全 文 ：园 艺 学 报 2001, 28 ( 4) : 312~ 316
Acta Horticulturae Sinica
收稿日期: 2000- 11- 28; 修回日期: 2001- 03- 05
* 现单位: 浙江大学园艺系, 杭州 310029。
氮、锌营养与青花菜花球发育过程中核酸及
钙调素的关系
杨 暹 李德明*
(华南农业大学园艺系, 广州 510642)
摘 要: 青花菜生长发育过程茎端 DNA、RNA、总核酸 ( TNA) 含量在花序分化前逐渐上
升, 分化时达到高峰, 分化后一度下降, 分化 1 周时开始回升, 至花球膨大期达到小高峰,
花球膨大后期逐渐下降。RNA/ DNA比值于花序分化前急剧下降, 分化后进一步下降, 现蕾后
花球发育膨大期间逐渐回升。茎端钙调素 ( CaM) 含量在花序分化前逐渐上升, 分化 1 周时达
到高峰, 花球发育和膨大过程中逐渐下降。氮 ( N)、锌 ( Zn) 营养可促进核酸和 CaM 的代
谢, 但不同N、Zn 营养组合使核酸合成活力有所不同, 适宜的 N以及增施 Zn 对CaM的合成有
显著促进作用。
关键词: 青花菜; 核酸; 钙调素 ( CaM) ; 花序分化; 氮锌营养
中图分类号: S 635. 9; Q 945 文献标识码: A 文章编号: 0513353X ( 2001) 04031205
青花菜 ( Brassica oleracea L. var. italica Planch) 的产量形成受制于花序分化后的花球
发育过程。许多研究表明, 植物在花芽 (序) 分化时表现为遗传物质大量增加, 开花基因
的阻遏状态解除, 产生携带开花密码的 DNA或 RNA引起茎端发生新的代谢变化, 产生构
成花芽 (序) 的蛋白质和酶类, 从而启动花芽 (序) 分化1 。在成花的发端期, 核酸的迅
速增加与营养和激素有直接的关系2 。钙调素 ( CaM) 做为 Ca2+ 受体, 在 Ca2+ 信号系统
传导中起着关键的作用, 它通过和 Ca2+ 的结合激活一系列的靶酶和非酶蛋白质, 从而调
控生理代谢及基因表达。当植物感受外界环境变化时, 可引起组织 CaM 含量的变化, CaM
参与植物的成花过程3, 4 。关于营养与青花菜花球形成的研究多集中在 N、P、K、B、Mo
等营养元素方面, 而有关氮 ( N)、锌 ( Zn) 营养与花球形成及其与核酸、CaM 代谢的相
互关系的研究较为少见5 。本研究旨在通过探讨青花菜生育过程中核酸、CaM 含量的变化
及其与N、Zn营养的关系, 从信息调控角度揭示青花菜花球形成机理及其营养调控手段。
1 材料与方法
1999~ 2000年在华南农业大学蔬菜试验场进行, 供试的青花菜品种为 !里绿∀ 。于 9
月13日播种育苗, 播后 25 d幼苗具 3~ 4片真叶时定植。试验设置 N8Zn0. 5 (低 N低 Zn,
N、Zn下角标的数字表示每株施用尿素或硫酸锌的克数, 下同)、N18Zn0. 5 (中 N低 Zn)、
N28Zn0. 5 (高 N低 Zn)、N8Zn1. 0 (低 N 中 Zn)、N18Zn1. 0 (中 N 中 Zn)、N28Zn1. 0 (高 N 中
Zn)、N8Zn1. 5 (低N高 Zn)、N18Zn1. 5 (中N高 Zn)、N28Zn1. 5 (高 N高 Zn) 9个处理与不施
肥 ( CK) 为对照。每试验小区 17. 34 m2, 栽植60株, 每处理 3次重复。
于定植时每试区施过磷酸钙 600 g, 氯化钾 600 g 和 N、Zn处理总施肥量的 30%为基
肥, 其余 70% 的N、Zn肥于定植后 10 d开始追肥, 每 5 d追肥 1次, 共 6次, 肥量分别
为5%、10%、15%、15%、15%、10%。
于花序分化前, 每隔 2 d随机从各处理取样 10~ 15株在双目显微镜下观察, 以茎端
生长锥变圆、周缘分化出圆球状侧花茎原基为花序分化的标志6 , 60%以上植株进入该期
为花序分化期。选取 N18Zn1. 0处理定植时 (播后 25 d)、花序分化前 (播后 46 d)、分化期
(播后 60 d)、分化后 1周 (播后 66 d)、现蕾期 (播后 75 d)、花球膨大期 (播后 86 d)、
采收期 (播后 95 d) 及各 N、Zn处理花序分化期的茎端测定 DNA、RNA、总核酸 (TNA)
和CaM含量。核酸测定采用朱治平等的方法7 , CaM 测定采用 ELISA法8 。
供试土壤养分状况为: 有机质 2. 22% , 全 N 0. 29%, 有效 P 98 mg/ kg, 有效 K
160 mg/ kg, 有效 Zn 15. 4 mg/ kg, pH 6. 1。
2 结果与分析
2. 1 青花菜生育过程茎端核酸含量的变化
从图 1可见, 青花菜生长发育过程中茎端核酸含量呈双峰曲线变化。DNA、RNA、
TNA含量在花序分化前逐渐上升, 花序分化时达到高峰, 分化后一度下降, 分化 1周时开
始回升, 花球发育期间不断提高, 于膨大期达到小高峰, 膨大后期逐渐下降。表明青花菜
生长发育过程中核酸代谢呈阶段性变化。
图 1 青花菜生长发育过程核酸含量及 RNA/ DNA比值的变化
Fig. 1 The content of nucleic acid and RNA/ DNA ratio during the growth and development in broccoli
RNA/ DNA比值于花序分化前急剧下降, 花序分化后进一步下降, 现蕾后的花球发育
膨大期间逐渐回升。
2. 2 N、Zn营养对茎端核酸含量的影响
