全 文 ：多胺对离体黄瓜子叶花芽构建的影响*
黄作喜1, 2 , 唐正义1 , 谢寅峰3 , 段辉国1 , 卿东红1
(1 内江师范学院化学与生命科学系, 四川 内江 641112; 2内江师范学院花卉研究所, 四川内江 641112)
( 3南京林业大学森林资源与环境学院, 江苏南京 210037)
摘要: 研究了外源多胺对离体黄瓜 ( Cucumis sativus L . ) 子叶内在多胺含量和花芽构建的影响。在 MS 培养
基中添加 5@ 10- 2 mmol#L- 1亚精胺 ( Spd)、精胺 ( Spm) 能明显提高子叶内 Spd 含量和 SpdPPut值, 子叶成
花率也明显高于对照组, 而添加5 @ 10- 2 mmol#L- 1 Put、5 mmol#L- 1环己胺硫酸盐 ( CHAS) 培养的结果则相
反。表明子叶内 Spd含量和 SpdPPut与成花率呈正相关关系。在添加 5 mmol#L- 1 D-精氨酸 ( D-Arg) 处理后,
子叶内 SpdPPut高于 Spd 处理, 但子叶成花率低于对照组, 表明 Put、Spd 含量也影响离体子叶花芽的构建。
在实验中添加 CHAS处理后子叶内 Spm 含量高出对照组10 倍, 子叶成花率却为 0, 其它各处理与对照组的内
源Spm 变化基本一致, 成花率却差别明显, 表明子叶内 Spm 含量与黄瓜子叶花芽构建之间无明显相关性。
关键词: 多胺; 离体黄瓜子叶; 花芽构建
中图分类号: Q 945 文献标识码: A 文章编号: 0253- 2700( 2006) 02- 194- 05
The Effect of Polyamines on the Floral Bud Construction of
in vitro Cotyledons in Cucumis sativus ( Cucurbitaceae)
HUANG Zuo-Xi
1, 2
, TANG Zheng-Yi
1
, XIE Yin-Feng
3
, DUAN Hu-i Guo
1
, QING Dong-Hong
1
( 1 Department of Chemistry and Lif e Science , Neijiang Normal College , Neijiang 641112, China; 2 Flower Research Institute of
Neijiang Normal College , Neijiang 641112, China; 3 College of Forest Resources and Environment ,
Nanjing Forestry University , Nanjing 210037, China)
Abstract: The effects of exogenous polyamines on the levels of polyamines in the in vitro cotyledons and on the floral bud
construction were examined in Cucumis sativus . Application of 5 @ 10- 2 mmol#L- 1 spermidine ( Spd) and spermine
( Spm) in MS culture medium remarkably increases the levels of Spd and the ratio of SpdPputrescine ( Put) in cotyledons
and results in the rate of floral buds higher than that of control; however, application of 5@ 10- 2 mmol#L- 1 Put or 5 mmol#L- 1
CHAS leads to opposite results, suggesting that the levels of Spd and ratio of SpdPPut in cotyledons are positive correlated
with the rate of floral buds. Application of 5mmol#L- 1 D-Arg in medium results in that the ratio of SpdPPut is higher than
that treated with Spd and that rate of floral buds in cotyledons is lower than that of control, indicating that the levels of Put
and Spd have effects on the construction of floral buds. Comparing with control, application of CHAS increases the levels
of Spm in cotyledons 10 folds and decreases the rate of floral buds to zero. There is no significant difference in the levels
of endogenous Spm between other treatments and control, except the rate of floral buds, meaning there is no correlation
between the levels of Spm in cotyledons and the construction of floral buds in Cucumis sativus .
