辣椒雄性不育系及其保持系材料花蕾生理生化特性研究

侯杰，韓玉珠，李嬌，張曉旭，李爽，楊美軍，祝聰宇，王凱，張廣臣

（吉林農(nóng)業(yè)大學(xué)園藝學(xué)院，長(zhǎng)春，130118）

辣椒雄性不育系及其保持系材料花蕾生理生化特性研究

侯杰，韓玉珠，李嬌，張曉旭，李爽，楊美軍，祝聰宇，王凱，張廣臣

（吉林農(nóng)業(yè)大學(xué)園藝學(xué)院，長(zhǎng)春，130118）

以羊角椒不育系O-6、O-9及其相應(yīng)保持系為試材，在盛花期分別對(duì)5個(gè)小孢子發(fā)育時(shí)期（造孢細(xì)胞時(shí)期、花粉母細(xì)胞時(shí)期、四分體時(shí)期、單核小孢子時(shí)期、成熟粒時(shí)期）花藥的可溶性糖、可溶性蛋白、游離脯氨酸含量進(jìn)行測(cè)定。試驗(yàn)結(jié)果表明，不育材料花蕾中的過(guò)氧化物酶活性在四分體時(shí)期明顯高于保持系，游離脯氨酸含量隨著花蕾的發(fā)育呈下降趨勢(shì)；保持系各時(shí)期花蕾中超氧化物歧化酶活性均高于不育系，但不育材料在小孢子四分體時(shí)期含量又有所上升；不育材料小孢子發(fā)育各時(shí)期的可溶性蛋白、可溶性糖含量都明顯低于保持系，但丙二醛含量均高于保持系。

辣椒；雄性不育系；保持系；花蕾；生理生化特性

辣椒是常異花授粉植物，其雜交產(chǎn)生的一代雜種具有品質(zhì)好、抗性強(qiáng)、產(chǎn)量高等顯著優(yōu)勢(shì)，因此，辣椒雜交育種成為獲得優(yōu)良品種的普遍應(yīng)用方法[1]。目前辣椒雜交制種包括人工去雄雜交制種和雄性不育雜交制種，傳統(tǒng)的人工去雄不僅費(fèi)時(shí)費(fèi)工，而且影響坐果率和果實(shí)質(zhì)量，致使制種成本高、產(chǎn)量不穩(wěn)、雜交種純度難以保證。而利用雄性不育系生產(chǎn)種子可以省去人工去雄的過(guò)程，是簡(jiǎn)化制種手續(xù)、節(jié)約生產(chǎn)成本和提高種子純度的有效方法[2]。自Martin等[3]和Peterson[4]報(bào)道辣椒細(xì)胞核雄性不育和質(zhì)核互作雄性不育以來(lái)，如何在辣椒產(chǎn)業(yè)發(fā)展中研究利用雄性不育性狀受到育種家們的高度重視。植物的生長(zhǎng)發(fā)育涉及到酶、營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)、生長(zhǎng)物質(zhì)等各類成分，只有各方面協(xié)同作用才能正常生長(zhǎng)發(fā)育，其中任一環(huán)節(jié)出現(xiàn)問(wèn)題都會(huì)導(dǎo)致性狀變異[5]?；ǚ鄣陌l(fā)育與雄蕊尤其是花藥密切相關(guān)，若在花藥發(fā)育的過(guò)程中遇到激素、酶的異常調(diào)控、營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)缺乏、能量代謝異常等現(xiàn)象，都會(huì)影響花的育性[6]。孫立全等[7]和劉金兵等[8]及一些國(guó)內(nèi)學(xué)者研究發(fā)現(xiàn)，辣椒不育材料和可育材料的過(guò)氧化物酶（POD）、過(guò)氧化氫酶 （CAT）、超氧化物歧化酶（SOD）的活性以及可溶性糖、可溶性蛋白和游離脯氨酸的含量變化會(huì)影響花的育性。本試驗(yàn)通過(guò)對(duì)辣椒雄性不育材料O-6、O-9和其保持系小孢子各個(gè)發(fā)育時(shí)期部分生化指標(biāo)的測(cè)定分析，揭示辣椒雄性不育材料O-6、O-9小孢子的敗育機(jī)理，以期為今后的研究提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

材料為羊角椒不育系O-6、O-9及其保持系，由吉林農(nóng)業(yè)大學(xué)辣椒課題組提供，待在其盛花期時(shí)按形態(tài)特征分為5個(gè)等級(jí)[9]（表1），采其花蕾進(jìn)行試驗(yàn)測(cè)定。

表1 不同級(jí)別的花蕾大小與形態(tài)特征

1.2 試驗(yàn)方法

于盛花期采摘分級(jí)后的花蕾，測(cè)定生理生化指標(biāo)?？扇苄蕴呛坎捎幂焱y(cè)定，可溶性蛋白含量采用G-250考馬斯亮藍(lán)法測(cè)定，游離脯氨酸含量采用酸性茚三酮比色法測(cè)定，POD活性采用愈創(chuàng)木酚法測(cè)定，SOD活性采用氮藍(lán)四唑法測(cè)定，丙二醛含量采用TBA法測(cè)定[10]。

