全 文 ：热带亚热带植物学报 2003，l1(3)：236-240
Journa／of Tropical and Subtropical Botany
不同温温条件下贮藏的 3种禾本科
植物花粉的一些生理变化
陈良碧 2肖辉海2李要民 2
(1．吉首大学生命科学与化学学院，湖南 吉首 416000：2’．湖南师范大学生命科学学院，湖南 长沙410081)
摘要：测定了水稻、玉米和狼尾草花粉在低温(4℃)低湿(RH 45％)，低温(4℃)高湿(RH 90％)，高温(35℃)低湿(Im 45％)
和高温(35℃)高湿(RH9O％)4种贮藏条件下的蛋白酶活性，蛋白质含量，游离氨基酸含量的变化，结果表明：在低温高
湿条件下，蛋白质降解和游离氨基酸含量上升慢；在高温条件下蛋白质降解快，游离氨基酸含量迅速上升。3种植物花
粉中，水稻花粉蛋白酶活性强，在贮藏过程中蛋白质降解速率和游离氨基酸含量上升快：狼尾草花粉蛋白酶活性低，在
贮藏过程中蛋白质降解速率和游离氨基酸含量上升慢；玉米花粉的蛋白酶活性、蛋白质降解速率和游离氨基酸含量上
升速率居两者之间。
关键词： 水稻；玉米：狼尾草：花粉；蛋白质；氨基酸
中图分类号：Q945 文献标识码 ：A 文章编号：1005—3395(2003)03—0236—05
Changes in Proteinase Activity，Proteins and Amino Acids
Contents in Three Species of Grass Pollens Stored
under Diferent Temperature and Humidity Conditions
CHEN Liang．bi 2 XIA0 Hui．hai LI Yao-min
(1．Colege of Life Science and Chemistry,如hou Uniee~ity，Jishou 416000．China；
2’．Colege of Life Science，Hunan Normal Uniee~ Changsha 410081，China)
Abstract：The polens of dee(Oryza sativ ，maize(Zea mays)and Pennisetum alopecuroides were stored under
low temperature(4℃)／low humidity(RH 45％)，low temperature(4℃)／high humidity(RH 90％)，high tempera—
ture(35℃)／low humidity(gI-I 45％)and high temperature(35℃ )／high humidity (RH 90％)to determine the
chan ges in proteinase activity，contents ofproteins and free amino acids in the pollens．Th e results showed that the
degradation of protein an d the increase of the content of free amino acids were slow un der low temperature an d
hi humidity，but it was rapid un der hi gh temperature．Among the pollens ofthe three species，proteinase activity
in rice pollen was high， an d the degrada tion ofprotein contents an d the increase offree Rl~lo acids were rapid．
However，proteinase activity in pollen ofPennisetum alopecuroides was low， and the changes in protein content
an d free amino acids were slow．Th ese chan ges in maize were interm ediate between the above tw o species．
Key words： Rice；Maize；Pennisetum alopecuroides；Pollen；Protein；Amino acids
在植物杂交育种和杂种优势利用中都需要进
