全 文 ：V o l. 29, N o. 3
pp. 336—338　M ay, 2003
作　物　学　报
A CTA A GRONOM ICA S IN ICA
第 29 卷 第 3 期
2003 年 5 月　336—338 页
玉米温敏核雄性不育育性转换与内源激素的关系Ξ
汤继华1　赫忠友2　陈伟程1　谭树义2　谢惠玲1　李永亮3
(1 河南农业大学, 河南郑州 450002; 2 海南省农业科学院, 海南海口 571100; 3 河南省焦作市科委, 河南焦作 454002 )
摘　要　对玉米温敏核雄性不育系琼 6Qm s 及其对照琼 6 的花药组织和植株叶片中生长素 ( IAA ) 及乙烯含量变化进行
了研究。结果表明: 琼 6Qm s 植株叶片中生长素含量在小花分化期最高, 随着雄穗发育逐渐降低, 而琼 6 的生长素含量从
小花分化期逐渐升高, 到性器官形成期达到最高值。在小花分化期和性器官形成期, 琼 6Qm s 叶片和花药组织中的乙烯
含量显著高于对照, 而生长素含量则显著低于对照, 导致生长素与乙烯比例的不平衡, 这可能是温敏核雄性不育系由可
育向不育转换的重要生理学原因。
关键词　玉米; 温敏核雄性不育; 育性转换; 内源激素
中图分类号: S513　　　文献标识码: A
Rela tion sh ip between Fertil ity Conversion and Endogenous Horm ones in a
M a ize Therm o- sen sit ive Gen ic M a le- ster ile L ine
TAN G J i2H ua1, H E Zhong2You2, CH EN W ei2Cheng1, TAN Shu2Yi2, X IE H ui2L ing1, L I Yong2L iang3
(1 H enan A g ricu ltu ral U niversity , Z heng z hou, H enan 450002; 2 H ainan A cad emy of A g ricu ltu ral S ciences, H aikou, H ainan 571100; 3 S cience Com 2
m ittee of J iaoz uo, J iaoz uo, H enan 454002, Ch ina)
Abstract　T he conten ts of the IAA and ethylene in an thers and leaves of thermo2sensit ive gen ic m ale2sterile
line Q iong 6Qm s and the con tro l line Q iong 6 w ere m easured. It indicated that the con ten t of IAA in Q iong
6Qm s leaves decreased gradually from the flo ret differen t ia t ion phase; and that in Q iong 6 increased from the
flo ret differen t ia t ion to sexual o rgan fo rm at ion, then decreased to flow ering stage. In flo ret differen t ia t ion
and sexual o rgan fo rm at ion phases, the con ten t of ethylene in an thers and leaves of Q iong 6Qm s w as h igher
than Q iong 6, bu t that of IAA w as low er than Q iong 61 T he unbalanced p ropo rt ion of IAA to ethylene
m aybe a m ain physio logical reason w hy the fert ility of thermo2sensit ive gen ic m ale2sterile line conversed
from fert ile to sterile.
