全 文 ：收稿日期:2007-05-10
基金项目:沈阳农业大学硕士导师资助项目(2003)
作者简介:许 明(1970-),女,沈阳农业大学副教授,博士,从事蔬菜遗传育种研究。
不同发育期紫菜薹细胞质雄性不育系及保持系
植株体内物质代谢的差异
许 明,白明义,魏毓棠
(沈阳农业大学 园艺学院,沈阳 110161)
摘要:为探明萝卜细胞质雄性不育系的败育机理,采用同核异质两种紫菜薹细胞质雄性不育系和保持系进行物质代谢的研究,结
果表明:不育系在花蕾发育过程中未发生物质亏损,相反还原糖、可溶性糖、淀粉含量、淀粉酶活性高于保持系,可见物质代谢与紫
菜薹萝卜胞质雄性不育系的雄蕊败育的关系并不密切,物质代谢只是雄蕊发育过程中伴随发生的一些生化反应。Ogura萝卜胞质
不育系和改良不育系物质代谢存在一定差别,苗期 Ogura萝卜不育系的可溶性糖含量显著高于改良不育系和保持系,分别比改良
不育系高49%。比保持系高28%,有可能是它生长势旺盛的原因。
关键词:紫菜薹;细胞质不育系;物质代谢
中图分类号:S634.6 文献标识码:A 文章编号:1000-1700(2008)02-0152-04
ChangesinSubstanceMetabolism betweenB.campestrisssp.Chinensisvar.
purpureaHortCMSLinesandtheirMaintainerLineatDiferent
DevelopmentStages
XUMing,BAIMing-yi,WEIYu-tang
(ColegeofHorticulture,ShenyangAgriculturalUniversity,Shenyang110161,China)
Abstract:InordertoknowantherabortionmechanismofB.campestrisssp.ChinensisVar.purpureaHortCMS,thecomparisonof
substancemetabolism betweenmalesterilelinesandmaintainerlineswerestudied.Theresultsshowedthatthesubstance
metabolisminflowerorgansofmalesterilelineshadnosubstancedeficit.Contentsofsolublesugar,reducingsugar,starchand
activityofamylaseinmalesterilelineswerehigherthanthoseofmaintainerlines.Thesubstancemetabolisminflowerorgansof
malesterilelineswasseldom associatedwithantherabortionandonlywasaccompaniedwithsomemetabolism reflection.The
substancemetabolismbetweenOguraCMSlinesandimprovedCMSlineshadobviousdiferenceinrosete.Contentsofsoluble
sugarinOguraCMSlinesofrosetewerehigherthanthoseinimprovedCMSlinesandmaintainerlinesofB.campestrisssp.Chi-
nensisVar.purpureaHort.
Keywords:B.campestrisssp.Chinensisvar.purpureaHort;cytoplasmmalesterileline;substancemetabolism
紫菜薹(B.campestrisssp.Chinensisvar.purpureaHort)属于十字花科芸薹属白菜亚种的菜薹变种,是我国的
一种特产蔬菜,主要分布在长江流域各地,以湖北武汉、四川成都两地栽培较盛[1]。紫菜薹杂种优势明显,目前
利用细胞质雄性不育系生产紫菜薹杂交种的方法主要采用甘蓝型油菜 Polima和甘蓝型油菜 Ogura雄性不育
源[2,3]。Polima不育源存在温度敏感现象,经常会出现嵌合型、低温敏感型、高温敏感型不育,Ogura不育源存在
着低温黄化、蜜腺发育不正常、植株生长速度慢等问题,限制了紫菜薹的杂种优势的利用。1992年美国康乃尔
大学用Ogura萝卜细胞质雄性不育花椰菜与白菜型白菜细胞质融合合成的雄性不育甘蓝型白菜体细胞杂种,
该材料表现出低温不黄化的优点,与大白菜、白菜多代回交获得的大白菜、白菜低温不黄化、蜜腺正常的细胞质
雄性不育系,称为改良胞质雄性不育系。本研究从1998年开始利用原有Ogura萝卜细胞质白菜雄性不育系和
