全 文 ：© 1994-2009 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. http://www.cnki.net
园 　艺 　学 　报 　2005, 32 (2) : 234～238
Acta Horticulturae Sinica
收稿日期 : 2004 - 08 - 23; 修回日期 : 2004 - 12 - 08
基金项目 : 农业部蔬菜遗传与生理重点开放实验室资助项目3 通讯作者 Author for correspondence
高温胁迫下番茄体内 ABA水平的变化及其对花粉
萌发的影响
毛胜利　杜永臣 3 　王孝宣　朱德蔚　高建昌　戴善书
(中国农业科学院蔬菜花卉研究所 , 北京 100081)
摘 　要 : 研究了番茄耐热品种和不耐热品种在高温条件下内源 ABA水平的差异 , 探讨了外源 ABA处
理对高温下花粉萌发的影响。结果表明 , 在常温下 , 耐热与不耐热品种叶片中 ABA差异不明显 , 但在高温
下 , 耐热品种叶片 ABA含量提高的幅度明显大于不耐热品种 ; 耐热品种花器官中 ABA含量无论在常温还
是在高温下 , 都高于不耐热品种 ; 外源 ABA处理可以显著减轻高温对花粉萌发的抑制作用。
关键词 : 番茄 ; 耐热性 ; ABA; 花粉
中图分类号 : S 64112　　文献标识码 : A　　文章编号 : 05132353X (2005) 0220234205
Changes of Endogenous Absc isic Ac id and the Effen t of Exogenous ABA on
Pollen Germ ina tion under Hea t Stress Toma to
Mao Shengli, Du Yongchen3 , W ang Xiaoxuan, Zhu Dewei, Gao J ianchang, and Dai Shanshu
( Institu te of V egetable and F low ers, Ch inese A cadem y of A gricu ltura l Sciences, B eijing 100081, Ch ina)
Abstract: The investigation was done on the comparision with endogenous abscisic acid levels, and the
effect of exogenous abscisic acid on the pollen germ ination under high temperature among different heat2toler2
ant tomato varieties. It showed that the leaf ABA levels had no obvious difference between heat2tolerant and
heat2sensitive varieties at op timal growing temperature (25℃) , but increased greatly in heat2tolerant varieties
after treatment with superop timal temperatures. Heat2tolerant varieties exhibited a higher ABA level in flowers
both at op timal and superop timal temperatures compared with heat2sensitive varieties. App lication of exogenous
ABA could partly alleviated inhibition of heat stress on pollen germ ination.
Key words: Tomato; Heat2tolerance; ABA; Pollen
高温逆境是影响番茄 (L ycopersicon escu len tum M ill. ) 产量和品质的主要因素之一。夏季露地以及
春夏之交的日光温室和塑料大棚的气温经常超过 35℃, 持续高温环境往往导致番茄生育异常 , 因此 ,
提高番茄的耐热能力是目前番茄育种研究的重要内容之一。探讨番茄的耐热性形成的生理、生化基础
对于提高番茄耐热育种的效率具有重要的意义。国内外对番茄耐热性的遗传机制、生理生化特性的研
究发现 , 花粉中脯氨酸水平高低与花粉的受精、授粉能力相关〔1, 2〕, 精胺、亚精胺、生长素和赤霉素
等〔3～6〕也与番茄的耐热性有关。另外 , ABA与植物对逆境的应答反应有密切的关系 〔7～11〕。如在干旱
和高温胁迫下耐热高粱品种比热敏感品种含有更高水平的 ABA〔12〕, 在高温下具有高水平 ABA的玉米
品种具有更强的耐热能力〔13, 14〕。Davies等认为 ABA 在调节植物对水分胁迫的适应性中起重要作