Key words　M aize; T hermo2sensit ive gen ic m ale2sterile line; Fert ility conversion; Endogenous ho rmone
　　迄今, 在生产上大面积利用的玉米雄性不育系多
为胞质不育, 由于玉米小斑病生理小种可能对特定胞
质产生专化性侵染, 在利用过程中存在一定的潜在风
险。玉米温敏核雄性不育材料的发现, 拓宽了雄性不
育的利用途径, 可以避免胞质不育利用过程中存在的
可能问题, 实现玉米制种由“三系法”向“两系法”转
变[ 124 ]。近年来, 国内众多学者围绕植物内源激素与雄
性不育的关系进行了大量研究, 结果表明, 植物的各
种雄性不育类型与植物体内的生长素和乙烯的含量
均存在一定的关系[ 529 ]。我们在研究中发现, 施用外源 激素可以在一定程度上使玉米温敏核不育的育性发生逆转[ 10 ]。为进一步探讨植物内源激素的变化与玉米温敏核雄性不育系育性转换的关系, 利用酶联免疫法分析了琼 6Qm s 雄穗不同发育时期植株心叶和花药组织中生长素 ( IAA ) 及乙烯含量的变化, 以期为玉米温敏核不育的利用提供理论依据。1　材料与方法111　实验材料以温敏核雄性不育系琼 6Qm s 和对照琼 6 (可Ξ基金项目: 国家自然科学基金项目 (39660041)资助。
作者简介: 汤继华 (19692) , 男, 河南淮阳人, 博士, 从事玉米遗传育种研究工作。
Receiced (收稿日期) : 2002202220, A ccep ted (接受日期) : 20022052281

育)为试验材料。田间试验于 1999 年 6 月 10 日播种
在郑州市中原区沟赵乡农科所, 经多年研究证明此
播期的生态条件能确保琼 6Qm s 雄性不育的表达。
依照玉米雄穗发育的不同时期分别在小花分化期、
性器官形成期和散粉期采取顶端心叶和花药组织,
每个时期取 10 个单株混合, 置于- 80℃冰箱中保存
备用。田间育性调查采用李竞雄的 6 级标准。琼
6Qm s 的育性为 0 级, 琼 6 散粉正常, 证明材料可靠。
112　实验方法
生长素和乙烯的测定采用酶联免疫吸附分析法
(Enzym e2linked imm uno so rben t assays) , 参照中国
农业大学作物化控实验室 E lisa 测定方法, 在样品处
理时采取液氮速冻磨样法, 实验所用试剂盒由中国农
业大学作物化控室提供, 设 3 次重复, 取平均值。
2　实验结果
211　温敏核雄性不育系琼 6Qm s 叶片中生长素和
乙烯含量的变化
21111　温敏核雄性不育系的雄穗不同发育时期叶
片中生长素含量的变化　　对琼 6Qm s 和琼 6 雄穗
不同发育时期叶片中的生长素含量进行测定。结果
表明, 在小花分化期, 二者叶片中的生长素含量基本
相等, 从小花分化期到性器官形成期, 琼 6 叶片中生
长素的含量呈上升趋势, 至性器官形成期达到最高,
尔后逐渐降低, 到散粉期叶片中生长素的含量与小
花分化期基本相等; 而琼 6Qm s 叶片中生长素的含
量在小花分化期为最高, 从小花分化期到性器官形
成期呈降低趋势, 到散粉期达到最低 (图 1)。但在性
器官形成期至散粉期, 琼 6Qm s 叶片中生长素的含
量显著低于对照琼 6。
图 1　琼 6Qm s 及琼 6 叶片中生长素含量的变化
F ig11　T he conten t of IAA in the leaves
of Q iong 6 Qm s and Q iong 6
注: 1 小花分化期, 2 性器官形成期, 3 散粉期, 图 224 同。
N o te: 1 flo ret differen tiat ion phase, 2 sexual o rgans fo rm ation
phase, 3 flow ering phase. T he sam e as F ig1 2241
图 2　琼 6Qm s 及琼 6 叶片中乙烯含量的变化
F ig12　T he conten t of ethylene in the
leaves of Q iong 6 Qm s and Q iong 6
21112　温敏核雄性不育系的雄穗不同发育时期叶
片中乙烯含量的变化　　在雄穗不同发育时期的叶
片中, 琼 6Qm s 乙烯含量的变化规律与对照琼 6 基
本相似, 即二者叶片中的乙烯含量从小花分化期到
性器官形成期经历由高到低的变化, 在性器官形成
期达到最高值后, 乙烯的含量又趋下降, 到散粉期达
