全 文 ：广 西 植 物 Guihaia　Jan．２０１４,３４(１):９５－９９　　　　　　　　　　 http://journal．gxzw．gxib．cn　
DOI:１０．３９６９/j．issn．１０００Ｇ３１４２．２０１４．０１．０１８
李林轩,闫海锋,蒋水元,等．基于FTIR的三倍体罗汉果花粉直感效应研究[J]．广西植物,２０１４,３４(１):９５－９９
LiLX,YanHF,JiangSY,etal．XeniaefectoftriploidSiraitiagrosvenoriibasedonfouriertransforminfraredspectroscopy[J]．Guihaia,２０１４,３４(１):
９５－９９
基于FTIR的三倍体罗汉果花粉直感效应研究
李林轩１,闫海锋２,蒋水元３,孔德鑫３,黄夕洋３∗
(１．广西药用植物园/广西药用资源保护与遗传改良重点实验室,南宁５３００２３;２．广西农业科学院 经济作物
研究所,南宁５３０００７;３． 广西壮族自治区中 国 科 学 院 广西植物研究所,广西 桂林５４１６００)
摘　要:以四个品系的三倍体罗汉果雌株为材料,用五种不同的二倍体雄花分别对其授粉,利用傅里叶变换
红外光谱法(FTIR)测定了其子代果实的红外光谱,并运用主成分分析和聚类分析研究了授粉雄花对子代果
实化学成分的影响.结果表明:不同雄花授粉后,雌株F３０２、F３２３和F３２２各子代果实红外光谱中１０５０cmＧ１
波数附近甜苷物质特征吸收峰的峰高有显著或极显著差异,雌株F３１１子代无籽果实的差异不显著;同时五种
授粉雄花分别对雌株F３０２、F３２３、F３２２和F３１１子代果实在主成分二维投影图和聚类图中的排序也有明显的
影响,但对不同品系雌株子代果实的排序影响不同,从而说明三倍体罗汉果的甜苷物质含量和整体成分含量
均有较为明显的花粉直感效应,并且存在品种特异性.
关键词:傅里叶变换红外光谱;三倍体罗汉果;果实;花粉直感效应
中图分类号:Q９４５．７　　文献标识码:A　　文章编号:１０００Ｇ３１４２(２０１４)０１Ｇ００９５Ｇ０５
XeniaeffectoftriploidSiraitiagrosvenori
basedonfouriertransforminfraredspectroscopy
LILinＧXuan１,YANHaiＧFeng２,JIANGShuiＧYuan３,
KONGDeＧXin３,HUANGXiＧYang３∗
(１．GuangxiBotanicalGardenofMedicinalPlant/GuangxiKeyLaboratoryofMedicinalResourcesProtectionand
GeneticImprovement,Nanning５３００２３,China;２．CashCropResearchInstitute,GuangxiAcademyof
AgriculturalSciences,Nanning５３０００７,China;３．GuangxiInstituteofBotany,GuangxiZhuang
AutonomousRegionandtheChineseAcademyofSciences,Guilin５４１００６,China)
Abstract:ThetriploidfemaleSiraitiagrosvenoriioffourstrainswerepolinatedwithfivedifferentdiploid
maleflowersofS．grosvenorii,respectively．TheinfraredspectrumsofthefruitsoftheiroffspringweremeasＧ
uredbyfouriertransforminfraredspectroscopy(FTIR),andtheeffectsofmaleflowersonchemicalcompoＧ
nentofoffspringfruitswerestudiedusingprincipalcomponentanalysis(PCA)andclusteringanalysis．ThereＧ
sultsshowedthattherewassignificantlydiffirentbetweenpeakheightofsweetglycosidesmaterialcharacterＧ
isticabsorptionpeakininfraredspectroscopy１０５０cmＧ１(wavenumber)amongfemales(F３０２,F３２３and
F３２２)offspringfruits,whichwasnotsignificantlydiffirentinfemaleF３１１,whilefivekindsoffemaleplants
polinatedmaleF３０２,F３２３,F３２２andF３１１progenyfruitintwoＧdimensionalprojectionofthemaincompoＧ
nentandclusterdiagramsortalsohadasignificantimpact,butfordifferentstrainsoffruitsortingfemale
收稿日期:２０１３Ｇ０７Ｇ１２　　修回日期:２０１３Ｇ０９Ｇ０４
基金项目:国家自然科学基金(４０９６１０１９);广西科学研究与技术开发计划项目(桂科攻１１１０７０１０Ｇ２Ｇ１０,桂科重１３５５００１Ｇ２Ｇ６);广西自然科学基金
(２０１１GXNSFC０１８０２２);国家“十二五”科技支撑计划项目(２０１１BAI０１B０３).
