全 文 ：文章编号 :100028551 (2007) 032221203
太空诱变玉米核不育材料可育花药
与不育花药的生化特性分析
张琳碧1 　荣廷昭1 　张采波1 　朱英国2 　曹墨菊1 ,2
(11 四川农业大学玉米研究所Π作物基因资源与遗传改良教育部重点实验室 ,四川 雅安　625014 ;
21 武汉大学植物发育生物学教育部重点实验室 ,湖北 武汉　430072)
摘 　要 :为探讨太空诱变处理玉米核不育材料的可育株、不育株花药的生理生化特性差异 ,对可育、不育
材料不同发育时期花药的可溶性糖、可溶性淀粉、蛋白质含量以及游离脯氨酸含量进行了测定。结果表
明 :太空诱变处理玉米核不育材料的可育株花药中的可溶性糖、淀粉、蛋白质以及游离脯氨酸含量均高
于不育株花药的 ,且可育株花药中的可溶性淀粉、蛋白质和脯氨酸含量都随着花药的发育逐渐累积 ,在
不育株花药中这些指标的变化不明显。
关键词 :玉米 ;太空诱变处理 ;花药 ;生化特性
ANALYSIS OF BIOCHEMICAL CHARACTERISTICS OF MAIZE ANTHERS FROM MALE
FETILIZABLE PLANT AND MALE STERILE PLANT INDUCED BY SPACE FLIGHT
ZHANGLing2bi1 　RONG Ting2zhao1 　ZHANG Cai2bo1 　ZHU Ying2guo2 　CAO Mo2ju1 ,2
(11Maize Research InstituteΠKey Laboratory of Crop Genetic Resource and Improvement , Ministry of Education , Sichuan Agricultural University ,
Ya′an , Sichuan 　625014 ; 21 Key Laboratory of Ministry of Education for Plant Developmental Biology , Wuhan University , Wuhan , Hubei 　430072)
Abstract :The contents of soluble sugar , starch , protein and free praline in anthers were analyzed and compared between male
fertilizable and male sterilie induced by space flight at different developmental stages. The results showed that all contents were
lower in male sterilie anthers than in fertilisable ones. With anther developing , the contents of soluble starch , protein and free
proline increased obviously in male fertilizable anthers , but not in sterile ones.
Key words :maize ; male sterility ; anther ; characteristics biochemical
收稿日期 :2006207230
基金项目 :教育部长江学者和创新团队发展计划资助 ( IRT0453) ;四川省教育厅基金项目资助 (2005A019)
作者简介 :张琳碧 (19812) ,女 ,重庆人 ,硕士研究生 ,研究方向为玉米遗传育种。Tel :083522889610 ; E2mail :amee123 @163. com
通讯简介 :曹墨菊 (19652) ,河北邯郸人 ,教授 ,博士 ,主要从事玉米遗传育种及分子生物学研究。Tel :083522882073 ; E2mail :caomj @sicau. edu. cn　　在植物界 ,已发现高等植物有 43 科 617 种存在雄性不育现象。雄性不育材料的发现对植物杂种优势利用具有重要作用[1 ] 。研究其生化特性 ,有利于揭示植物雄性不育的生化和遗传机制 ,为人类认识和利用植物雄性不育这一自然现象奠定基础。国内外已对小麦[2 ,3 ] 、油菜[4 ] 、水稻[5 ] 、玉米[6 ]等重要农作物的不育花粉 (药)或叶片生化特性的异常开展过或多或少的研究 ,为揭示雄性不育的生化机理积累了资料。空间诱变是上世纪 80 年代发展起来的作物诱变育种新技术 ,在农作物的品种改良和种质创新上已初见成效[7～11 ] 。四川农业大学玉米研究所于 1996 年选 送材料进行卫星搭载试验 ,从中获得一份雄性不育突变体 ,该不育材料育性表现稳定 ,花粉败育彻底 ,受一对隐性核不育基因控制。该材料的发现对杂种优势的利用以及雄性不育机理研究具有重要意义。本试验采用比较分析的方法 ,对该材料可育和不育花药的几项生化指标进行了研究 ,为了解雄性不育的调控机制提供理论指导。1 　材料和方法111 　材料
122　核 农 学 报　2007 ,21 (3) :221～223Journal of Nuclear Agricultural Sciences
供试材料为经太空诱变处理得到的玉米雄性不育
突变体的姊妹交六代分离群体 ,共 160 多株 ,来源于一
个果穗。2005 年春种植于四川雅安 ,育苗移栽 ,种植
分 2 次重复 ,田间精细管理 ,不间苗。
112 　取样方法
根据雄穗大小 ,于抽雄前后各取可育株和不育株
的 4 个发育时期的花药 (雄穗分级标准 :刚开始孕育穗
长不超过 5cm 为时期 1 ;孕育完全但未抽出为时期 2 ;
刚抽出为时期 3 ;抽出 2～3cm 为时期 4) ,每个取样平
行 2～5 株 (初期雄穗较小 ,取样数量较后期多) 。考虑
到雄穗还小 ,只能初步判断育性 ,取样时每个雄穗只取
部分小穗 ,记录好标号 ,余下部分继续生长至散粉期 ,
以便田间鉴定取样株育性。将所取的雄穗剥去颖壳 ,
