全 文 ：植物生理学通讯 第41卷 第4期，2005年8月 471
不同倍性黄瓜的形态和一些生理生化指标比较
雷春 陈劲枫* 张晓青 陈丽娟 张永兵
南京农业大学园艺学院，作物遗传与种质创新国家重点实验室，南京 210095
提要 由同一基因型产生的单倍体、二倍体和四倍体黄瓜的叶面积和花大小等形态性状、单位面积叶绿素含量和苹果酸
脱氢酶(MDH)表达量等生理生化指标随染色体倍性的增加而增加，过氧化物酶(POD)活性则随倍性的增加而降低，剂量
效应明显；其他形态指标和可溶性蛋白含量等与染色体倍性无明显相关性。
关键词 黄瓜；单倍体；四倍体；基因剂量
Morphologies and Several Physiological and Biochemical Indexes of Cucum-
bers (Cucumis sativus L.) with Different Ploidies
LEI Chun, CHEN Jin-Feng*, ZHANG Xiao-Qing, CHEN Li-Juan, ZHANG Yong-Bing
State Key Laboratory of Crop Genetics and Germplasm Enhancement, College of Horticulture, Nanjing Agricultural University,
Nanjing 210095, China
Abstract Haploid, diploid and tetraploid cucumbers (Cucumis sativus L.) developed from the genotype ‘Jinlvsihao’
were used as experimental materials. The results showed that leaf and flower size, chlorophyll content and
malate dehydrogenase (MDH) electrophoretogram intensity increased and peroxidase (POD) activity decreased
as the genome doubled, indicating significant gene dosage effect. The other morphological traits and soluble
protein content showed no significant relation to ploidy levels.
Key words cucumber (Cucumis sativus L.); haploid; tetraploid; gene dosage
收稿 2004-11-16 修定 　2005-03-20
资助 国家高技术研究发展计划专项经费(2002AA241251、
2002AA207012、2004AA241120)、国家自然科学
基金(30470120)、教育部跨世纪优秀人才培养计划。
*通讯作者(E-mail: jfchen@njau.edu.cn, Tel: 025-
84396279)。
有关黄瓜(Cucumis sativus L.)形态和生理生化
指标的报道很多，但大多集中在黄瓜二倍体物种
上[1]，由同一基因型产生的不同染色体倍性即单
倍体、二倍体和四倍体黄瓜为试材进行比较的研
究尚未见报道。本文初步探讨了不同倍性黄瓜形
态和某些生理生化指标与染色体倍性之间的关系。
材料与方法
二倍体黄瓜(Cucumis sativus L.)品种“津绿
4 号”的单倍体是用辐射花粉授粉进而进行幼胚
拯救获得的[2]，其四倍体是用秋水仙素水溶液浸
萌动的种子加倍而来[3]。不同倍性黄瓜于2003年
10 月种植于本校试验地。各随机挑选3株进行形
态学观察和各种植株测定分析。
植株长出2片真叶后，取长0.5~1.0 cm的幼
嫩卷须，参照陈劲枫等[4]方法进行有丝分裂染色
体制片；按照文献5 的方法，每株至少统计30 个
分生细胞的中期染色体，以确定植株的染色体数目。
盛花期时测量植株第 3、5、7、9 节上的节
间长、茎粗、叶长、叶宽、叶柄长等指标；每
株分别取 3 朵当天开放的雌、雄花，测量花萼
长、花瓣长和花瓣宽；授粉 20 d 后测瓜长、瓜
粗并计算瓜形指数(瓜长/瓜粗)。
从上往下取第 4 片功能叶，用打孔器打取没
有叶脉的小圆叶片，测其叶面积并称重。采用丙
酮∶无水乙醇∶水 =4.5∶4.5∶1 的提取液提取
至叶片发白，用 722 型分光光度计分别测定波长
645和 663 nm处的光吸收值。鉴于西瓜上用鲜重
和叶面积分别作单位测叶绿素含量时变化趋势不
