全 文 ：第 27 卷 第 6 期 作　物　学　报 V o l. 27, N o. 6
2001 年 11 月 A CTA A GRONOM ICA S IN ICA N ov. , 2001
化学杀雄剂Ë 号诱导水稻雄性不育过程中幼穗、颖花、花药中
核酸和蛋白质代谢研究Ξ
黄雪清　高东迎　杨安南　孙立华　张金渝
(江苏省农业科学院农业生物遗传生理研究所, 江苏南京 210014)
提　要　在幼穗发育的雌、雄蕊形成期, 用化学杀雄剂Ë 号 (30 m göm 2) 处理水稻后, 研究其幼穗、颖
花, 花药中蛋白质和核酸的代谢特点。在处理后第 5 天的幼穗中, 核酸和蛋白质含量明显低于对照,
而相应水解酶活性明显高于对照。随幼穗发育, 这种特点越来越显著, 至处理后第 15 天, 花药中核酸
总量、DNA、RNA 含量和蛋白质含量比对照低 40% 以上, 而相应水解酶活性比对照高达 46% 以上。
这些结果显示化学杀雄剂Ë 号处理能使核酸和蛋白质严重匮乏, 这可能是诱导水稻雄性不育的生化基
础。
关键词　水稻; 化学杀雄剂; 雄性不育; 核酸; 蛋白质
M etabol ism of Nucle ic Ac id and Prote in in the An ther, Sp ikelet and
Y oung Pan icle of R ice (O ryza sa tiva ) af ter Trea tm en t w ith Chem ica l
Hybr id iz ing Agen t Ë
HUAN G Xue2Q ing　GAO Dong2Y ing　YAN G A u2N an　SUN L i2H ua　ZHAN G J in2Yu
( Institu te of A g robiolog ica l Genetics and P hy siology , J iang su A cad emy of A g ricu ltu ra l S ciences, N anj ing 210014, Ch ina)
Abstract　　T he m etabo lism of nucleic acid and p ro tein in an ther, sp ikelet and young
pan icle of rice w as stud ied after Zhendao 88 ( jap on ica) and HX23 ( indica) w ere sp rayed w ith
Chem ica l H yb rid izing A gen t Ë (CHA Ë ) a t the stam en and p ist il p rim o rd ia fo rm at ion stage.
A t the 5th day after t rea tm en t, the con ten ts of p ro tein, DNA and RNA in the young pan icles
of the trea ted m ateria ls w ere obviou sly low er than tho se of the con tro l, w h ile the rela ted
enzym e (p ro teinase, DN ase and RN ase) act ivit ies w ere h igher. W ith the developm en t of
young pan icle, these fea tu res w ere m o re p ronounced. A t the 15th day after t rea tm en t, the
con ten ts of nucleic acid and p ro tein in trea ted an thers w ere 40% low er than tho se of the
con tro l and the rela ted enzym e act ivit ies w ere 46% h igher. T hese resu lts suggested tha t the
enhanced enzym e act ivit ies of p ro teinase, DN ase and RN ase and low er con ten ts of nucleic
acid and p ro tein cau sed by the app lica t ion of CHA Ë m igh t be the reason of the induced m ale
sterility in rice.
