全 文 ：1 9 9 8年 1 2月
第 4期 29一 3 5
甘 肃
G A NS U
农 业
O NG YNE
大 学
A D XU E
学 报
U EX BA O
用化学方法克服油菜等芸苔属 ( B rsa s i c a)
作物自交不亲和性的研究
W
.用 Na C I克服自交不亲和性的机理初探
安彩泰 孙万泉 李学才
`甘肃农业大学农学系 )
摘要 研究结果表明 , N a c l克服油菜等芸苔属作物自交不亲和性的机理主要在于便赶头蛋白
质变性 ; 在识别反应中 , 柱头可能是主动的起关键作用的一方 , 花粉可能是被动的起次要作 用 的
一方 , 用 N a CI 只处理花粉不能有效克服自交不亲和性 , N a CI 克服自交不亲和性的效应似乎是可
逆的 。
关抽词 : 芸苔属 ( B ar s i ca ) 油菜自交不亲和性 抓化钠
0 引 言
自我们筛选出克服油菜等芸苔属作物 ( 甘蓝型 、 白菜型油菜 、 甘蓝和大白菜 ) 自交不亲
和性的经济有效的药剂 N a CI 后 〔` 〕, 经过几年在全国许多院校 、 科研和生产单位应用 , 证 明
N a C I克服这类作物 自交不亲和性的效应是稳定的〔 2〕, 可 以广泛直接应用于 自交 不 亲 和 系
( 下称 SI 系 ) 的繁殖和遗传育种的研究 , 从而可以取代传统的人工蕾期授粉。 经几年的应用
试验 我们基本上弄清楚了影响N a C I克服自交不亲和的因素 ( 3 · ` 〕。 下一步要深入 研 究 N a CI
克服自交不亲和性的理化机理问题 。 从 19 84 年起对下列三个问题进行了探 索 : ( l ) N a CI
对柱头可溶蛋白质的作用 , ( 2 ) 仅用 N a C I处理花粉能否有效克服自交不亲和性 , 以 此 间
接阐明花粉与柱头在自交识别反应 中的作用主次问题 , ( 3 ) N a C I克服自交不亲和性 是 否
可逆 ?
1 N a CI 对柱头可溶蛋白质的作用
、 在最初筛选克服自交不亲 和的药剂时 , 我们依据 H e s l o p 一 H a r r i s o n ( 19 7 5 ) 关 于 花 粉
与柱头相互识别理论〔“ 〕, 设想选用 N a CI 使柱头蛋白质变性 , 破坏阻碍本株 花 粉 管 伸 入 的
“ 隔离层 ” , 达到克服 自交不亲和性的目的 。 在实验中果然出现了所设想 的效果 。 为证 实
N a C I克服 自交不亲和性的这一机制 , 1 9 8 4年对柱头提取物做了可溶蛋自的聚丙烯酞胺 凝胶
收 稿 日 期 : 1 9 8 9一 0 2一 2 9
修改稿收到 日期 : 1 9 8 9一 10 一 7
甘 肃 农 业 大 学 学 报 1 9 89年
园盘电泳分析 。 试材为白花 S I系 (B .na p u s L;引自华中农大 )。 用 1 0 %(下 同 ) Na C I喷
洒供试株花朵后取 3 0 0一 4 0 0柱头 , 以未处理作对照 。 样品经研磨 、 萃取 , 以每分 钟 4 0 0 0转 速
离心 40 分钟后 , 得上清液 。 其它如凝脐制备 、 电休和胶柱染色等过程均按文献闭进行 。 将胶
柱置于投影箱上描图照相后 ( 图 1 中A 、 C ) 再经 G S一 91 。型光密度薄层扫描仪 扫 描 , 得到
扫描图谱 ( 图 2 ) 。
可以看 出 , 白花 SI 系柱头可溶蛋白质共约20 个谱带 , 其中染色较深的有 3 个带 , 可称为
主带 。 依据这三个主带 , 将 20 个带分为 A ` B ` C’ 三个区 。 A ` 区包括接近负极的一个 主 带 共
5 个带 , R f约在 0 . 0 一。 . 15 之间 , B’ 区包括胶柱中间一个 主 带 共 有 7 一 8 条 带 , R f约 在
。 . 15 一。 。 48 之间 ; C ` 区在 R f值的 0 . 48 一 1 . 0 之间 , 有 5一 6 条带 。 经 N a CI 处理的柱头和未
处理的柱头的蛋白质谱带的明显区别是在 B ` 区和 c ` 区 。 经 N a CI 处理的图谱 B ` 区 比 未处 理