到最低值。以二者各个时期的乙烯含量加以比较, 在
小花分化期和性器官形成期, 琼 6Qm s 的含量则显
著高于其对照琼 6, 到散粉期, 二者的含量趋于一致
(图 2)。
212　温敏核雄性不育系琼 6Qm s 花药组织中生长
素和乙烯含量的变化
21211　温敏核雄性不育系在雄穗不同发育时期花
药组织中生长素含量的变化　　温敏核雄性不育系
琼 6Qm s 与对照琼 6 在雄穗的不同发育时期内, 花
药组织中生长素的含量变化存在相似的规律性, 即
在小花分化期生长素的含量最低, 随着花药的发育,
生长素的含量逐渐升高, 至性器官形成期达到高峰,
以后逐渐降低, 但琼 6Qm s 在花药组织的整个发育
过程中生长素的含量比琼 6 低 2～ 3 倍 (图 3)。
图 3　琼 6Qm s 和琼 6 花药组织中生长素含量的变化
F ig13　T he conten t of IAA in the
an thers of Q iong 6 Qm s and Q iong6
21212　温敏核雄性不育系在雄穗不同时期花药组
织中乙烯含量的变化　　在温敏核雄性不育系琼
6Qm s 的雄穗各个发育阶段内, 花药组织中乙烯的
733　3 期 汤继华等: 玉米温敏核雄性不育育性转换与内源激素的关系

含量从小花分化期开始升高, 至性器官形成期达到
高峰, 然后开始降低; 而对照琼 6 花药组织中乙烯的
含量也是从小花分化期开始升高, 性器官形成期达
到高峰, 至散粉期两者乙烯的含量达到基本相同 (图
4) , 但在小花分化期和性器官形成期温敏雄性不育
系琼 6Qm s 花药组织中乙烯的含量显著高于对照。
图 4　琼 6Qm s 和琼 6 花药组织中乙烯含量的变化
F ig14　T he conten t of ethylene in the
an thers of Q iong 6 Qm s and Q iong 6
表 1　　温敏核雄性不育系琼 6Qm s 和对照琼 6 生长素和
乙烯含量的比例
Table 1　　The proportion of IAA to ethylene
con ten ts in Qiong 6Qm s and Qiong 6
部位
O rgan
　
材料
M aterial
　
小花分化期
F lo ret differen2
t ia tion phase
性器官形成期
Sexual o rgans
fo rm ation phase
散粉期
F low ering
phase
叶片 Q iong 6 4132 4187 10193
L eaves Q iong 6Qm s 2138 0175 2181
花药 Q iong 6 3105 5100 12157
A nthers Q iong 6Qm s 0153 1129 3125
213　玉米温敏核雄性不育系雄穗不同发育时期生
长素和乙烯的比例变化
温敏核雄性不育系琼 6Qm s 叶片和花药组织中
生长素和乙烯含量比例的变化, 与琼 6 相比存在较
大差异。琼 6Qm s 叶片中生长素和乙烯含量的比例
在雄穗发育的各个时期均低于琼 6, 同时琼 6 叶片
中生长素和乙烯含量的比例表现出逐渐升高的趋
势, 而琼 6Qm s 叶片中二者的比例在性器官形成期
低于其小花分化期和散粉期; 琼 6Qm s 和琼 6 不同
发育时期花药组织中二者的比例均呈现逐渐升高的
趋势, 但在雄穗发育的整个过程中, 琼 6Qm s 植株体
内生长素和乙烯含量的比例显著低于琼 6。说明植
株体内生长素和乙烯含量的不平衡, 是导致温敏核
雄性不育育性转换的主要原因。
3　讨论
温敏雄性不育系琼 6Qm s 植株体内生长素含量
的降低及乙烯含量的升高, 使植株体内生长素和乙
烯含量的比例处于一种不平衡状态。生长素和乙烯
含量的不平衡会导致植株体内能量代谢发生改变,
进而影响花药的正常发育, 导致小孢子发育不良, 使
小孢子由可育向不育方向转变。因此植株体内生长
素和乙烯含量的比例失调是导致温敏核雄性不育育
性发生转换的主要因素之一。
在另一方面叶片和花药组织中生长素分配不平
衡, 造成植株叶片中生长素的含量显著降低。叶片是
植株对光温变化反应的主要器官, 叶片中生长素含
量的降低是否会增加叶片对外界温度变化的敏感
性, 以及温敏核雄性不育系琼 6Qm s 的育性转换与
其他几种内源激素含量变化是否存在一定的关系,
还有待于进一步深入研究。
References
[ 1 ]　H e Z2Y (赫忠友) , L i Y2B (李元秉) , T an S2Y (谭树义) , et a l.
