免费文献传递   相关文献

Studies on Fertilization of Hemerocallis citrina Baroni

黄花菜受精过程的研究



全 文 :园  艺  学  报  2005, 32 (6) : 1013~1020
Acta Horticulturae Sinica
收稿日期 : 2005 - 01 - 17; 修回日期 : 2005 - 05 - 23
基金项目 : 国家自然科学基金资助项目 (3880041)
致谢 : 试材由哈尔滨师范大学生命与环境科学学院生物系王臣教授提供 , 特致谢意。
黄花菜受精过程的研究
申家恒 1  申 业 2  王艳杰 1  袁秋红 1  于春光 1
(1 哈尔滨师范大学生命与环境科学学院生物系 , 哈尔滨 150080; 2 黑龙江大学生命科学学院生物工程系 , 哈尔滨 150080)
摘  要 : 利用常规石蜡切片技术对黄花菜受精过程进行了详细的研究 , 获得如下结果 : 1. 授粉后 1~
2 h花粉在柱头上萌发长出花粉管 , 只有生殖细胞进入花粉管内。2. 花粉管在花柱道内生长历经 20~22 h,
生殖细胞分裂形成 2个精子。3. 花粉管在子房室中轴胎座表面生长经历 2~4 h。4. 授粉后 26~28 h花粉
管进入 1个助细胞 , 释放 2个精子。5. 精卵融合经历 4~6 h, 形成合子。6. 精核与次生核融合经历 2~
4 h, 形成初生胚乳核。7. 自花粉在柱头萌发至合子形成 , 受精过程持续总时间为 29~36 h。8. 合子分裂
发生在授粉后 39~48 h。9. 讨论了研究结果对黄花菜遗传育种与分子育种的意义。
关键词 : 黄花菜 ; 双受精 ; 花粉管通道法
中图分类号 : S 64413  文献标识码 : A  文章编号 : 05132353X (2005) 0621013208
Stud ies on Fertiliza tion of H em eroca llis c itrina Baron i
Shen J iaheng1 , Shen Ye2 , W ang Yanjie1 , Yuan Q iuhong1 , and Yu Chunguang1
( 1D epartm en t of B iology, College of L ife and Environm ent Science, Harbin N orm al U niversity, Harbin 150080, China;
2D epartm en t of B iological Engineering, College of L ife Science, Heilongjiang U niversity, Harbin 150080, China)
Abstract: Observed the p rocess of fertilization in Hem eroca llis citrina Baroni in detail by means of paraf2
fin wax. The main results are as follows: 1. After artificial pollination 1 - 2 hours, pollens germ inated at the
top of stigma, growing out pollen tube, where only generative cell can get into. 2. Pollen tube p rolongs in
stylar canal for 20 - 22 hours, in concom itant with generative cell dividing into two sperm s. 3. Pollen tube
p rolongs on the surface of axile p lacenta in locule for 2 - 4 hours. 4. After artificial pollination 26 - 28
hours, pollen tube get into one of synergids, and releases two sperm s. 5. It takes 4 - 6 hours to egg2sperm
fusion, and then bring out zygocyte. 6. The formation of p rimary endosperm nucleus results from 2 - 4
hours’egg2secondary nucleus fusion. 7. The duration of the whole fertilization is 29 - 36 hours from pollen
germ ination to the formation of zygocyte. 8. After artificial pollination 39 - 48 hours, zygocyte begins to di2
vide. 9. D iscussed the significance of the result of study to genetic breeding and molecular breeding.