作者简介:李林轩(１９８６Ｇ),男,广西全州人,助理研究员,从事药用植物资源保护与开发利用研究,(EＧmail)starry１１２５＠sina．com.
∗通讯作者:黄夕洋,副研究员,主要从事药用植物学和分子生物学研究,(EＧmail)xiyang０６８７＠１６３．com.
plantsaffectedoffspringdifferent,thusdescribedtriploidMangosteensweetglycosidesingredientcontentmaＧ
terialcontent,andoveralhadamoresignificanteffectXenia,andthereisvarietyＧspecific．
Keywords:fouriertransforminfraredspectroscopy;triploidSiraitiagrosvenori;fruit;xeniaefect
　　罗汉果(Siraitiagrosvenorii)为葫芦科罗汉果
属多年生攀援藤本植物,主产于广西桂北地区,是药
食兼用中药,常用于治疗肺火燥咳、咽痛失音、肠燥
便秘等疾病(鞠伟等,２００１);甜苷是罗汉果的主要食
用和药用活性成分,其中苷Ⅴ甜度为蔗糖的３００~
４００倍,罗汉果甜苷不能被人体消化分解,是优质的
食品增甜剂.近年来罗汉果种质资源破坏与退化严
重,借鉴已成功在枸杞等药用植物育种中运用的多
倍体育种方法培育出的三倍体罗汉果在主要活性物
质含量和整果利用率等方面具有明显的优势,市场
开发前景广阔(蒋水元等,２００９).
花粉直感效应是指采用不同外源花粉授粉同一
雌株,在当年内花粉影响果实和种子生长发育及其
性状表现的效应,该技术已被成功应用于多种植物
果实品质的改善(陈庆红等,１９９６;张兴旺等,１９９７;
Gérardetal．,２００１;Mohammadetal．,２００６);近年
来对常规二倍体罗汉果研究后发现,外源花粉对其
果实的甜苷和微量元素等成分的含量影响作用较
大,通过授粉雄花的合理选配对果实品质的改善有
很大潜力(马小军等,２００８;马静等,２００９),但授粉雄
花对三倍体罗汉果果实的影响作用还鲜见报道.
傅里叶变换红外光谱(FTIR)技术整体特征性
强,取样微量,价格低廉且简便而迅速,近年来在物
质定性和定量分析等方面已取得广泛应用(邵咏妮
等,２００７;吴宏等,２００６).本文以三倍体罗汉果为材
料,采用傅里叶变换红外光谱(FTIR)技术,研究了
授粉雄花对三倍体罗汉果子代果实化学成分含量的
影响,以期为三倍体罗汉果授粉雄花的合理选配提
供实验和理论依据.
１　材料与方法
１．１材料
试验材料于２００９年４月定植于广西桂林市兴
安县漠川乡由广西植物研究所和亦元生现代生物技
术有限公司共建的罗汉果种植基地,采用随机区组
设计,栽培管理措施相同.于８月上旬选择晴朗天
气在早晨８:００~１１:００统一人工授粉,授粉后８０d
于１０月下旬统一采收,每一授粉组合选择５株,每
株各采集３个果实用于试验测定,具体信息见表１.