Key words　　R ice; Chem ica l hyb rid izing agen t; M ale sterility; N ucleic acid; P ro tein
化学杀雄剂Ë 号 (CHA Ë ) 是江苏省农业科学院遗传生理研究所筛选出的一种吡喃酮类Ξ 本研究由江苏省应用基础项目 (BJ 97130)资助。
收稿日期: 2000204213, 接受日期: 2000210207
Received on: 2000204213, A ccep ted on: 2000210207

衍生物, 对水稻不同品种具有良好、稳定的杀雄效果[ 1 ] , 在杂交水稻生产上具有很大应用潜
力。
以前, 人们从同工酶以及细胞形态学角度对化学杀雄剂诱导雄性不育的机理进行了探
讨[ 2 ] , 但有关化学杀雄诱导雄性不育的生理生化特点报道较少, 特别是关于化学诱导水稻雄
性不育与生命信息大分子化合物代谢的关系未见报道。本文研究了化学杀雄剂Ë 号处理水稻
后, 在幼穗发育的不同时期, 幼穗及花药中核酸、蛋白质代谢的特点, 进一步探讨了核酸和
蛋白质代谢与雄性不育发生的关系。
1　材料与方法
1. 1　材料
供试材料为镇稻 88 ( jap on ica ) 和HX23 ( ind ica) , 按常规方法进行播种, 移栽及管理, 每
个品种 (系)种植 2 个小区, 每小区 10m 2, 一个小区为CHA Ë 处理, 另一个小区为对照。
1. 2　处理
于水稻幼穗发育的雌、雄蕊形成期 (Ì 期) (按叶龄指数和手工剥检确定, 幼穗发育时期
按丁颖[ 3 ]的方法划分) , 叶面喷洒化学杀雄剂Ë 号, 用药量为 30 m göm 2, 用水量为 300 mL ö
m
2
, 对照喷等量清水。于抽穗时 (开花扬花前)用半透明硫酸纸袋每小区单穗套袋 30 穗。成熟
时收取套袋稻穗考种, 以自交结实率的高、低评价杀雄效果。
1. 3　取样
于处理后 2 天、5 天、10 天、15 天取样进行生化测定, 对照植株同步取样。处理后第 2
天取生长锥, 每份材料 0. 2g, 处理后第 5 天取整个幼穗, 剪去顶端和基部各 1ö3, 每份材料
0. 5g, 处理后第 10 天取穗中部颖花, 每份 0. 5g, 处理后第 15 天取水稻花药, 每份 0. 2g, 每
个样品重复取样 30 份, 迅速置入- 20℃冰箱保存待用。
1. 4　样品测定
1. 4. 1　蛋白质含量测定　　按B radfo rd [ 4 ]的方法测定, 以牛血清白蛋白作标准。
1. 4. 2　核酸含量测定　　按朱治平[ 5 ] 的方法, 核酸总含量 ( ΛgömL ) = 0. 0629A 260
- 0. 036A 280, DNA 含量用二苯胺法测定, RNA = 核酸总量2DNA 含量。
1. 4. 3　蛋白水解酶活性测定　　按吴光南等[ 6 ]的方法。
1. 4. 4　核糖核酸酶活性测定　　按戴秋杰等[ 7 ]的方法, 以 0. 1△A 260为一个活性单位。
1. 4. 5　脱氧核糖核酸酶活性测定　　按吴登如等[ 8 ]的方法, 以 0. 1△A 260为一个活性单位。
2　实验结果
2. 1　化学杀雄Ë 号诱导水稻雄性不育的效果
表 1 结果表明, 与对照相比, 经药剂处理的镇稻 88 和 HX23 自交结实率分别下降 89. 5
和 91. 6 个百分点, 可见化学杀雄剂Ë 号具有显著的诱导水稻雄性不育的效果。
2. 2　化学杀雄剂Ë 号处理后, 水稻幼穗发育进程中幼穗及花药蛋白质含量
由表 2 结果看出, 水稻花药中蛋白质含量高于幼穗中含量, 化学杀雄剂Ë 号处理后, 随
幼穗发育进程, 蛋白质含量较正常植株明显低, 处理后第 10 天镇稻 88 的颖花中蛋白质含量
比对照低34. 59% , HX23 比对照低 39. 67% , 在处理后第 15 天的花药中差异最大, 镇稻 88
和HX23 分别比对照低 50. 93% 和56. 84%。
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表 1　　化学杀雄剂Ë 号诱导水稻
雄性不育的效果
Table 1　　The effect of CHAË on