从图 2可看到, N、Zn营养与核酸合成密切有关, 施用 N、Zn营养比不施 ( CK) 明
显地促进了茎端 DNA、RNA合成, 提高 TNA 含量, 尤其是对 DNA合成的促进作用更明
显。在低Zn和中 Zn水平下, N由低水平增加到中水平, DNA含量相应提高, 但N达到高
水平时, DNA含量反而下降; 在高 Zn 水平下, N 由低水平增加到中水平, DNA 含量下
3134 期 杨 暹等: 氮、锌营养与青花菜花球发育过程中核酸及钙调素的关系
降, 当N由中水平提高到高水平时, DNA含量相应增加。在低 N水平下, Zn 由低水平提
高到中水平时, DNA含量降低, 当 Zn由中水平提高到高水平时, DNA含量上升; 在中 N
水平下, DNA含量随着 Zn 的提高而降低; 在高 N 水平下, Zn由低水平提高到中水平,
DNA含量增加, 当 Zn由中水平提高到高水平时, DNA含量有所下降。各处理中, 以 N18
Zn0. 5处理的 DNA含量最高, N8Zn1. 0处理最低, 其它处理居两者之间。
在Zn水平相同时, N由低水平增加到
中水平时, RNA 含量下降, N 由中水平增
加到高水平时, RNA 含量相应增加。在 N
水平相同时, Zn 由低水平提高到中水平
时, RNA 含量提高, 当 Zn 由中水平提高
到高水平时, RNA 含量反而下降。处理
中, 以N8Zn1. 0处理的 RNA 含量最高, N18
Zn0. 5处理最低, 其它处理居两者之间。
在低 Zn 水平下, TNA 含量随 N 的增
加而下降; 在中 Zn水平下, N由低水平提
高到中水平时, TNA 含量相应增加, 当 N
由中水平增加到高水平时, TNA含量无明
显变化; 在高 Zn水平下, N 由低水平提高
到中水平时, TNA含量降低, 当 N由中水
平提高到高水平时, TNA 含量相应提高。
在低N水平下, Zn由低水平增加到中水平
时, TNA含量降低, 当 Zn由中水平增加到
图 2 氮、锌营养对青花菜茎端核酸含量的影响
不同字母表示差异达显著水平 ( p= 0. 05)
Fig. 2 The effect of N, Zn nutrition on nucleic acid
content of stem apics in broccoli
Different letters indicate 5% signif icant levels
高水平时, TNA含量无明显的变化; 在中 N水平下, Zn由低水平提高到中水平, TNA 含
量无明显的变化, 当 Zn由中水平增加到高水平时, TNA含量有所下降; 在高 N 水平下,
Zn由低水平提高到中水平, TNA含量相应增加, Zn 由中水平提高到高水平, TNA含量反
而下降。处理中, 以 N8Zn0. 5处理的 DNA含量最高, N8Zn1. 5处理最低, 其它处理居两者之
间。可见, 不同的N、Zn营养组合对核酸的合成活力有所不同。
2. 3 青花菜生育过程中茎端 CaM含量的变化
从图 3可见, 青花菜生长发育过程茎端 CaM 含量发生了明显的变化。CaM 含量在定
植后急剧下降, 花序分化前迅速上升, 至一定程度后开始花序分化, 花序分化的发育初期
进一步提高, 花序分化 1周时达到高峰, 以后逐渐降低。表明 CaM 参与青花菜的花序分
化发育过程。
2. 4 N、Zn营养对茎端 CaM含量的影响
从图 4可见, 施用 N、Zn营养比不施可明显地提高茎端 CaM 的含量。在 Zn水平相同
时, N由低水平提高到中水平, CaM 含量相应增加, 当 N由中水平提高到高水平时, CaM
含量有所下降。在低 N水平下, Zn由低水平增加到中水平, CaM 含量下降, 当 Zn由中水
平提高到高水平时, CaM 含量相应增加; 在中N水平下, CaM含量随着 Zn的增加而增加;
在高N水平下, Zn由低水平提高到中水平, CaM含量无明显变化, 当 Zn由中水平提高到
314 园 艺 学 报 28卷
高水平时, CaM含量显著提高。各处理中, 以 N18Zn1. 5处理的 DNA含量最高, N8Zn1. 0处理
最低, 其它处理居两者之间。表明适宜的N以及增施 Zn可显著地促进 CaM的合成。
图 3 青花菜生长发育过程茎端 CaM含量的变化
FIg. 3 The changes of CaM content of stem apics
during growth and development in broccoli
图 4 氮、锌营养对青花菜茎端 CaM含量的影响
不同字母表示差异达显著水平 ( p= 0. 05)
Fig. 4 The effect of N, Zn nutrition on CaM
content of stem apics in broccoli
Different letters indicate 5% signif icant levels
3 讨论
黄辉白等2 认为 DNA、RNA和TNA在生理分化期明显增多, 进入形态分化初期一度
减少, 随后又增多。本试验结果与其一致。青花菜花球发育过程中核酸代谢具有明显的特
异性, 说明了花球发育是基因有序表达的过程, 花序分化前核酸的大幅度增加, 为基因表
达极活跃的时期, 并调节产生特异的mRNA, 从而翻译特异蛋白质, 为成花提供了必要前
提, 使生长点由叶芽向花芽转变; 花球膨大期间核酸增加, 保证增多和增大的细胞能进行
正常的转录和合成作用, 促进花球的发育。花序分化前及花球分化发育前期 RNA/ DNA比