行人工授粉。花粉活力是影响人工授粉结实率的重
要因素。延长花粉寿命的贮藏措施的研究无论在理
论上还是在应用上都是一个极其重要的课题。二细
收稿 日期 ：2002-10—22 接 受 日期：2003—03一ll
基金项目：湖南省自然科学基金资助项目(3258)
’通讯单位 Corresponding address
胞型花粉由 1个营养细胞和 1个生殖细胞组成，花
粉萌发后生殖细胞在花粉管中分裂成 2个精细胞，
这类花粉寿命较长。三细胞型花粉由 1个营养细胞
和 2个精细胞组成，花粉寿命不如二细胞型花粉
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第 3期 陈良碧等：不同温湿条件下贮藏的3种禾本科植物花粉的一些生理变化 237
长，特别是三细胞型花粉中大多数禾本科植物花粉
寿命相对更 ”。如水稻花粉在田间 10 min后就几
乎全部失去萌发能力；玉米花粉寿命仅为 24 h左
右，但同属禾本科植物的狼尾草花粉寿命则较长【 。
研究表明，35~C高温是导致水稻、玉米、狼尾草花粉
活力迅速下降的重要因素，干燥对延长这 3种花粉
的寿命不利，低温和高湿有利于延长花粉寿命[3】。本
文对不同温度和湿度条件下贮藏的花粉中蛋白质、
可溶性氨基酸含量的变化以及蛋白酶活性的变化
进行了比较分析，旨在进一步了解花粉活力下降的
原因，为研究延长花粉寿命的贮藏技术提供参考。
1材料和方法
实验材料 水稻(Oryza saliva L．)品种浙
辐 802；玉米( 0 ll~S L．)品种单加二号；狼尾草
(Pennisetum alopecuroides(L．)Spmng．)品种香蒲状
狼尾草。
蛋白质含量的测定 用考马斯亮蓝染料结合
法测定[4]。称取花粉 20 mg，加入 2 ml 0．02mol／L磷
酸缓冲液(pH7．O)匀浆，在 1 000xg下离心 15 min，
在提取液中加 2 ml染料，用分光光度计测定 zo，
以蒸馏水加染料为对照，从标准曲线查得蛋白质含
量。
游离氨基酸测定 采用高压液相色谱’法【 一。
取花粉 100 mg，加 3 ml 80％酒精研磨，过滤 ，取
200 l滤液加入 5O l新配制的衍生剂(PTTC：乙
醇：三 乙胺：水 =1：7：1：1)充分搅拌后，室温放置
20一rain，用真空干燥泵抽干后加样品稀释液 100 l，
使其溶解，在 5000xg下离心 15min，取上清液 4O l
进样，用高压液相色谱仪进行氨基酸组成分析。
蛋白酶活性测定 用酪氨酸与 Folin-酚试剂
反应法测定【”】。取 200 mg花粉，用 2 ml酶提取液
匀浆，分别用 3 ml酶提取液洗涤匀浆器两次，合并
洗液和残渣，在 1 O00xg下离心 10 min，上清液即为
粗酶液。在试管中加入 5 ml 2％牛血清蛋白溶液，
25~C水浴中预热 10 min，加入 2 ml粗酶液(25~C下
预热 5 min)摇匀，25~C下保温 60 min，加 1O ml 5％
三氯乙酸溶液，在室温下放置 30 min，过滤，滤液作
比色用。对照为粗酶液2 ml，加入 1Oml5％三氯乙酸
溶液和 5 ml 2％牛血清蛋白溶液，摇匀后在 25~C下
保温 60一rain，在室温下放置 30 min后过滤。取 5 ml
滤液及 1O ml 0．5 mol／L NaOH溶液，再加 3 ml已稀
释的Folin-酚试剂摇匀，室温下放置 5-10 min。以
对照溶液为空白，在 680 nln波长下测定光密度值，
从酪氨酸标准 曲线中找出相应的酪氨酸的微摩尔
数，蛋白酶活力以水解产生的酪氨酸含量来表示。
花粉收集与贮藏 在上午盛花时，用具冷藏
室的采花机[9 收集花粉。将采收的花粉分别贮藏于
低温(4~C),fig湿(RH 45％)，低温(4oc)高湿(RH 9O％)，
高温(35~C)低 湿(RH 45％)，高温(35~C)高湿 (RH
900／0)4种条件下。
2 结果
2．1蛋 白酶活性变化
新鲜水稻花粉的蛋白酶活性高于玉米花粉和
狼尾草花粉。在高温贮藏条件下，水稻花粉中蛋白
酶的活性呈下降趋势，玉米花粉、狼尾草花粉蛋白
酶活性先升高，后下降，高温高湿条件下贮藏 3 d后
因花粉霉变而没有继续测定蛋白酶活性。在低温条
件下狼尾草花粉蛋白酶活性呈缓慢下降趋势，贮藏
4-5 d的水稻、玉米花粉蛋白酶活性略有上升，然后
逐渐下降(表 1)。
花粉在贮藏过程中蛋白酶活性升高可能是原
有蛋白酶的活性增强，或在花粉中有新合成的蛋白
酶，且这种变化是否是花粉在丧失活力前的一种特
征性代谢紊乱，还需进一步研究。