Key words: Cucumis sativus ; Polyamines; Cotyledon; in vitr o; Floral bud construction
多胺是一类广泛分布于高等植物细胞中的低
分子脂肪族含氮碱, 主要包括亚精胺、精胺、腐
胺、尸胺 ( Cad) 和鲱精胺 ( Agm) 等, 其作用
影响到植物细胞分裂、胚胎发生、花发端、花形
云 南 植 物 研 究 2006, 28 ( 2) : 194~ 198
Acta Botanica Yunnanica

* 基金项目: 四川省教育厅自然科学基金重点项目 (No. 2003A164)
收稿日期: 2005- 07- 29, 2006- 02- 06接受发表
作者简介: 黄作喜 ( 1966- ) 男, 硕士, 四川省安岳县人, 副教授, 从事植物开花生理研究工作。
态建成、性别分化及雌雄花不育性等多种多样的
生理过程 ( Walden等, 1997)。关于多胺促进花
芽分化的研究已有一些报道, 如外施亚精胺促进
苹果的花发端 ( Protacio 等, 1989) , 烟草花发端
时内源多胺及其比值发生显著变化, 推测多胺可
能是作为细胞内第二信使调控基因表达和蛋白质
合成 (Kaur-Sawheny 等, 1993)。已有报道离体实
验材料的花芽构建过程与内源多胺变化密切相关
(桂仁意等, 2003; 黄作喜等, 2005)。
而利用多胺及抑制剂处理离体子叶, 深入探
讨子叶内源多胺的变化, 可进一步揭示高等植物
花芽分化的规律。本实验采用一定浓度的亚精
胺、精胺、环己胺硫酸盐 (氨丙基转移酶活性抑
制剂, 抑制亚精胺生物合成)、腐胺及 D-精氨酸
(精氨酸结构类似物, 参与竞争性抑制腐胺生物
合成) 离体培养黄瓜子叶, 该实验系统培养周期
短、条件可控, 进一步检测花芽形态建成期内源
多胺在外源多胺及相应的抑制剂作用下的代谢变
化差异, 探索多胺对离体黄瓜子叶花芽构建的影
响。
1 材料与方法
挑选天津市农科院产黄瓜 / 津青春五0 当年生饱满
健壮种子, 剥去外种皮, 无菌条件下用 01 1% HgCl2 消毒
3~ 4 min, 无菌水清洗 4 ~ 5 次, 用含糖 3%、琼脂
018% , pH518的 MS 培养基培养。每天光照 14 h, 光强
2000lx, 温度 ( 24 ? 1) e 。当苗高 4~ 5 cm、子叶展开、
第一片真叶初露时, 无菌条件下剪取带 2 mm 下胚轴子
叶, 对剖后刮净顶芽, 将子叶背面朝下接种于附加不同
多胺类物质的 MS 培养基, 用 5 @ 10- 2 mmol#L- 1亚精胺、
精胺、腐胺, 5 mmol#L- 1环己胺硫酸盐、D-精氨酸处理
子叶, 每个处理 30 片, 以不加多胺类的MS 培养基做对
照 ( CK) , 培养基含糖 3%、琼脂 018% , pH518, 培养条
件与种子苗的培养相同。观察知, 该品种子叶的小花蕾
于离体培养后15 d 初露, 20 d 时显著伸长。于子叶离体
培养后第15 d、18 d、20 d、22 d、25 d依次分别剪取带下
胚轴子叶各 015 g, - 35e 保存备用。
子叶直接成花率指子叶节产生花芽的子叶数占接种子
叶总数的百分比, 营养芽分化率指子叶节产生再生株的子
叶数占接种子叶总数的百分比。离体培养20 d时统计。
采用薄层荧光法 (李宗霆等, 1996) 测定子叶内源
Spd、Spm、Put含量。取材料 015 g, 加 5 ml 5%高氯酸研
磨匀浆, 振荡提取 015 h, 7000 rPmin 离心 20 min, 取 200
Ll提取液及多胺标液, 加 400 Ll丹磺酰氯和 200Ll饱和
碳酸钠, 搅拌室温过夜, 加入 100Ll脯氨酸搅拌 30 min,
500Ll苯萃取 1 min, 取上层有机相 20Ll 在硅胶板上点