得到花药 ,每个时期可育和不育单株都选取长度一致
的花药约 2～3g 进行测定 ,2 次重复。
113 　测定方法
可溶性糖和可溶性淀粉的含量测定采用蒽酮
法[12 ] ;可溶性蛋白质的含量测定采用紫外分光光度
法 ;游离脯氨酸的含量测定采用酸性茚三酮法[12 ] 。上
述 4 种测定均使用 Bechman DU 800 型分光光度计 ,每
个样品重复测定 2 次。
所有样品都按单株测定、计算 ,待散粉期准确鉴定
育性后再对其进行育性分类、计算平均值、作图。
2 　结果分析
211 　可溶性糖含量比较
从图 1 可以看出 ,在花药发育过程中 ,可育株花药
中的可溶性糖含量在雄穗刚开始孕穗时 (时期 1) 最
高 ,在雄穗孕育完全时 (时期 2) 其含量略有下降 ,一直
到抽穗期 (时期 3、4)均无明显变化。不育株花药的糖
含量在 4 个时期均无明显变化 ,与可育株花药相比 ,除
雄穗刚开始孕穗差异比较大外 ,其他时期差异不大。
212 　可溶性淀粉比较
从图 2 可以看出 ,可育株和不育株雄穗刚开始孕
穗不久 ,可育株和不育株花药中的可溶性淀粉含量相
近 ,其后可育株花药中可溶性淀粉逐步积累 ,在雄穗抽
出 2～3cm 达到最大积累量 ,而在不育花药中没有明显
积累过程 ,各时期含量变化不明显。
213 　可溶性蛋白质比较
由图 3 可看出 ,可育株花药的可溶性蛋白质在雄
穗孕育时呈上升趋势 ,当雄穗刚抽出时略有下降 ,而在
雄穗抽出 2～3cm 时其含量有所增加。不育株花药的
变化趋势不同于可育株花药 ,在不育株花药中从刚开
图 1 　花药不同发育时期可溶性糖含量的变化
Fig. 1 　Soluble sugar at different developmental stages in
anther of fertility and sterility
时期 1～4 分别为 :雄穗刚开始孕育穗长不超过 5cm ;雄穗孕育完
全但未抽出 ;雄穗刚抽出 ;雄穗抽出 2～3cm。下图同
stage 1～4 mean : length of the tassel within 5cm long ; tassel having
bred completely , but unemerging ; tassel just emerged ; tassel
emerged 2～3cm long. The same as following Fig
图 2 　花药不同发育时期可溶性淀粉含量的变化
Fig. 2 　Soluble starch at different developmental stages
in anther of fertility and sterility
始孕穗不久到雄穗刚抽出时 (时期 1 到时期 3) 其含量
都在持续上升 ,在雄穗抽出 2～3cm 时 (时期 4) 略有下
降。但 4 个时期不育株花药的可溶性蛋白含量均低于
可育株花药。
图 3 　花药不同发育时期可溶性蛋白含量的比较
Fig. 3 　Soluble protein at different developmental stages
in anther of fertility and sterility
214 　游离脯氨酸含量比较
由图 4 可以看出 ,可育株花药和不育株花药 4 个
时期的游离脯氨酸含量差异明显 ,可育株花药中游离
脯氨酸大量积累 ,且随着花药的发育游离脯氨酸积累
222 核　农　学　报 21 卷
图 4 　花药不同发育时期游离脯氨酸含量的变化
Fig. 4 　Free proline at different developmental stages
in anther of fertility and sterility
量增加 ,而不育株花药 4 个时期游离脯氨酸的含量均
极低 ,无明显变化。
3 　讨论
311 　碳水化合物代谢与雄性不育
在花药物质代谢中 ,碳水化合物既是原料物质又
是营养物质 ,其代谢过程和水平影响着小孢子的发育
和形态建成。许多研究认为 ,光合作用的产物主要以
糖类物质向花药运输 ,在药隔维管束附近的薄壁细胞、
药室内壁和中层细胞中以淀粉形式积累 ,在淀粉酶的
催化下转化为还原糖 ,供花粉发育所需。关于花粉发
育过程中可溶性糖和淀粉含量的变化 ,已有大量研究
认为淀粉积累是正常花粉的一个重要特征[13 ,14 ] 。
本试验结果表明 ,除刚开始孕穗 (时期 1) 外 ,后 3
个时期可育株花药淀粉含量均高于不育株 ;而可溶性
糖在刚开始孕穗时其含量明显高于不育株花药 ,在后
3 个时期只略高于不育株花药。说明可育株花药中物
质与能量代谢水平较高 ,由光合作用合成的可溶性糖
被迅速利用 ,释放出能量的同时合成淀粉。然而不育
株花药淀粉合成受阻 ,可溶性糖不能被有效利用 ,致使
糖含量维持较高水平。
312 　可溶性蛋白质与雄性不育
可溶性蛋白质包含了各种酶原、酶分子和代谢调
节物 ,在花药和小孢子发育过程中具有决定意义[15 ] 。
在小麦[16 ] 、玉米[6 ]和萝卜[17 ]中都发现雄性不育花药的
可溶性蛋白质含量低于可育系。本研究结果也证实了
这一点。
313 　脯氨酸代谢与雄性不育
脯氨酸是植物蛋白质的组分之一 ,它主要以游离
状态存在植物中 ,pH 呈中性 ,同时具有较强的水合能
力。游离脯氨酸在小孢子发育过程中起着重要作用 ,
它不仅为花粉的萌发和花粉管的伸长提供能量、还原
力和碳骨架[18～20 ] 。许多研究结果都表明 ,不育花药内
游离脯氨酸的含量显著低于可育花药 ,且可育与不育
花药中游离脯氨酸含量的显著差异出现在花粉主要败
育时期之后[14 ,21 ,22 ] 。
在太空诱变处理玉米核不育材料中也发现游离脯
氨酸在可育株花药和不育株花药中差异比较大 ,且在
雄穗刚开始孕穗不久其含量已有较大差异 ,说明该材
料败育较早 ,在雄穗孕育不久就开始败育 ;后期可育株
花药游离脯氨酸逐渐累积 ,不育株花药严重缺乏游离
脯氨酸 ,可能也加深了不育株花药的败育。
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