全 文 ：园 艺 学 报 2001, 28 ( 3) : 235~ 239
Acta Horticulturae Sinica
收稿日期: 2000- 12- 22; 修回日期: 2001- 04- 28
基金项目: 国家自然科学基金资助项目 (399790516)
* 通讯作者 Author for correspondence。
利用蛋白激酶抑制剂和激活剂调控甘蓝自交
不亲和性
吕 俊 朱利泉 王小佳*
(西南农业大学农学与生命科学学院, 重庆 400716)
摘 要: 利用蛋白激酶抑制剂 (槲皮素) 和蛋白激酶激活剂 (佛波酯 ) 分别对甘蓝自交
不亲和系与自交亲和系花蕾进行田间处理。结果表明, 槲皮素处理后的自交不亲和系的自交
亲和指数与对照相比有所提高, 甚至转变为自交亲和系; 而佛波酯处理后的自交亲和系的自
交亲和指数与对照相比有所降低, 甚至转变为自交不亲和系。差异显著性测验结果表明处理
与对照之间在结荚率和自交亲和指数上均有显著差异。这为化学调控自交不亲和性提供了新
方法。
关键词: 甘蓝; 自交不亲和性; 蛋白激酶抑制剂; 蛋白激酶激活剂
中图分类号: S 635; S 603 文献标识码: A 文章编号: 0513353X ( 2001) 03023505
十字花科蔬菜作物甘蓝 ( Brassica oleracea L. ) 的杂种优势很明显, 生产上应用很广。
其杂交种子当前主要利用甘蓝自交不亲和系 ( Selfincompatible line, SI) 之间的互配而得。
利用自交不亲和系配制甘蓝杂种遇到的主要问题之一是繁殖自交不亲和系需进行蕾期授
粉, 费时费工, 大大增加了制种成本。为了在授粉期间从生理上降低自交不亲和性, 以利
于繁殖和保存自交不亲和系, 国内外已进行了一些研究, 如电助授粉、提高CO2浓度处理
和用NaCl溶液处理等。这些方法虽有一定的效果, 但不是太烦琐, 就是易引起药害1 ,
至今未找到一个理想的方法。近年来的研究表明, 甘蓝自交不亲和性是通过 S- 受体激酶
(Sreceptor kinase, SRK) 所控制的蛋白质磷酸化作用来实现的2, 3 。本研究试图在其分子
机理研究的基础上, 以施用蛋白激酶抑制剂 (槲皮素) 和激活剂 (佛波酯) 的途径找到化
学调控甘蓝自交不亲和性的新方法。通过降低或提高蛋白激酶活性, 阻止或促进自交不亲
和反应的信号传导, 从而达到调控甘蓝自交不亲和性的目的。
1 材料与方法
1. 1 材料
甘蓝选用西南农业大学多年自交稳定的自交不亲和系 0062 (亲和指数接近 0) 和 00
A (亲和指数已稳定为 0) , 自交亲和系 0082 (亲和指数明显大于 1)。槲皮素 ( quercetin)
和佛波酯 ( phorbol 12myristate 13acetate, PMA) 均购自 Sigma公司。
1. 2 方法
蛋白激酶抑制剂处理: 分别选取健壮均一的甘蓝自交不亲和系 0062、00A材料各 5
株, 每株选取邻近顶花的 3个花枝上的全部花蕾用槲皮素 500 mol/ L 处理4, 5 , 同时以每
株甘蓝的相同位置的 3个花枝上的花蕾以及顶花分别作为对照, 人工花期授粉测定其自交
亲和指数。
蛋白激酶激活剂处理: 同时选取健壮均一的甘蓝自交亲和系 0082材料 5株, 每株同
样选择邻近顶花 3个花枝上的全部花蕾进行佛波酯 1 mg/ L 处理6 , 对照处理方法同上。
以上处理均在开花前 2周进行, 每隔 1 d于当日下午 18: 30喷洒处理 1次, 共喷洒处
理5次, 种子成熟后精确统计各种处理花朵的结荚数和结籽数, 并计算相应的亲和指数
(结籽数/授粉花数)。
2 结果与分析
2. 1 甘蓝自交不亲和系 0062的结实情况
从表 1看出, 利用槲皮素处理后各株的自交亲和指数与对照相比均明显提高, 而且都
从小于1提高到大于1, 按照亲和指数为 1作为划分自交不亲和系与自交亲和系的标准7 ,
即由自交不亲和系转变成为自交亲和系。亲和指数提高的倍数差异可能与各株的基因型有
关, 也可能与槲皮素到达柱头乳突细胞的量的多少有关。
表 1 槲皮素 ( 500 mol/ L) 处理甘蓝自交不亲和系 0062的效果
Table 1 The effect of quercetin on selfincompatible line 0062
自交不
亲和系
SI line
处 理
Treatment
授 粉 花数
No. of
pollination flowers
结荚数
No. of
legumen
种子数
No. of
seeds
结荚率
Rate of
legumen ( % )
自交亲和指数
Selfcompatible
index
00621 顶花对照 Top flower control 29 15 1 51. 7 0. 034
同位对照 Corresponding flower control 26 14 0 53. 8 0
槲皮素处理 Quercetin treatment 35 20 52 57. 1 1. 49
00622 顶花对照 Top flower control 30 16 1 53. 3 0. 033