的多一条带 , 而 C, 区却比处理的少一条带 。 从染色深浅来看 , 经 N a CI 处理 的 接 近 负 极 的
上半段染色比未处理的相应区段要深一些 , 而 中间主带以下染色以后者要浅些 。 这些情况说
明 , 经 N a CI 处理后 , 柱头中某些可溶蛋 白的极性改变了 , 即带正 电荷的蛋 白质增 加 了 , 从
而改变了柱头蛋白质的性质 。 这个结论更可从扫描图谱及其谱带可溶蛋 白相对浓 度 的 变 化
( 表 1 ) 得到印证 。
1 9 8 5年再次用聚丙稀酞胺垂直电泳方法作了重复试验 。 所用试材 、 处理方法及试样和凝
胶制备方法同前 。 垂直电泳后胶片用 0 . 5%氨基黑染色 ( 图 I B ) 。看出 , 柱头可溶 蛋 白谱 带
仍清楚地分为三个区 , 其中分别包括三个主带 。 未处理的B’ 区和 C’ 区中可溶蛋白浓度 显 著
高于经N a CI 处理 了的 , 结果同园盘电泳非常近似 。 一
第 4期 安彩泰等 :用化学方法克服油菜等芸苔属 (刀 r a二玄 c a)作物自交不亲和性的研究 · 牡
表 1经 N aI C处理和未处理柱头蛋白质谱带扫描浓度 (% )变化 1日 8 4
助一一 X一竹从复一处压 谱带区 A弓对照 B巴 C仁 1 1。 92 5 779一 9 9 72 8。 0 4 7 78。 0 8 5 582。 3 9 969。 1 0 5 40。 0 0一 0。 160。 16一 0。 480。 8 4一 1。 0 0A乙处理 B巴 C之 3 5。 9 1 6 42 6。 2 6 0 01。 82 52 2 0、 0 83 83 7。 82 6 89。 16 9 12 7。 9 9 92 6 8。 0 43 45。 9 4 72 0。 0 0一 0。 1 50。 1 5一 0。 9 40。 49一 1。 0 0
2仅用 N aI C处理花粉能否有效克服自交不亲和性
在实验和实际应用中我们用 N aI C处理的是整个花朵 。 上述对柱头蛋白质的电泳 分 析 ,
无疑揭示了 N a CI 克服油菜等芸苔属作物自交不亲和性的一个重要机制 。 但仅用N a CI 处理的
花粉授粉能否有效克服自交不亲和性 ? 我们设计了四组不同的自交授粉处理 ( 表 2 ) 研究这
一问题并以此间接揭示 , 花粉与柱头在自交识别反应中的作用主次问题 。
具体方法是 : 所有供试株 〔1 9 8 4年为白花 SI 系 , 19 8 5年为 自育的 SI 系 1 0 1 0 ( B . n a p su L . ) 〕
分为四组用作四种自交授粉处理 , 每组 7一 12 株 , 不等 。 每组里每株分别隔离两个花序 : 一
个作为接受花粉的花序 , 蕾期去雄 ; 另一个作为供粉花序 , 后者在试验设计中需要处理的 ,
用手持喷雾器向袋内喷洒 N a CI 溶液至花朵稍湿为度 。 19 8 4年实验在塑网大棚里 进 行 , 1 9 8 5
年在田间进行 。 两次实验结果如表 2 。
1 9 8 4年实验结果表明 , 整个实验中以自交处理 ( 4 ) 处理的花粉 x 处理的柱头的亲和指
数 ( 用 C l表示 ; C 工= 粒数 / 授粉花粉 ; 一般以 C l鉴 1 时为自交不亲 和 ) 最 高 (又二 8 。 69 ) ,
但与自交处理 ( 2 ) 未处理的花粉 x 处理的柱头 ( 又= 6 . 06 ) 差异不显著 。 以自交处 理 ( 3 )
处理的花粉 x 未处理的柱头 ( 又= 1 . 71 ) 与自交处理 ( 1 ) 未处理的花粉 x 未处 理 的 柱 头
( 又 = 0 . 2 ) 相比 , 差异也不显著 。 这表明 , 用 N a C I处理过的花粉无论对处理过的 或 未 处
理过的柱头授粉对克服自交不亲和性 , 可 以说没有实质上的作用 , 而对处理过的柱头即使用
未处理过的花粉授粉却能达到满意的效果 。 这间接说明 , 柱头在识别反应电可能是主动的 、
起重要作用的一方 。
世 1 98 5年实验 中 , 亲和指数最高的是 自交处理 、 ( 2 ) 未处理的花粉 x 处理的柱 头 ( 文二
12
.