Key words: Hem eroca llis citrina Baroni; Double fertilization; Pollen2tube pathway
黄花菜 (Hem eroca llis citrina Baroni) 又名金针菜 , 在自然条件下有性生殖结实率较低 , 通常以根
状茎进行无性繁殖。国内外有关黄花菜胚胎学的研究很少 , 郝建华等〔1〕曾对金针菜的大孢子发生及
雌配子体发育作过报道。本文对黄花菜的受精过程及各阶段的持续时间进行了详细记录 , 以期为黄花
菜的分子育种工作中利用花粉管通道法转基因技术提供基础资料。
1 材料与方法
材料为栽种于哈尔滨师范大学植物园内的黄花菜。2003和 2004年的每年 7月 10~20日取材。花
蕾长约 160 mm, 于当天下午 5: 00~8: 00时开放 , 下午 6: 00时对刚开放的花朵进行人工异花授粉。
田间温度 : 白天最高温度为 25~29℃, 夜间最低温度为 15~18℃。自人工授粉 14 h后开始 , 2 h取
样 1次 , 直到授粉 50 h后为止 , 每次取 50朵花。
园   艺   学   报 32卷
花柱与子房分别固定 , 固定液为无水乙醇 ∶冰醋酸 ( 3∶1) , 固定 1 h后转 70%乙醇保存在冰箱
中。爱氏苏木精整体染色 2~4 d, 蓝化后常规石蜡法制片 , 切片厚度为 8μm。O lympus BH22型光学
显微镜下观察并摄影。
2 结果与分析
雌蕊由柱头、花柱及子房构成。开花时 , 柱头较小 , 柱头表面为乳突细胞 , 花柱长 150 mm左
右 , 花柱内部为花柱道 , 花柱道的内表皮细胞为腺质细胞 , 可向花柱道表面分泌粘液物质。子房是由
3个心皮组成的三室结构 , 长 10 mm左右 , 中轴胎座 , 每室着生两列胚珠 , 每列 6~8枚 , 胚珠倒生 ,
双珠被 , 薄珠心。
211 花粉萌发 , 花粉管生长与精子的形态
授粉后 1~2 h, 水合的花粉萌发长出花粉管 , 花粉管经乳突细胞之间长入柱头 , 进而汇总到花柱
道。营养核不进入花粉管内 , 只有生殖细胞进入。花粉管中的生殖细胞呈长椭球形 , 光镜下难以区分
其细胞质 , 细胞核内染色质分散 , 核仁不明显 (图版 Ⅰ, 1)。花粉管经花柱道内表皮腺细胞分泌的
粘液层向子房方向生长。
花粉管生长至花柱的 40~60 mm处 , 生殖细胞进行有丝分裂。有丝分裂前期 , 生殖核内染色质
转变为染色体 (图版 Ⅰ, 2)。随着核膜的消失 , 染色体在椭球形空间分布 , 成为前中期 (图版 Ⅰ,
3)。由于花粉管狭窄 , 中期相没有出现明显的纺锤丝 , 看不到典型的纺锤体 , 只是染色体的着丝点
位于倾斜的赤道板上 , 较长的染色体臂位于赤道板两侧 (图版 Ⅰ, 4 )。两组子染色体向两极移动 ,
进入有丝分裂后期 (图版 Ⅰ, 5、6)。核膜出现 , 染色体解旋为染色质 , 分裂进入末期 (图版 Ⅰ,
7) , 两个子核之间可见染色较深的带状物质 , 这可能是生殖细胞的细胞质 , 由于分裂末期没有成膜
体的出现 , 并且看不到细胞板的形成 , 胞质分裂很可能通过细胞质的缢缩作用形成。花粉管末端的 2
个精子 , 精核染色较深 , 核仁难以分辨 , 精核外为薄薄一层染色较浅的细胞质鞘 (图版 Ⅰ, 8)。
授粉后 20~22 h, 花粉管长到花柱基部 , 花粉管内原生质与精子均集中于花粉管头部 , 长过的花
粉管内形成胼胝质的栓塞结构。花粉管的直径约 510μm, 花粉管的生长速度约为 715 mm /h。
授粉后 22~26 h, 花粉管经花柱道进入子房室 , 并沿中轴胎座表面生长 , 胎座表皮细胞为典型的
腺细胞 , 同样向外分泌粘液物质。胎座表面粘液层中生长的花粉管 , 其中可见两个精子 , 花粉管正向
由内珠被构成的珠孔方向生长 (图版 Ⅱ, 9)。花粉管经由内珠被构成的细长珠孔并穿过珠心表皮细
胞之间即将进入 1个助细胞 (图版 Ⅱ, 10)。
黄花菜的精子为扁椭球形 , 大小为 215~3175μm ×510~715μm, 精核染色较深 , 难以区分核
仁 , 精子的细胞质非常稀薄 , 偶尔可见其细胞质鞘 (图版 I, 8)。
212 双受精
受精前成熟胚囊的结构 : 卵器由两个助细胞与 1个卵细胞构成 (图版 Ⅱ, 11、12) , 具有明显的
极性。大多数中央细胞内为次生核 (图版 Ⅱ, 13) , 个别为两个相靠尚未融合的极核 (图版 Ⅱ, 12)。
反足细胞是短命结构。受精前 , 胚囊的合点端可以看到染色很深的退化反足细胞的痕迹。
