芒果种子成熟胎萌过程中胚内源激素含量变化

潘宏兵 罗玲 陈太萍 李贵利 杜邦 李丽

(1 攀枝花市农林科学研究院 四川攀枝花 617061;2 四川省农业科学院园艺研究所 四川成都 610066)

芒果为主要热带特色水果，全球种植面积位列水果第五。中国引种栽培芒果较早，现已规模化，形成早、中、晚熟八大优势区，实现国内芒果周年供应，2019 年种植面积32.3 万hm2、产量278.2万 t［1］。研究表明，芒果种子易胎萌［2-4］，通常种子在未成熟果实内萌发，种子根穿入果肉、穿出果皮引起熟期果实品质和商品外观性降低［5］。近年随着川滇金沙江干热河谷流域晚熟芒果种植规模不断发展壮大，芒果种子胎萌穿根造成的损害对产业发展影响越来越明显，急需开展相关防控技术研究，促进芒果产业提质增效。

种子胎萌发生过程复杂，与自身遗传属性、外部环境条件和种植管理措施紧密相关［6］。内源激素在参与种子萌发调控过程中起了重要作用，主要参与种子萌发调控的内源激素是GA（赤霉素）和ABA（脱落酸）［7］，前者促进萌发，后者抑制胎萌，而ETH（乙烯利）、CTK（细胞分裂素）、IAA（生长素）、SL（独角金内酯）等内源激素通过直接或间接参与GA 或ABA 信号途径调控种子的萌发［8］。目前还未见芒果种子成熟胎萌过程中内源激素含量变化的相关研究报道。本研究测定凯特芒种子成熟胎萌过程中胚7种内源激素含量，分析其种子成熟胎萌过程中内源激素含量变化规律，以期为开展植物激素调控，抑制芒果种子胎萌提供科学依据。

1 材料与方法

1.1 材料

芒果品种为凯特芒。

1.2 方法

1.2.1 试验树选择和处理

选大小和树势相近的15株丰产凯特芒试验树，对试验树统一进行常规肥水管理和病虫害防治，二次生理落果后果实套单层白袋。

1.2.2 指标测定

芒果果实生育期确定参考潘宏兵等［9］的方法，从果实生育期90 d起，每间隔15 d取样1次，每次随机选长势相当的果实45个（3个/株），采用高效液相色谱法（HPLC） 测定样品中内源激素ABA、GA3、ZT（玉米素）、ZR（玉米素核苷）、IAA、SA（水杨酸）、JA（茉莉酸）的含量。内源激素的提取和测定参考苏齐珍等［10］、Yang 等［11］、 张卫等［12］、吕桂珍等［13］的方法。

1.2.3 数据处理

试验数据用Excel 2016 软件进行整理和作图，用SAS 9.3软件进行相关分析。

2 结果与分析

2.1 种子成熟胎萌过程中形态变化

芒果种子是顽拗型种子［14］，种子失水后发芽率降低，种子发育成熟至萌发过程连续［4］。如图1所示，随着凯特芒果实生育期延长，果实内部种子逐渐发育成熟，随后开始胎萌，子叶随着干物质积累颜色由纯乳白逐渐转为绿黄白相间，腹沟处子叶变粗糙，胚根渐突起并伸长，胎萌胚芽不断生长，最终撑破子叶闭合线。

图1 种子成熟胎萌过程中形态变化情况

2.2 种子成熟胎萌过程中胚内源激素含量变化

2.2.1 ABA、ZR含量变化

种子成熟胎萌过程中胚的ABA、ZR含量变化详见图2。果实生育期90 d 胚的ABA 含量最低，为0.47µg/g FW，总体变化趋势为“升高-降低-升高-降低”，变化幅度为1.00µg/g FW，先后在105和150 d 升高至峰值。ZR 含量变化趋势为：升高-降低-升高，90～105 d胚的ZR含量从4.84µg/g FW逐渐升至最高值 （7.66 µg/g FW），105～165 d 逐渐降至最低值（0.81 µg/g FW），之后又逐渐升高。

图2 种子成熟胎萌过程中胚的ABA、ZR含量变化

2.2.2 IAA、ZT含量变化

如图3 所示，种子成熟胎萌过程中胚的IAA 含量逐渐降低，而ZT 含量变化逐渐升高。90～105 d胚的IAA 和ZT 含量变化不明显，含量变化分别为：16.55～16.78 和1.99～2.24 µg/g FW；105～180 d，胚的IAA 含量逐渐降至最低值（1.19µg/g FW），胚的ZT 含量逐渐升至最高值（17.88µg/g FW），在135 d胚的IAA和ZT含量相近。