0 6 )
, 与自交处理 ( 4 ) 处理的花粉 、 处理的柱头 ( 又三 7 . 03 ) 差异显著 , 另 外 , 自交
处理 ( 3 ) 平均亲和指数为 2 . 98 , 自交处理 ( l ) 为。冲如 . 两者差异不显著 。 这个重复实验
- 一 片 二 飞训 d t 二叹币 ’ 了 丁一一 ’ 厂 一 叭厂 -一 - 一 尸 - - - 一结果更加说明了柱头在自交识别反应 中的关键作用 。 承德市蔬菜研究所 19 8 7年在大白莱 sI 系
7 2 10 3上作的类似试验 , 得到了与我们大致类似的结果 ( 处 理 顺 序 同 表 2 :) 。 . 0 0 (3 3 ) ,
7
.
7 5 ( 4 3 )
, 3
.
4 0 ( 5 0 )
, 8
.
9 6 ( 3 5 ) ( 呼红陶提供 , 括号中数字为处理和授粉花朵数 ) 。
可作为这个结论的佐证 。
至于用 N o CI 处理的花粉对未处理的柱头授粉的效果为什么一般都大于自交 处 理 ( 1 ) ,
甘 肃 农 业 大 学 学 报 1 9 89年
裹 2花粉与柱头用 Na C I处理和未处理的不同自交授粉处理的结果 C (l )
4 1 9 8年试材 :白花 s I系 (网棚中 )
重复
未处理的花粉 x未处理的柱头 未处理的花粉
x
处理的柱头 处理
的花粉 x
未处理的柱头 处理
的花粉 x处理的柱头
( 1 ( )2 )(3 )(4 )
1 0
。
3 0 1 1
。
76 1
。
4 0 8
。
4 0
2 0
。
4 0 5
。
0 72
。
4 6 1 1
。
6 8
3 0
。
4 2 3
。
00 1
。
2 71 1
。
00
4 0
。
1 12
。
0 0 5
。
2 59
。
2 0
50
。
2 2 7
。
3 2 9
。
2 3 7
。
00
6一 5。 83 9。 3 7一
7一 一 O。 4 0一
O X
。
22 6
。
0 5
J
l
。
71 8
。
6 9
新复积差 1 5 %ba ba
侧 验 { 1 %B AB A
1 9 5 5年 , 试材 : 5 1系 1 0 1 0 ( 大田 )
0
。
36
0
。
0甘
0
。
6 7
1
。
0 7
1
一
0 1
0
。
1 0
O
。
7 7
0
。
5 5
0
。
7 5
0
一
31
0
.
