全 文 ：书美洲南瓜（犆狌犮狌狉犫犻狋犪狆犲狆狅）种皮发育形态观察
及其相关酶活性测定
薛应钰１，２，师桂英３，徐秉良１，２，陈荣贤４
（１．甘肃农业大学草业学院 草业生态系统教育部重点实验室 中－美草地畜牧业可持续发展研究中心，甘肃 兰州７３００７０；
２．甘肃省作物遗传改良与种质创新重点实验室，甘肃 兰州７３００７０；３．甘肃农业大学农学院，甘肃 兰州７３００７０；
４．甘肃省武威金苹果有限责任公司，甘肃 武威７３３０００）
摘要：采用组织整体染色和石蜡切片相结合的方法对美洲南瓜有壳品种０４ＬＡｇ２６２和无壳品种０４ＬＡｇ２６２８种
皮发育形态结构比较观察。结果表明，有壳美洲南瓜种皮是由表皮层、下皮层、厚壁组织层、软组织层和绿色组织
层构成，无壳裸仁南瓜的形成主要是授粉后１８ｄ种皮发育过程中厚壁组织中的细胞变形、瓦解，缺少木质素的积累
而导致了下皮层、厚壁组织层的缺失；对２个品种的种皮、叶片、叶柄和瓜囊不同组织中木质素合成相关酶活性测
定结果表明，无壳品种０４ＬＡｇ２６２８在授粉１８ｄ后，种皮中苯丙氨酸解氨酶（ＰＡＬ）、肉桂酸４羟基化酶（Ｃ４Ｈ）、４
香豆酸辅酶Ａ连接酶（４ＣＬ）、肉桂醇脱氢酶（ＣＡＤ）和过氧化物酶（ＰＯＤ）活性明显降低，而叶片、叶柄和瓜囊中这
几种酶活性在授粉１８ｄ后，呈逐渐增加的趋势。
关键词：美洲南瓜；种皮形态；酶活性
中图分类号：Ｑ９４４；Ｓ６４２．１０１　　文献标识码：Ａ　　文章编号：１００４５７５９（２０１１）０２００２３０８
　 南瓜（犆狌犮狌狉犫犻狋犪）种植历史悠久，原产于中、南美洲，是人类最早栽培的古老作物之一，世界各地栽培广泛，其
栽培面积以亚洲最多，其次为欧洲和南美洲［１，２］。其富含胡萝卜素、维生素Ｃ、核黄素及钙、镁、铁等微量元素，并
含有较多的粗纤维，对通便、抑制肠内病菌和致病物质有良好的作用，它既是良好耐贮蔬菜，又是优质高效饲
料［３］。美洲南瓜（犆狌犮狌狉犫犻狋犪狆犲狆狅）是南瓜属五大栽培种之一，其常规栽培种可分３个变种［４］，无壳裸仁南瓜作为
新型的栽培变种主要在我国的甘肃、山东、内蒙古、新疆和黑龙江等省种植［５８］，由于食用方便，营养丰富，具有籽、
油两用价值，尤其含有高含量的以油酸和亚油酸为主的不饱和脂肪酸，较低含量的饱和脂肪酸，将其作为一种保
健油食用，利用价值很高，正不断引起人们的注意。
基于无壳裸仁南瓜的特殊应用价值，国内外学者进行了大量的研究。据Ａｍｉｎｅ等［９］报道，裸仁美洲南瓜种
皮形成主要由苯丙氨酸解氨酶基因（犘犃犔）、４香豆酸辅酶Ａ连接酶基因（４犆犔）、纤维素合成酶基因 （犆犈犛）和肉
桂酰辅酶Ａ还原酶基因（犆犆犚）４个基因协同控制。刘玉梅等［２］通过对裸仁美洲南瓜瓜籽的化学营养成分分析
认为，裸仁南瓜与中国南瓜和印度南瓜相比，其瓜籽具有较高的蛋白质、粗脂肪和较低的糖含量，其中蛋白质含量
在３５％左右，粗脂肪为４０％左右，并且油脂中油酸和亚油酸含量达到８０％以上。Ｆｅ、Ｃａ、Ｍｇ、Ｚｎ、Ｃｕ、Ｍｎ、Ｋ和
Ｎａ等人体所必需的微量元素含量较普通南瓜籽都高出数倍到数十倍，同时也具有高钾低钠的特点，是一种具有
一定保健功能的休闲食品和油料资源。据周祥麟［１０，１１］报道，南瓜种子种壳性状由显性基因控制，无壳性状是受１
对隐性核基因所控制，且独立遗传。另外，对裸仁南瓜的品种选育和栽培适应性［６，８］等进行了大量的研究。这些
都为裸仁南瓜新产品的开发及其优良品种的选育提供了科学依据。但关于裸仁美洲南瓜种皮形成的生化机理研
究国内尚未见系统报道。
本试验所用的材料是由武威金苹果公司与甘肃农业大学瓜研所育成的高代裸仁美洲自交姊妹系。其中“金
无壳”美洲南瓜在甘肃民勤、内蒙古临河市、东三省和新疆等地具有良好的生态适应性，表现为籽大、洁白、单果种
