全 文 ：植物生理学通讯 第 46 卷 第 11 期, 2010 年 11 月 1151
收稿 2010-07-26 修定 　2010-09-07
资助 国家科技支撑计划项目(2 008BADA6B07 )、科技部星
火计划项目(2008GA781001)和广东高校科技成果转化
重大项目(cgzhzd0809)。
* 通讯作者(E-mail: rychen@scau.edu.cn; Tel: 020-38294595)。
节瓜茎尖多胺含量和比值与花性别分化的关系
宋世威, 刘厚诚, 陈日远 *
华南农业大学园艺学院, 广州 510642
提要: 以4个不同基因型的节瓜为材料, 通过两个发育时期(10、19片叶展平)茎尖取样, 研究了多胺(PA)含量和比值与植株
花性别分化的关系。结果表明, 节瓜茎尖4种多胺含量差异显著, 两个取样时期都是亚精胺(Spd)>腐胺(Put)>尸胺(Cad)>精
胺(Spm)。10片叶展平时期多胺含量与节瓜花性别分化之间没有明确的相关性; 19片叶展平时期, 节瓜茎尖Put、Spd和多
胺总量与植株雌花分化比例呈极显著的正相关, 而Cad则与雌花分化比例呈极显著的负相关。在两个取样时期, 复合指标
Spd/PA都与植株雌花分化比例呈显著的正相关, 而(Put+Cad)/(Spd+Spm)均与之呈显著的负相关, 可以较好地预测节瓜的
花性别分化状况。
关键词: 节瓜; 性别分化; 多胺; 相关分析
The Relationship between Polyamines Content and Their Ratios in Stem Buds
of Chieh-qua and Flower Sex Differentiation
SONG Shi-Wei, LIU Hou-Cheng, CHEN Ri-Yuan*
College of Horticulture, South China Agricultural University, Guangzhou 510642, China
Abstract: The relationship between polyamines (PAs) content and their ratios in stem buds and flower sex differ-
entiation in four Chieh-qua (Benincasa hispida Cogn. var. chiehqua How.) cultivars were studied, through sam-
pling of stem buds at two leave development stages (10 and 19 expanded leaves). The results showed that the
content of four PAs in stem buds were remarkably different, and the relative content followed the same sequence
spermidine (Spd)>putrescine (Put)>cadaverine (Cad)>spermine (Spm) both at two sample stages. The content of
single PA had no obvious correlation with differentiation proportion of female flowers at 10 leaves expanded stage.
At 19 leaves expanded stage, the content of Put, Spd and total PAs had significantly positive correlation with
differentiation proportion of female flowers, while Cad content showed significantly negative correlation with
differentiation proportion of female flowers. Both at two sample stages, Spd/PAs was positively correlated with
differentiation proportion of female flowers, and (Put+Cad)/(Spd+Spm) was inversely correlated with it remarkably.
