全 文 ：植物生理学通讯 第 45卷 第 5期，2009年 5月 469
收稿 2009-02-16 修定 2009-03-25
资助 国家科技支撑计划(2007BAD68B03)、公益性行业(农
业)科研专项(nyhyzx07-007-1)、广西自然科学基金(桂
科自 07 28 06 5)、广西作物遗传生物技术重点开放实验
室开放课题(桂科能 08 15 01 1-6-1-14 )、广西青年科学
基金(桂科青 0 9 9 1 0 7 7 )。
* 通讯作者(E-mail: liyr@gxaas.net; Tel: 0771-3247689)。
AgNO3诱导的苦瓜纯雌系完全花分化与幼叶和花蕾中内源激素的关系
王日升 1,2,3, 张曼 2, 周生茂 2, 方锋学 2, 杨丽涛 1, 李杨瑞 3,*
1广西大学农学院, 南宁 530005; 2广西农业科学院蔬菜研究中心, 南宁 530007; 3广西作物遗传改良生物技术重点开放实验
室, 南宁 530007
提要: 本文用酶联免疫检测(ELISA)技术研究三叶一心期喷施AgNO3诱导苦瓜纯雌系完全花分化过程中花蕾与幼叶中内源
激素含量变化。结果显示: 喷施AgNO3后幼叶中 IAA、GA3、ZR和ABA含量与喷水的相比, 都是先下降后增加。AgNO3
处理的花蕾中这4种激素含量在72 h内没有一致变化规律, 但变化幅度大于幼叶的, 表明生殖器官的内源激素对苦瓜性别
分化影响比营养器官的大。AgNO3处理后 24~48 h内, 花蕾中这 4种激素的含量明显低于喷水的, 而其余时间则高于喷水
的。此外, AgNO3处理的花蕾中 ABA/IAA、ZR/IAA和GA3/IAA比值也在 24~48 h发生剧烈的变化, 48 h之后这些激素比
值与喷水的相差不大。这些结果说明了 AgNO3处理后 24~48 h是苦瓜纯雌系性别分化的关键时期, IAA可能是诱导纯雌
系苦瓜雄性分化的关键激素。
关键词: 苦瓜; 纯雌系; 完全花; 内源激素; AgNO3
Relationship between Differentiation of Complete Flower Induced by AgNO3
and Endogenous Hormones in Young Leaves and Flower Buds of Momordica
charantia L. Gynoecious Line
WANG Ri-Sheng1,2,3, ZHANG Man2, ZHOU Sheng-Mao2, FANG Feng-Xue2, YANG Li-Tao1, LI Yang-Rui3,*
1Agricultural College, Guangxi University, Nanning 530005, China; 2Vegetable Research Center, Guangxi Academy of Agricultural
Sciences, Nanning 530007, China; 3Guangxi Crop Genetic Improvement and Biotechnology Laboratory, Nanning 530007, China
Abstract: Four endogenous hormones in flower buds and young leaves of gynoecious bitter melon (Momordica
charantia) were measured by enzyme-linked immunosorbent assay (ELISA) during differentiation of complete
flower induced by AgNO3 at three-leaf-one-apical stage. The results showed that contents of ABA, IAA, GA3
and ZR in young leaves decreased firstly then increased after being sprayed with 300 mg·L-1 AgNO3. Contents of
the 4 endogenous hormones in flower buds treated with AgNO3 didn’t show the same change in 72 h, but which
changed more greatly than those in young leaves, indicating that the endogenous hormones in reproductive
organs had greater influence on sex differentiation than those in vegetative organs. Contents of the 4 endog-
enous hormones in flower buds during 24–48 h after treatment with AgNO3 were significantly lower than those
of the control, but higher in the rest time. Furthermore, the ratios of ABA/IAA, ZR/IAA and GA3/IAA in flower
buds treated with AgNO3 changed intensively in 24–48 h, but they were similar with the control after 48 h. It
suggested that 24–48 h after AgNO3 treatment was the important period for the sex differentiation in gynoecious
bitter melon induced by AgNO3, and IAA may be the leading hormone for male differentiation in gynoecious
bitter melon induced by AgNO3.