同位对照 Corresponding flower control 28 13 0 46. 4 0
槲皮素处理 Quercetin treatment 36 29 136 80. 6 3. 78
00623 顶花对照 Top flower control 43 22 2 51. 2 0. 047
同位对照 Corresponding flower control 32 15 1 46. 9 0. 031
槲皮素处理 Quercetin treatment 23 23 83 100 3. 61
00624 顶花对照 Top flower control 32 17 1 53. 1 0. 031
同位对照 Corresponding flower control 27 12 1 44. 4 0. 037
槲皮素处理 Quercetin treatment 41 41 377 100 9. 20
00625 顶花对照 Top flower control 38 20 1 52. 6 0. 026
同位对照 Corresponding flower control 34 14 1 41. 1 0. 029
槲皮素处理 Quercetin treatment 35 32 123 91. 4 3. 51
2. 2 甘蓝自交不亲和系 00A的结实情况
从表 2中发现, 比 0062株系亲和指数更低且更稳定的 00A各株经槲皮素处理后亲和
指数略有上升趋势, 且各株处理花枝上都有种子, 但不同于 0062那样亲和指数大幅上升。
亲和指数在各株之间的差异原因除了可能与基因型和槲皮素到达乳突细胞的量有关外, 还
有可能是强自交不亲和系中的 SRK活性太强和本试验用槲皮素浓度相对较低的缘故。
236 园 艺 学 报 28卷
表 2 槲皮素 ( 500 mol/ L) 处理甘蓝自交不亲和系 00A的效果
Table 2 The effect of quercetin on selfincompatible line 00A
自交不
亲和系
SI line
处 理
Treatment
授 粉 花数
No. of
pollination flowers
结荚数
No. of
legumen
种子数
No. of
seeds
结荚率
Rate of
legumen ( % )
自交亲和指数
Selfcompatible
index
00A1 顶花对照 Top flower control 35 29 0 82. 9 0
同位对照 Corresponding flower control 30 20 0 66. 6 0
槲皮素处理 Quercetin treatment 37 37 10 100 0. 27
00A2 顶花对照 Top flower control 36 25 0 69. 4 0
同位对照 Corresponding flower control 28 19 0 67. 9 0
槲皮素处理 Quercetin treatment 42 39 31 92. 9 0. 74
00A3 顶花对照 Top flower control 30 24 0 80 0
同位对照 Corresponding flower control 29 21 0 72. 4 0
槲皮素处理 Quercetin treatment 27 27 10 100 0. 37
00A4 顶花对照 Top flower control 35 26 0 74. 3 0
同位对照 Corresponding flower control 31 22 0 70. 9 0
槲皮素处理 Quercetin treatment 29 29 17 100 0. 59
00A5 顶花对照 Top flower control 30 21 0 70 0
同位对照 Corresponding flower control 27 19 0 70. 3 0
槲皮素处理 Quercetin treatment 28 28 20 100 0. 71
2. 3 甘蓝自交亲和系0082的结实情况
从表 3数据可看出, 利用佛波酯处理后降低了各株的自交亲和指数, 亲和指数降低倍
数差异的原因可能是由于该材料种植在大棚外, 受到一定的外界条件影响。如果用亲和指
数大小为 1作为划分自交亲和系与不亲和系的标准7 , 则在试验数据上使全部 5株中的 3
株由自交亲和系转变成为自交不亲和系。如果扣除外界条件的影响, 则有可能将亲和指数
为 1. 03的 821株纳入自交不亲和系; 那么则可以认为, 佛波酯可有效地将具有一定亲和
表 3 佛波酯 ( 1 mg/ L) 处理甘蓝自交亲和系 0082的效果
Table 3 The effect of Phorbol 12myristate 13acetate ( PMA) on selfcompatible line 0082
自交亲
和系
SC line
处 理
Treatment
授 粉 花数
No. of
pollination flowers
结荚数
No. of
legumen
种子数
No. of
seeds
结荚率
Rate of
legumen ( % )
自交亲和指数
Selfcompatible
index