授粉后 26~28 h花粉管经珠孔及珠心表皮细胞间隙 , 经丝状器进入 1个助细胞 , 于被破坏的助
细胞的合点端释放两个精子 , 精子呈椭球形 , 精核染色较深 , 看不到雄性核仁 , 精子的染色质难以区
分 (图版 Ⅱ, 14)。由于次生核或极核位于卵细胞的下方 , 因而释放的两个精子同时分别移向卵细胞
与中央细胞 (图版 Ⅱ, 15~17)。进入中央细胞内的精核很快与次生核贴合 (图版 Ⅱ, 18) , 并呈现
凸透镜形 (图版 Ⅱ, 19) , 进而与次生核融合 (图版 Ⅱ, 20)。然而 , 位于卵细胞内的精核尚未与卵
核贴合 , 显示精核移向次生核的速度比精核移向卵核的速度快。
21211 配子融合与合子分裂  精核进入卵细胞后其形态仍为椭球形 , 逐渐向卵核方向移动 (图版
Ⅱ, 20) , 精核贴在卵核的核膜上并呈现凸透镜形 (图版 Ⅱ, 21、22)。卵核与精核贴合处的核膜融
4101
 6期 申家恒等 : 黄花菜受精过程的研究  
合 (图版 Ⅱ, 23) , 精核染色质逐渐向卵核内分散 (图版 Ⅲ, 24~29)。精核的透镜状外形逐渐变为
平伏状 (图版 Ⅲ, 24~27)。当精卵核融合成为圆球状时 , 受精卵 (合子 ) 的核里仍能辨认出融合的
精核染色质 (图版 Ⅲ, 28~30)。在精核染色质向卵核内分散时 , 没有马上出现雄性核仁 , 直到精核
的染色质与卵核的染色质难以区分时 , 才出现雄性核仁 (图版 Ⅲ, 31)。随后雄性核仁的体积有所增
加 , 配子融合结束进入合子期。自精核与卵核贴合到精卵融合并出现雄性核仁 , 整个配子融合过程大
约经历 4~6 h。
合子形成后 , 其体积略有缩小 , 大约为卵细胞体积的 2 /3。合子的休眠期为 10~12 h。合子分裂
前细胞核内存在 1个大核仁 , 是雌雄性核仁融合的结果 (图版 Ⅳ, 47) , 有时也存在 1个雌性核仁和
1个雄性核仁的情况 (图版 Ⅲ, 32; 图版 Ⅳ, 45)。
合子分裂为横分裂 , 较小的顶细胞与较大的基细胞构成二细胞原胚 (图版 Ⅲ, 33)。合子分裂通
常发生在授粉后 39~48 h, 此时胚乳为 8个胚乳游离核阶段。
21212 次生核 (或极核 ) 与精核的融合及初生胚乳核的分裂  精核与次生核 (或极核 ) 的融合过程
相同于配子融合 , 只是融合速度快于配子融合 , 大约需要 2~4 h。自破坏的助细胞合点端释放的精子
迅速向次生核方向移动 (图版 Ⅲ, 34~36) , 很快精核便与次生核 (或极核 ) 的核膜贴合 (图版 Ⅲ,
37、38) , 伏在次生核核膜上的精核呈凸透镜形 , 随后贴合处的核膜融合 , 精核的染色质向次生核内
分散 (图版 Ⅳ, 39、40) , 并出现雄性核仁 , 形成初生胚乳核。一般情况下 , 初生胚乳核内存在 1个
较大的次生核核仁或两个较大的极核核仁与 1个小的雄性核仁 (图版 Ⅳ, 41~43)。初生胚乳核分裂
前夕 , 核内的雌雄性核仁融合成为 1个大核仁 (图版 Ⅳ, 44)。初生胚乳核几乎没有休眠期 , 大约在
授粉后 27~34 h进行有丝分裂 , 历经前期 (图版 Ⅳ, 45)、中期 (图版 Ⅳ, 46 )、后期 (图版 Ⅳ,
47)、末期 (图版 Ⅳ, 48) , 形成两个胚乳游离核。
黄花菜的受精作用属于有丝分裂前配子融合类型〔2〕, 受精过程中偶尔看到多余的精子进入胚囊
的情况 , 通常是另一条花粉管进入宿存助细胞并释放两个精子 , 没有发现多精受精现象。
213 胚珠发育情况的统计
黄花菜为中轴胎座 , 子房室内靠近花柱的胚珠先行受精 , 依次向位于子房室内下方的胚珠进行。
对授粉后 42 h的 334个胚珠发育情况的统计结果表明 : 胚囊没分化的胚珠有 9个 , 胚囊败育的有 71
个 , 88个胚珠中存在未受精的成熟胚囊 , 共 168个 , 占总数的 5013% ; 而受精的胚珠为 166个 , 占
4917% , 在之后胚与胚乳发育过程中仍会出现一定数量的败育 , 实际测得的结籽率不超过 30%。
214 受精作用各阶段的持续时间
黄花菜受精过程持续的总时间为 29~36 h。其中花粉在柱头萌发为 1~2 h; 花粉管在花柱中生长
需要 20~22 h; 花粉管在胎座表面生长需要 2~4 h; 花粉管进入胚囊释放精子需 2 h左右 ; 精卵融合
需要 4~6 h; 精子与次生核融合需要 2~4 h; 合子休眠期为 10~12 h, 初生胚乳核无休眠期。即人工
授粉后 29~36 h发生雌雄性核的融合 ; 合子分裂发生在授粉后 39~48 h。初生胚乳核以及合子的分
裂表明新一代的孢子体的开始。