Key words: bitter melon (Momordica charantia); gynoecious; complete flower; endogenous hormone; AgNO3
苦瓜为葫芦科苦瓜属一年生雌雄同株异花的
草本植物, 嫩瓜富含维生素C和苦瓜素等营养成分,
是炎热季节的主选蔬菜之一。苦瓜杂交种在生产
上深受欢迎。以苦瓜纯雌系为母本杂交制种具有
节约人力、物力、财力和时间等优势, 其杂交种
表现早熟、丰产、雌花率高和抗逆性强等优点(万
新建等 2002), 而纯雌系只开雌花不开雄花造成自
交繁殖困难, 须通过改变性别分化程序使之产生雄
植物生理学通讯 第 45卷 第 5期，2009年 5月470
性器官才能达到繁殖目的。
高等植物性别分化是目前开花生理研究中的
重要内容, 因为它决定着开花时间以及花和果实数
量, 进而影响到收获时间和农业产量。植物激素是
性别分化的诱导信号, 内源激素与纯雌系苦瓜分化
完全花关系的研究, 可揭示雌雄同株异花植物产生
完全花过程中激素变化规律, 具有较大的理论价值
和实践意义。瓜类蔬菜性别分化与内源激素含量
密切相关, 不同激素水平对性别分化影响不同, 同
株雌雄花中激素含量差异很大(Yamasaki等 2000;
陈学好等 2002; 刘海河等 2006; 张建农和李计红
2007)。AgNO3可有效诱导苦瓜(杨等 2004)、黄
瓜(Beyer 1976)、节瓜(陈清华等 1999)、西葫芦
(戚艺军等2004)和瓠瓜(李曙轩1981)等葫芦科植物
强 /纯雌系的雌花转化为雄花 /完全花。雌性系黄
瓜受AgNO3诱雄的机理研究表明, AgNO3导致茎尖
GA3增加, IAA和 ZT减少(陈学好等 2002); 银离子
是乙烯生物合成的竞争性抑制剂, 能完全抑制乙烯
利、生长素和 1-氨基环丙烷 -1-羧酸(ACC)等诱导
的黄瓜雌花形成过程进而分化为雄花(Takahashi和
Jaffe 1984)。在瓜类蔬菜中普遍具有促雌作用的乙
烯利在苦瓜性别表现上比较复杂: 低浓度(25 μg·g-1)
下对植株具有中等强度的促雌效果, 高浓度(100
μg·g-1或更高)下促雌效果不明显或使雌花数减少
(Ghosh和 Basu 1983)。而AgNO3诱导纯雌系苦瓜
分化完全花与内源激素关系尚未见报道。
本文以纯雌性苦瓜‘X-黑-d-d’为材料, 利用酶
联免疫检测技术(enzyme-linked immunosorbent
assay, ELISA)测定 300 mg·L-1 AgNO3 喷施于三叶
一心期纯雌系苦瓜后72 h内幼叶和花蕾内源ABA、
IAA、ZR和GA3含量, 探讨纯雌系苦瓜分化完全
花与花蕾和幼叶内源激素含量变化的关系。
材料与方法
试材 ‘X-黑 -d-d’是纯雌系苦瓜(Momordica
charantia L.), 由广西农科院蔬菜研究中心提供。
种子浸种催芽后种植于设施大棚中, 于三叶一心期
用浓度为 300 mg·L-1 AgNO3喷施全株至叶冠上液
滴形成为止, 以喷施蒸馏水为对照, 每个处理40株,
其中 20株在处理 12、24、36、48、60和 72 h
后采集幼叶和花蕾作为研究材料, 另外20株用来调
查每个节位花的类型, 试验重复 3次。
采用中国农业大学作物化控室提供的植物激
素ELISA试剂盒, 用酶联免疫检测仪测定花蕾和幼
叶中 IAA、GA3、ZR和ABA含量, 每个样品重复
3次, 取平均值。采用 SAS 8.0进行数据方差分
析。以时间进程为横坐标, 激素含量为纵坐标, 利
用软件Origin 7.5进行绘图。
结果与讨论
1 AgNO3对纯雌系苦瓜性别分化的影响
调查300 mg·L-1 AgNO3及蒸馏水喷施纯雌系苦
瓜后花的性别表现的结果表明, 从第 1朵花开始连
续性地转化为完全花, 每株平均有 11朵完全花, 之
后恢复为纯雌花, 而对照植株表现为纯雌性。由此
表明, 采用 300 mg·L-1 AgNO3处理可诱导纯雌系苦
瓜分化出完全花。解剖学分析显示, 苦瓜雌花发育
过程中可见到中途停止发育的雄蕊(汪俏梅和曾广
文 1997)。据此, 可以推断本文所获得的苦瓜完全
花是本该退化的雄蕊, 它们受AgNO3诱导后继续发
育而形成。
2 幼叶中内源激素含量的变化
从图 1 ~ 4 可以看出, 与喷水的相比, 喷施
