不同果肉厚度的苦瓜种质细胞大小和形态差异分析

裘波音 李大忠 林珲 张前荣 温庆放 朱海生

摘 要：為探讨苦瓜果肉生长规律及细胞大小和形态对果肉发育的影响，以2份不同果肉厚度苦瓜种质（分别为LX13、ZK54）为材料，分析不同时期果肉厚度动态变化以及细胞大小和形态参数，研究不同指标之间的相关性。结果表明：（1）2份苦瓜种质果肉厚度随果实发育不断增大，在花后17、23 d种质间差异显著。（2）LX13细胞面积在花后10、17和23 d差异显著，细胞周长、长度、宽度在4个取样时间差异显著，ZK54细胞面积花后17 d显著大于花后10 d，细胞周长、长度在花后3、10和17 d差异显著，细胞宽度在4个时间差异显著；在花后17、23 d，LX13细胞面积、细胞周长、长度和宽度均显著大于ZK54。（3）LX13细胞纵横比和圆度在花后17、23 d显著大于花后3、10 d，ZK54两个指标在花后17 d显著大于花后3、10 d，但花后23 d这两个指标均显著小于花后17 d；在花后17、23 d，

LX13的细胞纵横比和圆度显著大于ZK54。（4）相关分析显示细胞参数与果肉厚度之间均呈显著或极显著正相关，表明细胞发育对苦瓜果实的生长起关键作用。

关键词：苦瓜；果肉厚度；细胞大小；细胞形态

中图分类号：S 642.5   文献标志码：A   文章编号：0253-2301（2023）03-0014-06

DOI： 10.13651/j.cnki.fjnykj.2023.03.003

Abstract： In order to investigate the rule of pulpy growth and the influence of cell size and morphology on pulpy development， two kinds of bitter gourd with different pulp thickness（LX13 and ZK54） were used to analyze the dynamic changes of pulpy thickness and the parameters of cell size and morphology in different periods， and to study the correlation between different indexes. The results show that： （1） Pulp thickness increased as the fruit develops， andsignificantly different between two germplasms at 17 and 23 days after flowering. （2） Cell area of LX13 was significantly different at 10，17and 23 days after flowering， andcell perimeter， length and width were significantly different at all 4 sampling times. Cell area ofZK54was significantly larger at 17 days after flowering than at 10 days after flowering， cell perimeter and length were significantly different at 3， 10 and 17 days after flowering， cell width was significantly different at all 4 sampling times. Cell area， perimeter， length and width of LX13 at 17 and 23 days after floweringwere significantly greater than ZK54. （3） Cell aspect ratio and roundness of LX13 at 17 and 23 days after flowering were significantly greater than at 3 and 10 days after flowering. Cell aspect ratio and roundness of ZK54 were significantly higher at 17days after flowering than at 3 and 10 days after flowering， but these indicators at 23 days after flowering were rather smaller than at 17 days after flowering. Cell aspect ratio and roundness of LX13 were significantly higher than ZK54 at 17 and 23 days after flowering. （4） Correlation analysis showed that cell size and morphological parameters were significantly or extremely significantly positively correlated with flesh thickness， indicating that cell development played a key role in the growth of bitter melon fruit.

Key words： Bitter gourd （Momordica charantia）； Fruit flesh thickness； Cell size； Cell morphology

果肉是薄壁组织，主要由薄壁细胞、胞间层和细胞间隙组成[1]，果肉细胞的大小和形态与果实生长发育之间存在重要的关联，如猕猴桃果肉细胞在果实成熟期间体积明显变大，细胞形状由圆形变为长条形[2]；葡萄果肉细胞在果实生长初期呈放射线状迅速分裂，细胞数量急剧上升，随着果实生长，细胞体积也向放射线方向扩大，逐渐变成球状[3]；苹果果肉细胞在果实软化后分离严重，排列松散[4]；大久保桃果肉细胞在果实成熟初期结构完整，但随着成熟度增加，胞间层逐渐出现裂痕，进入衰老阶段，原生质整体发生崩溃，细胞壁也变得非常松驰[5]；不同成熟度油桃果肉细胞在盛花期后104、108、112 d排列整齐紧密，但在贮藏50 d后，细胞之间开始分离，且细胞间隙不断增大[6]。研究显示，细胞大小和形态对果实产量和品质也有很大的影响，如马铃薯块茎细胞越大，块茎硬度越小[7]；甜瓜果肉细胞越小，质地越硬[8]；苹果果肉细胞越圆，果实硬度越大，且果肉细胞结构差异在成熟期达到最大[9-10]；与3个近等基因系相比，黄瓜Q30品系细胞最小，密度最大，但果实却最长[11]，表明细胞的大小、形态、结构等因素对果实的生长发育以及产量和品质的形成意义重大。