3 讨论
311 Maheshwari〔3〕将花粉管内生殖细胞分裂归结为 3个问题 : 有无纺锤体的形成 ; 是否形成中期板 ;
胞质分裂是产生细胞板还是由细胞质缢缩完成。光镜下 , 黄花菜生殖细胞在花粉管中的分裂行为表
明 , 虽然染色体排列在赤道面形成倾斜的中期板 , 然而难以区分由纺锤丝构成的纺锤体 ; 后期和末期
可以看到两组子染色体以及两个精核之间存在染色较深的带状结构 , 没有产生细胞板 , 胞质分裂很可
能是经细胞质缢缩作用形成。20世纪 80年代以来随着细胞骨架及染色体显示技术的进步 , 将生殖细
胞在花粉管内的分裂方式区分为常规的、非常规的、常规与非常规的中间形式〔4〕。因而有必要对黄
花菜生殖细胞分裂行为进行深入研究。
5101
园   艺   学   报 32卷
312 黄花菜双受精时 , 精卵融合和精核与次生核融合过程与被子植物雄性核与雌性核融合的基本程
序一致〔2〕, 只是精卵融合比精核与次生核融合速度慢 , 合子休眠期较长 , 而初生胚乳核无休眠期并
很快进行分裂。
313 人工授粉后 42 h统计的胚珠发育情况表明 , 有 2613%的胚珠因没有受精而停留在成熟胚囊阶
段。黄花菜为虫媒花 , 通常下午 5: 00~8: 00开花 , 此时昆虫相对较少。自然条件下 , 黄花菜的结籽
率较低 , 传粉昆虫少 , 部分花朵没有授粉 , 可能是造成结籽率低下的主要原因。
314 黄花菜的花粉管在进入助细胞之前 , 主要是在花柱道表面粘液中生长 , 花柱基部花柱道分别与
3个子房室的上部连接 , 各室之间有隔膜组织相隔 , 花粉管进入子房室后 , 主要沿着中轴胎座表面并
转向倒生胚珠的珠孔定向生长。上述结构为花粉管通道法转基因技术的实施提供了两点启示 : 1. 按
其外源 DNA滴加位点离胚囊愈近愈有利的原则 , 可在花粉管长过花柱之后 (授粉后 20~24 h) 将花
柱基部横切 , 于花柱横切面上滴加外源 DNA , 有利于外源 DNA沿着花粉管的外表面向 3个子房室的
胚珠的胚囊渗入 ; 2. 如果采用子房微注射外源 DNA的方法 , 因其 3个子房室之间有隔膜结构 , 难以
对 3个子房室内所有胚珠进行转化。
315 本文对黄花菜受精过程各阶段的持续时间进行了详细的记录 , 这些结果是对大量试材进行研究
所获得的 , 具有一定的准确性 , 可为黄花菜的常规育种与分子育种提供依据 , 尤其是利用花粉管通道
法转基因技术时 , 精卵融合至合子分裂阶段 , 合子细胞合点端处于无细胞壁状态〔4〕, 有利于外源
DNA导入合子。黄花菜相对应的时间恰为授粉后 29~48 h, 此时对花柱基部横切面滴加外源 DNA ,
将有可能提高转化率。
参考文献 :
1 郝建华 , 李师翁. 金针菜的大孢子发生及雌配子体发育. 兰州大学学报 (自然科学版 ) , 1994, 30 (3) : 122~126
Hao J H, L i SW. The megasp rogenesis and the female gametophyte development in Hem erocallis citrina. Journal of Lanzhou University (Nat2
ural Science) , 1994, 30 (3) : 122~126 ( in Chinese)
2 胡适宜 , 朱  . 高等植物受精作用中雄性核和雌性核的融合. 植物学报 , 1979, 21 (1) : 1~10
Hu S Y, Zhu C. The fusion of male and female nuclei in fertilization of higher p lants. Acta Botanica Sinica, 1979, 21 ( 1) : 1~10 ( in
Chinese)
3 Maheshwari P. An introduction to the embryology of angiosperm s. New York: McGraw H ill Book Comp. , 1950. 162~176
4 胡适宜 , 杨弘远. 被子植物受精生物学. 北京 : 科学出版社 , 2002. 29~58
Hu S Y, Yang H Y. B iology of angiosperm fertilization. Beijing: Science Press, 2002. 29~58 ( in Chinese)
6101
 6期 申家恒等 : 黄花菜受精过程的研究   7101
园   艺   学   报 32卷8101