表１　三倍体罗汉果果实来源
Table１　SourceoftriploidSiraitiagrosvenoriifruits
子代果实编号
Code
offruit
３x罗汉果雌株
Femaleoftriploid
Siraitiagrosvenorii
授粉雄花
Polinationmale
flower
G３０２７
G３０２２
G３０２３
G３０２４
G３０２５
G３１１７
G３１１２
G３１１３
G３１１４
G３１１５
G３２２７
G３２２２
G３２２３
G３２２４
G３２２５
G３２３７
G３２３２
G３２３３
G３２３４
G３２３５
F３０２[♀伯林３号(４n)×
♂长滩果(２n)]
F３０２[♀伯林３号(４n)×
♂长滩果(２n)]
F３０２[♀伯林３号(４n)×
♂长滩果(２n)]
F３０２[♀伯林３号(４n)×
♂长滩果(２n)]
F３０２[♀伯林３号(４n)×
♂长滩果(２n)]
F３１１[♀农家品系(４n)×
♂长滩果(２n)]
F３１１[♀农家品系(４n)×
♂长滩果(２n)]
F３１１[♀农家品系(４n)×
♂长滩果(２n)]
F３１１[♀农家品系(４n)×
♂长滩果(２n)]
F３１１[♀农家品系(４n)×
♂长滩果(２n)]
F３１６[♀永青１号(４n)×
♂冬瓜果(２n)]
F３１６[♀永青１号(４n)×
♂冬瓜果(２n)]
F３１６[♀永青１号(４n)×
♂冬瓜果(２n)]
F３１６[♀永青１号(４n)×
♂冬瓜果(２n)]
F３１６[♀永青１号(４n)×
♂冬瓜果(２n)]
F３２３[♀农家品系(４n)×
♂雄株４号(２n)]
F３２３[♀农家品系(４n)×
♂雄株４号(２n)]
F３２３[♀农家品系(４n)×
♂雄株４号(２n)]
F３２３[♀农家品系(４n)×
♂雄株４号(２n)]
F３２３[♀农家品系(４n)×
♂雄株４号(２n)]
M２０７(红毛果,２n)
M２０２(青皮果１,２n)
M２１３(青皮果２,２n)
M２１４(青皮果３,２n)
M２１５(红毛果３,２n)
M２０７(红毛果,２n)
M２０２(青皮果１,２n)
M２１３(青皮果２,２n)
M２１４(青皮果３,２n)
M２１５(红毛果３,２n)
M２０７(红毛果,２n)
M２０２(青皮果１,２n)
M２１３(青皮果２,２n)
M２１４(青皮果３,２n)
M２１５(红毛果３,２n)
M２０７(红毛果,２n)
M２０２(青皮果１,２n)
M２１３(青皮果２,２n)
M２１４(青皮果３,２n)
M２１５(红毛果３,２n)
　注:４n均为２n的同源四倍体　 Note:４nwasautotetraploidof２n．
１．２仪器和试剂
Nicolet５７００型红外光谱仪(美国 Thermo公
司),DTGS检测器,FWＧ４A型压片机(天津光学仪
器厂);药品KBr为光谱纯(天津市光复精细化工研
究所).
１．３果实红外光谱测定方法
果实经清洗后于５５℃烘干,然后粉碎,相同授
粉组合的样品混合、过２００目筛,以１∶２００比例与
溴化钾碎晶混合,用压片法测定,扫描范围４０００~
４００cmＧ１,分辨率为４cmＧ１,扫描累加３２次,扫描时
６９ 广　西　植　物　　　 　　　　　　　　　　　　　　３４卷
扣除水和二氧化碳干扰,每个样品设置７个重复,每
次测试３次,然后求平均值以消除误差.
１．４数据分析
利用SPSS(１１．５版)软件,对果实FTIR数据进
行主成分分析和聚类分析;用OMNIC７．３软件进行
特定波数处峰高测量,并对峰高数据进行一元方差
分析(OneＧWayANOVO)和邓肯氏多重比较(DunＧ
can＇smultiplecomparison),不同小写字母表示差异
达显著水平(P＜０．０５),不同大写字母表示差异达
极显著水平(P＜０．０１);绘图用 Origin７．５和Excel
２００３软件.
２　结果与分析
２．１果实的FTIR图谱解析
３x罗汉果 F３０２、F３２２、F３１１、F３２３ 分别用
M２０２、M２０７、M２１３、M２１４、M２１５五种雄花授粉后
其果实的红外光谱谱图见图１.从图１可以看出,
３x罗汉果果实FTIR图谱的峰形、峰位基本一致,
但吸收峰强度有所不同.其中３３８２cmＧ１附近是
NH２对称伸缩振动,２９２６cmＧ１附近为CH２烷烃对
称伸缩振动吸收峰,１７４２cmＧ１附近是饱和脂肪酸酯
C＝O伸缩吸收峰,１６４０cmＧ１附近为氨基酸的NH２
变角振动吸收峰,１５５０~１５００cmＧ１附近是芳香族
NO２反对称伸缩振动吸收峰,１２６６cmＧ１附近为CＧH
变角振动吸收峰,１０５０cmＧ１附近为苷键的特征吸收
峰,因此看出F１代３x罗汉果果实主要含有脂类、
蛋白质、甜苷等主要成分.