子多、仁厚、种子脂肪及营养含量丰富、品质优良、产量高，为１８００～２１００ｋｇ／ｈｍ２，亩产量较常规种增产６０％以
第２０卷　第２期
Ｖｏｌ．２０，Ｎｏ．２
草　业　学　报
ＡＣＴＡＰＲＡＴＡＣＵＬＴＵＲＡＥＳＩＮＩＣＡ 　　
２３－３０
２０１１年４月
 收稿日期：２０１００９１６；改回日期：２０１０１０１２
基金项目：国家自然科学基金项目 （３０６７１２６７）和甘肃省科技厅中青年基金项目 （３ＹＳ０５１Ａ２５０１５）资助。
作者简介：薛应钰（１９７８），男，甘肃镇原人，讲师，在读博士。Ｅｍａｉｌ：ｘｕｅｙｙ＠ｇｓａｕ．ｅｄｕ．ｃｎ
通讯作者。Ｅｍａｉｌ：ｘｕｂｌ＠ｇｓａｕ．ｅｄｕ．ｃｎ
上；经济效益显著，为１２０００～１６５００元／ｈｍ２。已成为当地的主要农业支柱产业之一。
因此，本试验以甘肃省武威金苹果公司育成的“金无壳”为试材，对美洲南瓜种皮发育形态解剖、木质素沉积
过程中木质素含量以及部分相关酶活性进行测定和分析，深入了解种皮发育过程中种皮形态变化特点、木质素代
谢的特征和规律，进而阐明不同酶活性与种皮木质化的关系，以期从生理生化方面初步探索种皮发育规律，为明
确裸仁南瓜种皮形成的分子机理及其育种和利用提供一定的参考依据。
１　材料与方法
１．１　材料
２００７年５月１日在武威金苹果有限责任公司试验基地播种美洲南瓜有壳品种０４ＬＡｇ２６２和无壳品种
０４ＬＡｇ２６２８，于７月上旬即开花盛期进行严格自交授粉，每个品种至少授粉１０株，并挂牌标记，分别于授粉后
８，１３，１８，２３，２８，３５ｄ采集各自的叶片、叶柄、瓜囊和种皮各２０ｇ，用锡箔纸包好置于液氮管中带回实验室保存于
－８０℃冰柜中用于酶活性的测定；采集相同时间段的种子洗净后固定于福尔马林醋酸酒精（ＦＡＡ）固定液中，用
于种皮发育的形态学观察。
１．２　种皮发育的组织形态学观察
种子整体染色采用间苯三酚反应法［１２］。将采集的不同时间的种子用蒸馏水冲洗干净，用间苯三酚溶解在
１８％ 盐酸饱和溶液浸泡染色，２４ｈ后观察拍照。
种皮发育的解剖形态观察采用石蜡切片法［１３，１４］。将预先固定好的不同时间采集的种子用７０％→８５％→
９５％→９５％→１００％→１００％ 酒精脱水，透明后，渗蜡并包埋，手动旋转切片机切片，切片厚１０～１２μｍ。用番红
染色，加拿大树胶封片。
１．３　木质素聚合物的测定
参照Ｊｕ等［１５］的半定量法。将１ｇ叶片、叶柄、瓜囊和种皮分别置于沸水中冲洗，液氮研磨后加去离子水离
心，以无水乙醇冲洗沉淀，将各沉淀分别溶解于１０ｍＬＨＣｌ乙醇溶液中２５ｈ。期间漩涡数次，分别加入１００μＬ
含２０％的间苯三酚的盐酸溶液，３０ｍｉｎ后离心取各上清液，测定其ＯＤ５４０值，以不加植物材料的反应液为对照。
吸光值表示木质素类物质的含量，３次重复。
１．４　酶活性测定方法
苯丙氨酸解氨酶（ＰＡＬ）活性的测定参照Ｋｏｕｋｏｌ和Ｃｏｎｎ［１６］的方法。将叶片、叶柄、瓜囊和种皮各１ｇ分别
加３ｍＬ０．２ｍｏｌ／Ｌ硼砂缓冲液及样品重量１／１０的聚乙烯吡咯烷酮（ＰＶＰ），冰浴研磨成匀浆，４℃下１００００
ｒ／ｍｉｎ离心１５ｍｉｎ，取上清液０．８ｍＬ，加入２ｍＬ０．２ｍｏｌ／ＬｐＨ８．８硼砂缓冲液，１ｍＬ０．０２ｍｏｌ／Ｌ的Ｌ苯丙氨
酸，立即放于３０℃水浴锅中保温３０ｍｉｎ，在分光光度计上分别测定各自的ＯＤ２９０，以吸光值变化０．０１为１个酶活
力单位，对照为硼砂缓冲液３ｍＬ加酶液０．８ｍＬ，３次重复。
肉桂酸４羟基化酶（Ｃ４Ｈ）活性的测定参照Ｌａｍｂ和Ｒｕｂｅｒｙ［１７］的方法。准确称取叶片、叶柄、瓜囊和种皮各
１ｇ，冰浴研磨后分别加入３ｍＬ提取液（５０ｍｍｏｌ／ＬＴｒｉｓＨＣｌ：ｐＨ８～９，１５ｍｍｏｌ／Ｌβ疏基乙醇，４ｍｍｏｌ／Ｌ