图3 种子成熟胎萌过程中胚的IAA、ZT含量变化

2.2.3 SA、JA含量变化

种子成熟胎萌过程中胚的SA、JA 含量变化见图 4。胚的 SA 含量从 90 d 的 0.20 µg/g FW 逐渐升高至 180 d 的 2.76 µg/g FW，其中 120～135 d 含量变化不明显。胚的JA 含量变化为先降低后升高至相对稳定值，即90～120 d 含量逐渐降低至最低值（1.11 µg/g FW），120～150 d 含量逐渐升高至2.71µg/g FW，150～180 d含量变化差异不明显。

图4 种子成熟胎萌过程中胚的SA、JA含量变化

2.2.4 GA3含量变化

从图5 可看出，GA3含量变化趋势为“降低−升高−降低−升高”。90 d 的胚GA3含量最高，为4.87 µg/g FW；随后90～105 d 含量迅速降低近一半，105～135 d 含量总体小幅升高，之后在150 d含量降至最低值，为0.83µg/gFW；最后含量逐渐升高，180 d含量为1.91µg/g FW。

图5 种子成熟胎萌过程中胚的GA3含量变化

2.3 种子成熟胎萌过程中胚内源激素的相关性分析

种子成熟胎萌过程中胚内源激素的相关性分析结果见表1。内源激素ZT 与IAA 和SA 与IAA 含量呈极显著负相关，SA 与ZT 含量呈极显著正相关，其他内源激素含量之间均呈无显著相关。

表1 种子成熟胎萌过程中胚内源激素的相关性

2.4 种子成熟胎萌过程中胚内源激素含量比值变化

2.4.1 GA3、ZT、SA和JA与ABA含量比值变化

从图6 可以看出，GA3/ABA 和SA/ABA 变化总体呈现“降低-升高-降低-升高”趋势，ZT/ABA 和JA/ABA 变化总体呈现“降低-升高”趋势。90～105 d 相关含量比值都降低，105～135 d 含量比值总体都升高；135～180 d 的 GA3/ABA 和 SA/ABA 先降低再升高，ZT/ABA 和 JA/ABA 逐渐升高。GA3、ZT、SA 和JA 与ABA 含量比值变化幅度大小为ZT/ABA＞GA3/ABA＞SA/ABA＞JA/ABA，分别是 28.19、9.80、3.92 和3.58。90 d 的含量比值大小为GA3/ABA＞JA/ABA＞ZT/ABA＞SA/ABA，105～135 d的含量比值总体大小为 ZT/ABA＞GA3/ABA＞JA/ABA＞ SA/ABA，150～180 d 的含量比值大小为ZT/ABA＞JA/ABA ＞SA/ABA＞ GA3/ABA。

图6 种子成熟胎萌过程中胚的GA3、ZT、SA、和JA与ABA含量比值变化

2.4.2 ABA、ZR和IAA与GA3含量比值变化

由图 7 可知，从 90～105 d ABA/GA3、ZR/GA3和IAA/GA3都升高，105～135 d 三者总体都降低，135～150 d 三 者 均 升 高 ， 150～180 d ABA/GA3和IAA/GA3逐渐降低，ZR/GA3先降低后升高。整个果实生育期，ABA、ZR和IAA与GA3含量比值变化幅度大小为 IAA/GA3＞ZR/GA3＞ABA/GA3，分别是 6.43、2.50 和 1.67， 其 中 90～165 d 表 现 为 IAA/GA3＞ZR/GA3＞ABA/GA3，180 d 表现为 ZR/GA3＞IAA/GA3＞ABA/GA3。

图7 种子成熟胎萌过程中胚的ABA、ZR和IAA与GA3含量比值变化

3 讨论与结论

GA 可以启动种子糊粉层细胞中多种水解酶的合成，促进种子中淀粉、蛋白质及其他贮藏物质的分解，打破种子休眠，促进萌发［15］；ABA可以诱导成熟期种子营养积累和降低水分含量，促进种子休眠、抑制萌发［16-18］；而其他多种内源激素通过直接或间接参与GA 或ABA 信号途径调控种子的萌发［8］。芒果种子发育没有成熟前进行干燥脱水，可使种子在发育至生理成熟后迅速启动胎萌，从生理成熟向胎萌启动转变过程中牵涉多种生理生化变化，其中内源激素在参与种子萌发调控过程中起了重要作用。果实生育期105～135 d 的凯特芒种子播种萌发率70%～100%、胎萌率0～18%［9］，此果实生育期阶段种子胚的GA3含量有一个明显上升过程，而ABA含量有一个明显的下降过程，研究表明，树干输注ABA 能降低芒果胎萌穿根危害［5］，可以推测，果实生育期105～135 d 是凯特芒种子生理成熟向胎萌启动的转变时期，之前为种子生长成熟期，之后为种子胎萌发生期。