Thus multiple parameters above could value and forecast flower sex differentiation of Chiehqua.
Key words: Chieh-qua; sex differentiation; polyamine; correlation analysis
多胺(PA), 尤其是精胺(Spm)、亚精胺(Spd)、
腐胺(Put)与尸胺(Cad)广泛分布于植物体中, 对许多
高等植物的生长发育、基因表达和蛋白质合成具
有调节作用。游离态多胺对植物性别分化影响的
研究有较多报道(陈学好和曾广文 2002; Kakkar 和
Rai 1993; 汪俏梅和曾广文 1997)。在黄瓜不同发
育时期花蕾中, 高Put含量是雄花发育的特征(陈学
好和曾广文2002), 而苦瓜花蕾中Put含量上升可能
与雄花分化有关(汪俏梅和曾广文 1997)。
节瓜是华南地区广泛栽培的大宗蔬菜之一。
节瓜花单生, 雌雄异花同株, 连续开花坐果; 其第一
雌花的节位及整株花芽的性别分化状况显著影响产
量(宋世威等 2004)。前人对节瓜花性别分化的研
究结果表明, 外源喷施赤霉素诱导了节瓜强雌系植
株雄花的出现(彭庆务等2000), 节瓜茎尖内源生长
素和赤霉素含量与植株的雌花分化比例呈正相关
(Liu等 2008)。多胺作为调控植物性别分化的重要
物质, 在节瓜上还未见报道。
本试验通过两个茎尖取样时期, 研究茎尖内源
多胺含量和比值与节瓜花性别分化的关系, 以期阐
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明节瓜茎尖多胺对其花性别分化的调控作用, 并为
其花性别的人为调控提供参考。
材料与方法
1 材料及培养
本试验在华南农业大学蔬菜基地连栋大棚内
进行, 采用4个不同基因型的节瓜(Benincasa hispida
Cogn. var. chiehqua How.)品种(系): 品系 14-2、
‘ 粤科二号 ’、‘ 特选四号江心节 ’(以下简称 ‘ 特选
四号 ’)和 ‘ 黄毛 ’, 4 月 27日温汤浸种 12 h, 28日放
于温度 33 ℃、相对湿度 90% 的人工气候室催芽。
4 月 30 日芽长 0.5 cm左右时, 播种于 72 孔穴盘, 5
月 16 日幼苗两叶一心时定植。定植槽为 30 cm×
110 cm 的泡沫箱, 每箱定值 4 株, 每品种 100 株。
基质为草菇渣、河沙以 1:2 的体积混合。营养液
采用园试配方的 1/2 剂量, 苗期到抽蔓期平均每株
每天滴灌 0.5 L, 开花后每株每天滴灌 1 L, 视天气
和基质状况适时滴水, 其他常规管理。
每个品种随机挂牌20株, 记录每一节的花性表
现, 统计植株前 35 节总的雌花分化比例。
2 茎尖取样方法
本试验根据研究的节瓜展平叶片数和植株花
性别分化节位之间的对应关系(宋世威等2007), 确
定取样茎尖和一段已确定性别节位之间的准确对
应, 在植株抽蔓期确定两个茎尖取样时期, 茎尖样
品取 0.5~1.0 cm长。本试验栽培节瓜开始现蕾节
位 4个品种(系)之间差异很大, 在第 14节基本都有
花开放(宋世威等2004), 定为第一次茎尖取样所对
应已确定性别的初始节位。此时植株第 10片真叶
展平, 对应花性别决定的一段节位是 14~20节。第
二次取样植株第19片叶展平, 对应的花性别决定的
一段节位是 23~35 节, 中间的 21 和 22 两节没有统
计在内。将3~4个茎尖放在一起作为一个样品(0.5~
1 g), 准确称量其质量, 用于计算。
3 多胺的提取及测定
参照王富民和薛应龙(1988)的方法, 略加改
动。取 0.5~1 g 节瓜茎尖材料, 用 5 mL 预冷的
5% (W/V)高氯酸(HClO4)研磨匀桨, 冰浴浸提 1 h,
10 000×g 冷冻离心(0~4 ℃) 20 min。取上清液 1 mL,
加入 1 mL 2 mol·L-1 NaOH、10 μL 苯甲酰氯, 旋涡
震动 15 s 后于 25 ℃保温 30 min, 然后加入 2 mL饱
和 NaCl 溶液和 2 mL 冷乙醚, 旋涡 15 s 后于 1 500
r·min-1 离心 5 min。取 1 mL醚相于 2 mL的小离心
管中, 用热空气吹干, 残基置于-30 ℃下保存备用。
多胺残基用 0.5 mL 60% (V/V)甲醇溶解, 过
0.20 μm滤头, 上机检测。HPLC 为日本 Agllence,
色谱柱为Hypersil ODS反相柱(C8, 5 μm, 5.0 mm×250
mm), 流动相为甲醇:乙腈:水=64.0:2.5:33.5, 流速为
0.3 mL·min-1, 柱温 25 ℃, 检测波长 254 nm, 进样量