ＭｇＣｌ２，２．５ｍｍｏｌ／Ｌ维生素Ｃ，１０μｍｏｌ／Ｌ亮抑酶肽，１ｍｍｏｌ／Ｌ苯甲基磺酰氟，０．１５％ 聚乙烯吡咯烷酮（ＰＶＰ），
１０％ 甘油），混匀后超声波破碎２ｍｉｎ，过滤后，在４℃下以１２０００ｒ／ｍｉｎ离心２０ｍｉｎ。取上清液即为Ｃ４Ｈ粗酶提
取液。酶反应液组成为：０．８ｍＬ酶提取液，２．２ｍＬ缓冲液（２μｍｏｌ／Ｌ反式肉桂酸，５０ｍｍｏｌ／ＬＴｒｉｓＨＣｌｐＨ
８．９，２μｍｏｌ／Ｌ氧化型辅酶Ⅱ钠盐ＮＡＤＰ，５μｍｏｌ／Ｌ葡萄糖六磷酸二钠）。２５℃下振荡反应３０ｍｉｎ后，加入１００
μＬ６ｍｏｌ／ＬＨＣｌ终止反应，以１２０００ｒ／ｍｉｎ离心１０ｍｉｎ，取上清液在３４０ｎｍ比色。对照为不加酶提取液（加入
０．８ｍＬｄｄＨ２Ｏ）。酶活性表示为Ｕ／（ｇ·ｈ），３次重复。
４香豆酸辅酶Ａ连接酶（４ＣＬ）活性测定参照Ｋｎｏｂｌｏｃｋ和 Ｈａｈｌｂｒｏｃｋ［１８］的方法。准确称取叶片、叶柄、瓜囊
和种皮各１ｇ分别加入５ｍＬ０．０５ｍｏｌ／ＬＴｒｉｓＨＣｌ提取缓冲液及样品重量１／１０的ＰＶＰ，冰浴研磨成匀浆，４℃
下１００００ｒ／ｍｉｎ离心２０ｍｉｎ，取上清液０．４ｍＬ加入到对香豆酸５μｍｏｌ／Ｌ，三磷酸腺苷（ＡＴＰ）５０μｍｏｌ／Ｌ，巯基
辅酶Ａ（ＣｏＡＳＨ）１μｍｏｌ／Ｌ，ＭｇＳＯ４·７Ｈ２Ｏ１５μｍｏｌ／Ｌ混合体积为３ｍＬ的反应液中，４０℃水浴锅中反应１０
ｍｉｎ，测定其ＯＤ３３３值，以不加香豆素酸为对照液。３次重复。
４２ ＡＣＴＡＰＲＡＴＡＣＵＬＴＵＲＡＥＳＩＮＩＣＡ（２０１１） Ｖｏｌ．２０，Ｎｏ．２
肉桂醇脱氢酶（ＣＡＤ）活性测定参照Ｇｏｆｆｎｅｒ等［１９］的方法。将样品在液氮中研磨，迅速称取研磨后粉末１ｇ
加入１．５ｍＬＥｐｐｅｎｄｏｒｆ离心管中，加入１ｍＬ事先预冷的０．１ｍｍｏｌ／Ｌ含巯基乙醇１５ｍｍｏｌ／Ｌ、２％ 聚乙二醇
（ＰＥＧ）和０．１ｇＰＶＰ的磷酸盐（ＰＢＳ）提取液中（ｐＨ６．２５），４℃下１８０００ｒ／ｍｉｎ离心２０ｍｉｎ，取上清液２００μＬ加
入到８００μＬ含１０ｍｍｏｌ／ＬＮＡＤＰ和５ｍｍｏｌ／Ｌ 反式肉桂酸的反应液中，３７℃水浴锅中反应３０ｍｉｎ，用１
ｍｍｏｌ／ＬＨＣｌ中止反应后，测定ＯＤ３４０值，以２００μＬＰＢＳ加８００μＬ反应液为对照，３次重复。
过氧化物酶（ＰＯＤ）活性测定采用愈创木酚比色法［２０］。取待测叶片、叶柄、瓜囊和种皮各１ｇ，分别加８ｍＬ
（０．０５ｍｏｌ／Ｌ、ｐＨ５．５）ＰＢＳ，冰浴研磨，４℃１００００ｒ／ｍｉｎ离心１０ｍｉｎ，取上清液定容于２５ｍＬ容量瓶中。反应体
系：２．９ｍＬ（１０．０５ｍｏｌ／Ｌ、ｐＨ５．５）ＰＢＳ，１．０ｍＬ（１２％）Ｈ２Ｏ２，１．０ｍＬ（１０．０５ｍｏｌ／Ｌ）愈创木酚和０．１ｍＬ酶液，
对照管加０．１ｍＬ死酶。４７０ｎｍ比色。以ＯＤ４７０变化１．０为１个酶活性单位，酶活性表示为ΔＯＤ４７０／（ｇ·ｍｉｎ）。
２　结果与分析
２．１　美洲南瓜种皮发育的组织形态学观察结果
经种皮整体染色说明，美洲南瓜有壳品种０４ＬＡｇ２６２从授粉后１８ｄ至种子基本成熟即３５ｄ种皮均被染上
不同程度的红色，表明从授粉后１８ｄ开始，有壳品种的种皮有不同程度的木质素形成，而且随着种子成熟，木质
素积累的量越多；而对于无壳品种０４ＬＡｇ２６２８从授粉８ｄ后至种子基本成熟即３５ｄ种皮都没有被染成红色，
初步说明无壳品种０４ＬＡｇ２６２８在种子发育的整个过程中木质素的积累很少（图１）。
石蜡切片表明，美洲南瓜种皮主要由５层构成，由外到里依次为表皮层、下皮层、厚壁组织层、软组织层和绿
色组织层（图２ｆ）。通过对授粉后不同时间形成种子的种皮形态进行观察可以看出，授粉后前１８ｄ有壳品种和无
