紫果西番莲（Passiflora edulis）又称为百香果或鸡蛋果是西番莲科（Passifloraceae）西番莲属（Passiflora）的多年生热带草质或半木质藤本攀援植物^[1]，其果实为浆果，味道鲜美，富含各种营养成分，在国际饮料市场占有重要地位，素有“饮料之王”的美誉，且根、茎、叶、花还可入药^[2]，是该属植物中主要被开发利用的一种^[3]。现我国主要栽培的品种有‘台农1号’‘黄金杂交种1号’‘满天星’等^[4]。‘满天星’是紫果西番莲中的一个品种，其果实表面布满斑点，故名‘满天星’，其具有较厚的紫红色果皮及比较大的果实，适合加工利用^[5]，分布于我国的台湾、广东、福建、广西、云南等省区^[6]。

植物的生理活动是植物生长中的基本过程，通过测定植物的生理指标可以了解植物的物质代谢与生长发育的规律进而对植物的优良性做出评价。在对多倍体植物的研究上也常常通过测定多倍体植物与二倍体植物的生理指标来进行比较。在对不同倍性植物的研究发现，二、四倍体杨花萝卜（Raphanus sativus）^[7]和桑树（Morus alba）^[8]可溶性蛋白含量四倍体显著高于二倍体。在对茅苍术同源四倍体和二倍体的试验中发现，四倍体可溶性蛋白含量、可溶性糖含量显著高于二倍体^[9]。在对二、四倍体蒲公英（Taraxacum mongolicum）和四倍体苏州青（Brassica cappestris）的研究中发现，四倍体可溶性糖较二倍体分别增加了50%^[10]和205%^[11]。在使用秋水仙素诱导青花菜（Brassica oleracea）四倍体时发现，四倍体较二倍体在营养品质上均有提高，包括可溶性糖，但干物质有所下降^[12]。叶绿素的含量常被用作评判植物抗性强弱及多倍体植物优良性的重要指标。对平陆百合（Lilium brownie var. viridulum）试管苗的诱导鉴定中发现，四倍体平陆百合叶片和鳞茎中的叶绿素a、叶绿素b、总叶绿素含量均高于二倍体脱毒试管苗^[13]。在对滇杨（Populus yunnanensis）多倍体和太子参（Pseudostellaria heterophylla）多倍体诱导及离体快繁的研究中也有相似的结论，四倍体植株的叶绿素含量是二倍体植株的1.5倍^[14]和较二倍体提高了11.11%^[15]。

而我国西番莲生产中存在较多问题，如品种单一，产量低，品质、抗病性差，影响了西番莲种植业和加工业的发展^[16]。目前，关于紫果西番莲‘满天星’的研究报道多集中于种质资源性状评价及多倍体诱导等方面^[17]，而对其不同倍性生理指标的研究较少。本研究对紫果西番莲‘满天星’二倍体与三倍体的可溶性糖含量、可溶性蛋白含量、叶绿素含量进行测定，比较2种倍性‘满天星’在自然条件下生长的生理差异，以2种倍性紫果西番莲‘满天星’的生长、生理差异为基础，对2种倍性‘满天星’的优良性做出评价，为紫果西番莲‘满天星’良种选育奠定基础和提供科学依据。

1.   材料与方法

1.1   试验材料

研究材料紫果西番莲‘满天星’的种子来自于云南省热带作物科学研究所，以二倍体和三倍体紫果西番莲‘满天星’的无菌苗为试验材料。

1.2   试验方法

1.2.1   炼苗移栽

将生根的无菌苗进行炼苗：组培苗在培养室中生长2个月后将其拿出置于室内自然光下，将瓶盖在1周内逐渐打开直至完全打开，2周后待植物适应自然空气，将其拿出浸泡于0.1%的多菌灵中10 min后移至土壤中，土壤经过0.5%的高锰酸钾消毒，基质为V（红土）∶V（腐殖土）∶V（珍珠岩）=1∶2∶1。将盆栽苗放置于西南林业大学苗圃中，选择8 L的塑料盆进行种植。

1.2.2   ‘满天星’二倍体与三倍体生长指标测定

自2021年6月中开始对5月移栽的苗木生长量进行测量，采用皮尺和直尺及游标卡尺测量2种倍性紫果西番莲的苗高、地径、茎节数量、叶片长、叶片宽、叶柄长，每种倍性各测定5株苗木，设3个重复，每种倍性共测定15株苗木，测定至12月止。其中叶片长、宽及叶柄长选取植株的中上部（4～6）3片叶片进行测量。