10 μL。
试验采用外标法。用分析纯的 P ut、C a d、
Spd 和 Spm (Sigma 公司产品), 配制系列浓度梯度,
采用以上方法上机检测。根据出峰时间判定多胺
的种类, 根据峰面积和标样的浓度制作标准曲线(表
1)。将测量样品的相应时间的峰面积代入标准曲
线, 再通过换算即可求得该种多胺的含量[单位:
nmol·g-1 (FW)]。所有试验数据重复 3~4 次, 采用
SPSS 13.0 软件统计分析。
表 1 四种多胺的标准曲线方程
Table 1 Standard curve equation of four polyamines
多胺 保留时间 /min 标准曲线 R2
Put 8.206±0.004 y=0.1787x+5.7608 0.9615
Cad 8.754±0.002 y=0.1688x+3.7300 0.9639
Spd 10.532±0.004 y=0.1797x+1.7139 0.9824
Spm 13.672±0.005 y=0.2379x-2.019 0.9739
　　表中 y 为多胺浓度, 单位为 nmol·mL-1, x 为峰面积。
实验结果
1 不同品种(系)节瓜雌花分化比例
品系14-2不仅具有较好的雌花开花特性, 而且
其雌花分化比例也是最高的, 达到 63.83%, 其他 3
个品种都比较低(表 2)。两次茎尖取样所对应植株
的雌花分化比例, 品系 14-2、‘ 粤科二号 ’、‘ 特
选四号 ’ 和 ‘ 黄毛 ’ 等 4 个品种(系)依次降低, 品系
14-2 在第二次茎尖取样所对应的第 23~35 节之间
的雌花分化比例达到 96.35%, 表现为强雌系。
2 节瓜茎尖多胺含量及其与植株雌花分化比例的
相关分析
在第10片叶展平和第19片叶展平两个取样时
期, 节瓜茎尖 4 种多胺的含量, 都是 Spd>Put>Cad>
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Spm (图 1), Spd 含量最高, 占多胺总含量的一半左
右; Spm含量最低, 只占总多胺含量的 10% 左右。
节瓜第10片真叶展平时, 茎尖4种多胺的总量
除 ‘ 粤科二号 ’ 较低(P<0.05)外, 其他 3个品种之间
没有差异(图 1)。只有 Spd和雌花分化比例有较大
的相关系数, 为 0.441, 其他 3种多胺以及多胺总量
和雌花分化比例的相关系数均较小(表 3)。这说明
这个时期的茎尖单一多胺含量和雌花性别分化之间
没有明显的相关性。在第 19 片真叶展平时, 节瓜
茎尖的多胺含量和植株花性别的分化有明显的相关
性。Put (r=0.956)、Spd (r=0.963)和多胺总量(r=
0.965)与植株雌花分化比例在 1%水平上呈极显著
的正相关, 而 Cad (r=-0.798)则和雌花分化比例在
1% 水平上呈极显著的负相关(表 3)。
单种多胺之间两两的比值和雌花性别分化情
况, 前后两次取样既有相同点, 又有不同之处。Put/
表 2 四个品种(系)节瓜的雌花分化比例
Table 2 Differentiation proportion of female flowers in four Chieh-qua cultivers
品种(系) 全株雌花分化比例 /% 第 1 次茎尖取样对应雌花分化比例 /% 第 2 次茎尖取样对应雌花分化比例 /%
品系 14-2 63.83±1.25a 27.46±2.43a 96.35±1.07a
‘ 粤科二号 ’ 20.32±0.86b 4.90±1.92b 30.56±1.18b
‘ 特选四号 ’ 17.28±0.49c 3.07±1.69b 24.48±1.61c
‘ 黄毛 ’ 10.24±0.69d 2.94±1.33b 21.88±1.04c
　　表中数据为 20 株调查结果的平均数 ±SE, 同列不同字母表示 Duncan’s 多重比较差异显著(P<0.05)。
表 3 节瓜两次茎尖多胺含量和比值与植株雌花分化比例的相关分析
Table 3 Correlation analysis between polyamines or their ratios and differentiation proportion of
female flowers of Chieh-qua plant
取样时期 Put Cad Spd Spm PA total Put/Cad Put/Spd Cad/Spd Cad/Spm
10 片叶展平 -0.339 -0.090 0.441 0.302 0.188 -0.298 -0.703** -0.362 -0.420