D iscovery and p rim ary study of thermo2sensit ive genic m ale
sterile m aize. C rop s (作物杂志) , 1995, (2) : 1—2
[ 2 ]　H e Z2Y (赫忠友) , T an S2Y (谭树义) , L in L (林丽) , et a l.
Study on Eco logy of the T hero Sensit ive M ale Sterility of
Co rn. Ch inese A g ricu ltu ra l S cience B u lletin (中国农学通报) ,
1999, 15 (5) : 4—10
[ 3 ]　T ang J2H (汤继华) , H e Z2Y (赫忠友) , T an S2Y (谭树义) , et a l.
Study on the fert ility conversion m echanism of the thermo2
sensit ive genic m ale sterile line in m aize. J ou rna l of H enan
A g ricu ltu ra l U niversity (河南农业大学学报) , 2000, 34 (1) : 4—6
[4 ]　H e Zhongyou, T an Shuyi, L in L i, et a l. T he discovery and
p relim inary studies on thermo2sensit ive genic m ale sterile
m aize ( a ). P roceedings of the In ternational Sympo sium on
Two2line System H etero sis B reeding in C rop (作物二系杂交育
种国际讨论会文集). 1997, 8: 17—20
[ 5 ]　Zhao Y2J (赵玉锦) , Tong Z (童哲) , Chen H 2J (陈华君) , et a l.
Relationsh ip betw een m ale fert ility and endogenous phytoho r2
mones in pho toperiod2sensit ive genic m ale2sterile rice. A cta
B otan ica S in ica (植物学报) , 1996, 38 (12) : 936—941
[6 ]　L i D 2H (李德红) , L uo B2S (骆炳山) , Q u Y2L (屈映兰). E thy2
lene b io synthysis of pho toperiod2sensit ive genic m ale2sterile
and fert ility alteration. A cta P hy top hy siolog ica S in ica (植物生
理学报) , 1996, 22 (3) : 320—326
[ 7 ]　L i Y2X (李英贤) , Zhang A 2M (张爱民) , L iang Z2X (梁振兴).
T he relat ionsh ip betw een w heat m ale sterility and ho rmonal
equilib rium in anther. J ou rna l of A g ricu ltu ra l B iotechnology
(农业生物技术学报) , 1998, 6 (1) : 71—75
[ 8 ]　L i Y2X (李英贤) , Zhang A 2M (张爱民). T he relat ionsh ip be2
tw een w heat m ale sterility and the conten t of endogenous ho r2
mones in leaves. J ou rna l of A g ricu ltu ra l B iotechnology (农业
生物技术学报) , 1998, 6 (2) : 185—190
[ 9 ]　T ian C2E (田长恩) , D uan J (段俊) , L iang C2Y (梁承邺) , et
a l. Changes in phytoho rmones in cytop lasm ic m ale sterile rice
and its m ain tainer line during panicle developm ent. J ou rna l of
T rop ica l and S ubtrop ica l B otany (热带亚热带植物学报) ,
1998, 6 (2) : 137—143
[ 10 ]　T ang J2H (汤继华) , H e Z2Y (赫忠友) , T an S2Y (谭树义) , et
a l. T he relat ionsh ip about the fert ility conversion m echanism
of the thermo2sensit ive genic m ale2Sterile in m aize and ex2
ogenous ho rmone. C rop s (作物杂志) , 2002, (2) : 12—13
833 　　　作　　物　　学　　报 29 卷