA3处理后的枇杷果实的ABA含量下降也是造成胚乳和胚胎退化解体的关键因素之一。
11.无论是早熟品种“壁黄早”还是中熟品种“大五星”,在重庆地区GA3处理和不处理果实的生长发育过程大致都可分为3个时期:(1)开花坐果和幼果滞长期(11月中下旬至2月上旬),此期单果重.单果日增重、果实纵径、横径变化较少:(2)幼果细胞迅速分裂期(2月中下旬至3月上中旬),此期单果重、单果日增重、果实纵径和横径变化较大:(3)细胞迅速膨大期和果实成熟期(3月下旬至采果前),此期单果重、单果日增重、果实纵径、横径急剧增加。
12.GA3处理能够提高第一个和第二个果实生长发育时期的单果重、果实纵径和横径,增加花穗主轴和第一支轴以及花梗的长度,提高坐果率。
13.GA3处理枇杷花穗能诱导枇杷单性结实,获得具有商品性大小的无核果。无核果率高达100％；无核果的果形指数、可食率、VC含量和可滴定酸含量都较对照有不同程度的提高,果肉厚。但是,无核果的可溶性固形物含量、蛋白质含量、可溶性糖含量、类胡萝卜素含量等都较未处理的低；无核果的果实成熟期被推迟。
目前获得无核枇杷主要有两条途径:第一条是自身为无核品种。这主要是通过自然筛选、二倍体与四倍体杂交和人工诱导等方式产生三倍体无核枇杷。这方面的研究已经取得了很大的进展,三倍体枇杷新品种有望在不久的将来得到检验和示范推广。但是无论是人工杂交获得的三倍体还是自然选育的三倍体,在生产实践中,都还必不可少的要使用植物生长调节剂,才可以获得具有商品价值的果实。第二条途径是有核品种的无核化诱导处理,也就是用植物生长调节剂诱导枇杷单性结实。目前最为成功的是用GA3来诱导无核果实。这方面的研究虽然很多,但主要集中在诱导剂量、诱导时期以及GA3对枇杷果实发育、果实的经济性状和果实品质的影响等方面。在GA3诱导枇杷无核机理的研究方面,至今没有取得突破性的进展。因此,为了解释GA3诱导枇杷无核的生殖生物学和生理学机理,在重庆以早熟品种“壁黄早”和中熟品种“大五星”为材料,通过用不同浓度的GA3在花蕾期处理花穗,分别就GA3对枇杷雌雄蕊器官的生长发育动态的影响、对花粉生活力和发芽力的影响、对胚胎发育的影响、对枇杷果实生长发育和果实品质的影响以及对花蕾或者果实内源激素含量的影响等进行了研究。
主要研究结果如下:
1.GA3处理对枇杷雌雄蕊器官的生长发育没有影响。GA3没有改变花器官的外形；不影响花药发育进程和花药细胞学特征,花药都能正常发育,形成正常成熟的花粉粒。枇杷花药的发育过程可以分为造孢细胞期、小孢子母细胞期、四分体期、单核小孢子期、花粉粒成熟期。
2.GA3花前处理枇杷并没有降低花粉的生活力和发芽率。500-750mg/LGA3处理能显著提高花粉发芽率和花粉管生长长度。培养基中添加5-200mg/L的GA3对花粉萌发及花粉管生长有促进作用,花粉萌发率和花粉管生长长度随添加GA3浓度的提高而呈上升趋势。但是,当GA3浓度高于200mg/L,时则降低花粉的萌发率和花粉管的生长长度。
3.枇杷的胚珠属于倒生胚珠,在雌蕊发育早期,由胚珠原基发育成珠心、珠柄、珠被等各部分。大孢子母细胞分裂形成功能大孢子,进而形成二核、四核、八核胚囊。中央细胞受精后形成初生胚乳核,先于合子进行分裂。枇杷的胚乳属于核型胚乳。受精的卵细胞形成合子,再进一步发育成原胚。正常枇杷胚胎发育经历球形胚、心形胚、子叶胚等各个时期。