苦瓜Momordica charantia L.，葫芦科苦瓜属一年生植物，性湿耐热，多为春、秋两季种植，原产印度尼西亚，在中国、日本等亚洲国家以及加勒比海群岛等地均有广泛的栽培[12-13]。苦瓜果实营养丰富，包含各种氨基酸、糖类、维生素和钙、铁等矿物质，具有降低血糖、促进食欲、排毒养颜等功效[14]。其中，果肉作为主要的食用和药用部分，其品质好坏最终决定苦瓜的利用价值和经济效益[15]。迄今为止，关于苦瓜果肉细胞相关研究尚未见报道，因此，本试验以不同果肉厚度的苦瓜为材料，分析不同发育阶段果肉细胞大小和形态的变化规律，同时挖掘与果肉厚度之间的关系，以期为苦瓜生长发育调控机理的探讨提供佐证。

1 材料与方法

1.1 试验材料

基于前期对70份苦瓜种质果肉厚度的观测，结合一般线性模型的单因素分析进行多重比较，方法选用Tamhane′s T2（P≤0.01），发现LX13和ZK54果肉厚度具有极显著差异[16]，因此以两者为材料进行相关试验。

1.2 试剂与仪器

1.2.1 主要试剂 FAA固定液、植物软化液、环保型脱蜡透明液、番红固绿（植物）染液均购于武汉赛维尔生物科技有限公司；无水乙醇、二甲苯、中性树胶均购于国药集团化学试剂有限公司。

1.2.2 主要仪器 脱水机（Donatello，意大利DIAPATH）、包埋机（JBP5，武汉俊杰）、病理切片机（RM2016，上海徕卡）、冻台（JBL5，武汉俊杰）、组织摊片机（KDP，金华科迪）、烤箱（GFL230，天津莱玻瑞）、正置光学显微镜（NIKON ECLIPSE E100，日本尼康）、成像系统（NIKON DSU3，日本尼康）等。

1.3 试验方法

1.3.1 试验过程 试验材料于2月下旬在培养箱恒温催芽，3月上旬进行基质育苗，下旬定植于福州基地大棚。于开花当日授粉，花后3、10、17和23 d进行观测并取样。

1.3.2 果肉厚度测定 每份种质取长势均匀的健康苦瓜各5个，利用游标卡尺测量果实横径和果实腔径，通过以下公式计算果肉厚度：果肉厚度=（果实横径-果实腔径）×0.5。

1.3.2 组织软化石蜡包埋 （1）固定：取两品种果肉，长、宽、高各0.5 cm；放入FAA固定液中固定至少24 h；（2）修材：將组织修薄为 2～3 mm，然后将打印好的标签与组织一一对应放在脱水盒中；（3）软化：将脱水盒入植物软化液中，密封，放入55℃鼓风干燥箱中进行软化，软化液更换周期为 7 d，每周观察1次软化程度；（4）脱水浸蜡：将软化好的植物流水冲洗 30 min，放入15%的乙醇浸泡2 h后进行30%酒精 1 h、50%酒精1 h、75%酒精2 h、85%酒精1.5 h、90%酒精1.5 h、95%酒精1.5 h、100%酒精1 h、100%酒精1 h分级脱水，随后进行二甲苯8 min、二甲苯20 min、二甲苯20 min、 石蜡30 min、石蜡1 h、石蜡2 h依次浸蜡处理；（5）包埋：先将融化的蜡放入包埋框，待蜡凝固之前将组织从脱水盒内取出按照包埋面的要求放入包埋框并贴上对应的标签。于-20℃冻台冷却，蜡凝固后取出并修整蜡块；（6）切片：将修整好的蜡块置于石蜡切片机切片，厚度为5 μm，切片漂浮于摊片机 40℃ 温水上将组织展平，载玻片捞起，60℃烘箱内烤片，水烤干蜡烤化后取出常温保存备用。