同[6]，本文分别计算了单位鲜重和单位叶面积的
叶绿素含量，计算公式为：叶绿素a 含量=12.21×
OD663-2.81×OD645，叶绿素 b 含量 =20.13×OD645-
5.03×OD663。同时，采用愈创木酚法[7]测定过氧
化物酶(peroxidase, POD)活性，用考马斯亮蓝G-
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250 法测定可溶性蛋白质含量[8]。试验均重复 3
次，数据采用 SPS S 软件进行 LSD 测验。
取茎顶端刚展开的幼嫩叶片提取粗酶液，进
行苹果酸脱氢酶(malate dehydrogenase, MDH)电
泳。样品制备、电泳、染色方法、谱带记录分
析参考文献9并做了如下改动：分离胶浓度10%；
开始电压100 V，进入分离胶后电压调为180 V，
凝胶染色0.5 h。酶谱带相对迁移率(Rf)= 酶带迁
移率 / 溴酚蓝迁移率。
实验结果
1 形态特征比较
单倍体(H)、二倍体(D)、四倍体(T)黄瓜的
染色体数目分别为7、14、28 (图 1-c)，在形态
上差异很大(表 1)。单倍体明显“微型化”，茎、
叶、花、瓜等形态指标的测量值均明显小于二倍
体和四倍体，如蔓约为二倍体 1/2、叶仅为二倍
体的1/3，差异极显著(a=0.01)。四倍体植株的
部分器官表现出“巨大性”，叶面积、雌雄花
大小均比二倍体的大，差异显著(a=0.05)或极显
著。但是，四倍体的节间长、茎粗、瓜长、瓜
粗等指标与二倍体相比差异不显著，叶柄长和果
型指数均比二倍体小，差异极显著。另外还观察
到，随着染色体成倍性增加，叶片逐渐变厚，叶
缘逐渐变皱褶，叶色逐渐加深(图1-a)。随着倍性
增加，3 种材料的雌花、二倍体和四倍体的雄花
逐渐变大，花瓣表面和边缘逐渐变皱折，花色渐
深(图1-b)。单倍体的雄花在开放前黄化败育。四
倍体雌花子房上的果刺比二倍体的粗密，而单倍
体的则较细疏(图 1-b)。与二倍体和单倍体相比，
四倍体果实成熟后具有明显的果棱。
2 叶绿素含量比较
以单位叶面积计算的叶绿素含量随倍性增加
而增加，叶绿素 a、叶绿素 b 和总叶绿素的含量
均是四倍体最高，二倍体次之，单倍体最低。其
中，四倍体与二倍体之间，除了叶绿素 b 的含量
差异显著外，叶绿素 a 和总叶绿素的含量差异均
达极显著水平，二倍体和单倍体之间叶绿素a、b
及总含量之间的差异不显著。叶绿素a/b的值单倍
体最高，四倍体居中，二倍体的最低。其中，
二倍体和四倍体之间无显著差异，但两者均显著
低于单倍体(表2)。但以单位鲜重计算的叶绿素含
量没有呈现出随着染色体倍性增加而增大的现象，
单倍体与四倍体之间没有显著差异，并且都低于
二倍体。　
3 POD活性和可溶性蛋白含量比较
从表 3 可以看出，随着倍性的增加，POD 活
性降低，单倍体明显高于二倍体和四倍体，差异
极显著；四倍体的活性最低，但与二倍体差异不
显著。单倍体和四倍体之间可溶性蛋白含量差异
图1 不同倍性黄瓜的染色体计数和部分形态学比较
Fig.1 Comparisons of chromosome number and some morphological traits among cucumbers with different ploidies
　　a ：叶形态( 左：单倍体；中：二倍体；右：四倍体)；b ：雌花形态( 左：单倍体；中：二倍体；右：四倍体)；c ：
染色体计数( 左：单倍体；中：二倍体；右：四倍体) 。
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不显著，二倍体最高，比单倍体高约 1 3 % ，差
异极显著，比四倍体的高约 8 . 7 %，差异显著。
4 MDH 同工酶酶谱比较
单倍体与二倍体、四倍体之间的 M D H 同工
酶酶谱有明显的差异(图 2)。MDH-1、MDH-2 和
表2 不同倍性黄瓜的叶绿素含量比较
Table 2 Comparisons on chlorophyll contents among cucumbers with different ploidies
　　　　　　　　　　 叶绿素a含量 叶绿素b含量 总叶绿素含量
　 材料 　 单位鲜重／ 单位叶面积／ 单位鲜重／ 单位叶面积／ 单位鲜重／ 单位叶面积／ 叶绿素a /b
　　　　　　　　 mg·g-1(FW) mg·m-2 mg·g-1(FW) mg·m-2 mg·g-1(FW) mg·m-2
单倍体 1.78bB 367.00bB 0.55bB 113.00bB 2.33bB 481.00bB 3.24a
二倍体 2.35aA 356.00bB 0.84aA 127.00bA 3.19aA 483.00bB 2.80b
