全 文 ： 4* ?湖南省教育厅项目 ( 04C417) 资助
** 作者现工作单位 : 湖南省常德市湖南省文理学院生物系 ( 常德 415000) ?
收稿日期 : 2004-10-06 改回日期 : 2004-11-21
热激对温敏核不育系“安农S-1”花药生理变化的影响 *
肖辉海 **
(湖南农业大学理学院 长沙 410182)
摘 要 试验研究热激对温敏核不育系“安农 S-1”花药生理变化的影响结果表明 , 温敏核不育系“安农 S-1”在花粉
母细胞形成至减数分裂期经热激 ( 38℃)处理后 ,其花药中游离氨基酸总量、天冬氨酸和丙氨酸含量均显著高于低温
( 23℃)处理 ;而游离脯氨酸和可溶性蛋白质含量则显著低于低温处理。对照经热激 ( 38℃)处理后 ,其花药中游离氨
基酸和可溶性蛋白质含量与低温处理基本一致 ,这些生理变化可能影响花粉母细胞正常的形成和减数分裂 , 以致花
粉不能正常发育并最终导致花粉败育。
关键词 温敏核不育系 可溶性蛋白质 游离氨基酸 热激
Changes of bio-physical characters in anthers of thermo-sensitive genic male sterile ( TGMS ) rice‘Annong S-1’under
heat shock condition . XIAO Hui-Hai ( College of Sciences, Hunan Agricultural University, Changsha 410182, China) ,
CJ EA ,2006, 14( 2) :40～42
Abstract Thechanges of bio-physical characters in anthers of thermo-sensitivegenic male sterile rice‘Annong S-1’under
heat shock condition werestudied . Theresults show that the totals of freeamino acids, thecontents of alanineand aspartic
acid in anthers of‘Annong S-1’through heat shock ( 38℃) are higher than those through low temperature ( 23℃) , and
the contents of proline and soluble proteins through heat shock ( 38℃ ) are lower than those through low temperature
( 23℃ ) . However, thechanges are lessin anthers of thecontrol materials through heat shock ( 38℃) and low temperature
( 23℃) . Thechanges affect possibly the normal meiosis of pollen mother cells and development of pollens, which leads to
the sterility of pollens .
Key words Thermo-sensitive genic male-sterile indic rice ( TGMS) , Soluble proteins, Freeamino acids, Heat shock
( Received Oct .6,2004; revised Nov .21,2004)
自 1981年石明松[ 1] 报道晚粳自然两用核不育系以来 , 转育和发现的新两用核不育系层出不穷。研究
表明温度对两用核不育系的育性表现有重要影响 , 对某些两用核不育系育性表现甚至起决定作用 [ 2～ 3] 。周
广洽等[ 4] 将它们分为光敏型和温敏型 , 光敏型以粳稻为主 , 育性表现主要受控于光周期 , 温度作用较小。温
敏型以籼型核不育系为主 ,育性转换主要受温度高低的影响 ; 籼型温敏核不育系又可分为高温不育、低温可
育类型 (如“安农 S-1”、“衡农 S-1”和“培矮 64S”等 ) 及高温可育、低温不育类型 ( 如“N-10S”和“N-13S”等 ) , 且