２．２不同雄花授粉后３x罗汉果果实甜苷类物质含
量分析
１０５０cmＧ１附近是苷键的特征吸收峰,可以根据
该峰的峰强来定量分析罗汉果果实中总甙的含量
(王一兵等,２００９).五种不同雄花授粉后３x罗汉果
的无籽果实在１０５０cmＧ１附近波数处吸收峰峰高见
图２,从图２可以看出,大多数果实在１０５０cmＧ１附
近波数处吸收峰强度明显不同,反映出３x罗汉果雌
株分别经不同雄花授粉所得的无籽果实中甜苷含量
有所差异,其中雌株F３０２的无籽果实的甜苷含量
普遍存在显著或极显著差异,其中G３０２５的甜苷含
量最高,G３０２３的甜苷含量最低;F３２２的无籽果实
甜苷含量也存在显著或极显著差异,其中G３２２５的
甜苷含量最高,G３２２３的甜苷含量最低;授粉雄花对
F３２３的无籽果实的甜苷含量也有显著或极显著影
响,其中G３２３４的甜苷含量最高,G３２３７的甜苷含
量最低;而经五种不同雄花授粉后雌株F３１１的无
籽果实甜苷含量并未显示出显著差异,说明雌株
F３１１的甜苷含量没有受到授粉雄花的显著影响.
综上可以看出,供试的大多数３x罗汉果果实中
甜苷类物质的含量受到授粉雄花的显著影响,即存
在较为明显的花粉直感效应;但五种雄花对雌株
F３１１果实的甜苷含量没有产生显著影响,同时发现
同一雄花对不同品系３x罗汉果果实甜苷含量的影
响不同,没有找到对所有供试３x罗汉果果实甜苷含
量影响作用一致(均较好或较差)的雄花,从而说明
３x罗汉果子代果实在甜苷含量方面对授粉雄花的
选择存在一定特异性.
２．３果实的FTIR主成分分析
对不同雄花授粉的３x罗汉果无籽果实的FTＧ
IR数据作主成分分析,前三个主成分的贡献率分别
为７７．５７％、１２．７７％和４．３７％,前三个主成分的累积
贡献率达到９４．７１％,所以前三个主成分可以表示不
同雄花授粉后３x罗汉果的果实FTIR数据的主要
信息,采用第一与第三主成分作二维投影图见图３.
从图３可以看出,不同雄花授粉后所得到的３x罗汉
果果实大致可以分为四类,即第一类为 G３０２７、
G３０２４、G３０２２、G３２２３、G３２２４、G３１１５、G３１１３、
G３１１２、G３１１４;第二类为 G３０２５、G３２２７、G３２２２、
G３１１７、G３２３７、G３２３３、G３２３２;第三类为 G３２２５、
G３２３５、G３２３４;第四类为G３０２３.
图中位置相距较近的说明其化学成分含量也相
近,所以同一类样品间其化学成分含量相差较小,不
同类样品间其化学成分含量相差较大.
２．４果实的FTIR聚类分析
对不同雄花授粉所得的３x罗汉果果实的FTＧ
IR数据通过基于欧式平方距离的样本聚类分析,不
同样本间通过类间平均距离联接,得到其聚类图如
图４所示.聚类图以距离水平清晰显示了不同雄花
授粉所得的３x罗汉果果实的差异,在距离水平为３
附近,可以将其分为四大类,分类结果与通过主成分
分析所作的二维投影图的结果一致.