male ster il ity in r ice
材料
M aterials
自交结实率
Self fert ility
镇稻 88 CK 89. 6±8. 5
Zhendao 88 T reatm ent 0. 1±0. 1
HX23 CK 92. 1±7. 9
T reatm ent 0. 5±0. 1
2. 3　蛋白水解酶活性变化
图 1 表明, 化学杀雄剂Ë 号处理后, 蛋白水解酶活
性均比对照高, 在处理后第 5、10、15 天的幼穗、颖花、
花 药 中, 镇 稻 88 比 对 照 高 12. 20%、 29. 54% 和
54. 09% ; HX23 比对照高 9. 89%、35. 01% 和 58. 79%。
2. 4　化学杀雄剂Ë 号处理后, 水稻幼穗发育进程中核
酸含量的变化
由表 3 结果看出, 化学杀雄剂Ë 号处理后, 核酶总
表 2　　化学杀雄剂Ë 号处理后, 水稻幼穗发育不同
时期各组织蛋白质含量
Table 2　　The prote in con ten ts in var ious tissue dur ing developmen t
af ter treated with CHA Ë (mg g- 1 FW )
材料
M aterials
发育时期　D evelopm ent stage
A B C D
镇稻 88 CK 68. 42±3. 5 45. 79±2. 9 38. 62±3. 6 98. 66±3. 8
Zhendao 88 T reatm ent 67. 38±4. 2 37. 50±3. 4 25. 26±2. 6 48. 41±2. 9
HX23 CK 60. 31±2. 8 40. 28±2. 6 35. 57±2. 7 81. 76±5. 6
T reatm ent 61. 25±1. 9 35. 19±3. 1 21. 46±1. 5 35. 29±4. 1
　　A : 生长锥 Grow th tip , B: 幼穗 Young panicle, C: 颖花 Sp ikelet, D: 花药
A nther。
A、B、C、D、分别指处理后 2、5、10、15 天的各组织。
A、B、C、D indicate various treated tissues after 2、5、10、15 days respectively.
量、DNA 和RNA 含量均
比对照低。在处理后第 10
天的颖花中, 镇稻 88 和
HX23 两品种 (系) 的核酸
总 量 分 别 比 对 照 低
33. 94% 和 33. 67% ,
DNA 比对照低31. 82% 和
31. 58% , RNA 比对照低
34. 88% 和34. 18%。在处
理后第 15 天的花药中差
异最为明显, 核酸总量镇
稻 88 比对照低44. 27% ,
HX23 比对照低 40. 85% ,
图 1　　化学杀雄剂Ë 号处理后, 水稻幼穗发育
不同时期各组织中蛋白水解酶活性变化
F ig. 1　　T he dynam ic changes of p ro teinase
activity in various tissues during
developm ent after treated w ith CHA Ë
DNA 含量两品种分别比对照低 42. 67% 和
40. 91% , RNA 含量比对照低 43. 37% 和
40. 46%。
2. 5　核糖核酸酶和脱氧核糖核酸酶活性变
化
图 2 和图 3 表明, 化学杀雄剂Ë 号处理
后, 核糖核酸酶和脱氧核糖核酸酶活性均比
对照高。处理后第 10 天的颖花中, 镇稻 88
和HX23 两个品种 (系)的核糖核酸酶活性分
别比对照高 29. 09% 和 30. 40% , 脱氧核糖
核 酸 酶 活 性 分 别 比 对 照 高 30. 35% 和
37. 14% , 在处理后第 15 天的花药中, 差异
最为显著, 两个品种的脱氧核糖核酸酶活性
分别比对照高 46. 14% 和 50. 88% , 核糖核
酸酶活性分别比对照高 54. 92% 和 53. 47%。
3　讨论
信息大分子化合物 (核酸和蛋白质)是
9286 期　　黄雪清等: 化学杀雄剂Ë 号诱导水稻雄性不育过程中幼穗、颖花、花药中核酸和蛋白⋯⋯　　　