改良胞质白菜的细胞质雄性不育系分别向九月鲜紫菜薹转育,经过多代回交获得经济性状与保持系基本一致
的胞质型雄性不育系。植物雄性不育植株花药在小孢子形成和花粉发育的基因表达、能量代谢和物质代谢等
方面与正常可育株之间存在很大差异,为有效利用改良胞质雄性不育资源,分析雄性不育系的败育机理,本试
验对紫菜薹Ogura萝卜细胞质和改良萝卜细胞质两种雄性不育系及对应保持系的可溶性糖、淀粉、淀粉酶、蛋
沈阳农业大学学报,2008-04,39(2):152-155
JournalofShenyangAgriculturalUniversity,2008-04,39(2):152-155
第2期 许 明等:不同发育期紫菜薹细胞质雄性不育系及保持系植株体内物质代谢的差异
白质、游离脯氨酸等成分进行系统分析,以期阐明两种雄性不育系和保持系之间物质代谢生理机制差异,进一
步了解萝卜细胞质雄性不育系的败育机理,为人工控制调节育性表达提供可行的途径和方法。
1 材料与方法
1.1 材料
试验于2002年在沈阳农业大学蔬菜基地进行,供试材料为Ogura萝卜细胞质白菜雄性不育系和改良胞质
白菜细胞质雄性不育系,分别与九月鲜紫菜薹连续回交多代而获得的改良胞质九月鲜紫菜薹雄性不育系,Ogu-
ra萝卜胞质九月鲜紫菜薹雄性不育系和对应的九月鲜紫菜薹保持系。
1.2 方法
随机选取相同部位苗期的叶片和盛花期的叶片各 1g,小花蕾(蕾长 1～2mm)、中花蕾(蕾长 2～3mm)、大花
蕾(蕾长3mm以上)和原基(蕾长1mm以下包括原基)各0.5g,保存于-50℃冰箱中备用。可溶性糖采用蒽酮法
测定;酸水解法测淀粉含量;淀粉酶活性测定采用 3,5-二硝基水杨酸法,以5min内每克材料反应生成的麦芽
糖毫克数为1个酶活力单位(!mg·g-1·min-1);游离脯氨酸含量测定采用酸性茚三酮法;考马斯亮蓝 G-250测定
蛋白质含量[4]。3次重复取平均值,数据采用Excel进行处理。
2 结果与分析
2.1 紫菜薹不育系和保持系个体发育过程中碳水化合物含量变化
由图1可知,苗期紫菜薹不育系和保持系叶片中的还原糖、淀粉含量相差不大,三者之间还原糖、淀粉含量
的大小排列为:改良不育系>保持系>Ogura不育系,还原糖和淀粉含量范围在12%～16%和14%～18%,但可溶性
糖含量差异较大,Ogura不育系可溶性糖含量显著高于保持系和萝卜改良不育系,保持系可溶性糖含量为
Ogura不育系可溶性糖含量的72%,改良不育系可溶性糖含量仅为Ogura不育系的51%。
花蕾发育过程中,还原糖、可溶性糖和淀粉含量在3个系统中有着显著的区别。在花蕾发育的原基时期,
改良萝卜不育系的还原糖、可溶性糖和淀粉含量显著高于Ogura不育系和保持系;而在小蕾时期Ogura不育系
的还原糖含量分别是改良萝卜不育系和保持系的 2.0倍和 3.5倍,淀粉含量是改良萝卜不育系和保持系的
1.98倍和3.54倍;但可溶性糖含量则是改良萝卜不育系稍微高于Ogura不育系和保持系。花蕾发育的后期即
中蕾和大蕾期,Ogura不育系的还原糖和淀粉含量仍极显著的高于改良萝卜不育系和保持系,但可溶性糖含量
在3个系统中基本相近,相差不多。
2.2 紫菜薹不育系和保持系个体发育过程中淀粉酶活性的变化
由图2可知,无论在苗期还是在盛花期紫菜薹叶片中的淀粉酶活性都比较低,且不育系和保持系的酶活相
近,说明在叶片中淀粉分解的少。这种现象在盛花期叶片中更明显,盛花期叶片中淀粉酶活性仅为0.4maltose·
图1紫菜薹细胞质雄性不育系和保持系不同发育时期碳水化合物含量动态变化
I.幼叶;Ⅱ.花叶;Ⅲ.原基;Ⅳ.小蕾;Ⅴ.中蕾;Ⅵ.大蕾;下同
Figure1ChangesinthecontentsofcarbonhydratebetweenCMSlinesandtheirmaintainerlinesatdiferent
growthstagesinB.campestrisssp.Chinensisvar.purpureaHort
I.Rosete;Ⅱ.Caulineleaves;Ⅲ.Primordia;Ⅳ.Smalalabastrum;Ⅴ.medialalabastrum;Ⅵ.Largealabastrum;Thesamebelow
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第39卷沈 阳 农 业 大 学 学 报
图2紫菜薹细胞质雄性不育系和保持系不同发育时
期淀粉酶活性变化
Figure2Changesintheactivityofamylase
betweenCMSlinesandtheirmaintainerlineat
diferentgrowthstagesinB.campestrisssp.