温敏型不育系育性转换在花粉母细胞形成至减数分裂期对温度最为敏感[ 5] 。目前我国对温敏核不育系的
光温反应特性、育性变化规律已有较深入研究 [ 3～ 9] , 但对温敏核不育水稻 , 特别是对高温不育、低温可育类
型温敏核不育水稻在热激条件下花药生理变化的研究尚少见报道 , 本试验研究了热激对温敏核不育水稻
“安农 S-1”花药中游离氨基酸和可溶性蛋白质含量的影响 , 为探讨温敏核不育水稻育性转换敏感期的热激
反应与其育性之间的关系、更好地利用温敏核不育系提供理论依据。
1 试验材料与方法
试验所用温敏核不育系材料为“安农 S-1”,对照材料为“湘早籼 3号”, 材料均由湖南杂交水稻研究中心
供种。“湘早籼 3号”和“安农 S-1”水稻于 2002年 4 月 5日播种 , 常规肥水管理 , 幼穗分化期按丁颖[ 10] 方法
划分 ,通过解剖幼穗确定分化期 , 在花粉母细胞形成至减数分裂期将材料分成两组 ,分别置于 38℃和 23℃人
工气候室中进行连续 5d的恒温处理 , 两组光照时间均为 13h/ d, 光照强度为 30000Lx。称处理后的水稻花
药各 300mg, 按 Nagon H .R .[ 13] 的方 法提取可溶性蛋白质 , 用考 玛斯亮蓝染 料结合法 [ 11] 测其含量
第 14 ?卷第 2期 中 国 生 态 农 业 学 报 Vol .14 No .2
2 0 0 6 ?年 4 月 Chinese Journal of Eco-Agriculture April, 2006
(μg/ mgFW ) ,以牛血清蛋白作标准曲线 , 重复 4次 , 取其平均值并进行统计学分析。参照马锋旺 [ 12] 的方法
(稍有修改 ) 提取游离氨基酸 ;取处理后的水稻花药各 250mg,按 50μl/ mg比例加入 80%的乙醇 ,在玻璃匀浆
器中磨成匀浆 , 过滤后将装有滤液的试管放入沸水中让滤液蒸干 , 待粉末冷至室温后向其中加入 1mL
0 .01mol/ L NaOH ,放置 4h, 用 0 .02mol/ L HCl 定容至 6mL ,取游离氨基酸样品液用氨基酸自动分析仪测定
游离氨基酸含量 ,重复 4次 ,取其平均值并进行统计学分析。取处理过的水稻主穗上、中、下部位当天或次日
将开放的 3朵颖花 ,镜检时摄取每朵小花的全部花药 , 用碘-碘化钾溶液染色 , 以均匀呈蓝黑色、且完整圆形
的花粉粒为可育花粉 ,并统计其花粉可染率和套袋自交结实率。
2 结果与分析
2 . 1 热激对“安农 S-1”育性的影响
温敏不育水稻“安农 S-1”在花粉母细胞形成和减数分裂期经低温 ( 23℃ )处理后表现为可育 , 花粉可染
率和结实率分别为 76 .8%和 34 .7% , 而热激 (38℃ ) 后则表现为高度不育 ,花粉可染率和结实率均为零。常
规水稻“湘早籼 3号”在花粉母细胞形成至减数分裂期经热激和低温处理后均为可育 , 其花粉可染率分别为
98 .7%和 98 .5% , 结实率分别为 95 .4%和 95 .3%。
2 . 2 热激对“安农 S-1”花药可溶性蛋白质及游离氨基酸含量的影响
在花粉母细胞形成至减数
分裂 期 ,“ 安 农 S-1”经 热 激
(38℃ ) 和低温 (23℃ ) 处理后 , 花
药中可溶性蛋白质含量分别为
0 .956μg/ mg和 2 .575μg/ mg, 统
计学检验表明两者差异极显著 ,
花药中可溶性蛋白质含量经热
激处理极显著低于经低温处理。
常规水稻“湘早籼 3 号”经热激
和低温处理 ,花药中可溶性蛋白
质含 量分别 为 2 .765μg/ mg和
2 .728μg/ mg, 统计学检验无显
著差异。在花粉母细胞形成至
减数分裂期 , 温敏核不育水稻
“安农 S-1”花药中游离氨基酸
总量经热激 ( 38℃ ) 处理明显高
于经低温 (23℃ ) 处理 ,统计学检
验表明 , 经两种温度处理后 , 除
蛋氨酸、赖氨酸外 , 其余氨基酸
含量差异均达极显著水平 ,其中
游离脯氨酸、天冬氨酸和丙氨酸
变化最大。热激处理后“安农
S-1”花药中游离脯氨酸含量严重
表 1 热激对“安农 S-1”花药游离氨基酸含量的影响
Tab.1 Effect of heat shock on thecontents of freeamino acidsin anthers of‘Annong S-1’