表 3　　化学杀雄剂Ë 号处理后, 水稻幼穗发育不同时期各组织核酸含量
Table 3　　The nucle ic ac id con ten ts in var ious tissue dur ing developmen t af ter treated with CHAË (mg g- 1 FW )
材料
M aterials
发育时期　D evelopm ent stage
A
总量　To tal DNA RNA
B
总量　To tal DNA RNA
镇稻 88 CK 3. 18±0. 15 0. 63±0. 05 2. 52±0. 12 2. 12±0. 13 0. 43±0. 05 1. 69±0. 09
Zhendao 88 T reatm ent 3. 01±0. 12 0. 62±0. 06 2. 39±0. 09 1. 58±0. 08 0. 32±0. 03 1. 26±0. 06
HX23 CK 2. 96±0. 08 0. 59±0. 04 2. 37±0. 11 1. 85±0. 09 0. 37±0. 04 1. 48±0. 06
T reatm ent 2. 87±0. 07 0. 56±0. 06 2. 31±0. 06 1. 27±0. 06 0. 26±0. 02 1. 01±0. 05
材料
M aterials
发育时期　D evelopm ent stage
C
总量　To tal DNA RNA
D
总量　To tal DNA RNA
镇稻 88 CK 1. 09±0. 08 0. 22±0. 03 0. 87±0. 05 3. 84±0. 15 0. 75±0. 04 3. 09±0. 12
Zhendao 88 T reatm ent 0. 72±0. 05 0. 15±0. 05 0. 57±0. 03 2. 14±0. 11 0. 43±0. 04 1. 75±0. 08
HX23 CK 0. 98±0. 04 0. 19±0. 03 0. 79±0. 04 3. 28±0. 15 0. 66±0. 05 2. 62±0. 10
T reatm ent 0. 65±0. 05 0. 13±0. 04 0. 52±0. 04 1. 94±0. 09 0. 39±0. 04 1. 55±0. 07
　　A : 生长锥 Grow th tip , B: 幼穗 Young panicle, C: 颖花 Sp ikelet, D: 花药 A nther。
A、B、C、D 分别指处理后 2、5、10、15 天的各组织。
A、B、C、D indicate various treated tissues after 2、5、10、15 days respectively.
图 2　　化学杀雄剂Ë 号处理后, 水稻幼穗发育
不同时期各组织中DNA 水解酶活性变化
F ig. 2　　T he dynam ic changes of DN ase activity in various
tissues during developm ent after treated w ith CHA Ë 影响植物生长最重要的物质。它们的变化对于细胞的分化和器官形成有着重大影响[ 9 ]。陈建明等[ 10 ]对 T 型和太谷核雄性不育小麦花药发育各期的核酸含量进行比较, 发现可育花药核酸含量随花药的花育而逐渐增加。不育花药核酸含量的下降和花药停止生长相一致。谢学良等[ 14 ]研究发现, 用乙烯利和均三嗪二酮诱导小麦雄性不育, 均是致使小麦雄蕊中核酸 (DNA、RNA )、蛋白质的代谢受到阻碍与抑制。黄厚哲等[ 11 ]报道, 水稻细胞质雄性不育花药可溶性蛋白含量随不育度的加深而下降, 不育系仅为保持系的 18%～ 24%。黄庆榴等[ 12 ] 也报道,粳型光敏核不育水稻 7001s 在育性转换过程中可育的花药可溶性蛋白质含量高于不育的, 蛋白质组分也有变化。李平
等[ 13 ]用两用核不育系水稻培矮 64 和常规稻粳籼 89 为材料, 发现培矮 64S 的可溶性蛋白含量
比粳籼 89 普遍较低, 尤以花粉完熟期的颖花与花药中的可溶性蛋白含量差异为明显。本文结
果表明: 化学杀雄剂Ë 号诱导水稻雄性不育过程中, 核酸和蛋白质含量明显低于对照。这说