用〔15, 16〕。Lacho等研究发现盐处理能显著增加玉米根中内源 ABA含量〔17〕, 外源 ABA处理能提高烟草
组培细胞对盐胁迫的适应性〔18〕。Bonham2Sm ith等研究结果表明外源 ABA 能减轻高温对高粱的伤
害〔19〕, 高温下内源 ABA水平高的玉米品种叶绿体结构受到的伤害较轻〔20〕。高温下坐果率的高低是
评价番茄耐热性强弱的重要指标 , 耐热品种在高温胁迫下具有较强的坐果能力 , 是因为在高温下能保
持较高的花粉活力。本试验以耐热和不耐热番茄品种为试材 , 分析苗期、开花期叶片和花器官 ABA
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　2期 毛胜利等 : 高温胁迫下番茄体内 ABA水平的变化及其对花粉萌发的影响 　
水平在高温胁迫下的变化 , 研究外源 ABA处理对番茄花粉活力的影响 , 为进一步了解番茄耐热的生
理机制提供依据。
1　材料与方法
111　材料及处理
供试材料为耐热品种 258、259、260 (台湾亚洲蔬菜研究发展中心提供 ) 和 Saladelette (美国加
州大学 Davis分校提供 , 文中简称为 ‘Sa’) , 不耐热品种中蔬 5号和中蔬 6号 (中国农科院蔬菜花卉
所提供 , 文中分别简称为 ‘Zh 5’和 ‘Zh 6’)〔3〕。
在温室中播种 , 采用营养钵育苗。分别于幼苗长至 4片真叶和第 1穗花刚显蕾时移至 HPG2280B
型光照培养箱中培养。设定昼 /夜温度 25 /20℃ (对照 )、33 /25℃、38 /28℃ 3个处理 , 每个处理设 3
次重复。其间每天光照培养 12 h、暗培养 12 h, 光照强度为 350μmoL·m - 2 · s- 1。分别在培养 2 d
和 4 d后采摘叶片及花朵提取 ABA。
112　ABA测定方法
ABA的提取参考吴秀英的方法〔21〕略有改动。分别称 1 g新鲜番茄叶片和花朵 , 加入液氮研磨 ;
再加入 6 mL 预冷的 80%甲醇 , 转移至平底烧瓶 ; 将平底烧瓶放置 4℃冰箱中过夜 ; 过滤提取液并用
预冷的 80%甲醇洗干净 , 旋转蒸干甲醇 ; 用 1 moL·L - 1 HCl调至 pH 3; 用乙醚萃取 3次 , 保留乙醚
相 ; 在 45℃水浴锅中旋转蒸干乙醚 ; 用色谱纯甲醇定容至 500μL; 保存在 - 20℃冰箱中待测。
HPLC流动相的制备 : 磷酸缓冲液 ∶甲醇 (色谱纯 ) = 3∶1, 磷酸缓冲液中 01025 mol·L - 1 KH2 PO4
∶01025 mol·L - 1 K2 HPO4 为 3∶7。称 010025 g ABA溶于 215 mL甲醇 , ABA标样购自美国 Sigma公司。
HPLC检测条件 : ODS -反相 C18柱 (150 mm ×6 mm) , SPD26AV紫外检测 , 波长 254 nm, 柱温
25℃, 流速 1 mL·m in - 1 , 标样进样量 1μL, 样品进样量 15μL。
113　花粉萌发率的测定
培养基组成 : 10%蔗糖 250 mg·L - 1 , H3 BO3 250 mg·L - 1 , Ca (NO3 ) 2 1127 mmol·L - 1 , KNO3 1
mmol·L - 1 , ABA 38μmol·L - 1。将各品种花粉置于培养基上 , 分别在 25℃、33℃和 38℃下培养 1 h
和 2 h, 在显微镜下观察并计算萌发率。
图 1　高温对耐热性不同番茄苗期叶片 ABA含量的影响
F ig. 1　The effect of h igh tem pera tures on leaf ABA con ten ts of seedling leaves in toma toes w ith d ifferen t hea t2tolerance2　结果与分析211　高温对不同耐热性番茄内源 ABA含量的影响苗期叶片 ABA水平分析的结果表明 (图 1) , 所有供试材料的 ABA含量都是随温度的升高而增加 ,耐热和不耐热品种都是在 38 /28℃ (昼 /夜 ) 时最高。培养 2 d的结果显示 : 在 25 /20℃下各品种 ABA含量由高到低依次是 260、Zh 5、258、Sa、259、Zh 6; 在 33 /25℃、38 /28℃下耐热品种明显高于不耐热品种。培养 4 d和培养 2 d的变化趋势相似 , 38 /28℃处理中耐热品种都高于不耐热品种。
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无论是耐热品种还是不耐热品种 , 叶片和花器官中的 ABA含量随温度变化的趋势与苗期基本一
致 (图 2, 图 3)。但在正常温度和高温下耐热品种花器官的 ABA含量都高于不耐热品种。
图 2　高温对耐热性不同番茄开花期叶片 ABA含量的影响
F ig. 2　The effect of h igh tem pera tures on leaf ABA con ten ts of bloom ing leaves in toma toes w ith d ifferen t hea t2tolerance