壳品种种子的种皮在形态上没有差别（图２ａ，ｂ，ｃ；图３Ａ，Ｂ，Ｃ），而１８ｄ后随着种子的逐渐成熟，有壳品种
０４ＬＡｇ２６２种子的种皮中，下皮层和厚壁组织层明显形成，而且随着种子的初步成熟，厚壁组织的细胞数量逐渐
增多，致密且其细胞壁逐渐加厚（图２ｄ，ｅ，ｆ）；无壳品种０４ＬＡｇ２６２８种子的种皮从授粉后１８ｄ开始，尤其是２３ｄ
后厚壁组织层的细胞开始破裂，模糊不清（图３Ｄ），２８ｄ后细胞变形（图３Ｅ），至授粉后３５ｄ，下皮层和厚壁组织层
解体，从种皮中消失，而表皮层细胞排列致密，清晰可见，软组织层和绿色组织层基本连成一片（图３Ｆ）。因此，直
至种子基本成熟时，无壳品种０４ＬＡｇ２６２８的种皮由表皮层、软组织层和绿色组织层构成。
２．２　美洲南瓜种皮发育中木质素含量的变化
美洲南瓜授粉后，随植株的生长和果实的发育，叶片、叶柄、瓜囊和种皮组织中木质素含量发生明显的变化
（图４），其中，种皮组织中，木质素含量表现为授粉后的１８ｄ内，无壳品种与有壳品种都呈增加趋势，但是１８ｄ后
无壳品种０４ＬＡｇ２６２８种皮中木质素的含量急剧下降，而有壳品种０４ＬＡｇ２６２种皮的木质素含量继续增高；叶
片、叶柄、瓜囊组织中木质素含量不论是有壳品种还是无壳品种都随其生长不断增加，以叶柄中木质素含量的增
加最快，但是无壳品种０４ＬＡｇ２６２８与有壳品种０４ＬＡｇ２６２相比，这３个组织中的木质素含量差异不明显。
２．３　美洲南瓜种皮发育中木质素合成相关酶活性的变化
２．３．１　苯丙氨酸解氨酶活性的变化　结果表明，美洲南瓜授粉８，１３，１８，２３，２８和３５ｄ后不同组织ＰＡＬ的活性
变化较大。无壳品种０４ＬＡｇ２６２８叶片、叶柄、瓜囊和种皮４个组织的ＰＡＬ活性均低于有壳品种０４ＬＡｇ２６２
的，并且无壳品种０４ＬＡｇ２６２８在授粉１８ｄ后其种皮ＰＡＬ活性开始下降（图５）。
２．３．２　肉桂酸４羟基化酶活性变化　结果表明，美洲南瓜授粉后，叶片、叶柄、瓜囊和种皮的Ｃ４Ｈ活性随时间
变化而变化。无壳品种０４ＬＡｇ２６２８种皮的Ｃ４Ｈ活性呈先升高后降低的趋势，即在授粉后８～１８ｄＣ４Ｈ活性逐
渐升高，１８～３５ｄＣ４Ｈ活性开始降低，其余组织的Ｃ４Ｈ 活性不论是无壳品种还是有壳品种随生长时间均呈上升
趋势（图６）。
２．３．３　４香豆酸辅酶Ａ连接酶活性变化　美洲南瓜授粉后，叶片、叶柄、瓜囊和种皮的４ＣＬ活性随时间变化而
变化。无壳品种０４ＬＡｇ２６２８种皮的４ＣＬ活性呈先升高后降低的趋势，即在授粉后８～１８ｄ４ＣＬ活性逐渐升
高，１８ｄ后４ＣＬ活性开始降低；其余组织的４ＣＬ活性不论有壳品种０４ＬＡｇ２６２还是无壳品种０４ＬＡｇ２６２８均
随生长时间呈上升趋势，且无壳品种０４ＬＡｇ２６２８各个组织的４ＣＬ活性低于有壳品种０４ＬＡｇ２６２（图７）。
５２第２０卷第２期 草业学报２０１１年
图１　美洲南瓜种子整体染色结果
犉犻犵．１　犜犺犲狉犲狊狌犾狋狊狅犳狅狏犲狉犪犾狊犲犲犱狊狊狋犪犻狀犻狀犵狅犳犆．狆犲狆狅
图２　有壳品种０４犔犃犵２６２授粉后不同时间种皮解剖结构（４０×）
犉犻犵．２　犕狅狉狆犺狅犾狅犵狔狅犳狊犲犲犱犮狅犪狋犻狀犺狌犾犲犱犆．狆犲狆狅狏犪狉犻犲狋狔０４犔犃犵２６２犪犳狋犲狉狆狅犾犻狀犪狋犻狅狀（４０×）
图３　无壳品种０４犔犃犵２６２８授粉后不同时间种皮解剖结构（４０×）
犉犻犵．３　犕狅狉狆犺狅犾狅犵狔狅犳狊犲犲犱犮狅犪狋犻狀犺狌犾犾犲狊狊犆．狆犲狆狅狏犪狉犻犲狋狔０４犔犃犵２６２８犪犳狋犲狉狆狅犾犻狀犪狋犻狅狀（４０×）
　图２中ａ～ｆ依次分别代表美洲南瓜有壳０４ＬＡｇ２６２品种授粉后８，１３，１８，２３，２８，３５ｄ种皮解剖形态图；图３中Ａ～Ｆ依次分别代表美洲南瓜无壳