值的降低, 显示此期 DNA大量复制, 形成大量的 RNA, 但 RNA 的转录和翻译功能降低,
此时复制的DNA可能为花球膨大而贮备, 而花球膨大期RNA/ DNA比值回升, 表示转录和
翻译功能活跃, 从而合成花球膨大所需的蛋白质和酶类。
彭抒昂等3 认为, 梨树的短枝芽 CaM含量在成花的发端期成倍增加形成高峰, CaM
参与成花过程。本试验表明, 青花菜茎端 CaM 在花序分化前逐渐上升, 分化 1周时达到
高峰, 花球膨大过程逐渐下降, 这说明了 CaM 在青花菜花序分化的信息传导过程中做出
应答反应, CaM 的增加有助于活化蛋白质及ATP9 , 为花序的分化发育提供物质与能量。
核酸在青花菜花序分化时峰值出现的时期与 CaM迅速增长形成高峰的时期相吻合,
表明 CaM 可能参与成花基因的活化和去阻遏过程, 但彭抒昂等3 认为 CaM 可能只参与成
花发端的启动过程, 而不是在整个成花过程。本试验表明, CaM 在花序分化后一直上升至
分化后 1周达到高峰, 这提示了 CaM 不但参与花序的启动, 还可能参与花序分化发育过
程, 在花序分化发育过程中起着重要的信使传递作用。
N、Zn在白菜上存在着明显的交互作用10 , 但在甜叶菊上存在拮抗作用11 。本试验
表明, N、Zn营养在青花菜上存在着明显互作效应, N、Zn配施可促进核酸、CaM 代谢,
但不同 N、Zn组合对 DNA、RNA的影响效果不尽一致, 在低 Zn和中 Zn水平下, 以中 N
3154 期 杨 暹等: 氮、锌营养与青花菜花球发育过程中核酸及钙调素的关系
处理 DNA含量最高, 但RNA含量最低; 而在高 Zn水平下, 以低N处理的DNA和RNA含
量最高。CaM含量以高 Zn的各处理较高, 其中以中 N高 Zn处理最高。这说明了 N、Zn
营养可调控核酸代谢, 适宜的 N以及增施 Zn对 CaM的合成有显著的促进作用。可见, N、
Zn营养可通过影响青花菜茎端核酸、CaM 代谢, 进而影响花序分化及花球发育。
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The Effects of Nitrogen and Zinc Nutrition on Nucleic Acid and
Calmodulin during the Growth and Development of Curd in Broccoli
( Brassica oleracea L. var. italica Planch)
Yang Xian and Li Deming
( Department of Horticulture , South China Agricultural University , Guangzhou 510642)
Abstract: The content of DNA, RNA and total nucleic acid ( TNA) in stem apex increased
gradually before the inflorescence differentiation, and reached a peak at the inflorescence differentia
tion, then decreased to a proper level at one week after the inflorescence differentiation and increased
again to form little peak at the former stage of curd formation, then decreased again at the late stage of
curd formation. The RNA/ DNA rat io went down rapidly just before the emergence of curd, and went
up gradually from the emergence to harvest of curd. The content of Calmodulin ( CaM) in stem apex
went up gradually before the inflorescence differentiation and reached a peak after one week of the in
florescence differentiation, then went down during curd format ion. NZn nutrition could promote the
metabolism of nucleic acid and CaM, but different NZn nutrition had different effects on the synthetic
activity of nucleic acid. Suitable N and Zn nutrit ion had a marked promoting effect on the synthesis of
CaM.
Key words: Broccoli ( Brassica olerecea L. var. italica Planch) ; Nucleic acid; Calmodulin
( CaM) ; Inflorescence differentiation; NZn nutrition
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