 6期 申家恒等 : 黄花菜受精过程的研究  
图版说明 : 1~8: 1 700 ×; 9~48: 1 200 ×; 图版Ⅰ: 1. 进入花粉管内的生殖细胞 ; 2. 生殖细胞有丝分裂前期 ; 3. 有丝分裂早中
期 ; 4. 有丝分裂中期 ; 5、6. 有丝分裂后期 ; 7. 有丝分裂末期 ; 8. 花粉管末端的两个精子 ; 图版Ⅱ: 9. 沿中轴胎座表面粘液中生
长的花粉管 , 两个箭头分别指示两个精子 , 白箭头指示珠孔 ; 10. 通过珠孔进入胚囊前的花粉管 ; 11. 成熟胚囊里的两个助细胞与次
生核 ; 12. 成熟胚囊里的卵细胞与两个相靠的极核 ; 13. 成熟胚囊里的卵细胞与次生核 ; 14~17. 自破坏的助细胞合点端释放的两个
精子 , 分别向卵细胞以及次生核移动 ; 18. 一个精核位于卵细胞内 , 另一个精核刚刚贴合在次生核的核膜上 ; 19. 一个精核位于卵细
胞内 , 另一个精核贴合在次生核的核膜上 , 呈凸透镜形 ; 20. 一个精核位于卵细胞内 , 另一精核正与次生核融合 ; 21. 精核刚刚贴合
在卵核的核膜上 ; 22. 精核以更大的表面贴合在卵核的核膜上 , 精核呈凸透镜形 ; 23. 卵核与精核相互贴合的核膜处融合 , 精核呈凸
透镜形 ; 图版Ⅲ: 24~27. 精核内的染色质逐渐向卵核内分散 , 精核的凸面逐渐平伏 ; 28~30. 精卵融合的核逐渐成为圆球状 , 其内
仍然看到逐渐分散的雄性染色质 , 另一精核与次生核融合并出现雄性核仁 ; 31、32. 合子细胞内分散的雄性染色质与雌性染色质不能
区分 , 出现雄性核仁 , 初生胚乳核已分裂形成两个胚乳游离核 ; 33. 二细胞原胚 ; 34、35. 精子向次生核方向移动 ; 36. 位于次生核
表面的精核 ; 37、38. 椭球形精核以不同侧面贴合在次生核的核膜上 ; 图版Ⅳ: 39. 精核与卵核接触的核膜以及精核与次生核接触的
核膜同时融合 , 精核的染色质分别向卵核与次生核内逐渐分散 ; 40. 精核染色质在次生核内分散 , 同时出现雄性核仁 ; 41~43. 初生
胚乳核内的雄性核仁逐渐增大 ; 44. 初生胚乳核内雌雄性核仁正在融合 ; 45. 初生胚乳核分裂的前期相 , 合子细胞核内雌雄性核仁尚
未融合 ; 46. 初生胚乳核分裂的中期相 ; 47. 后期相 ; 48. 末期相 , 形成两个胚乳游离核。
Explana tion of pla tes: 1 - 8: 1 700 ×; 9 - 48: 1 200 ×; Plate Ⅰ: 1. Generative cell get into pollen tube. 2. M itosis p rophase of genera2
tive cell. 3. M itosis p remetaphase. 4. M itosis metaphase. 5, 6. M itosis anaphase. 7. M itosis telephase. 8. Two sperm s in the end of pollen
tube. Plate Ⅱ: 9. Pollen tube schlepp ing two sperm s ( two arrows close to each other) in mucilage p rolongs on the surface of axile p lacenta.
The white arrow pointing at m icropyle. 10. Pollen tube pass through the m icropyle, but havenpit get into embryo sac. 11. Two synergids and sec2
ondary nucleus in mature embryo sac. 12. Two polar nuclei leaning each other and egg in mature embryo sac. 13. Egg and secondary nucleus in
mature embryo sac. 14 - 17. Two sperm s released from the chalazal end of destroyed synergid moves separately to egg and secondary nucleus.
18. One sperm nucleus is in cytop lasm of egg cell, and the other joint to the secondary nucleusmembrane. 19. One sperm nucleus is in the cyto2