3 1
0
。
3 9
0
。
5 3
8
。
64
6
。
3 8
15
。
5 8
9
。
5 6
1 3
。
2 5
1 8
。
8 9
6
。
8 3
3
。
0 0
3
。
1 8
1
。
00
0
。
4 0
1
。
9 1
2
。
5 0
5
。
5 0
2
。
5 6
9
。
5 6
8
。
18
5
。
2 3
7
。
7 7
6
。
4 6
5
一
9 1
6
。
09
1 2
。
0 5 2
。
9 8 7
。
0乞
102一x
新复极差 5 % e
J L 一色二二纽一` 三一一一一一一
我们分析 , 极大可能是由于处理过的花粉把少许 N a CI 溶液带到了柱头上 ,当然也 不 能 排 除
N a C I使花粉外壁蛋 白质变性从而使柱头不能识别本株花粉的可能 。这需要进一步深入研究 。
3 N a CI 克服自交不亲和性的效应是否可逆
这个间题实质上是指经 N a CI 破坏了蛋白质性质的 “ 隔离层 ” 能否恢复问题 。 1 9 9 4年 我
们用 N a C I处理后隔不同时间用本株花粉授粉的间接方法研究了这一问题 。 试材为 白花 SI 系 。
每供试株隔离两个花序 : 一花序蕾期去雄作处理 ; 另一个未供粉花序 。 实验设计及结果见表
3 和 图 3 。 可以看 出 , 基本趋势是 : 处理后相隔时间愈长 , 自花授粉效果愈低 。 表明柱头蛋
第 4 期 安彩泰等 : 用化学方法克服油菜等芸苔属 ( Bra s ￡ca )作物 自交不亲和性的研究 · 3 3`
白质 “ 隔离层 ” 被 Na C I破坏后似乎又逐渐重新形成了 。
1 98 6和 1 987年又分别重复了这一实验 ( 表 4 )其结果趋势大致同前 , 进一步 证 实 了 用
N a CI 克服 自交不亲和性的效应是可逆的 。 那么这是否可 以解释为由于柱头活性逐渐 降低 而
裹 3 N a C I处理白花SI 系柱头后福不同时间授粉结果 ( C l ) ( 塑网栩 ) 1 98 4
重复 2 分钟 1小时 6 小时 2 2小时 2 4小时 4 5小时 7 2小时
1 1
。
5 7 ( 1 4 ) 8
。
1 0 ( 9 ) 0
。
5 7 ( 1 5 ) 2
。
1 8 ( 1 1 ) 2
。
3 8 ( 1 3 ) 3
.
6 0 ( 5 ) 1
。
6 0 ( 5 )
2 8
。
4 0 ( 1 0 ) 2
。
4 8 ( 2 7 ) 4
。
2 5 ( 8 ) 0
。
2 3 ( 1 3 ) 1
.
2 6 ( 1 4 ) l
。
6 Q ( 5 ) 0
。
7 3 ( 1 1 )
3 9
。
0 0 ( 1 2 ) 6
.
2 5 ( 8 ) 2
。
7 1 ( 2 1 ) 0
。
4 4 ( 9 ) 0
。
1 1 ( 9 ) 3
。
1 3 ( 8 ) 0
。
6 0 ( 1 0 )
4 一 4 。 4 5 ( 1 1 ) 5 。 9 1 ( 1 1 ) 4 。 6 4 ( 1 0 ) 0 . 2 0 ( 5 ) 1 。 3 0 ( 1 0 ) 0 。 3 3 ( 6 )
5 一 6 . 6 4 ( 1 4 ) 2 . 4 5 ( 1 1 ) 3 。 2 5 ( 4 ) 0 . 2 5 ( 8 ) 0 。 6 7 ( 3 ) 一
6 一 一 一 一 1 . 6 7 ( 3 ) 1 。 0 0 ( 7 ) 一
又 6 。 3 0 5 . 5 8 3 。 2 0 2 。 1 5 0 . 9 8 1 . 8 8 0 。 8 2
新复极
测
a b b e
A B A B C B C
%
一b,上差验
注 : 括号中数字为处理和授粉花数
表 4 N a C I处理白花 5 1系柱头后偏不同时间授粉结果 ( C l ) ( 田间 )
年份
1 9 8 G
2 分钟 z 小时 6 小时 1 2小时 2 4小时 4 8小时 7 2小时
1 0
。
5 4 ( 6 ) 9
。
1 8 ( 7 ) 8
。
5 9 ( 5 )
a b
7
。
1 9 ( 6 )
b
4
。
0 7 ( 6 ) 1
。
3 6 ( 6 )
d
1 9 8 7 8
。
5 4 ( 7 ) 2
。
6 1 ( 6 ) 1
。
3 7 ( 6 )
a b b
注 : 括号中数字为重复数
1 1 ! 砚 V 砚孤分别是隔 2 分钟及 z 、 6 、 2 2 、 2 4 、 4 5和 7 2小时授粉 ( 试材 : 白花5 1系 )
丧失接受花粉的能力 ? 这个可能性是不存在
的 。 因从前人研究知道 , 油莱开花后柱头能
保持 6一 7 天的授粉活性闭 。 我们的专门实
验 ( 表 5 ) 也表明 , 在开花后 6 天内不同花
龄授粉效果差异不显著 。 从亲和指数平均数
来看 , 柱头活性最高的似乎不 是 当 日 花 ,
而是 2 一 4 龄的花 。 ( 花龄确定方法: 在同
一花序上 自上而下平均以 4朵花为一 龄〔“ 〕 )
而上述 N a C I处 理 后隔不同时间授粉的实验
中所处理的花朵都未超过 3 龄 。
图 3 用 10 % N a CI 处理柱头后隔不同
时间自交授粉
甘 肃 农 业 大 学 学 报 1 98 9年
表 5 不同花龄握粉 ( 白花5 1系 xO ro) 结果
1 8 4 9年 2 月 , 温室 1 9 8 4年 6月 , 塑网棚
开花期
( 日 /月 ) 花龄 C l ( 花数 )
F测验
( 5 % )
开花期
( 日 /月 ) 花龄 C l ( 花数 )
F测验
( 5 % )
处理间差异不显著2 8 / 2
2 7 / 2
2 6 / 2
2 5 / 2
2 4 / 2
2 3 2 2
3
。
4 3 ( 2 7 )
5
。
6 3 ( 6 )
7
。
5 6 ( 4 1 )
7
.
