黄瓜表皮细胞的表型鉴定与遗传规律分析

荣展　苗晗　张松

摘 要 黄瓜果实表皮细胞的排列呈现两种不同的形状：栅栏型与扁平型。对两种表型的特点进行显微结构观察分析并用遗传学的方法解释两种性状出现的原因。本研究运用显微镜观察4种不同生态型黄瓜的果实表皮细胞的结构并确认具有扁平型和栅栏型的瓜种并利用这两种类型的黄瓜材料构建遗传群体进行遗传规律分析。结果表明除美国加工型黄瓜之外另外几种黄瓜果实表皮细胞均为扁平型。遗传学研究表明栅栏型表皮细胞性状为显性单基因控制。有研究表明果实表皮细胞的排列与植物的耐旱、抗病虫害等生物和非生物胁迫具有一定关系，因此推测栅栏型表皮细胞可能与适应缺水或病虫多发环境相关。

关键词 黄瓜果实表皮细胞 遗传分析 栅栏型 扁平型

中图分类号 Q-331 文献标志码 B

黄瓜在中国的栽培历史悠久，自从印度传入中国后，就开始大面积种植。现在黄瓜作为中国的主要作物在蔬菜市场中占据重要的地位。但是在当今学界对黄瓜表皮细胞的研究却不是那么的全面，大多数研究局限在表皮毛和表皮与抗病性的关系。现在已经可以初步确定，表皮的厚度与抗病性有直接关联。经过观察发现不同种类黄瓜的表皮细胞排列有不同的表现型，目前主要分为两大类：栅栏型和扁平型，其中栅栏型表皮细胞垂直于瓜体排列紧密，与扁平型的表皮细胞有极大的区别。有关于黄瓜表皮细胞类型基因的研究以前基本没有，大多数研究把重点放在表皮毛和刺瘤上，组织学观察发现黄瓜表皮毛和果刺均为多细胞非腺体的柱状结构。在其他的研究里也可以初步明确，黄瓜品种对黑星病菌具有结构抗病性，果实的抗病性与其表皮的厚度有关。本研究主要着重于对黄瓜果实的表皮细胞的结构排列进行观察，并对该性状进行遗传分析。这种特殊的表皮细胞结构极有可能与抗病性或者耐寒性有关。本研究结果将有助于明确控制果皮细胞类型基因的遗传规律及其与耐旱、抗病虫害等生物和非生物胁迫的关系，为该基因的进一步研究利用打下基础。

1 材料与方法

1.1 实验材料

实验材料为4种不同生态类型的黄瓜材料及其利用美国加工类型P1与欧洲型黄瓜P2配制的F2代遗传群体。各种类型黄瓜的性状如下：

美国加工型黄瓜（图1A）：表皮较厚，果皮呈黄色或黄绿色，瘤稀，果刺稀少。

华南类型黄瓜（图1B）：表皮较薄，瘤稀，刺稀，果皮绿色。

华北类型黄瓜（图1C）：表皮厚度中等，瘤多，刺多，果皮深绿色。

野生黄瓜（图1D）：表皮较厚，刺多瘤多，果实绿色。

1.2 实验方法

1.2.1 显微镜观察表皮细胞排列

于盛瓜期采摘的商品瓜，要求大小一致，采摘后置于保鲜袋中。然后制作切片进行显微镜观察。具体制作步骤如下：

（1） 切片制作：

① 用水将刀片润湿，用刀片从中部将瓜横切成两部分，右手拿刀片，左手拿黄瓜，刀片保持和黄瓜切面平行。

② 以均匀的力量和平稳的动作使刀刃自左前方向右后方斜滑拉切，注意不要直切，中途不停顿，拉切速度要快，不要推前拖后（拉锯式）切割，左手食指向下稍微移动，使材料略有上升，从而调动每张切片的厚度。

③ 将切下的切片用毛笔刷蘸水从刀片上轻轻移入培养皿的清水中或直接将刀片浸没于水中使切片漂洗下来。尽量使切下的黄瓜表皮不在水中翻折或者相互重叠，以免影响观察时的效果。