AgNO3后幼叶中 IAA、GA3、ZR和ABA含量都是
先下降, AgNO3效应期过后又增加, 而且, 这4种激
素的变化更加平缓。
3 花蕾中内源激素含量的变化
从图1~4可以看出, AgNO3处理的花蕾中内源
激素 IAA、GA3、ABA和 ZR含量变化在 72 h内
没有一致的变化规律, 但变化幅度大于幼叶的, 尤
以IAA变化幅度最大, 表明生殖器官的内源激素对
苦瓜性别分化影响比营养器官的大, 而且IAA可能
是AgNO3诱导纯雌系苦瓜雄性分化的关键激素。
有研究表明, 黄瓜茎尖IAA含量明显下降是AgNO3
诱导雌性系黄瓜转雄分化的主要原因, 内源IAA可
能是黄瓜性别分化的关键激素(陈学好等2002), 激
素中 IAA含量的增加是导致多数植物产生雄性不
育原因之一(Sawhney和 Shukla 1994), 苦瓜外施
IAA具有促雌的效果(Kabir等 1989; Banerjee和Basu
1992)。本研究与已有报道相符。
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图 1 AgNO3处理后苦瓜幼叶与花蕾内源 IAA含量变化
Fig.1 Changes of endogenous IAA contents in flower buds
and young leaves of bitter melon after AgNO3 treatment
图 2 AgNO3处理后苦瓜幼叶与花蕾内源GA3含量变化
Fig.2 Changes of endogenous GA3 contents in flower buds
and young leaves of bitter melon after AgNO3 treatment
图 4 AgNO3处理后苦瓜幼叶与花蕾内源 ZR含量变化
Fig.4 Changes of endogenous ZR contents in flower buds
and young leaves of bitter melon after AgNO3 treatment
AgNO3处理后24~48 h内, 花蕾中 IAA的含量
明显低于喷水的, 在 36 h含量达到最低值, 仅为喷
水的 4.7%, 达到极显著水平(P<0.01), 而其余时间
则高于喷水的。另外 3种内源激素水平在该时间
段内也表现同样规律。有研究表明, 高水平的 IAA
和GA3有利于黄瓜雌花的发育(陈学好等2002)。据
此认为, 24~48 h是AgNO3处理纯雌系苦瓜后雄性
分化的关键时期。原因可能是在该时间段内AgNO3
诱导了 IAA含量的降低, 启动了某些基因, 使得纯
雌系苦瓜雌花中本该退化的雄蕊继续发育而形成完
全花。我们将利用 cDNA-AFLP技术研究AgNO3
诱导纯雌系苦瓜分化完全花过程中花蕾所发生的基
因差异表达情况, 进一步探讨该过程中AgNO3调控
纯雌系苦瓜分化完全花的机理。
4 花蕾中ABA/IAA、ZR/IAA和GA3/IAA比值
的比较
从图 5可以看出, AgNO3处理的花蕾中ABA/
IAA、ZR/IAA和GA3/IAA比值在 24~48 h发生剧
烈的变化, 48 h之后这些激素比值的变化趋于平缓,
并且与喷水的花蕾中这些激素比值相差不大。进
一步说明了AgNO3处理后 24~48 h是AgNO3处理
纯雌系苦瓜后性别分化的关键时期, IAA可能是
图 3 AgNO3处理后苦瓜幼叶与花蕾内源ABA含量变化
Fig.3 Changes of endogenous ABA contents in flower buds
and young leaves of bitter melon after AgNO3 treatment
植物生理学通讯 第 45卷 第 5期，2009年 5月472
AgNO3诱导纯雌系苦瓜雄性分化的关键激素。
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图 5 AgNO3处理后苦瓜花蕾中内源 GA3/IAA、
ABA/IAA和 ZR/IAA比值的变化
Fig.5 Changes of endogenous GA3/IAA, ABA/IAA and ZR/IAA
in flower buds of bitter melon after AgNO3 treatment