品种０４ＬＡｇ２６２８授粉后８，１３，１８，２３，２８，３５ｄ种皮解剖形态图。图ａ、ｂ和Ａ、Ｂ中种皮分层不明显，基本看不出厚壁组织层细胞的明显特征；图ｃ
和Ｃ种皮的组织层次分明，由外及里已经形成了表皮层、下皮层、厚壁组织层、软组织层和绿色组织层，而且厚壁组织层中的细胞清晰可见；图ｄ、ｅ、ｆ
中厚壁组织层细胞逐渐增大，下皮层逐渐加厚；图Ｄ中厚壁组织层的细胞开始瓦解，比较模糊；图Ｅ中厚壁组织层的细胞出现变形，失去细胞形态，
和下皮层连成一片；图Ｆ中厚壁组织层和下皮层消失，种皮仅存表皮层、软组织层和绿色组织层Ｆｉｇ．２：ａ－ｆｍｅａｎｔｈｅｍｏｒｐｈｏｌｏｇｙｏｆｈｕｌｅｄ犆．狆犲狆狅
ｖａｒｉｅｔｙ０４ＬＡｇ２６２ａｆｔｅｒｐｏｌｉｎａｔｉｏｎ８，１３，１８，２３，２８，３５ｄｒｅｓｐｅｃｔｉｖｅｌｙ；Ｆｉｇ．３：Ａ－Ｆｍｅａｎｓｅｅｄｃｏａｔｍｏｒｐｈｏｌｏｇｙｏｆｈｕｌｌｅｓｓ犆．狆犲狆狅ｖａｒｉｅｔｙ０４ＬＡｇ
２６２８ａｆｔｅｒｐｏｌｉｎａｔｉｏｎ８，１３，１８，２３，２８，３５ｄｒｅｓｐｅｃｔｉｖｅｌｙ；ＴｈｅｓｅｅｄｃｏａｔｌａｙｅｒｓａｒｅｔｏｏｆｕｚｚｙｔｏｏｂｓｅｒｖｅｃｅｌｓｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓｏｆｓｃｌｅｒｅｎｃｈｙｍａｉｎＦｉｇ．ａ，ｂ
ａｎｄＡ，Ｂ；Ｔｈｅｓｅｅｄｃｏａｔｆｏｒｍｅｄｔｈｅｅｐｉｄｅｒｍｉｓ，ｈｙｐｏｄｅｒｍｉｓ，ｓｃｌｅｒｅｎｃｈｙｍａ，ｐａｒｅｎｃｈｙｍａａｎｄｃｈｌｏｒｅｎｃｈｙｍａｆｒｏｍｔｈｅｏｕｔｓｉｄｅｔｏｉｎｓｉｄｅ，ａｎｄｓｃｌｅｒｅｎｃｈｙ
ｍａｉｓｃｌｅａｒｌｙｖｉｓｉｂｌｅｉｎＦｉｇ．ｃａｎｄＣ；ＴｈｅｃｅｌｓｏｆｓｃｌｅｒｅｎｃｈｙｍａｇｒａｄｕａｌｙｅｎｌａｒｇｅｄａｎｄｔｈｅｈｙｐｏｄｅｒｍｉｓｔｈｉｃｋｅｎｅｄｉｎＦｉｇ．ｄ，ｅ，ｆ．Ｔｈｅｃｅｌｓｏｆｓｃｌｅｒｅｎｃｈｙ
ｍａｂｅｇａｎｔｏｃｏｌａｐｓｅｄａｎｄｂｅｃａｍｅａｍｂｉｇｕｏｕｓｉｎＦｉｇ．Ｄ；ＴｈｅｃｅｌｓｏｆｓｃｌｅｒｅｎｃｈｙｍａｗａｓｄｅｆｏｒｍｅｄａｎｄａｇｇｌｕｔｉｎａｔｅｄｔｏｈｙｐｏｄｅｒｍｉｓｉｎＦｉｇ．Ｅ；Ｔｈｅｓｃｌｅｒｅｎ
ｃｈｙｍａａｎｄｈｙｐｏｄｅｒｍｉｓｄｉｓａｐｐｅａｒｅｄ，ａｎｄｔｈｅｅｐｉｄｅｒｍｉｓ，ｐａｒｅｎｃｈｙｍａａｎｄｃｈｌｏｒｅｎｃｈｙｍａｏｆｓｅｅｄｃｏａｔｒｅｍａｉｎｅｄｏｎｌｙｉｎＦｉｇ．Ｆ
６２ ＡＣＴＡＰＲＡＴＡＣＵＬＴＵＲＡＥＳＩＮＩＣＡ（２０１１） Ｖｏｌ．２０，Ｎｏ．２
２．３．４　肉桂醇脱氢酶活性变化　美洲南瓜授粉后，随果实的发育，叶片、叶柄、瓜囊和种皮中ＣＡＤ的活性发生
明显的变化（图８）。无壳品种０４ＬＡｇ２６２８和有壳品种０４ＬＡｇ２６２叶片、叶柄、瓜囊中ＣＡＤ的活性都表现升高
趋势，但是无壳品种０４ＬＡｇ２６２８不同组织的ＣＡＤ活性都低于有壳品种０４ＬＡｇ２６２的，无壳品种０４ＬＡｇ２６２８
种皮中ＣＡＤ活性在授粉后１８ｄ内和有壳品种中ＣＡＤ活性都呈升高趋势，但是１８ｄ后无壳品种种皮中ＣＡＤ活
性呈下降趋势，并且明显低于有壳品种０４ＬＡｇ２６２种皮的。
２．３．５　过氧化物酶活性变化　试验结果表明，美洲南瓜授粉后，不同组织ＰＯＤ活性有所差异。无壳品种
０４ＬＡｇ２６２８和有壳品种０４ＬＡｇ２６２种皮的ＰＯＤ活性在授粉后８～１８ｄ内均呈升高趋势，但１８ｄ后，无壳品种
的ＰＯＤ活性开始明显降低，而有壳品种呈明显升高趋势；叶片、叶柄和瓜囊３个组织的ＰＯＤ活性均表现为有壳
品种０４ＬＡｇ２６２高于无壳品种０４ＬＡｇ２６２８，且都呈升高趋势（图９）。
图４　授粉后不同时间不同组织中木质素含量变化
犉犻犵．４　犔犻犵狀犻狀犮狅狀狋犲狀狋狊犻狀犱犻犳犳犲狉犲狀狋狋犻狊狊狌犲狊