1.3.3 番红固绿染色 （1）切片脱蜡：依次将切片放入环保型脱蜡透明液20 min、无水乙醇5 min、75%酒精5 min进行处理，用自来水进行清洗；（2）番红染色：切片入植物番红染色液中染色2h，自来水稍洗，洗去多余染料；（3）脱色：切片依次入50%、70%、80%梯度酒精中各3～8 s；（4）固绿染色：切片入植物固绿染色液中染色6～20 s，无水乙醇三缸脱水；（5）透明封片：切片入干净的二甲苯透明5 min，中性树胶封片。

1.3.4 镜检和图像采集 使用正置光学显微镜进行细胞形态观察，利用成像系统进行不同放大倍率（20倍、40倍和200倍）的图像采集。

1.3.5 数据分析 用 Imagepro plus 6.0 软件对果肉组织切片进行图像分析，获得4个细胞大小参数和2 个细胞形状参数，细胞大小参数包括面积、周长、长度（用最大费雷特直径表示）和宽度（用最小费雷特直径表示），数据以均值±标准误差表示，采用 Excel 2010进行数据整理，通过SPSS 21.0软件进行相关性分析和多重比较（Duncan法），以P<0.05为显著性差异。

2 结果与分析

2.1 2份苦瓜种质不同发育时期果肉厚度差异

由图1可知，随着果实的发育，2份苦瓜种质的果肉厚度均增大，但在前3 d增长较慢，随后增长迅速，17 d后又逐渐缓慢，整体呈“慢-快-慢”的趋势。LX1-3果肉厚度在花后3、10和17 d差异显著，花后17、23 d差异不显著；ZK54果肉厚度在4个时间差异均达显著水平。2份种质同一时期果肉厚度也不同，其中花后3 d和10 d，LX1-3的厚度略小于ZK54，但差异不显著；花后17、23 d差异均达显著水平。

2.2 2份苦瓜种质不同发育时期细胞大小差异

由表1可知，同一种质不同发育时期细胞大小参数表现不一。LX13的细胞面积在花后3、10 d两者差异不显著，在花后10、17 d和23 d差异显著；ZK54的细胞面积在花后3、10 d差异不显著，花后17 d则显著大于花后10 d，花后23、17 d两者差异不显著。LX13的细胞周长、长度、宽度在4个时间均差异显著；ZK54的细胞周长、长度在花后3、10和17 d差异显著，在花后17、23 差异不显著，细胞宽度在4个时间差异显著。同一取样时间2份种质间表现也不同，在花后3、10 d，LX13和ZK54的细胞面积、细胞周长、长度和宽度均无显著差异；在花后17、23 d，LX13的这4个指标均显著大于ZK54。

2.3 2份苦瓜种质不同发育时期细胞形态差异

由表2可知，LX13和ZK54的细胞纵横比和圆度整体呈“先升后降”的趋势，其中LX13的两个指标在花后3、10 d无显著差异，花后17、23 d则显著大于花后3、10 d，花后17、23 d差异不显著；ZK54的两个指标在花后3、10 d无显著差异，花后17 d则显著大于花后3、10 d，但花后23 d这两个指标均显著小于花后17 d。同一发育时期2份种质间表现也不同，在花后3、10 d，2份种质间的细胞纵横比和圆度无显著差异，但花后17、23 d，2份种质间差异显著。

由图2可知，从细胞整体形态来看，在花后3、10 d，2份种质的细胞排列均较为紧密，细胞较为完整，在花后17、23 d，细胞排列逐渐松散，且花后23 d，细胞出现部分破损现象。