19 片叶展平 0.956** -0.798** 0.963** 0.119 0.965** 0.978** -0.209 -0.911** -0.586*
取样时期 Spd/Spm Put/PA Cad/PA Spd/PA Spm/PA Put/Spm Put/(Spd+Spm) (Put+Cad)/(Spd+Spm)
10 片叶展平 -0.220 -0.630* -0.279 0.577* 0.303 -0.526 -0.674* -0.734**
19 片叶展平 0.204 0.554 -0.923** 0.842** -0.098 0.076 -0.072 -0.779**
　　表中数据为多胺含量和植株雌花分化比例的相关系数, * 表示 0.05 水平显著相关, ** 表示 0.01 水平极显著相关。
图 1 四个品种(系)节瓜两个取样时期茎尖多胺含量
Fig.1 The content of polyamines in four Chieh-qua stem tips at two sample stages
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Spd、Cad/Spd、Cad/Spm、Cad/PA、Spd/PA、
(Put+Cad)/(Spd+Spm)等几个指标前后两次有相同
的规律, 并且相关系数也比较大, 其中Spd/PA和雌
花分化比例呈正相关, (Put+Cad)/(Spd+Spm)和雌花
分化比例呈负相关, 都达到显著水平。因此可以采
用这一指标来衡量和预测不同品种的雌花性别分化
情况, 进而估计其产量的高低。其他指标和雌花性
别分化之间的相关性或者相反, 或者数值比较小, 没
有明显的规律。
讨　　论
不同多胺种类在不同的植物种类或同一植物
不同的器官中含量是不同的(Tassoni等 2000; 汪俏
梅和曾广文 1997)。在节瓜中, 两次茎尖取样 4 种
多胺的相对含量都是 Spd>Put>Cad>Spm (图 1)。
这与 Tassoni 等(2000)认为 Spd 是拟南芥中主要多
胺的结论一致。一般认为 Cad 在植物体中含量较
少且在植物生长发育中作用较小(汪沛洪 1990)。
在本试验中, 第一次茎尖取样Cad和植株的花
性别分化不相关, 第二次茎尖测量的结果表明较低
的Cad含量和植株高的雌雄花分化比例相对应(表
3)。这与陈学好和曾广文(2002)认为黄瓜进入单
性发育时期, 高水平的内源Cad含量可能有利于雌
花发育的结论不一致。在黄瓜不同发育时期花蕾
中, 高Put含量是雄花发育的特征(陈学好和曾广文
2002), 苦瓜花蕾中Put含量上升可能与雄花分化有
关(汪俏梅和曾广文 1997)。本试验中, 节瓜第一次
茎尖中 Put 含量和植株的雌花分化比例呈负相关,
第二次的结果呈极显著的正相关, 可能是不同的植
物种类和取样部位不同的缘故。
苦瓜花蕾中 Spd 的含量可能与雌花的发生与
发育有关(汪俏梅和曾广文 1997)。节瓜茎尖的内
源多胺总量、Spm 和 Spd 都和植株的雌花分化比
例有一定的正相关性, 个别达到极显著的正相关水
平。黄瓜高水平的内源多胺、Spm 和 Spd 可能有
利于雌花大孢子母细胞的形成, 原因是其含量可能
与雌、雄原基的发育有关(陈学好和曾广文 2002)。
节瓜的花性别主要由 2 对独立分离的基因控
制(陈清华等 2002)。前人对节瓜花性别分化的研
究结果, 如外源喷施赤霉素诱导了节瓜强雌系植株
雄花的出现(彭庆务等2000), 节瓜茎尖内源生长素
和赤霉素含量与植株的雌花分化比例呈正相关(Liu
等 2008), 反映了外源和内源赤霉素调控节瓜性别
控制基因表达的机理不同。雄性系黄瓜经乙烯利
处理后, 内源 Spd 含量增加, 说明内源 Spd 可能通
过调节乙烯合成, 来促进黄瓜的雌性分化(陈学好和
曾广文2002)。节瓜内源多胺和激素协同调控性别
控制基因表达的规律及机理, 还需要深入研究。
用单一多胺的含量或某种多胺的变化难以很
好地分析多胺与其相关生理过程的关系, 采用多胺
复合指标进行相关比较分析, 结果良好(杨建昌和朱
庆森 1997)。节瓜两次茎尖取样的结果中, Put/
Spd、Cad/Spd、Cad/Spm、Cad/PA、Spd/PA、
(Put+Cad)/(Spd+Spm)等几个指标前后两次有相同
的规律, 并且相关系数也比较大, 可以很好的反映
植株的性别分化情况。特别是Spd/PA和植株的雌
花分化比例呈显著的正相关, (Put+Cad)/(Spd+Spm)
与之呈极显著的负相关, 用这两个指标可以很好地
预测不同品种节瓜的雌花分化情况。
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