狅犳犆．狆犲狆狅犪犳狋犲狉狆狅犾犻狀犪狋犻狅狀
图５　授粉后不同时间不同组织犘犃犔活性变化
犉犻犵．５　犘犃犔犪犮狋犻狏犻狋犻犲狊犻狀犱犻犳犳犲狉犲狀狋狋犻狊狊狌犲狊
狅犳犆．狆犲狆狅犪犳狋犲狉狆狅犾犻狀犪狋犻狅狀
　图中所有系列后的ｗ表示无壳品种０４ＬＡｇ２６２８；ｙ表示有壳品种０４ＬＡｇ２６２。下同 Ｔｈｅ‘ｗ’ａｆｔｅｒａｌｔｈｅｓｅｒｉｅｓｒｅｐｒｅｓｅｎｔｓｈｕｌｌｅｓｓ犆．狆犲狆狅ｖａ
ｒｉｅｔｙ０４ＬＡｇ２６２８ａｎｄｔｈｅ‘ｙ’ｒｅｐｒｅｓｅｎｔｓｈｕｌｅｄ犆．狆犲狆狅ｖａｒｉｅｔｙ０４ＬＡｇ２６２．Ｔｈｅｓａｍｅｂｅｌｏｗ
图６　授粉后不同时间不同组织犆４犎活性变化
犉犻犵．６　犆４犎犪犮狋犻狏犻狋犻犲狊犻狀犱犻犳犳犲狉犲狀狋狋犻狊狊狌犲狊
狅犳犆．狆犲狆狅犪犳狋犲狉狆狅犾犻狀犪狋犻狅狀
图７　授粉后不同时间不同组织４犆犔活性变化
犉犻犵．７　４犆犔犪犮狋犻狏犻狋犻犲狊犻狀犱犻犳犳犲狉犲狀狋狋犻狊狊狌犲狊
狅犳犆．狆犲狆狅犪犳狋犲狉狆狅犾犻狀犪狋犻狅狀
３　讨论与结论
南瓜营养丰富，其食用功能和经济价值受到人们的日益重视。南瓜籽，俗称白瓜籽，是南瓜成熟的种子，是我
国的传统特产及外贸商品［２１，２２］。近年来，随着保健食品和休闲食品市场的发展，对南瓜籽的市场需求也越来越
７２第２０卷第２期 草业学报２０１１年
图８　授粉后不同时间不同组织犆犃犇活性变化
犉犻犵．８　犆犃犇犪犮狋犻狏犻狋犻犲狊犻狀犱犻犳犳犲狉犲狀狋狋犻狊狊狌犲狊
狅犳犆．狆犲狆狅犪犳狋犲狉狆狅犾犻狀犪狋犻狅狀
图９　授粉后不同时间不同组织犘犗犇活性变化
犉犻犵．９　犘犗犇犪犮狋犻狏犻狋犻犲狊犻狀犱犻犳犳犲狉犲狀狋狋犻狊狊狌犲狊
狅犳犆．狆犲狆狅犪犳狋犲狉狆狅犾犻狀犪狋犻狅狀
大，但南瓜籽的脱壳工序无疑也是工业生产中不可缺少、但又不易操作的一个重要环节。１９世纪后期，一种无壳
裸仁南瓜突变体被发现，是自然界中极其罕见的一种变异类型［２３］。裸仁南瓜籽并非没有种皮，而是与普通南瓜
籽比较，其种皮极薄，无需脱壳就可得到完整无损的果仁，更有利于加工和食用。因此，对其种皮形成机理的研究
有重要的理论和现实意义。
植物解剖学已经阐明，种皮是由珠被发育而来的套被状结构，是包围在胚和胚乳之外的组织，是种子的重要
组成部分之一，具有保护种胚和萌发时吸收水分的作用［２４］。种皮是植物体保守性较强的器官，其形态性状和解
剖构造一般不容易受外界环境的影响而发生形态结构的改变。种皮的形态和结构是在长期自然进化过程中形成
的，是受基因控制的稳定性状，受环境影响较小，也可作为分类的重要依据［２５］。
植物种皮的结构与植物的遗传性有关，不同植物的种皮结构不尽相同。国槐（犛狅狆犺狅狉犪犼犪狆狅狀犻犮犪）种皮的结
构具有典型的豆科植物种皮特征，由外向内依次分为表层、栅栏层（马尔比基细胞层）、骨状石细胞层及薄壁细胞
层，共４层［２６］。本研究采用石蜡切片法对美洲南瓜种皮发育形态进行了观察，初步证实美洲南瓜种皮主要有５
层构成，即表皮层、下皮层、厚壁组织层、软组织层和绿色组织层构成。通过对授粉后不同时间种皮形态观察，认
为无壳种子的形成主要是由于授粉１８ｄ后，种皮中厚壁组织层细胞逐渐变形、解体，直至消失，至种子基本成熟
即授粉后３５ｄ时种皮仅存表皮层、软组织层和绿色组织层。通过组织整体染色，证明了无壳种子的种皮中下皮
层和厚壁组织层的缺失是由于种皮发育过程中缺少木质素的合成和积累，这一点与Ｌｏｙ［２７，２８］的研究基本一致。
木质素是植物细胞壁的主要组成成分之一，木质化是木质素在植物细胞壁积累的结果［２９］。通过对授粉后美
洲南瓜不同组织中的木质素含量测定结果显示，授粉后，无壳品种和有壳品种的叶片、叶柄和瓜囊中木质素含量