样、展开, 于紫外灯下剥板, 剥取物加 3 ml乙酸乙酯,
涡旋 15 s, 自然沉淀, 取上清液, 在荧光分光光度计下
(激活波长 350 nm, 荧光波长 495 nm) 测定多胺含量。
培养和测定实验均重复 3 次, 用 t-检验法对组间数
据进行差异显著性分析。
2 结果与分析
211 亚精胺、精胺、环己胺及腐胺、D-精氨酸
对黄瓜子叶营养芽分化率、成花率的影响
表1显示, Spd、Spm 处理的子叶直接成花
率比 CK 高 4倍以上, 营养芽分化率低于 CK。
Put只对营养芽的分化有促进作用, 子叶直接成
花率为 0, 而 5mmol#L- 1 CHAS 和 D-Arg 强烈抑
制营养芽的发生和花芽构建, 在 0105水平与 CK
呈显著性差异。
表 1 Spd、Spm、CHAS和 Put、D-Arg对黄瓜子叶营养芽
分化率、成花率的影响
Table 1 Effects of Spd, Spm, CHAS, Put and D-Arg on
cotyledonous floral bud and vegetat ive bud format ion
处理 子叶直接成花率 营养芽分化率
( % ) ( % )
Spd ( 5@ 10- 2 mmol#L- 1 ) 25** 90*
Spm (5@ 10- 2 mmol#L- 1) 20** 85*
CHAS (5 mmol#L- 1) 0* 65**
Put ( 5@ 10- 2 mmol#L- 1 ) 0* 100*
D-Arg ( 5mmol#L- 1) 2* 75**
CK 5 95
注: * 为显著, ** 为极显著
212 亚精胺、精胺、环己胺及腐胺、D-精氨酸
对黄瓜子叶花芽构建时 Put含量的影响
图1表明, Spd、Spm及 CHAS处理的黄瓜子
叶的 Put 含量一直高于 CK, 15~ 20 d在 0105水
平呈现显著性差异, 故外源 Spd、Spm 及 CHAS
处理均能提高黄瓜离体子叶在花芽构建期的内源
Put水平, 但 Spd、Spm 处理促进了花芽构建、
CHAS处理起抑制作用 (表 1)。外源 Put处理的
内源 Put含量高于 CK, 相反 D-Arg处理低于 CK,
15~ 20 d 在 0105水平呈现显著性差异, 两种处
理均强烈抑制花芽构建 (表 1)。从 15d 开始,
Spd、Spm、CHAS 处理及 CK 的 Put 含量不断下
降, 20 d时含量最低, 之后缓慢上升, Put含量
下降有利于花芽构建。
1952 期 黄作喜等: 多胺对离体黄瓜子叶花芽构建的影响
图 1 Spd、Spm、CHAS (a) 及 Put、D-Arg ( b) 对黄瓜子叶花芽构建时内源 Put 含量的影响
Fig. 1 Effects of Spd, Spm and CHAS ( a) , Put and D-Arg ( b) on endogenous Put contents of cucumber
cotyledons during flora-l bud formation
213 亚精胺、精胺、环己胺及腐胺、D-精氨酸
对黄瓜子叶花芽构建时 Spd含量的影响
图2 显示, Spd、Spm 处理离体黄瓜子叶的
内源 Spd含量从 15 d开始上升, 至20 d时达到峰
值, 然后下降, 且始终高于 CK, 在 15~ 20 d时与
CK在 0105水平上呈显著差异, 成花率也高于 CK
(表1)。而CHAS处理子叶的Spd含量低于CK, 15
d后上升, 峰值与CK同步推迟到 25 d时出现, 然
后下降, 15~ 20 d时与 CK 在 0105水平上呈显著
性差异, 成花率为 0。Put处理的 Spd 含量一直低
于 CK, 成花率为 0, D-Arg 处理的 Spd含量在20 d
前后明显低于 CK, 成花率仅 2% (表 1)。