明核酸和蛋白质代谢异常在植物雄性不育中具有普遍性。
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图 3　化学杀雄剂Ë 号处理后, 水稻幼穗发育不同
时期各组织中RNA 水解酶活性变化
F ig. 3　　T he dynam ic changes of RN ase activity
in various tissues during developm ent
after treated w ith CHA Ë　　化学杀雄剂Ë 号处理水稻后, 核酸总量、DNA、RNA 含量和蛋白质含量的下降还预示着与核酸、蛋白质代谢密切相关的聚合酶及水解酶活性也受化学杀雄剂Ë 号的影响。研究结果表明, 化学杀雄剂Ë 号处理后, 脱氧核糖核酸酶、核糖核酸酶和蛋白水解酶活性增强, 加速了DNA、RNA 及蛋白质的水解。这与逆境胁迫下, 其他一些植物中的研究结果基本相吻合[ 15～ 17 ]。邓继新等[ 18 ]研究湖北光周期敏感核不育水稻 105S 花粉发育期的DNA、RNA 及蛋白质的合成动态, 发现长日诱导的 105S 花药在花粉发育过程中核酸及蛋白质的合成活性一直很低, 无明显峰值。由此可见, 化学杀雄剂Ë 号诱导水稻雄性不育过程中核酸和蛋白质代谢的异常可能是对其分解和合成两方面综合影响的结果, 但这还需从DNA 转录及蛋白质合成方面进
一步研究证实。
根据上述结果分析, 我们推测化学杀雄剂Ë 号处理水稻后, 幼穗发育中核酸、蛋白质等
物质合成受阻, 同时与蛋白质、核酸代谢密切相关的水解酶活性增加, 分解远远大于合成,
最终核酸和蛋白质等信息大分子严重匮乏, 进而影响各种生理生化代谢, 从而致使水稻雄性
不育。
参　考　文　献
1　黄雪清, 杨安南, 周月兰, 张金渝. 江苏农业学报, 1999, 15 (1) : 17～ 20
2　徐汉卿, 廖廑麟. 作物学报, 1981, 7 (3) : 195～ 200
3　丁　颖. 中国水稻栽培学. 北京: 农业出版社, 1961: 81～ 83
4　B radfo rd M M. A nal B iochem , 1976, 72: 248～ 254
5　朱治平. 植物组织中核酸含量的测定. 见: 薛应龙, 夏镇澳主编, 植物生理学实验手册, 上海: 上海科技出版社, 1985,
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6　吴光南, 刘宝仁, 张金渝. 江苏农业学报, 1985, 1 (1) : 1～ 10
7　戴秋杰, 汪宗立. 江苏农业学报, 1988, 4: 31～ 35
8　吴登如, 赵毓橘. 植物生理学报, 1993, 19 (1) : 49～ 52
9　Farkas G L. N ucleic A cid s and P roteins in P lan ts. V o l Ê . Sp ringer2V erlag, Berlin. 1982. 224～ 262
10　陈建明, 秦泰辰. 江苏农业学报, 1989, 5 (4) : 14～ 19
11　黄厚哲, 楼士林, 王候聪等. 厦门大学学报 (自然科学版) , 1984, 23 (1) : 82～ 98
12　黄庆榴, 唐锡华, 茅剑蕾. 作物学报, 1994, 20 (2) : 156～ 160
13　李　平, 刘鸿先, 王以柔等. 中国水稻科学, 1997, 11 (2) : 83～ 88
14　谢学民, 张全德, 张勤争. 浙江农业大学学报, 1985, 11 (1) : 41～ 47
15　张　惠, 汪沛洪. 植物生理学报, 1991, 17: 259～ 263
16　D ave I C, S Kannan. Z pf lanz enp hy siol, 1980, 97: 261～ 265
17　王震宇, 沈　康, 张福锁. 植物生理学报, 1995, 21 (2) : 189～ 194
18　邓继新, 刘文芳, 肖　华. 武汉大学学报 (自然科学版) , 1992, 3: 85～ 88
1386 期　　黄雪清等: 化学杀雄剂Ë 号诱导水稻雄性不育过程中幼穗、颖花、花药中核酸和蛋白⋯⋯