逐渐增加，而种皮中木质素含量无壳品种和有壳品种相比，在授粉后的一段时间即１８ｄ前均呈增加趋势，１８ｄ后
无壳品种的开始逐渐减少，有壳品种的持续增加。结合种皮发育的组织形态学观察，这进一步说明了木质素含量
的减少是造成美洲南瓜种皮厚壁组织层细胞变形、种皮缺失的主要原因之一。
木质素单体的合成是经过苯丙酸途径进行的，包括一系列的酶促反应，在酶的催化下，苯丙氨酸或酪氨酸脱
氨后转化成肉桂酸或香豆酸，再经过一系列的羟基化、甲基化与还原反应，最终生成３种主要的单体，整个过程涉
及很多的酶，如苯丙氨酸解氨酶（ＰＡＬ）、肉桂醇脱氢酶（ＣＡＤ）、肉桂酸４羟基化酶（Ｃ４Ｈ）、４香豆酸辅酶Ａ连接
酶（４ＣＬ）、过氧化物酶（ＰＯＤ）等［３０］。不同植物、不同组织和器官其木质素的合成和积累与这几种酶活性的变化
趋势不尽相同。ＰＡＬ是木质素生物合成途径中的第１个限速酶，其表达及其丰度直接影响木质素生物合成的整
个过程［３１］。据报道，当ＰＡＬ活性下降时，植物体中的木质素含量下降２倍［３２］；但也有研究报道抑制ＰＡＬ的转基
因植株并未完全抑制木质素的合成［３３］。不同植物的４ＣＬ功能不尽相同，抑制４ＣＬ转基因植物的木质素含量均
明显下降，表明该酶在木质素单体合成途径中为限速步骤［３１］；王隆华等［３４］通过对丝瓜（犔狌犳犳犪犮狔犾犻狀犱狉犻犮犪）果实
发育过程中４ＣＬ特性研究结果表明，４ＣＬ活性与木质素合成有相关性，４ＣＬ高峰出现于木质素合成高峰到来之
前，当４ＣＬ活性明显下降时，木质素含量却缓慢增加。Ｃ４Ｈ并非特异地参与木质素单体合成，也是非木质素酚类
８２ ＡＣＴＡＰＲＡＴＡＣＵＬＴＵＲＡＥＳＩＮＩＣＡ（２０１１） Ｖｏｌ．２０，Ｎｏ．２
物质合成的中间环节，抑制Ｃ４Ｈ的转基因植物的木质素含量下降伴随非正常生长［３５］。ＣＡＤ催化木质素单体合
成最后一步，在几种植物体内ＣＡＤ活性被抑制以后，木质素总量并没有明显改变。ＨａｌＰｉｎ等［３６］报道在抑制
ＣＡＤ活性的转基因烟草（犖犻犮狅狋犻犪狀犪狋犪犫犪犮狌犿）中，ＣＡＤ活性为正常水平的１０％，然而并没有改变烟草的发育及
细胞中木质素的总量。ＰＯＤ是植物抗逆过程中的关键酶之一，是基因表达的产物，目前已被广泛应用于植物的
系统演化研究［３７］。其在木质素生物合成中通过催化Ｈ２Ｏ２分解而使木质素单体香豆醇、松柏醇和芥子醇发生聚
合反应形成木质素［３８］。本试验对美洲南瓜授粉后不同时间段叶片、叶柄、瓜囊和种皮组织中ＰＡＬ、Ｃ４Ｈ、４ＣＬ、
ＣＡＤ和ＰＯＤ活性测定表明，在授粉后的８～１８ｄ，无壳品种和有壳品种种皮中随木质素的合成和积累这５种酶
活性逐渐升高，１８ｄ后，有壳品种种皮中这５种酶活性持续升高，而无壳品种种皮中这５种酶活性明显开始下降，
这与其木质素含量变化趋势相吻合；另外，无壳品种和有壳品种叶片、叶柄和瓜囊组织中这５种酶的活性自授粉
后逐步升高，与其木质素含量变化趋势相吻合，说明种皮形成过程中，木质化作用对于其厚壁组织细胞壁的加厚
和下表皮的网状化有重要的作用。
本试验证实了无壳美洲南瓜种皮的形成主要是由于厚壁组织中缺乏木质素的合成和积累，通过对木质素合
成过程的５种相关酶活性进行了测定，表明ＰＡＬ、Ｃ４Ｈ、４ＣＬ、ＣＡＤ和ＰＯＤ活性的变化与木质素合成呈正相关
性。
另外，在整个种皮发育过程中，木质素合成还有许多其他酶类和非酶类物质的参与和调节，这些物质具体是
什么以及在种皮木质素代谢中的作用有待进一步研究。
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犛狋狌犱犻犲狊狅狀犿狅狉狆犺狅犾狅犵狔狅犳狊犲犲犱犮狅犪狋犱犲狏犲犾狅狆犿犲狀狋犪狀犱犻狋狊狉犲犾犪狋犲犱犲狀狕狔犿犲犪犮狋犻狏犻狋狔犪狊狊犪狔犻狀犆狌犮狌狉犫犻狋犪狆犲狆狅