在果实生育期90～105 d，凯特芒种子胚内源激素ABA 和ZR 含量出现明显上升趋势，ABA、IAA和ZR 含量较高，因为ABA 可促进种子内淀粉、蛋白质、脂质等物质大量积累，加快种子脱水［16-18］，高水平的IAA有利于营养物质向种子积累、促进其成熟［19-20］，ZR 有利于促进种子中营养物质的积累及细胞分裂［21］。

在果实生育期105～135 d，凯特芒种子胚内源激素IAA 和ZR 的含量均呈降低趋势，即过高浓度的IAA和ZR将抑制种子萌发，同ABA为种子胎萌的抑制激素，与低浓度IAA 可以促进紫椴［22］、苜蓿［23］种子萌发的研究结果一致，但与ZR有利于解除桢楠［24］、北细辛［25］种子休眠、促进萌发的观点不一致；而ZT 和SA 的含量均呈明显上升趋势，同GA3为种子胎萌的促进激素，与ZT 促进矮金莲花［26］、露蕊乌头［27］、掌叶棕［28］等种子萌发的结果类似，与SA促进重楼［29］种子休眠解除、出苗的研究结果相似；JA 含量先降低后升高，并在果实生育期120～180 d 呈持续上升趋势，认为JA 为种子胎萌的促进激素，前期含量降低可能是JA 暂时由胚转运至子叶时增强α-淀粉酶活性［30-32］，之后又由子叶转运至胚，用于加速细胞分裂、膨大［33］，促进胎萌生长。

在果实生育期135～150 d，凯特芒种子胚内源激素ABA 含量异常升高、GA3含量异常降低。ABA 含量升高，说明在发育胎萌后期种子对ABA反应敏感性降低，类似结果在矮金莲花［26］、滇重楼［34］、西葫芦［35］种子萌发或胎萌研究中被发现，可能是种子胚ZT 含量大幅增加有利于拮抗ABA 的促休眠作用［36］，此时ABA 含量升高有利于促进胚根根系细胞吸收营养［37］，从而促进萌发。本研究表明，GA3含量降低主要是受内源激素SA、ZT、ABA 和JA 的抑制作用，因为GA3与SA、ZT、ABA 和JA 含量均呈负相关。

本研究还发现，凯特芒种子成熟胎萌过程中，胚内源激素仅 ZT 与 IAA、SA 与 IAA、SA 与 ZT 含量相关性达极显著水平，其他内源激素含量之间相关性不显著，这与重楼［29，34］、多花黄金［38］等种子萌发中内源激素含量的相关性结果不同，说明不同植物种子萌发对内源激素的敏感性存在差异，2种内源激素之间并非固定的拮抗或协助效应。

种子的休眠、萌发不仅与內源激素的绝对含量有关，也与各激素之间的平衡有关。有研究发现，GA3/ABA［26-37，39］、SA/ABA［29］、ZT/ABA［26］偏高时促进种子休眠的解除和萌发，ABA/GA 降低调控了秋茄胎生现象发生［40］。本研究发现，在凯特芒种子生理成熟向胎萌启动转变时期（果实生育期105～135 d），种子胚内源激素GA3/ABA、SA/ABA、ZT/ABA 以及JA/ABA 均呈上升趋势，而IAA/GA3和ZR/GA3呈下降趋势，与前人研究结果相似。其中ZT/ABA 和IAA/GA3变化较明显，说明较高的ZT/ABA和较低的IAA/GA3是调控凯特芒种子由成熟状态转入胎萌状态的关键因素。

综上，在凯特芒种子发育成熟胎萌过程中，胚内源激素含量变化明显，其中IAA、ZR 同ABA 为种子胎萌抑制激素，而ZT、SA、JA 同GA3为种子胎萌促进激素，较高的ZT/ABA 和较低的IAA/GA3是调控种子由成熟状态转入胎萌状态的关键因素。建议在凯特芒种植过程中，于种子发育成熟前喷施外源激素IAA、ABA 和ZR，推迟或减少种子胎萌发生。