4.GA3影响枇杷的胚胎发育,诱导产生无核枇杷。用500mg/LGA3处理枇杷花穗后,处理植株的胚囊内仍有正常的卵器、助细胞和中央极核细胞:受精的卵细胞还能形成合子,再进一步发育成原胚,但合子细胞分裂只停留在原胚阶段,胚体细胞松散形状不规则:由于胚乳和珠心发育异常并逐渐退化解体消失,最后胚也逐步退化解体:内外珠被虽在胚胎发育的早期阶段能正常发育,但是发育后期受阻,内外珠被之间的部分细胞退化,因此,GA3处理后的枇杷果实只是形成具有内外两层薄珠被、胚和胚乳完全退化的疵籽。GA3处理后的枇杷无核的生殖生理学机理在于珠心和胚乳发育异常并逐步退化,最终造成胚败育。
5.GA3处理对ZT含量的变化趋势没有影响但能显著提高果实在1月上旬至2月上旬的ZT含量。无论是处理还是未处理的枇杷,在果实生长发育过程中ZT的含量有两次高峰:花前的11月中旬和次年1月上旬。
6.用GA3处理过的和未处理的果实中IAA含量的变化趋势在1月下旬前和2月中旬后基本相似。但是,在1月下旬至2月中旬,未用GA3处理花穗的果实中的IAA含量突然急剧升高,而用GA3处理过的则持续下降。GA3处理能显著降低1月中旬前(球形胚阶段)的IAA含量。
7.GA3影响ABA含量的变化趋势并能显著降低果实内的ABA含量。未处理的枇杷果实在果实生长发育过程中ABA含量出现三次高峰:花后谢花期的11月下旬、第二次生理落果期的1月底和4月中下旬。
8.在1月上旬前,经GA3处理花穗和未处理的果实中的ZT/ABA比值的变化趋势相似但变幅较小。但是经GA3处理过花穗的在次年的1月中下旬以后急剧上升,在3月中下旬达到最高值,然后急剧下降;而未经花前用GA3处理过花穗的从次年的1月中下旬以后至采收则持续下降,但变幅较小。
9.在次年的2月中旬前,经GA3处理花穗和未处理的果实中的IAA/ABA比值的变化趋势基本相似但变幅不大。但是,花前用GA3处理过花穗的在2月中旬以后急剧上升,在3月中下旬达到最高值,此后至采收期又急剧下降,而未处理的在2月中旬以后持续下降且变幅较小。
10.GA3处理的胚胎败育与果实内源激素变化密切相关:ZT和IAA的增加和ABA的降低有助于枇杷授粉受精、细胞的早期分裂和分化,子房中IAA和ABA含量的大幅度增加与初生胚乳核、合子分裂、胚乳和胚胎的正常发育之间密切相关,ZT、IAA和ABA含量之间的平衡有利坐果、果实生长和胚胎的正常发育。花前GA3处理枇杷能显著降低1月中旬前的IAA和ABA含量,从而导致胚乳和胚发育受阻,使其中途停止发育或者退化消失,最终产生无核。
ABA在果实发育中并不只是一种抑制激素,ABA对胚胎的发育也非常重要,一定水平的ABA可以促进胚乳和胚的正常发育,GA3处理后的枇杷果实的ABA含量下降也是造成胚乳和胚胎退化解体的关键因素之一。
11.无论是早熟品种“壁黄早”还是中熟品种“大五星”,在重庆地区GA3处理和不处理果实的生长发育过程大致都可分为3个时期:(1)开花坐果和幼果滞长期(11月中下旬至2月上旬),此期单果重.单果日增重、果实纵径、横径变化较少:(2)幼果细胞迅速分裂期(2月中下旬至3月上中旬),此期单果重、单果日增重、果实纵径和横径变化较大:(3)细胞迅速膨大期和果实成熟期(3月下旬至采果前),此期单果重、单果日增重、果实纵径、横径急剧增加。
12.GA3处理能够提高第一个和第二个果实生长发育时期的单果重、果实纵径和横径,增加花穗主轴和第一支轴以及花梗的长度,提高坐果率。
13.GA3处理枇杷花穗能诱导枇杷单性结实,获得具有商品性大小的无核果。无核果率高达100％；无核果的果形指数、可食率、VC含量和可滴定酸含量都较对照有不同程度的提高,果肉厚。但是,无核果的可溶性固形物含量、蛋白质含量、可溶性糖含量、类胡萝卜素含量等都较未处理的低；无核果的果实成熟期被推迟。