‘满天星’二倍体与三倍体生理指标测定

自2021年8月开始，对田间生长的二倍体和三倍体紫果西番莲的生理指标可溶性糖、可溶性蛋白质和叶绿素的含量进行测定，采集中上部长势基本一致的叶片（4～6片叶）进行测量，每种倍性各采集3株苗上的叶片，每株苗木测定1次，测定数据时收集3个重复数据。以下指标每月测定1次，测定至12月止。可溶性蛋白质使用考马斯亮蓝G−250染色法进行测定，可溶性糖含量使用硫酸蒽酮比色法进行测定，叶绿素含量使用乙醇法进行测定。

1.3   数据分析

采用Excel进行数据处理，用 SPSS 20.0进行单因素和双因素方差分析，Duncan法进行多重比较，数据皆为平均值土标准误。采用Pearson相关性分析不同指标间的相关关系。

2.   结果与分析

2.1   ‘满天星’二倍体与三倍体生长指标比较

2.1.1   ‘满天星’二倍体与三倍体苗高地径的比较

随着时间的增加2种 ‘满天星’的苗高与地径整体呈上升趋势，8—9月有较大幅度的增长趋势。由图1a可知，在苗高方面，二倍体‘满天星’从9月份开始均高于三倍体‘满天星’。由图1b可知，在地径方面则表现出从9月份开始三倍体均高于二倍体‘满天星’的现象。植物的生长存在资源分配的关系，在苗高的生长上三倍体的增长不如二倍体，但三倍体在地径的生长上存在优势，这是植物平衡资源分配的手段，证明2种 ‘满天星’在苗高与地径的生长上存在不同的生长方式及资源分配策略。

图  1  紫果西番莲‘满天星’二倍体与三倍体苗高及地径的比较

不同小写字母表示差异显著（P<0.05）。

Figure  1.  Comparison of seedling height and ground diameter between diploid and triploid of purple fruit Passiflora edulis' Mantianxing '

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2.1.2   ‘满天星’二倍体与三倍体的茎节数量随时间的变化

由图2可知，随时间的变化2种‘满天星’的茎节数量呈持续增长的趋势，在10月之前三倍体的茎节数量均多于二倍体‘满天星’，在10月之后少于二倍体‘满天星’。除6月外的月份，2种‘满天星’的茎节数量均无显著差异。结合苗高生长量来看，二倍体‘满天星’在12月份苗高显著高于（P<0.05）三倍体‘满天星’但12月份时2种‘满天星’的茎节数量相似，说明三倍体‘满天星’的各茎节较短，这说明2种‘满天星’间存在茎节数量相似的特点，也表现出三倍体茎节较短的现象，倍性的改变使茎节的长度也发生了变异。

图  2  紫果西番莲‘满天星’二倍体与三倍体茎节数量的变化趋势

不同大写字母表示各月份中2种 ‘满天星’差异显著（P<0.05），不同小写字母表示2种‘满天星’在月份间差异显著（P<0.05）。

Figure  2.  Run chart diagram of the number of stem nodes of diploid and triploid Passiflora edulis' Mantianxing '

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2.1.3   ‘满天星’二倍体与三倍体叶的差异

由图3a可知，二倍体和三倍体‘满天星’叶片长度的变化趋势基本一致，8月时二倍体‘满天星’的叶片长度显著大于三倍体（P<0.05），其余时候2种‘满天星’间叶片长度无显著差异。8月后2种 ‘满天星’的叶片长度都开始下降，体现出同一物种的叶长变化特性。由图3b可知，在叶片宽度方面，2种 ‘满天星’均体现出先增大后减小的趋势，在9月与11月二倍体‘满天星’的叶片宽度显著大于三倍体（P<0.05）。由图3c可知，二倍体‘满天星’的叶柄长度除6月外均显著大于三倍体（P<0.05）。

图  3  紫果西番莲‘满天星’二倍体与三倍体叶的差异

不同小写字母表示差异显著（P<0.05）。

Figure  3.  Difference between diploid and triploid leaves of purple fruit Passiflora edulis' Mantianxing '