9101
园   艺   学   报 32卷
p lasm of egg cell, and the other shaped in lentoid joint to the secondary nucleusmembrane. 20. One sperm nucleus is in the cytop lasm of egg cell,
and the other is fusing with secondary nucleus. 21. One sperm nucleus joint to nucleus membrane of egg just now. 22. Lentoid sperm nucleus
joint to nucleus membrane of egg further. 23. The nuclei of egg and sperm begins to fusion at the site of nuclei membrane fusion, sperm nucleus
is lentoid. Plate Ⅲ: 24 - 27. Chromatin in sperm nucleus relaxes gradually to egg nucleus, and the shape of sperm nucleus changes from lentoid
to flat bit by bit. 28 - 30. The nucleus resulted from karyogamy is spherical, in which male chromatin relaxing can be seen. The other sperm nu2
cleus is fusing with the secondary nucleus, and appearing nucleolus. 31, 32. The chromatin from female or male nucleus can not be distinguished
in zygocyte, male nucleolus appear. A t this time, p rimary endosperm nucleus has divided into two endosperm free nucleis. 33. Two cell p re2em2
bryo. 34, 35. Sperm moves to secondary nucleus. 36. Sperm nucleus on the surface of secondary nucleus. 37, 38. Ellip soidal sperm nucleus
joint to the nucleus membrane of secondary nucleus with different side. Plate Ⅳ: 39. The fusion of nucleus membrane of sperm and egg, and of
sperm and secondary nucleus occurs at the same time, while the chromatin of sperm nuclei relaxes to egg nucleus and secondary nucleus. 40. The
chromatin of sperm nucleus relaxes to secondary nucleus, and male nucleolus begins to appear. 41 - 43. Male nucleolus augments gradually in p ri2
mary endosperm nucleus. 44. Male and female nucleolus is fusing in p rimary endosperm nucleus. 45. M itosis p rophase of p rimary endosperm nu2
cleus, while male and female nucleus havenpit fused in zygocyte. 46. M itosismetaphase of p rimary endosperm nucleus. 47. M itosis anaphase. 48.