氨基酸
Amino acids
游离氨基酸含量/ μg·mg - 1 ?FW The contents of free amino acids
湘早籼 3 号 安农 S-1
Xiang Zaoxian-3 Annong S-1
处理温度/ ℃ Treatment temperature
38 423 ?38 ?23 g
天冬氨酸Asp 5 ?.23 ** 4 N.91 39 n.24*** 2 ?.45
谷氨酸Glu 1 ?.35 ** 1 N.07 6 n.65** 5 ?.57
丝氨酸Ser 3 ?.85 *** 2 N.19 8 n.25*** 7 ?.05
甘氨酸Gly 1 ?.24 * 1 N.19 6 n.25*** 5 ?.25
组氨酸His 1 ?.06 ** 1 N.48 6 n.05*** 5 ?.15
苏氨酸 Thr 3 ?.56 *** 2 N.51 7 n.01** 6 ?.85
丙氨酸Ala 15 ?.60* 15 b.56 32 n.60*** 3 ?.53
精氨酸Arg 19 ?.56*** 18 b.46 19 n.75** 18 ?.25
脯氨酸Pro 28 ?.75** 28 b.85 3 n.56*** 39 ?.58
酪氨酸 Tyr 1 ?.85** 2 b.14 7 n.19*** 4 ?.55
缬氨酸Val 3 ?.67** 3 b.38 8 n.57*** 6 ?.77
蛋氨酸Met 13 ?.77*** 15 b.29 19 n.12* 19 ?.15
异亮氨酸 I le 1 ?.76** 1 b.85 2 n.88** 2 ?.50
亮氨酸Leu 3 ?.89** 3 b.56 2 n.95** 3 ?.35
苯丙氨酸Phe 1 ?.86** 1 b.75 3 n.86** 3 ?.75
赖氨酸Lys 1 ?.27* 1 b.22 1 n.45* 1 ?.52
总 计 108 ?.88 105 b.41 175 n.38 135 ?.27
* 、** 、*** 分别表示 5% 、1% 和 0 .1% 差异显著 , 平均数比较限于同一品种热激处理值与低
温处理值间 ( t 检验 ) 。
缺乏 ,其含量仅为低温处理的 9% , 而游离天冬氨酸和丙氨酸含量则显著增加 (见表 1)。常规水稻“湘早籼 3
号”经热激 ( 38℃ )处理后 , 花药中游离氨基酸总量及包括天冬氨酸和丙氨酸在内的多数氨基酸含量均略高
于经低温 (23℃ ) 处理 ,但变化很小 , 且对其育性无影响。
3 小结与讨论
常规水稻“湘早籼 3号”在花粉母细胞形成至减数分裂期经热激 ( 38℃ ) 和低温 ( 23℃ )处理后 , 其花药中
游离氨基酸和可溶性蛋白质含量均随处理温度的升高略有增加 , 但变化很小 , 表明常规水稻的热激反应要
在高于 38℃下才会出现。但温敏型不育水稻的热激反应与常规水稻不同 , 与可育低温 ( 23℃ ) 处理相比 , 温
敏核不育水稻“安农 S-1”在花粉母细胞形成至减数分裂期经热激 ( 38℃ ) 处理后 , 其花药中可溶性蛋白质含
第 2 ?期 肖辉海 :热激对温敏核不育系“安农 S-1 d”花药生理变化的影响 41
量明显减少 ,游离氨基酸总量明显增加 , 游离天冬氨酸和丙氨酸过量积累 , 而游离脯氨酸含量则严重缺乏 ,
花粉完全不育。说明温敏核不育水稻“安农 S-1”在热激条件下花药中表现出的上述生理变化可能与其育性
有关 ,其机理尚待进一步深入研究。
参 考 文 献 h
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10 丁 颖 .中国水稻栽培学 .北京 : 中国农业出版社 , 1961 .160～165
11 张志良 .植物生理学实验指导 (第二版 ) .北京 :高等教育出版社 , 1990 .183～184
12 马锋旺 .预暗培养对苹果离体不定根形成期间游离氨基酸的影响 .植物生理学通讯 , 1993, 29(3) : 188～189
13 Nagon H .R ., Colwick S .P . M ethods in enzymology . Plant Physiol .,1955 ., 1: 62～63
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