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2.2   ‘满天星’二倍体与三倍体生理指标比较

2.2.1   ‘满天星’二倍体与三倍体可溶性糖含量的比较

由图4可知，2种 ‘满天星’的可溶性糖含量都表现出先上升后下降的趋势，但趋势随时间的变化不同，8—10月二倍体‘满天星’的可溶性糖含量高于三倍体，11、12月三倍体‘满天星’的可溶性糖含量高于二倍体。可溶性糖三倍体‘满天星’11月以后下降、二倍体‘满天星’9月以后下降，三倍体可溶性糖下降时间晚于二倍体。在生长前期（8—10月）二倍体‘满天星’的可溶性糖含量高于三倍体，后期则是三倍体较高，这可能是因为在缓苗期三倍体‘满天星’可溶性糖含量高的优势还未体现出来。

图  4  紫果西番莲‘满天星’二倍体与三倍体可溶性糖含量的变化趋势

不同大写字母表示各月份中2种 ‘满天星’差异显著（P<0.05），不同小写字母表示2种‘满天星’在月份间差异显著（P<0.05）。

Figure  4.  Change trend of soluble sugar content in diploid and triploid of Passiflora edulis 'Mantianxing'

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2.2.2   ‘满天星’二倍体与三倍体可溶性蛋白含量的比较

由图5可知，2种 ‘满天星’的可溶性蛋白含量均表现出先下降又上升的趋势，在10月份时2种 ‘满天星’的可溶性蛋白含量均最低，在12月时均最高。三倍体‘满天星’的可溶性蛋白含量始终高于二倍体，说明倍性的变化使得三倍体‘满天星’在可溶性蛋白含量方面占有优势。

图  5  紫果西番莲‘满天星’二倍体与三倍体可溶性蛋白含量的变化趋势

不同大写字母表示各月份中2种 ‘满天星’差异显著（P<0.05），不同小写字母表示2种‘满天星’在月份间差异显著（P<0.05）。

Figure  5.  Change trend of soluble protein content in diploid and triploid of Passiflora edulis 'Mantianxing'

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2.2.3   ‘满天星’二倍体与三倍体光合色素含量的比较

叶绿素含量的高低常被用来判断植物光吸收能力的强弱，由图6可知，2种 ‘满天星’的叶绿素a含量自8月份起持续降低，但三倍体‘满天星’的叶绿素a含量均高于二倍体，说明三倍体‘满天星’吸收光能的能力更强。

图  6  紫果西番莲‘满天星’二倍体与三倍体叶绿素a含量的变化趋势

不同大写字母表示各月份中2种倍性‘满天星’差异显著（P<0.05），不同小写字母表示各倍性‘满天星’在月份间差异显著（P<0.05）。

Figure  6.  Change trend of chlorophyll-a content in diploid and triploid of Passiflora edulis 'Mantianxing'

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如图7所示，三倍体‘满天星’的叶绿素b含量均高于二倍体，但与叶绿素a含量的变化趋势不同，2种 ‘满天星’的叶绿素b含量呈先下降又上升的趋势，在11月2种 ‘满天星’的叶绿素b含量最低，且在12月时有较大幅度的增加且高于其他月份。

图  7  紫果西番莲‘满天星’二倍体与三倍体叶绿素b含量的变化趋势

不同大写字母表示各月份中2种 ‘满天星’差异显著（P<0.05），不同小写字母表示2种‘满天星’在月份间差异显著（P<0.05）。

Figure  7.  Change trend of chlorophyll b content in diploid and triploid of Passiflora edulis 'Mantianxing'

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由图8可知，2种 ‘满天星’的类胡萝卜素含量均呈逐渐下降的趋势，在8—11月时三倍体‘满天星’的类胡萝卜素含量都大于二倍体，但在12月时三倍体类胡萝卜素含量大幅降低，三倍体‘满天星’的类胡萝卜素含量仅在12月份低于二倍体。

图  8  紫果西番莲‘满天星’二倍体与三倍体类胡萝卜素含量变化趋势

不同大写字母表示各月份中2种 ‘满天星’差异显著（P<0.05），不同小写字母表示2种‘满天星’在月份间差异显著（P<0.05）。

Figure  8.  Change trend of carotenoid content in diploid and triploid of Passiflora edulis'Mantianxing'

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2.2.4   ‘满天星’二倍体与三倍体生长生理各指标相关性分析