（2） 临时装片制作。

在载玻片中央，滴加1、2滴清水，选取表皮边缘透明的薄片将平铺在载玻片上，用解剖针展开，将盖玻片轻轻盖上，盖盖玻片时，用镊子夹起盖玻片，使载玻片一边先放下，接触一边水，然后再轻轻放平，以免水中产生气泡，影响观察。

（3） 观察。

先用低倍镜（25×10）观察表皮细胞的排列形式及其结构，再在高倍镜（25×40）下观察。

1.2.2 遗传规律分析

于盛瓜期采摘商品瓜，按照同上方法观察两亲本、F1和240株F2群体的表皮细胞排列，每株至少调查2个标准商品瓜，对不确定的单株进行多次调查，以确保结果的准确性。统计栅栏型和扁平型表皮细胞和数据，并计算分离比，使用 Microsoft Excel 2003软件进行数据统计分析及卡方测验。

2 结果与分析

2.1 不同类型黄瓜显微镜观察表皮细胞排列

根据显微镜下的观察，发现所有四种常见黄瓜中只有美国加工型黄瓜的果实表皮细胞呈现出了栅栏型，而其他三种黄瓜均为扁平型。结果见图2：

美国加工型黄瓜（图2A）；

华南类型黄瓜（图2B）；

华北类型黄瓜（图3C）；

野生黄瓜（图4D）。

2.2 遗传分析结果

遗传学分析表明，在将栅栏型果实表皮细胞的美国加工型黄瓜和扁平型果实（图3）表皮细胞的黄瓜作为亲本进行的杂交实验中，F1的全部20株黄瓜上的果实都呈现栅栏型果实表皮细胞。而F2群体中栅栏型与扁平型呈现出157∶50，大约3∶1的分布态势，表明此性状遵从单基因显性性状的遗传规律，所以可以得出结论，黄瓜果实表皮细胞的控制基因为显性单基因（表1）。

3 讨论

有关于黄瓜果实果皮细胞厚度的研究可以说是相当少，就连针对黄瓜果实的表皮细胞中含有栅栏型和扁平型这两种不同表现性的讨论都不太多，目前已报道的果实性状相关20多个基因。其中果色基因2个yg（黄绿色果皮）、w（白色果皮）；果实无光泽基因D；果色一致基因u；刺色基因4个B（黑刺）、B-2、B-3、B-4；多刺基因ns；小刺基因ss；果瘤基因Tu；果肉颜色基因wf（白色果肉）、yf（黄色果肉）。所以目前为止还没有对黄瓜果实表皮细胞性状的基因定位的研究。

本次的实验的主要目的就是确定出现栅栏型表皮细胞的黄瓜种类，进而进行遗传学分析来确定控制这个性状的基因的类型。经过切片处理和显微镜观察，发现加工类型的黄瓜，也就是平时用来做酸黄瓜和腌制黄瓜食品的黄瓜品种具有栅栏型的果实表皮细胞。而且在用美国加工型黄瓜与扁平表皮细胞的黄瓜品种进行杂交试验后发现F1出现全部为栅栏型表皮细胞的情况，在之后的F2中发现栅栏型与扁平型的比例为3∶1，这就证明了栅栏型果皮细胞类型基因相对于扁平型为显性。

影响黄瓜脆度的因素包括果皮厚度、薄壁细胞递增情况、纤维素含量和果实硬度等。它们的基本关系表现为：表皮的厚度要适中，过厚的表皮脆度不好；近表皮的薄壁细胞由大到小递增快的，多表现为比较脆。可见表皮的厚度会影响到果实的口感，那么表皮细胞的类型就会直接影响到表皮的厚度。如果可以定位控制细胞类型的基因，那么就有可能控制表皮厚度。

不过现在对于为什么会有这种基因以及这种基因产生的原因还都不明确。经过推测，鉴于果实的抗病性与果皮有关，植物可以在表面形成角质、蜡质层或木栓组织并使组织高度木质化，以达到提高免疫力的效果。那么如果表皮对于植物的自我防护与免疫力有如此密切的关系，黄瓜的表皮细胞类型也可能与免疫机制有关。栅栏型的表皮细胞可能可以起到阻止病原体进入果实内部的功能，因为这种类型的表皮细胞排列更紧密。

而且更紧密的排列在某种程度上推测与水分的保留有关，还需要进一步的研究来验证。

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