2.4 2份苦瓜种质细胞参数与果肉厚度相关分析

由表3可知，2份苦瓜种质细胞参数与果肉厚度之间均为正相关关系，其中4个细胞大小参数均为极显著正相关，2个细胞形态参数之间也为极显著正相关。细胞面积、宽度和纵横比、圆度两两之间呈显著正相关，细胞周长、长度和纵横比、圆度两两之间呈极显著正相关，将细胞大小及形态参数和果肉厚度之间两两相关，发现细胞周长、长度、宽度、纵横比和圆度与果肉厚度之间均极显著正相关，而细胞面积与果肉厚度则为显著正相关，表明细胞的膨大发育对果肉的发育影响甚大。

3 讨论与结论

果肉厚度、果实横径、果实纵径等是决定果实大小和形态发育的重要指标，也是影响品质和产量的关键因素[11，15]。前人研究表明，不同物种果实的生长有单“S”型和双“S”型两种曲线，其中单“S”型如辣椒、番茄、宣木瓜、火龙果、山核桃等的果实大小与重量随生长发育呈“慢-快-慢”的趋势[17-21]，而双“S”型如梨、杨梅、欧洲李、杏、番石榴等则呈“慢-快-慢-快-慢”的趋势[22-26]。同一物种生长发育曲线也有不同，如温克葡萄果实纵径增长呈单S型动态曲线变化，而横径增长却表现为双S型变化[27]；蓝莓品种奥尼尔、蓝雨和布里吉塔的果实横径、纵径、单果重均为双“S”型生长曲线[28]；品种杰兔、灿烂、粉蓝和园蓝单果重雙“S”曲线趋势表现明显，但横纵径曲线双“S”趋势却不明显[29]；品种鲁贝尔的果实单果重变化呈双“S”型生长曲线，但横向直径变化却呈单“S”型生长曲线[30]。本研究发现，LX13和ZK54的果肉厚度变化呈“慢-快-慢”的趋势，表明其横向直径变化为单“S”型生长曲线，这与早期张玉灿等[31]发现的9个苦瓜杂交组合的果重、果长和果径的膨大规律较为一致，表明苦瓜不同种质间可能存在相似的果实发育模式。

果实的生长发育是复杂的生理生化变化过程，各组织细胞的大小和形态也会发生不同程度的变化[3，5]。早期报道指出，枣耐裂品种一般果肉细胞较小，排列都较为紧密，而不耐裂品种果肉细排列相对疏松[32]；随着果实发育，栽培西瓜和饲用西瓜细胞体积先变小后增大，药用西瓜果肉细胞逐渐变大，细胞壁逐渐出现褶皱，而野生西瓜果肉细胞密度较大，在发育过程中始终保持紧密排列[33]；富士苹果在盛花85 d之后出现两次细胞增大，但秦冠苹果细胞却未出现类似变化[34]；双冬蜜桃在成熟前14 d细胞显著增大，近核端细胞开始变成长条形，其对照冬雪蜜桃近核端细胞形态则无明显变化，在成熟前7 d到成熟期这一阶段，双冬蜜桃近核端部分细胞开始皱缩，细胞排列疏松，胞间出现空腔，细胞边界逐渐模糊[35]。本试验结果发现，2份苦瓜种质的细胞大小和形态参数与果肉厚度呈显著或极显著正相关，且随着果实的生长发生不同的变化，在花后3 d和10 d，细胞面积、周长、长度、宽度、纵横比和圆度均有所增加，两者的细胞排列仍较为紧密，细胞形态近圆形或椭圆形；在花后17 d，细胞大小和形态参数较前两个时期明显增加，且2份种质间差异也非常显著，表明细胞形状逐渐瘦长，花后23 d LX13的细胞大小参数仍增长但ZK54没有出现显著变化，两者的细胞纵横比和圆度略小于花后17 d，说明细胞开始皱缩，结构出现局部破损，果实逐渐进入衰老期，暗示细胞大小和形态与果肉发育关系密切，细胞结构变化是果实发育成熟的重要反应，但不同苦瓜种质在果实成熟过程中经历的生理变化状态可能存在差异，仍需进一步深入分析讨论。

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（责任编辑：柯文辉）