不同倍性的西番莲的叶绿素a、叶绿素b、类胡萝卜素与苗高、茎节、地径呈负相关，与叶长、叶柄长呈正相关；但可溶性糖、可溶性蛋白与生长指标相关性略有差异。由图9a可知，二倍体‘满天星’苗高与地径、地径与茎节呈极显著正相关关系（P<0.01）。茎节与叶长、叶绿素a呈显著负相关关系（P<0.05）。叶柄长与叶长、叶绿素a、类胡萝卜素呈显著正相关关系（P<0.05）。可溶性糖与叶绿素a、类胡萝卜素呈正相关，与可溶性蛋白、叶绿素b呈负相关。可溶性蛋白与叶绿素a、叶绿素b、类胡萝卜素呈负相关。由图9b可知，三倍体‘满天星’叶绿素a、叶绿素b、类胡萝卜素与苗高、茎节、地径呈负相关，与叶长、叶柄长呈正相关。叶宽与可溶性糖呈正相关，与其他指标呈负相关。可溶性糖与可溶性蛋白呈显著负相关关系（P<0.05），与类胡萝卜素呈显著正相关关系（P<0.05）；可溶性蛋白与叶绿素a、叶绿素b、类胡萝卜素呈负相关；叶绿素a与叶绿素b、类胡萝卜素呈正相关，叶绿素b与类胡萝卜素呈正相关。

图  9  紫果西番莲‘满天星’二倍体与三倍体生长及生理指标相关性分析

Figure  9.  Correlation analysis on growth and physiological indexes of diploid and triploid of Passiflora edulis'Mantianxing'

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研究发现，不同倍性的紫果西番莲'满天星'在生理指标与生长指标之间的相关性存在一定差异。二倍体与三倍体在生长指标方面呈现出明显的相关性，如苗高与地径密切正相关。然而，在生理指标方面，二倍体与三倍体之间的相关性表现出一些差异。特别是在可溶性糖含量方面，二倍体与三倍体在生长初期呈现不同的变化趋势，后期三倍体的可溶性糖含量超过二倍体，这可能反映了倍性对能量分配和利用的影响。此外，三倍体'满天星'的可溶性蛋白和叶绿素含量始终高于二倍体，这可能揭示了倍性对植物代谢活性和光合能力的影响。因此，不同倍性的紫果西番莲在生理与生长指标的关联性上存在差异，这可能源于倍性对植物生长发育和代谢过程的调控作用。

3.   结论与讨论

近几十年来，植物育种家认为多倍体是一种高效、快速的育种技术，可以培育健康的品种^[18]。基于多倍体的育种方案结合了杂种优势和无杂交的优势，从而为未来的植物育种提供了一种有前途的方法^[19]。诱导多倍体的研究有助于更具体地理解多倍体进化，并有望有助于植物育种^[20]。在这种情况下，四倍体可以作为育种项目的亲本材料，在许多作物如葡萄、柑橘等中开发质量更佳，环境适应性更好的无籽三倍体品种^[21]。多倍体与二倍体在形态和理化特征上有很大的不同^[22]，基于此研究分析了倍性的增加给‘满天星’带来的差异，其结果可为紫果西番莲种质创新奠定基础，为多倍体育种提供理论支持。

苗高与地径是常用于对比植物表型变化的生长指标，能够直接反映苗木的生长情况。对‘满天星’二倍体和三倍体的生长情况进行观测，发现三倍体‘满天星’的苗高小于二倍体，地径大于二倍体，茎节的数量相似，与蒋卉等^[23]的研究结果相似，八倍体矮牵牛株高明显小于二倍体，而节间距缩短，三倍体‘满天星’的苗高小于二倍体，但它们的茎节数量相似，说明三倍体‘满天星’的节间距较短。研究表明多倍体植物通常具有更粗壮的茎^[24]。本研究中三倍体‘满天星’也拥有较粗壮的茎。植物倍性的改变会给植物带来很多外部形态和内部结构的改变，一般来说多倍体植物较二倍体植物会有更大、更厚的叶片和更长的叶柄，赵奉彬等^[25]通过大叶型的特征来筛选天然三倍体山杨。在本研究中发现紫果西番莲‘满天星’倍性改变后与其他多倍体的叶部情况不一致，三倍体‘满天星’的叶长、叶宽、叶柄长度在生长过程中大部分时候都要小于二倍体，说明倍性改变给不同植物叶部形态带来的变化不是一致的，‘满天星’倍性的增加并未使叶片变大。