图 2 Spd、Spm、CHAS ( a) 及 Put、D-Arg ( b) 对黄瓜子叶花芽构建时内源 Spd含量的影响
Fig. 2 Effect s of Spd, Spm and CHAS ( a) , Put and D-Arg ( b) on endogenous Spd contents of cucumber
cotyledons during flora-l bud construction
214 亚精胺、精胺、环己胺及腐胺、D-精氨酸
对黄瓜子叶花芽构建时 Spm含量的影响
从图 3 看出, 使用 Spd 生物合成抑制剂
CHAS处理离体黄瓜子叶, 则内源 Spm 含量水平
急剧升高, 15 d、20 d时的值分别是 8185 Lmol#
g
- 1
FW、1011Lmol#g- 1FW, 超过CK的15 d、20 d
时Spm含量的 10 倍, 但成花率却为 0, 甚至营
养芽生长也不良 (表 1)。Spd、Spm 处理的 Spm
含量变化与 CK无明显差异, 在子叶花芽构建期
均无峰值出现。外源 Put及 Put生物合成抑制剂
D-Arg 处理的 Spm 含量变化趋势与 CK 也无明显
差异。而 Spd、Spm、Put、D-Arg 处理与 CK的成
花率明显不同 (表 1)。
215 亚精胺、精胺、环己胺及腐胺、D-精氨酸
对黄瓜子叶花芽构建时 SpdPPut的影响
从图 4可知, 黄瓜子叶离体培养 20 d 时,
Spd、Spm、CHAS、Put、D-Arg处理及 CK的 SpdP
Put均出现峰值。Spd处理的峰值大于 Spm, Spm
196 云 南 植 物 研 究 28卷
处理大于 CK, 而 CHAS 和 Put 处理的 SpdPPut 峰
值明显低于 CK, 与成花率呈正相关 (表 1)。D-
Arg 处理也高于 CK, 但与成花率呈负相关。各峰
值的差异显著性达到 0101水平。
图 3 Spd、Spm、CHAS ( a) 及Put、D-Arg (b) 对黄瓜子叶花芽构建时内源 Spm 含量的影响
Fig. 3 Effects of Spd, Spm and CHAS ( a) , Put and D-Arg ( b) on endogenous Spm contents of cucumber
cotyledons during flora-l bud formation
图 4 Spd、Spm、CHAS ( a) 及 Put、D-Arg ( b) 对黄瓜子叶花芽构建时内源 SpdPPut 的影响
Fig. 4 Effects of Spd, Spm, CHAS ( a) , Put and D-Arg (b) on ratio of SpdPPut in cucumber cotyledons during f lora-l bud formation
3 讨论
几种多胺类物质处理后检测发现, 外源
Spd、Spm提高了离体黄瓜子叶的内源 Put水平
(图 1a) 和成花率 (表 1) , Put是多胺生物合成
过程中的最重要的中间产物, 可进一步转变成
Spd, Spd再转变成 Spm, 由于多胺代谢受反馈抑
制调节 (田长恩等, 1997) , 故外源 Spd、Spm 可
引起细胞内 Put 含量的累积, 从而有利于花芽构
建。而Spd生物合成抑制剂 CHAS 则通过抑制氨
丙基转移酶活性, 阻碍 Put向 Spd转化, Put含量
高于CK, 但成花率却为 0。说明内源 Put含量与
花芽构建的关系较为复杂, 一方面作为中间产物
起到了一定的基础代谢的作用, 另一方面可能与
花芽构建不存在直接的联系。本实验发现外源 Put
能促进内源Put含量的提高, 仅营养生长很旺盛,
成花率为 0 (图 1b) , 也符合这一点。黄作喜等
( 2005) 在西葫芦离体子叶花芽分化的研究中发
现, Put含量本身的高低, 可能会通过向 Spd或