从主成分二维投影图和聚类图均可以看出,授
粉雄花对子代果实在图中的排序有较为明显的影
响,具体表现在两方面:首先,雄花对同一３x罗汉果
的子代果实的排序有明显影响,如雌株F３０２分别
７９１期　　　　　　　　　李林轩等:基于FTIR的三倍体罗汉果花粉直感效应研究
图１　五种不同雄花授粉所得果实的FTIR图谱　
Fig．１　FTIRspectraoffruitoftriploidS．grosvenori under５diferentmaleflowerspolination
a．F３０２;b．F３２２;c．F３１１;d．F３２３．
图２　不同雄花授粉所得的３x罗汉果果实
在１０５０cmＧ１波数处吸收峰峰高
Fig．２　ChangeofabsorptionＧpeakheightatthebandof
１０５０cmＧ１inFTIRspectraoffruitsoftriploid
S．grosvenoriiunder５diferentmaleflowerspolination
用 M２０２、M２０７、M２１３、M２１４、M２１５五种不同雄花
授粉后所得到的果实中,G３０２７、G３０２４和G３０２２相
聚较近,G３０２５与G３２２７相聚较近,而G３０２３与其
它相聚较远,单独聚为一类;从而说明３x罗汉果果
实在整体化学成分含量上存在明显的花粉直感效
应;其次,五种雄花对不同品系３x罗汉果子代果实
的排序分别有不同影响,如雌株F３０２和F３１１分别
用五种雄花授粉后子代果实的聚类结果不同,F３０２
图３　五种雄花授粉所得３x罗汉果果实的
FTIR主成分分析二维投影图　
Fig．３　PlanarprojectionofFTIRspectraoffruits
intriploidS．grosvenori under５diferent
maleflowerspolinationbasedonPCA
１．G３０２７;２．G３０２５;３．G３０２３;４．G３０２４;５．G３０２２;６．G３２２７;
７．G３２２３;８．G３２２２;９．G３２２５;１０．G３２２４;１１．G３１１７;１２．G３１１５;
１３．G３１１３;１４．G３１１２;１５．G３１１４;１６．G３２３７;１７．G３２３５;
１８．G３２３３;１９．G３２３２;２０．G３２３４．
的子代果实聚类结果为G３０２７、G３０２４、G３０２２聚为
一类,G３０２５与其它果实聚为一类,而 G３０２３却单
独聚为一类;F３１１ 的果实聚类结果是 G３１１５、
G３１１３、G３１１２、G３１１４聚为一类,G３１１７与其它果实
聚为一类,说明F３０２经五种雄花授粉后果实整体
８９ 广　西　植　物　　　 　　　　　　　　　　　　　　３４卷
图４　五同雄花授粉所得３x罗汉果
果实的FTIR聚类分析图　
Fig．４　DendrogramofFTIRspectraoffruitsintriploid
S．grosvenoriunder５diferentmaleflowerspolination
basedonEuclideansquaredistanceindex
化学成分含量有较大差异,而F３１１经五种雄花授
粉后果实整体化学成分含量相差较小,从而说明３x
罗汉果整体化学成分含量表现出的花粉直感效应存
在品种特异性.
３　结论与讨论
３x罗汉果果实中甜苷类物质的含量和果实整
体化学成分含量均存在较为明显的花粉直感效应,
可以通过授粉雄花改善果实的品质;同时３x罗汉果
在花粉直感效应方面具有品种特异性,在授粉时要
针对不同雌株来选择相应恰当的雄花花粉.以上研
究结果与前人对普通２x罗汉果花粉直感效应的研
究结果是类似的(马小军等,２００８).马静等(２００９)
对常规２x罗汉果研究表明,罗汉果微量元素含量存
在较为显著的花粉直感效应,选用适当的雄花不仅
可以有效降低Pb和Al等有毒元素的含量,还可以
显著提高 Mn和B等对糖和苷 V生成和积累有促
进作用的微量元素含量,周晶(２０１０)对板栗花粉直
感效应研究后指出,同一授粉雄花对不同性状的影
响作用不同,选用早熟品种花粉可以使果实提早成
熟,所以在选择３x罗汉果的授粉雄花时要针对不同
授粉雌株,扬长避短,综合考虑,选择最佳组合,用活
和用足授粉雄花.本研究运用FTIR技术对３x罗
汉果果实化学成分的花粉直感效应进行了初步探
讨,证明通过傅里叶变换红外光谱,结合多元统计的
主成分与聚类分析可以反映出三倍体罗汉果的花粉
直感的影响情况,但３x罗汉果果实外在性状和特定
化合物花粉直感效应情况还需进一步研究.
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