四倍体 1.80bB 446.00aA 0.60bB 148.00aA 2.40bB 594.00aA 3.00ab
　　小写字母表示在 a=0.05 水平上差异显著，大写字母表示在 a=0.01 水平上差异显著。
表3 不同倍性黄瓜功能叶的POD活性和
可溶性蛋白含量的比较
Table 3 Comparisons on POD activity and soluble protein
contents among cucumbers with different ploidies
材料 POD/ 可溶性蛋白/
U·min-1·g-1 (FW) mg·g-1 (FW)
单倍体 27.32aA 26.54bB
二倍体 7.19bB 30.00aA
四倍体 6.73bB 27.59bA
　　小写字母表示在 a=0.05 水平上差异显著，大写字母表示在
a=0.01 水平上差异显著。
图2 不同倍性黄瓜MDH同工酶电泳图谱
Fig.2 MDH isozyme electrophoretogram of
cucumbers with different ploidies
H ：单倍体；D ：二倍体；T ：四倍体。
表1 不同倍性黄瓜形态特征比较
Table 1 Comparisons of morphological characters among cucumbers with different ploidies
茎 叶 雄花
　　材料
节间长 茎粗 叶长×叶宽 叶柄长 萼片长 花瓣长 花瓣宽
单倍体 6.12bB 0.38bB 7.32×6.78cC 6.44cC — — —
二倍体 14.91aA 0.63aA 20.80×15.90bB 13.80aA 0.70bB 1.51bB 1.10bB
四倍体 13.22aA 0.62aA 22.14×15.90aA 11.10bB 1.00aA 2.36aA 1.80aA
　　　　　　　　　 雌花 　　　　　　　　　　 果实 材料
萼片长 花瓣长 花瓣宽 果长 果粗 果形指数
单倍体 0.30bB 1.50cB 0.70bB 12.50bB 3.10bB 4.03cC
二倍体 1.48aA 1.85bA 1.41aA 33.85aA 3.93aA 8.75aA
四倍体 1.77aA 2.30aA 1.61aA 31.60aA 4.93aA 6.47bB
　　小写字母表示在 a=0.05 水平上差异显著，大写字母表示在 a=0.01 水平上差异显著。
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MDH-3 三条酶带为三者共有。在 MDH-4 位点上，
单倍体纯合，仅表现 1条慢带(MDH-4S)，二倍体
和四倍体均杂合，除了呈现慢带(MDH-4S)外，还
有1条快带(MDH-4F)和 1条“杂种带”(MDH-4FS)。
另外，还可以看出，不同倍性黄瓜在 MDH- 4 这
一位点上的表达量不同，表达量随着倍性的增加
而增强。对 MDH-4S 而言，单倍体和二倍体差异
不明显，但低于四倍体，对 M D H - 4 FS 来说，二
倍体的表达量明显低于四倍体。但两者的 MDH-
4 F 差异不明显。
讨 论
一般认为，染色体组数量增加导致基因拷贝
数增加，基因转录产物量发生变化，性状和代谢
物质的数量和质量也必然发生变化。本文结果表
明，在形态上，单倍体器官表现“微型化”，
四倍体某些器官表现“巨大性”，单位面积的叶
绿素 a、b 及其总含量、MDH 的表达量均随着倍
性增加而增加，这在一定程度上体现出基因的剂
量效应。POD 等保护酶是植物体内自由基的有效
清除剂[10]，它在逆境胁迫下和衰老过程中可清除
过量的自由基，维持代谢平衡，保护细胞的正常
结构，因而植物能在一定程度上忍耐、减缓和抗
御逆境胁迫，延缓植物器官的衰老过程。我们在
实验中看到，单倍体的 P O D 活性最高，四倍体
的最低，表明随着倍性的增加，黄瓜对逆境的缓
冲能力逐渐增强，这也在一定程度上体现了基因
的剂量效应。然而，我们同时也观察到：四倍
体的某些形态性状、叶绿素a/b值和可溶性蛋白含
量并没有随着倍性的增加而表现出简单的上升或下
降的线性相关，这同前人在水稻上的结论[11]相
似，表明基因的表达量并不始终与剂量呈线性相关。
总之，从单倍体到四倍体，黄瓜植株的生长
量从“微型化”向“巨大性”发展过程中，单
位叶面积内叶绿素含量增加和抗逆性酶 POD 活性
随着倍性增加而降低的现象是黄瓜多倍体育种中值
得考虑的参数。
参考文献
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