9 1 ( 2 9 )
7
。
36 ( 1 3 )
5
。
9 8 ( 1 2 )
8 / 6
7 / 6
6 / 6
5 / 6
4 / 6
3 / 6
2 0
.
8 ( 1 5 )
2 3
.
3 ( 1 6 )
2 2
。
8 ( 1 6 )
2 1
。
8 ( 1 6 )
1 7
。
3 ( 1 4 )
1 0
。
6 ( 1 6 )
处理间差异不显著
参 考 文 献
胡代泽 , 安彩泰等 . 中国油料 , 1 9 8 3 ( 2 ) : 1 ~ 5
安彩泰 , 孙万泉 . 甘肃农大学报 , 1 9 8 5 , ( 2 ) : 5 4~ 6 0
安彩泰 , 孙万泉 . 中国油料 . 1 9 8 5 , ( 4 ) , 1 1~ 1 4
安彩泰 , 孙万泉 。 见中国的遗染学研究一一中国遗传学会第三次全国代表大会论文摘要汇 编 。 长
沙 : 湖南科学出版社 . 1 9 5 7 , 1 4 0~ 14 1
安彩泰 , 胡代泽等 . 甘肃农大学报 , 1 982 , ( 2 ) : 25 ~ 37
吴少柏 . 植物生理学通讯 . 1 9 79 , ( 1 ) : 30 一 3
刘后利 . 油菜的遗染和育种。 上海 : 上海科技出版社 , 1 9 8 5 , 24
罗鹏 . 中国油料 . 1 9 8 7 , ( 3 ) : 8 6~ 8 9
H e s l o p
一
H a r r i
s o n , P l a n t P五y s , 1 9 7 5 , 4 0 3~ 吐2 5
第 4期 安彩泰等 :用化学方法克服油菜等芸苔属 B (a r:时 a c)作物自交不亲和性的研究 · 3弓
St ud i es on Ov er eom i ng Sel f一 i n o empa t ib il it y oR fa p ea nd
Cr ops i nB ra s s i ea wit h Ch em i ea l M et h od s
v x
.
A Pr e]i m ia r ny r es ea r Ch 0nM e eh a nis m of O
v er eom i ng
Sel f一 i n o empa t ib il it y b y Na CI
An Ca` t a` Su n附 a粉 qa u n L云 X u ea e亡
( D
epa rt m ent of Agr on omy
,
G a n s u A g r i e u l t u r a l U
n i v e r s i t y )
A B S T RA C T
T h e m e e h a n i s m o f o v e r e o m i n g s e l f
一
i n e o m p a t ib i l i t y o f r a p e a n d o t h e r e r o p s
i n B r a ; s `c a b y N a C I ( 10 % ) w a s m a i n l jr t o h a v e t h e s o l u b l e p r o t e i n o f s t i -
g m a d e n a t u r e d
.
T h e s t i g m a P l a y e d a k e y r o l e i n r e e o g n i z a b l e r e a e t i o n
.
T h e
s e l f
一 i n e o m p a t ib i l i t y e o u l d n o t b e o v e r e o m e i f t h e p o l l e n w a s t r e a t e d o n l了 .
T h e e f f e e t o f N a C I w a s r e v e r s i b l
e 。
K e y w o r d s : B r a ; s i e a , r a p e ; s e l f
一
i n e o m p a t i b i l i t y ; N a C I
( 吴成林 编发 )