M itosis telephase, formed two endosperm free nuclei.
收稿日期 : 2005 - 07 - 29; 修回日期 : 2005 - 09 - 30
基金项目 : 浙江省教育厅资助项目 (20030289) ; 新世纪优秀人才支持计划资助项目
番茄硬度的电子鼻评价与预测的研究
周亦斌  王  俊  (浙江大学生物系统工程与食品科学学院 , 杭州 310029)
F irmness Eva lua tion and Pred iction of Toma to Using Electron ic Nose
Zhou Yibin and Wang Jun (College of B iosystem s Engineering and Food Science, Zhejiang University, Hangzhou 310029, China)
关键词 : 番茄 ; 硬度 ; 电子鼻 ; 评价 ; 预测
中图分类号 : S 64112  文献标识码 : A  文章编号 : 05132353X (2005) 0621020201
番茄硬度的评价一般通过有损检测进行。试验采用 (德国 PEN2) 电子鼻信号对番茄 (L ycopersicum esculentum
M ill. ) ‘浙杂 202’硬度进行评价与预测 , 为番茄采收时的成熟度分级提供依据。采果于浙江省农业科学研究院园艺
研究所实验农场。根据外表颜色 , 分为半熟期、成熟期和完熟期。番茄运至实验室后 , 剔除有病和外表有损伤的果
实 , 取 3个熟期质量和大小基本一致的番茄各 20个。
用刺入法在美国产 Instron万能试验机上测量硬度。将番茄果实沿赤道平面切取 7 mm厚的薄片 , 选取番茄果皮内
侧果肉处角度间隔为 120°的 3点作为测量点 , 计算机于此过程中自动采集 , 记录刺入力。刺入探针直径 6 mm, 刺入
果肉深度 3 mm, 刺入速度为 5 mm·s- 1。选取每个番茄 3个刺入点 , 刺入过程中所需最大力的均值计算硬度 , 硬度值
Fi (MPa) =最大力的均值 /探头断面面积。将番茄按硬度分为 3个等级 : Fi > 0195 MPa的为半熟期 , 0138 MPa≥Fi≥
0128 MPa的为成熟期 , Fi < 0128 MPa的为完熟期。
图 1显示了电子鼻对不同成熟度番茄的主成分分析 ( PCA ) 结果 , 前 2个主成分的累计贡献率为 98188%。电子
鼻可以较好地区别番茄的硬度差异。通过偏最小二乘法分析 ( PLS) , 建立电子鼻信号预测硬度的校准模型 , 并采用
完全交叉确认的方式对所建立的模型进行检验 , 图 2显示检验结果 , 用此模型预测的硬度与实际硬度之间的相关性为
01936, 预测标准误差 ( SEP) 为 01147 MPa。
图 1 不同成熟度番茄 (结合硬度指标划分 ) 的 PCA分析
F ig. 1 PCA score plot of toma toes a t d ifferen t ma ture
stages accord ing to f irmness
图 2 番茄硬度的 PL S分析图
F ig. 2 Pred icted f irmness ( PL S m odel ba sed on E2nose
m ea surem en ts) vs. m ea sured f irmness of toma toes
0201