Spm 的继续转化, 从而影响花芽的形态发生。
进一步的实验发现, 外源 Spd、Spm 均促进
了离体黄瓜子叶细胞内 Spd含量和子叶直接成花
率的提高, 二者均高于 CK, Spd 含量峰值出现
时间正好与花器官显著增长的时间相一致, 而
CHAS抑制了 Spd的生成, 成花率为 0, 说明 Spd
含量高低与离体黄瓜子叶花芽构建之间存在着明
显的相关性 (图 2a)。图 2b 显示, 20 d 时, D-
Arg、Put 处理及 CK的内源 Spd 含量与花芽构建
之间也存在着明显的相关性。Galsoton等 ( 1983)
1972 期 黄作喜等: 多胺对离体黄瓜子叶花芽构建的影响
在烟草成花的研究中认为, Spd 是与烟草薄层培
养直接成花过程密切相关的一种多胺类物质。
外源 Spd、Spm 处理离体黄瓜子叶与 CK 相
比, 在花芽构建过程中细胞内 Spm 含量差别甚
微、波动很小, 但成花率与 CK 的差别显著,
CHAS处理的 Spm 含量比 CK 高出 10倍, 也没有
任何花芽出现 (图 3a) , 说明离体黄瓜子叶花芽构
建与内源 Spm之间, 可能不存在多大的直接相关
性。D-Arg、Put处理的内源 Spm含量和变化趋势
也与CK基本一致, 但成花率却与 CK不同, 也符
合这一结果。外源Spd处理的内源 SpdPPut和成花
率高于Spm 处理 (图 4a) , 表明 Spm对离体黄瓜
子叶花芽构建的影响不如 Spd。桂仁意等 ( 2003)
在石竹试管苗成花的研究中也有类似的报道。至
于抑制剂 CHAS处理引起内源 Spm急剧升高的原
因, 则因为 CHAS 抑制了氨丙基向 Spd 的转化,
从而促进了 SAM ( S-腺苷蛋氨酸) 在精氨合成酶
作用下转变成 Spm。但过高的 Spm 含量不仅抑制
花芽构建, 还抑制营养生长, 在实验中发现 CHAS
处理的子叶及其营养芽萎缩、黄化。抑制剂 D-Arg
处理并未引起内源 Spm 急剧下降, 则因为在精氨
酸途径受阻的情况下, 与之并存的鸟氨酸途径起
到了适当的补充作用。关于Spd、Spm处理子叶的
内源Spm含量与 CK相对一致, 苏国兴等 ( 2005)
在大麦和玉米的研究中有相关报道, 大麦中多胺
氧化酶 ( PAO) 的最适底物是 Spm, 最适的 pH 是
418, 玉米中PAO的最适底物是 Spm和 Spd, 最适
的pH分别是 515和 615, 而黄瓜子叶的离体培养
基pH [ 518, 多胺氧化酶可能促使新合成的 Spm
旺盛分解, 维持子叶内源Spm含量相对稳定。桂
仁意等 ( 2003) 在石竹试管开花 ( pH [ 518) 的
研究中也发现, 外源 Spm 作用下其氧化产物二
氨基丙烷 ( DAP) 的累积效果明显超过 Spd。说
明离体黄瓜子叶花芽构建过程中的 PAO 活性可
能也受环境中酸碱度的影响。
孙文全 ( 1989) 认为, 组织内的多胺对植物
生长发育的影响, 主要取决于多胺间的相互比
值, 尤其是 SpdPPut。Young 等 ( 1983) 认为较高
的SpdPPut有利于烟草薄层培养成花, 相反则有利
于营养芽生长。本实验也发现, 外源Spd、Spm诱
导离体黄瓜子叶的 SpdPPut升高, 峰值出现在花器
官的显著伸长期 (20 d) , 促进成花表达, 而 CHAS
和Put处理则降低了 SpdPPut, 抑制成花表达 (图
4)。实验中还发现, D-Arg 处理的 SpdPPut虽然高
于 CK, 成花率却低于 CK, 表明在抑制剂作用下,
细胞内 Spd、Put含量均过低所致 (图 1, 2)。显
然 Spd、Put的含量本身与花芽形态建成之间仍存
在着一定的关联, 其作用可能表现在维持形态建
成中基本代谢的需要。
1参 考 文 献2
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