00821 顶花对照 Top flower control 30 24 74 80 2. 47
同位对照 Corresponding flower control 30 26 77 86. 7 2. 57
佛波酯处理 PMA treatment 31 21 32 67. 7 1. 03
00822 顶花对照 Top flower control 35 28 48 80 1. 37
同位对照 Corresponding flower control 29 25 59 86. 2 2. 03
佛波酯处理 PMA treatment 30 18 8 60. 0 0. 267
00823 顶花对照 Top flower control 33 33 122 100 3. 70
同位对照 Corresponding flower control 31 28 110 90. 3 3. 55
佛波酯处理 PMA treatment 30 25 21 83. 3 0. 70
00824 顶花对照 Top flower control 27 27 75 100 2. 78
同位对照 Corresponding flower control 29 28 76 96. 6 2. 61
佛波酯处理 PMA treatment 38 26 69 68. 4 1. 82
00825 顶花对照 Top flower control 36 34 108 94. 4 3. 0
同位对照 Corresponding flower control 32 29 91 90. 6 2. 84
佛波酯处理 PMA treatment 30 22 27 73. 3 0. 90
2373 期 吕 俊等: 利用蛋白激酶抑制剂和激活剂调控甘蓝自交不亲和性
指数的甘蓝自交亲和系转变为自交不亲和系。这尚需进一步研究确证。
2. 4 槲皮素和佛波酯作用效果的对照评价
在育种上, 顶花授粉有时可代替蕾期授粉来繁殖和延存自交不亲和系, 其原因是顶花
比同位花的亲和指数高。因此, 我们认为以前在甘蓝常规育种中单用顶花亲和指数作对照
的试验是不严格的。为确保试验结果的可靠, 本研究同时引用了原始记录中的顶花和同位
花亲和指数作对照。如果单用顶花亲和指数作对照, 对于抑制剂处理来讲, 由于其结果是
增大亲和指数8 , 此种单一对照的严谨性较高; 对于激活剂处理来讲, 由于其结果减少亲
和指数8 , 此种单一对照反差过大。而加入同位花对照可纠正此两种的误差。
本试验的数据表明顶花的自交亲和指数略高于相同位置的对照的亲和指数, 槲皮素处
理的花枝的亲和指数比顶花对照还高。将抑制剂槲皮素处理的自交不亲和系 0062和 00A
两株系及用激活剂佛波酯处理的自交亲和系 0082株系的试验数据进行成对数据差异显著
性测验, 结果无论是以顶花作对照, 还是以相同位置的花枝上的花作对照, 在显著水平
= 0. 05时, 处理与对照之间的自交亲和指数均有显著差异。
因此, 同位花对照所纠正的顶花对照的误差, 在显著水平 = 0. 05时表现不出来。在
常规育种中用其中任一种作对照均可。
3 讨论
甘蓝的自交不亲和性受 S位点控制。研究表明, S位点上的 SRK 基因编码的受体蛋白
激酶在甘蓝自交不亲和反应中起重要作用8 。在分离鉴定了甘蓝柱头 S位点上决定其自交
不亲和反应的两个基因 SLG ( SLocus Glycoprotein) 9 基因和 SRK10 基因以后, 芸薹属植物
自交不亲和反应的机理被认为是花粉粒中的配体和蛋白激酶 SRK 和 SLG的复合物结合后,
改变了此复合物的构象, 使SRK 的胞内 Ser/Thr 蛋白激酶结构域催化蛋白质发生磷酸化/
去磷酸化反应, 从而把胞外信号传递至胞内, 引起一系列的细胞反应11, 12 , 最终使花粉
粒萌发受到抑制, 从而导致自交不亲和性。本试验采用了调节蛋白激酶活性的方法来化学
控制自交不亲和性, 使主宰信号传导的 SRK 成为一个调控自交不亲和性的开关: 抑制蛋
白激酶活性就关闭了自交不亲和性的信号传导, 从而使自交不亲和性受阻, 造成亲和指数
上升; 激活 SRK活性就促进了 SRK介导的信号传导反应, 有助于加强自交不亲和反应。
按照这个观点, 我们根据相关的生物化学原理, 精心选配了槲皮素 (表 1和表 2) 和佛波
酯 (表 3) 进行田间试验, 取得了与预期趋势相符合的结果: 槲皮素使甘蓝自交亲和指数
明显上升, 将自交不亲和系变为了自交亲和系; 而佛波酯则相反, 效果显著。因为这种方
法是建立在自交不亲和反应的分子机理上, 所以具有施用量少、反应灵敏的特点。这样不
仅找到了一种调控自交不亲和性的新方法, 很有可能为甘蓝等十字花科作物制种提供繁殖
其亲本的简便途径, 而且还从实践上为自交不亲和性分子机理中的胞间受体激酶信号传导
机制提供了直接证据。
参考文献:
1 杨 锐, 余阳俊, 徐家炳, 等. 花期喷盐水结合蜜蜂授粉克服大白菜自交不亲和试验. 华北农学报, 1995, 10
( 2) : 77~ 81
238 园 艺 学 报 28卷
2 朱利泉, 王小佳. 植物 S基因家族表达成员研究进展. 西南师范大学学报, 1997, 22 ( 4) : 476~ 480