ＸＵＥＹｉｎｇｙｕ１，２，ＳＨＩＧｕｉｙｉｎｇ３，ＸＵＢｉｎｇｌｉａｎｇ１，２，ＣＨＥＮＲｏｎｇｘｉａｎ４
（１．ＣｏｌｅｇｅｏｆＧｒａｓｓｌａｎｄＳｃｉｅｎｃｅ，ＧａｎｓｕＡｇｒｉｃｕｌｔｕｒａｌＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，ＫｅｙＬａｂｏｒａｔｏｒｙｏｆＧｒａｓｓｌａｎｄＥｃｏｓｙｓｔｅｍ，
ＭｉｎｉｓｔｒｙｏｆＥｄｕｃａｔｉｏｎ，ＳｉｎｏＵ．Ｓ．ＣｅｎｔｅｒｓｆｏｒＧｒａｓｓｌａｎｄＥｃｏｓｙｓｔｅｍＳｕｓｔａｉｎａｂｉｌｉｔｙ，Ｌａｎｚｈｏｕ７３００７０，
Ｃｈｉｎａ；２．ＧａｎｓｕＫｅｙＬａｂｏｒａｔｏｒｙｏｆＣｒｏｐＧｅｎｅｔｉｃ＆ＧｅｒｍｐｌａｓｍＥｎｈａｎｃｅｍｅｎｔ，Ｌａｎｚｈｏｕ
７３００７０，Ｃｈｉｎａ；３．ＣｏｌｅｇｅｏｆＡｇｒｏｎｏｍｙ，ＧａｎｓｕＡｇｒｉｃｕｌｔｕｒａｌＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｌａｎｚｈｏｕ
７３００７０，Ｃｈｉｎａ；４．ＷｕｗｅｉＧｏｌｄｅｎＡｐｐｌｅＣｏ．，Ｌｔｄ．，Ｗｕｗｅｉ７３３０００，Ｃｈｉｎａ）
犃犫狊狋狉犪犮狋：Ｔｈｅｍｏｒｐｈｏｌｏｇｉｃａｌｓｔｒｕｃｔｕｒｅｏｆｓｅｅｄｃｏａｔｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔｏｆｔｗｏｉｓｏｇｅｎｉｃｌｉｎｅｓｏｆ犆狌犮狌狉犫犻狋犪狆犲狆狅（ｎｏｒ
ｍａｌ，０４ＬＡｇ２６２ａｎｄｈｕｌｌｅｓｓ，０４ＬＡｇ２６２８）ｗｅｒｅｃｏｍｐａｒａｔｉｖｅｌｙｓｔｕｄｉｅｄｔｈｒｏｕｇｈｏｖｅｒａｌｓｔａｉｎｉｎｇａｎｄｐａｒａｆｆｉｎ
ｓｅｃｔｉｏｎｍｅｔｈｏｄ．Ｔｈｅｒｅｓｕｌｔｓｓｈｏｗｅｄｔｈａｔｔｈｅｎｏｒｍａｌｓｅｅｄｗｅｒｅｃｏｍｐｏｓｅｄｏｆｆｉｖｅｔｉｓｓｕｅｌａｙｅｒｓ：Ｔｈｅｅｐｉｄｅｒｍｉｓ，
ｈｙｐｏｄｅｒｍｉｓ，ｓｃｌｅｒｅｎｃｈｙｍａ，ｐａｒｅｎｃｈｙｍａａｎｄｃｈｌｏｒｅｎｃｈｙｍａ．Ｔｈｅｆｏｒｍａｔｉｏｎｏｆｈｕｌｌｅｓｓｓｅｅｄｗａｓｔｈｅｃｅｌｓｏｆｈｙ
ｐｏｄｅｒｍｉｓｔｉｓｓｕｅｓｄｅｆｏｒｍｅｄ，ｃｏｌａｐｓｅｄａｎｄｌａｃｋｏｆｌｉｇｎｉｎａｃｃｕｍｕｌａｔｉｏｎａｍｏｎｇｔｈｅｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔｏｆｓｅｅｄｃｏａｔｆｏｒｍ
ｉｎｇ，ｓｏｔｈａｔｔｈｅｅｐｉｄｅｒｍｉｓ，ｐａｒｅｎｃｈｙｍａａｎｄｃｈｌｏｒｅｎｃｈｙｍａｉｎｔｈｅｓｅｅｄｃｏａｔｗｅｒｅｉｍｐｅｒｆｅｃｔ．Ｔｈｅａｃｔｉｖｉｔｙｏｆｌｉｇｉｎ
ｓｙｎｔｈｅｓｉｓｅｎｚｙｍｅｉｎｄｉｆｆｅｒｅｎｔｔｉｓｓｕｅｓｉｎｃｌｕｄｉｎｇｔｅｓｔａ，ｌｅａｆ，ｐｅｔｉｏｌｅａｎｄｃａｐｓｕｌｅｗａｓｔｅｓｔｅｄ，ｔｈｅｒｅｓｕｌｔｓｗｅｒｅａｓ
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ｄｕｃｅｄｏｎ１８ｄａｙｓａｆｔｅｒｐｏｌｉｎａｔｉｏｎ，ｂｕｔｔｈｅａｃｔｉｖｉｔｙｏｆａｌｅｎｚｙｍｅｓｉｎｌｅａｆ，ｐｅｔｉｏｌｅａｎｄｃａｐｓｕｌｅｔｉｓｓｕｅｓｉｎｃｒｅａｓｅｄ
ｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｔｌｙ．
犓犲狔狑狅狉犱狊：犆狌犮狌狉犫犻狋犪狆犲狆狅；ｓｅｅｄｃｏａｔｍｏｒｐｈｏｌｏｇｉｃａｌｓｔｒｕｃｔｕｒｅ；ｅｎｚｙｍｅａｃｔｉｖｉｔｙ
０３ ＡＣＴＡＰＲＡＴＡＣＵＬＴＵＲＡＥＳＩＮＩＣＡ（２０１１） Ｖｏｌ．２０，Ｎｏ．２