可溶性糖是植物体内重要的渗透调节物质^[26]，它主要通过降低原生质的渗透势来帮助植物从水势降低的外界环境中继续吸收水分，以此维持植物正常的代谢活动。因此，在对多倍体植物的研究中常通过测定可溶性糖的含量来评价倍性的增加对植物带来的影响。本研究中在测定的前期二倍体‘满天星’的可溶性糖含量大于三倍体，后期小于三倍体，这一结果可能说明多倍体植物的生长存在一定的滞后期，从组培苗到田间的环境，无菌苗需要一个适应时间，而多倍体由于细胞体积较大，生长需要更多的能量，进而多倍体的适应性慢于原生苗，随着植株的长大，能量充足，多倍体的基因剂量效应凸显，可溶性糖的含量就高于二倍体^[27]。在测定的后期三倍体‘满天星’可溶性糖均高于二倍体，这与不结球白菜、黄瓜多倍体的研究结论相似^[28-29] 。邓传华等^[30]在对山豆根四倍体优良株系进行综合评价时发现，有两个山豆根四倍体株系的可溶性糖含量高于二倍体，其他四倍体株系则低于二倍体。植物倍性与可溶性糖含量的关系可能与植物的生物学特性有关。可溶性蛋白和可溶性糖一样是植物体内重要的渗透调节物质^[31]，在环境胁迫下植物体内主动累积可溶性蛋白，降低植物细胞的渗透势和水势，维持植物自身正常的膨压，使植物能够正常进行生命活动。在对二倍体和三倍体‘满天星’的观察中发现，三倍体‘满天星’的可溶性蛋白含量始终高于二倍体，这与许多对多倍体生理性状测量结果一致，如四倍体番茄、萝卜、茄子的可溶性蛋白含量均显著高于他们的二倍体植株^[32-33]。这说明三倍体‘满天星’的渗透调节功能优于二倍体植株。叶绿素含量常被看作能反映植物光合作用强弱的重要指标。在对2种 ‘满天星’叶绿素含量测定的5个月中，三倍体‘满天星’的叶绿素含量始终高于二倍体。但是三倍体‘满天星’苗高生长量在测量的后期却小于二倍体，这可能是因为三倍体的侧枝较二倍体多，所测量的苗高是针对‘满天星’的主枝，三倍体‘满天星’的营养分配到多条枝条上，故主枝的长度没有二倍体长。叶绿素含量的增加可能促进光合作用并影响碳水化合物代谢，这可能会改变多倍体的开花行为。

二倍体‘满天星’苗高与地径呈现极显著的正相关关系，说明苗高的增长与地径密切相关，只有地径足够粗壮才能支撑苗木长高及更多的营养物质传输。三倍体‘满天星’的地径与可溶性糖含量呈显著的正相关关系，说明植物倍性与可溶性糖含量的关系可能与植物的生物学特性有关，这与张晓艳^[34]等多倍体植物研究结论相似。2种 ‘满天星’各指标间的相关关系存在共同点和不同点，这当中表现的差异是倍性的改变导致基因变化，三倍体的生理性状与二倍体表现出不同的生长机制。

综上所述，在紫果西番莲‘满天星’的研究中，对二倍体和三倍体在生长和生理方面的特点进行了详细对比和分析。从生长角度看，三倍体‘满天星’在苗高、叶片长度、叶片宽度和叶柄长度方面都表现得较二倍体为短小，但在地径上具有优势，表明三倍体的生长策略更偏向于底部的壮实和稳固。在生理层面，三倍体在可溶性蛋白和叶绿素含量上都持续高于二倍体，暗示其可能具有更高的代谢活性和更强的光合能力。而在可溶性糖含量上，三倍体在生长的早期较低，但随着生长的进展，其含量逐渐超过了二倍体，这可能与植物在不同生长阶段的能量需求和分配策略有关。另外，生长与生理指标的相关性分析揭示了一些有趣的关联。例如，三倍体的地径与其可溶性糖含量呈正相关，这可能暗示地径的壮实与植物的能量储备和分配策略密切相关。总的来说，三倍体‘满天星’在生长和生理上的特点与二倍体存在明显差异，这为理解植物倍性如何影响其生长和代谢提供了宝贵的见解。