3 华志明. 植物自交不亲和分子机理研究的一些进展. 植物生理学通讯, 1999, 35 (1) : 77~ 82
4 杨洪强, 贾文锁, 张文鹏. 失水对苹果新根ABA 含量和蛋白激酶活性的影响. 园艺学报, 2000, 27 (2) : 79~ 84
5 康铁邦, 黄 才, 梁念慈. 槲皮素对大鼠肝酪蛋白激酶!的抑制作用. 生物化学杂志, 1996, 12 ( 3) : 322~ 325
6 陈军松, 柴敏强, 宋建国. 佛波酯对 A549 细胞株中蛋白激酶 C的调节. 生物化学与生物物理学报, 2000, 32
( 6) : 645~ 648
7 方智远, 孙培田, 刘玉梅. 甘蓝杂种优势利用的几个问题. 中国农业科学, 1983, 3: 51~ 61
8 Nasrallah J B, Nasrallah M E. Pollenst igma signalling in the sporophytic selfincompatibility response. Plant Cell , 1993, 5:
1325~ 1335
9 Nasrallah J B, Kao T H, Goldberg M L, et al. A cDNA clone encoding an s locus specifi c glycoprotein from Brassica oleracea L.
Nature, 1985, 318: 263~ 267
10 Stein J C, Nasrallah J B. A plant receptor like gene, the slocus receptor kinase of Brassica oleracea L. encodes a functional
serine/ threonine kinase. Plant Physiol . , 1993, 101: 1103~ 1106
11 华志明. 植物体中类受体蛋白激酶. 植物生理学通讯, 1999, 35 ( 1) : 251~ 256
12 Hicock S J, KuesL L, DickinsonH G. Molecular mechanisms of selfincompatibility in flowering plants and fungidifferent means
to the same end. Trend Cell Biol. , 1996, 6: 421~ 428
A Study on the Regulating Selfincompatibility of Brassica oleracea L.
by Inhibitor or Activitor of Protein Kinase
LJun, Zhu Liquan, and Wang Xiaojia
( Department of Agronomy and Bioscience, Southwest Agricultural University , Chongqing 400716)
Abstract: A study on regulating selfincompat ibility of Brassica oleracea L. by inhibitor
( quercetin ) or activitor ( PMA) of protein kinase was couducted. The result showed that the
quercetin increased the index of selfcompat ibility, even turned the selfincompatible line to self
compatible line; PMA reduces the index of selfcompatibility, even turned the selfcompatible line to
selfincompatible line. This is a new method for regulating the selfincompatibility of cabbage.
Key words: Brassica oleracea L. ; Selfincompat ibility; Protein kinase inhibitor; Protein ki
nase act ivitor
信 息 中国园艺学会采后科学与技术分会成立
∀ 中国园艺学会采后科学与技术分会成立大会暨学术研讨论# 于 2001年 5 月 15 日在中国农业大学举
行, 学会的主要领导及来自全国20 多个单位的代表参加了会议, 罗云波、陈昆松、田世平、屈冬玉、陈
淮信等作了学术报告, 代表们就分会的章程及工作计划进行了讨论。
2000~ 2001年全国西瓜优质早熟新品种展评总结发布会在京召开
此次展评活动由农业部全国农业技术推广服务中心和中国园艺学会主持。经 2000 年和 2001 年两年
田间及瓜的品质评比, 从 15个参评品种中评出 6 个优质早熟新品种。展评总结会于2001 年 6月 2日在中
国农业科学院蔬菜花卉所召开。
2393 期 吕 俊等: 利用蛋白激酶抑制剂和激活剂调控甘蓝自交不亲和性