2．2 蛋 白质含量的变化
新鲜水稻花粉的蛋白质含量最低，狼尾草花粉
最高，玉米居中。花粉蛋白质含量都随贮藏时间延
长而减少(表 2)。高温下含量下降的速率大于低温下
的，以低温高湿条件下下降的幅度最少，高温高湿
条件下贮藏 3 d后因花粉霉变而没有继续测定其蛋
白质含量变化。贮藏 8 d，水稻花粉的蛋白质含量下
降率最大，玉米花粉次之，狼尾草花粉的最小。
2．3 游离氨基酸含量的变化
从表 3可见，新鲜花粉中，水稻花粉的游离氨
基酸含量最高，玉米花粉次之，狼尾草花粉最低。在
贮藏期间，3种植物花粉中游离氨基酸含量呈现上
升趋势，但不同植物在不同贮藏条件下的变化规律
有所不同。水稻花粉贮藏 1 d后游离氨基酸含量迅
速升高，其中以高温低湿条件下游离氨基酸含量最
高，低温条件下花粉中游离氨基酸含量逐渐升高，
且低温低湿条件下比低温高湿条件下略高；高温条
件下游离氨基酸含量以第 3天达到最高，而第 5天
则下降。玉米花粉在 4种温湿条件下游离氨基酸含
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238 热带亚热带植物学报 ‘ 第 11卷
‘为第 8天蛋白质含量比新鲜花粉下降的百分率。％ofreducedprotein contentsinpolenattheeighthdayofstoragecomparedtothe
daybefore storage．
量都呈上升趋势，其中低温高湿条件下上升最缓
慢，高温低湿条件下上升速度最快。狼尾草花粉在 4
种贮藏条件下游离氨基酸也呈逐渐上升趋势，但与
玉米和水稻相比，上升幅度最小。
3种植物新鲜花粉中能检测出的游离氨基酸共
计 l6种，其中脯氨酸含量最高，占游离氨基酸总量
的40％左右：在贮藏过程中游离氨基酸总量的增加
主要是由脯氨酸增加造成的，表明花粉中存在脯氨
酸库。在新鲜花粉中丙氨酸含量最少，但在贮藏期
间丙氨酸含量迅速增加。
3 讨论
人们先后研究了以溶液贮藏 、超低温贮藏⋯】、
不同气体贮藏旧、不同温湿条件对花粉活力的影响，
获得了一些延长花粉寿命的有效措施 。例如，在
- 196~C的液氮中贮藏的水稻花粉，52 d后仍具授粉
能力【l】，但这一方法要求苛刻，不适于大量贮藏花
粉。在低温和相对湿度高的条件下贮藏 6 d，花粉在
柱头上的萌发率仍达 1 1％t31，这种方法虽然维持花
粉活力的时间相对较短，但适于批量贮藏。本文对 3
种禾本科植物花粉在不同温湿条件下贮藏的蛋白
质、氨基酸含量和蛋白酶活性的研究表明：高温低
湿贮藏的花粉蛋白质降解快，低温高湿贮藏的降解
慢，进一步证明了低温高湿是有利于延长供试植物
花粉寿命的贮藏条件。本文的 3种植物花粉寿命以
水稻花粉最短，玉米花粉次之，狼尾草花粉最长，花
粉中蛋白酶的活性与贮藏过程中蛋白质降解的速
度之间有相关性。由此表明花粉中蛋白酶活性强
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第 3期 陈良碧等：不同温湿条件下贮藏的 3种禾本科植物花粉的一些生理变化 239
A： 4^℃，RH=45％；B：T=4~C，RH=90％；C：T=35"C，RH-=45％；D：T=35*C，RH-90％． 贮藏时间 Storage time：0 d’ld,3 d’5 d
弱，蛋白质降解速度快慢可能是影响花粉寿命的关
键内因之一。因此，在花粉贮藏中蛋白质降解速度
可作为重要的考察指标，且新鲜花粉蛋白酶活性高
的水稻花粉更应将蛋白质含量作为花粉贮藏的重
要生理指标。采用物理或化学方法抑制花粉中蛋白
酶活性，可能是今后花粉贮藏研究中值得重视的一
个方面。
水稻、玉米、狼尾草虽同属禾本科植物，但花粉
寿命相差较大，导致这种差异的原因除了它们的花
粉壁结构的差异外[1 3】，生理代谢差异可能是其重要
原因。有研究表明水稻花粉中促进生长的GA，含量
高，而与提高植物抗逆能力有关的 ABA含量低[1田；
水解酶活性强，呼吸速率高【l51，这些生理特点使水稻
花粉具有较强的代谢速率，这对于花粉在柱头上快
速萌发是有利的，但这也可能是花粉寿命较短的原
因。因此，这类花粉的贮藏，关键是降低其代谢速
率，特别是降低花粉中蛋白质等物质的降解速率，
又不产生生理伤害，解除贮藏条件后花粉又能恢复
较强活力和较高的花粉萌发率。到 目前为止，还没
有一种理想的大批量贮藏水稻花粉的技术，攻克该
技术对于解决杂交水稻制种时花期不遇，以及在发
达国家推广机械化制杂交种子都是十分有利的。
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