Chinensisvar.purpureaHort
图3紫菜薹细胞质雄性不育系和保持系不同发育时期脯氨酸
含量变化
Figure3ChangesinthecontentsofprolinebetweenCMS
linesandtheirmaintainerlinesatdiferentgrowthstages
inB.campestrisssp.Chinensisvar.purpureaHort
g-1·5min-1。但在花蕾发育过程中淀粉酶的活性普遍较
高,并且随着花蕾的发育淀粉酶活性逐渐增高,不育系
和保持系的变化情况相似,说明随着花蕾的发育越来越
多的淀粉被水解为糖类,供花蕾发育使用。花蕾发育的
原基不育系的淀粉酶活性低于保持系,而在小蕾和中蕾
时期不育系的淀粉酶活性却高于保持系。
2.3 紫菜薹不育系和保持系个体发育过程中脯氨酸含
量的变化
由图3可知,紫菜薹的脯氨酸含量在植株的整个发
育过程中,除个别时期外基本保持稳定,变化不大。紫菜
薹雄性不育系在苗期叶片脯氨酸含量低于保持系,保持
系盛花期叶片比苗期叶片脯氨酸含量降低,而不育系盛
花期比苗期脯氨酸含量增高,Ogura不育系与改良萝卜
不育系脯氨酸含量在苗期和盛花期变化不明显。在花蕾
发育过程中保持系的脯氨酸含量随着花蕾的发育呈现
增高的趋势,并且在中蕾到大蕾期变化明显,在大蕾期即花粉粒成熟期达到最大值。不育系的脯氨酸含量变化
比较平稳,在小蕾和中蕾期与保持系的含量相近,只是Ogura不育系在原基期比保持系和改良萝卜不育系的含
量稍高。
2.4 紫菜薹不育系和保持系个体发育过程中可溶性蛋白质含量的变化
由图 4可知,在苗期改良萝卜不育系叶片中可溶性蛋白的含量比 Ogura不育系高 35%,比保持系高
137%;盛花期的叶片、花蕾等器官中,不育系和保持系的可溶性蛋白含量基本相同且变化趋势相同,都是随着
花蕾的发育可溶性蛋白含量降低。
图4紫菜薹细胞质雄性不育系和保持系不同发育时期蛋白质
含量变化
Figure4ChangesinthecontentsofproteinbetweenCMS
linesandtheirmaintainerlinesatdiferentgrowthstages
inB.campestrisssp.Chinensisvar.purpureaHort
3 结论与讨论
植物雄性不育基因在表达过程中,包括一系列的物质和能量代谢,涉及各种复杂的生化反应。本试验采用
同核异质两种紫菜薹细胞质不育系和保持系对其不同时期物质代谢进行测定,发现在不同的发育过程中,苗
期紫菜薹不育系和保持系叶片中的还原糖、淀粉含量相差不大,还原糖、淀粉含量范围在 12%～16%和 14%～
18%,但可溶性糖含量差异较大,保持系为 Ogura不育系可溶性糖含量的 72%,改良不育系可溶性糖含量仅为
Ogura不育系的51%,说明在营养生长时期Ogura不育系的糖代谢旺盛,可生成大量的可溶性糖,但它相对较
低的还原糖、淀粉含量,暗示植株把大量的可溶性糖转换为其他物质,供植株的生长活动所需,但转换为何种
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第2期
物质仍有待研究。糖代谢是植物生命活动的基本代谢过程,Ogura不育系有较高的糖代谢,说明他有着比其他
植株较强的代谢活动,从而可为Ogura不育系提供大量的物质和能量,以促进植株进行旺盛的生命活动。这与
试验田观察到Ogura不育系比改良不育系在营养生长期具有较强生长势的现象相符。
在花蕾发育过程中不育系中高含量的碳水化合物和蛋白质反映了不育系在花蕾发育过程中积累了较多的
碳水化合物和蛋白质,可为花蕾发育提供大量的糖、淀粉、蛋白质等物质,这与夏涛[5]提出物质亏损的现象,张丽
等[6]对萝卜不育系物质代谢测定结果不尽相同。王淑华[7]在测定大白菜“两用系”可育株不育株花蕾总糖和还原
糖含量时也得出不育株与可育株总糖含量无明显差异,两个“两用系”的不育株总糖含量高于可育株,因此得出
由于所用试验材料不同,所得试验结果不尽相同。不育系中物质代谢不一定是亏损的,或者亏损不是严重的。这
种现象表明物质代谢与紫菜薹萝卜胞质雄性不育系的雄蕊败育的关系并不密切,物质代谢只是雄蕊发育过程
中伴随发生的一些生化反应;同时表明雄性不育的机理非常复杂,不能简单应用同一种模式来解释不同的败育
类型。
参考文献:
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[责任编辑 马迎杰]
许 明等:不同发育期紫菜薹细胞质雄性不育系及保持系植株体内物质代谢的差异 155· ·