212　高温对不同耐热性番茄花粉萌发的影响
表 1结果显示 , 所有参试品种都随温度的升
高而花粉萌发率递减 , 培养 1 h与 2 h具有同样
的趋势 , 但各品种随温度升高而减低的幅度不
同。在 25℃下 , 耐热和不耐热品种的萌发率差
异不明显 ; 在 33℃下 , 耐热品种萌发率高于不
耐热品种 ; 在 38℃下 , 耐热品种的萌发率高于
不耐热品种 , 降低幅度远低于不耐热品种 , 并
且随着花粉培养时间的延长 , 这种现象表现得
更明显。
图 3　高温对耐热性不同番茄花器官 ABA含量的影响 (处理 4 d)
F ig. 3　The effect of h igh tem pera tures on flower ABA con ten ts
in toma toes w ith d ifferen t hea t2tolerance
表 1　高温对不同耐热性番茄花粉萌发率的影响
Table 1　Effect of h igh tem pera tures on pollen germ ina tion ra te of toma toes w ith d ifferen t hea t2tolerance ( % )
耐热性
Heat2sensitivity 品种Variety 培养时间Culture time ( h) 25℃ 33℃ 38℃
耐热 Tolerant 258 1 66 ±018 5817 ±313 (11106) 5313 ±214 (19124)
耐热 Tolerant Sa 73 ±219 6916 ±118 (4166) 6113 ±213 (16103)
不耐热 Sensitive Zh 5 7916 ±211 5411 ±311 (32104) 4619 ±311 (41108)
不耐热 Sensitive Zh 6 6719 ±214 5718 ±116 (14187) 5216 ±116 (22153)
耐热 Tolerant 258 2 8115 ±118 7317 ±518 (9157) 6112 ±314 (24191)
耐热 Tolerant Sa 87 ±315 7518 ±215 (12187) 6718 ±214 (22107)
不耐热 Sensitive Zh 5 8515 ±217 6215 ±419 (2619) 5416 ±018 (36114)
不耐热 Sensitive Zh 6 8612 ±211 6513 ±118 (24125) 5611 ±115 (34192)
注 : 括号内数据为不同高温下花粉萌发比 25℃处理后下降百分率。
Note: Date in brackets mean percentage decrease to the germ ination at 25℃.
表 2　高温条件下外源 ABA对不同耐热性番茄花粉萌发率的影响
Table 2　Effect of exogenous ABA on the pollen germ ina tion ra te of toma to under d ifferen t tem pera tures ( % )
耐热性
Heat2sensitivity 品种Variety 培养时间Culture time ( h) 25℃ 25℃ +ABA 33℃ 33℃ +ABA 38℃ 38℃ +ABA
耐热 Tolerant 258 1 66 8113 (23118) 5817 7619 (31101) 5313 5912 (11107)
耐热 Tolerant Sa 73 8411 (15121) 6916 8312 (19154) 6113 6515 (6185)
不耐热 Sensitive Zh 5 7916 8518 (7179) 5411 7311 (35112) 4619 5816 (24195)
不耐热 Sensitive Zh 6 6719 8014 (18141) 5718 7618 (32187) 5216 5218 (0138)
耐热 Tolerant 258 2 8115 8615 (6113) 7317 8319 (13184) 6112 7019 (15185)
耐热 Tolerant Sa 87 8619 ( - 0111) 7518 8611 (13159) 6718 70 (3124)
不耐热 Sensitive Zh 5 8515 8716 (2145) 6215 7914 (27104) 5416 6313 (15193)
不耐热 Sensitive Zh 6 8612 8714 (1139) 6513 7813 (19191) 5611 5719 (3121)
注 : 括号内数据为加 ABA处理比相同温度下不加 ABA处理花粉萌发增加百分率。
Note: Date in brackets mean percentage increase of ABA treatment compared to no ABA treatment.
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　2期 毛胜利等 : 高温胁迫下番茄体内 ABA水平的变化及其对花粉萌发的影响 　
213　高温条件下外源 ABA对不同耐热性番茄花粉萌发的影响
表 2结果显示 , 在培养基中加 ABA后 , 所有品种的花粉萌发率在不同温度条件下都有所提高 ,
但在不同温度下提高的幅度不一样。33℃下所有品种增加的幅度大于 25℃和 38℃下增加的幅度。随
着培养时间的延长 , 参试品种的花粉萌发率仍持续增加 , 但各品种增加的幅度有所缓和 , 且仍然是
33℃下增加的幅度大。
3　讨论
311　高温下花粉萌发能力与番茄耐热性的关系
Adul2Baki等研究发现 , 高温下花粉萌发率高的品种在高温下坐果率也高 , 故建议用高温下花粉
的萌发能力做为番茄耐热性筛选指标〔22, 23〕。常温下耐热品种与不耐热品种的花粉萌发率没差别 , 但
在高温下耐热品种的花粉萌发率均高于不耐热品种。在此试验中虽然观察到高温下耐热品种花粉活力
高于不耐热品种 , 但二者之间相差幅度并不是很大 , 这也说明决定高温胁迫下番茄坐果能力的因素是
多方面的 , 花粉活力只是其中的因素之一。但由于高温下花粉耐热性的萌发率鉴定非常方便、简单、
重复性高 , 故可考虑做为番茄耐热性筛选的一个参考指标。
312　ABA与番茄耐热性的关系
越来越多的研究证明 , ABA参与植物对多种逆境条件的应答反应 , 并在植物体内逆境信号的转
导以及生理、生化保护性反应过程中起着重要的作用。本研究中发现 , 耐热品种与不耐热品种无论在
苗期还是开花期遭遇高温后 , 叶片中 ABA浓度都增加 , 但耐热品种增加的幅度明显大于不耐热品种
(图 1、图 2)。高水平的 ABA不仅能够调控植物体内一系列相关的生理生化反应 , 增加耐热性 , 而且
ABA本身通过信号转导与生物膜上受体结合 , 增加膜系统的热稳定性 , 减少膜的高温伤害。耐热品
种在高温条件下具有较高水平的 ABA有利于叶片细胞和组织在高温逆境条件下维持正常的功能。光
合作用是叶片最重要的生理功能 , 同时也是对高温胁迫最敏感的。有研究表明存在于类囊体膜上的光
系统 Ⅱ是叶绿体中对高温最敏感的部位〔24〕。番茄叶片在 38℃时光系统 Ⅱ的光化学反应就会受到抑
制 , 42℃时这种抑制就会不可逆转〔6〕。光系统 Ⅱ的这种高温伤害是因为高温破坏了类囊体的正常结
构 , 使氢离子的透过性增加 , 从而丧失了膜内外正常的氢离子浓度梯度〔25〕。作者在另外的研究中发
现耐热品种 259和 Sa在 38℃处理 4 h后叶片的光合强度下降了 2614%和 2411% , 而不耐热的品种 Zh
5和 Zh 6分别下降了 65%和 51%〔26〕。高水平的 ABA可能有助于减轻高温胁迫对光合系统的伤害。
较高的光合作用强度有利于向花器官中供应充足的光合产物 , 从而有利于保证正常的开花、坐果和果
实膨大。
本研究中还发现 , 经高温处理后 , 耐热品种花器官中的 ABA浓度也明显高于不耐热的品种 , 外
源 ABA处理能有效地减轻高温对花粉萌发的抑制作用。由这些结果可以推测 , 高温条件下花器官中
能形成高水平的 ABA是决定耐热番茄品种在高温胁迫下具有较高的花粉活力的内在因素之一。目前
正在对耐热品种在高温下能形成高水平 ABA的生理反应机制以及相关基因做进一步的研究。
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