1.3 數(shù)據(jù)處理方法

試驗(yàn)數(shù)據(jù)采用Microsoft Excel和DPS軟件進(jìn)行處理和統(tǒng)計(jì)分析。

圖2 兩不育系和保持系小孢子不同發(fā)育時(shí)期可溶性蛋白含量的比較

圖3 兩不育系和保持系小孢子不同發(fā)育時(shí)期游離脯氨酸含量的比較

2 結(jié)果與分析

2.1 小孢子發(fā)育各時(shí)期可溶性糖含量

辣椒小孢子不同發(fā)育時(shí)期花蕾中可溶性糖含量的測(cè)定結(jié)果表明（圖1），在花蕾發(fā)育的各個(gè)時(shí)期，保持系可溶性糖含量均高于不育系，與可溶性蛋白含量變化趨勢(shì)相似。但隨著花蕾的發(fā)育，可溶性糖含量在兩系中均呈先上升后下降趨勢(shì)，且在四分體時(shí)期最高。不育材料O-6與不育材料O-9的可溶性糖含量變化趨勢(shì)相同，但O-9變化幅度較小。

2.2 小孢子發(fā)育各時(shí)期可溶性蛋白含量

辣椒小孢子不同發(fā)育時(shí)期花蕾中可溶性蛋白含量顯示（圖2），不育材料在各時(shí)期花蕾中的可溶性蛋白含量明顯低于其保持系。隨著花蕾的生長(zhǎng)發(fā)育，各材料花蕾中可溶性蛋白含量均呈下降趨勢(shì)，其中可溶性蛋白在造孢細(xì)胞時(shí)期含量最高，在成熟花粉粒時(shí)期含量最低。不育材料O-6各時(shí)期可溶性蛋白含量明顯高于O-9。

2.3 小孢子發(fā)育各時(shí)期游離脯氨酸含量

辣椒小孢子不同發(fā)育時(shí)期花蕾中脯氨酸含量的測(cè)定結(jié)果表明（圖3），在造孢細(xì)胞時(shí)期不育材料花蕾的游離脯氨酸含量明顯高于保持系，但隨著花蕾的生長(zhǎng)發(fā)育，不育材料游離脯氨酸含量呈下降趨勢(shì)，而保持系花蕾中游離脯氨酸含量則迅速積累，含量明顯高于不育系，在花粉粒成熟期達(dá)到最大值。雖然2種不育材料游離脯氨酸含量均呈下降趨勢(shì)，但O-6各時(shí)期花蕾中游離脯氨酸含量明顯高于O-9。

2.4 小孢子發(fā)育各時(shí)期MDA含量

辣椒小孢子不同發(fā)育時(shí)期花蕾中丙二醛含量的測(cè)定結(jié)果表明（圖4），隨著花蕾的發(fā)育，不育材料中丙二醛含量明顯高于其保持系，且丙二醛含量均呈下降趨勢(shì)，但在花粉粒成熟期含量又有所升高。不育材料O-9的丙二醛含量明顯高于不育材料O-6。

圖4 兩不育系和保持系小孢子不同發(fā)育時(shí)期MDA活性的比較

2.5 小孢子發(fā)育各時(shí)期POD活性

辣椒小孢子不同發(fā)育時(shí)期花蕾中過(guò)氧化物酶活性的測(cè)定結(jié)果表明（圖5），在造孢細(xì)胞時(shí)期不育材料與其保持系花藥中過(guò)氧化物酶活性很接近，但隨著花蕾的發(fā)育，不育材料花蕾中過(guò)氧化物酶活性呈上升趨勢(shì)，而其保持系花蕾中的過(guò)氧化物酶活性呈下降趨勢(shì)。從四分體時(shí)期開始，不育材料的過(guò)氧化物酶活性明顯高于其保持系，在花粉粒成熟期達(dá)到最大值，但不育材料O-6在單核小孢子時(shí)期的POD活性稍有減弱。

圖5 兩不育系和保持系小孢子不同發(fā)育時(shí)期POD活性的比較

圖6 兩不育系和保持系小孢子不同發(fā)育時(shí)期SOD活性的比較

2.6 小孢子發(fā)育各時(shí)期SOD活性

辣椒小孢子不同發(fā)育時(shí)期花蕾中超氧化物歧化酶活性的測(cè)定結(jié)果表明（圖6），保持系各時(shí)期花蕾中超氧化物歧化酶活性均高于不育系。隨著花蕾的發(fā)育，保持系超氧化物歧化酶活性呈先上升后下降趨勢(shì)，但不育系超氧化物歧化酶活性呈先下降后上升趨勢(shì)，且在四分體時(shí)期時(shí)期發(fā)生轉(zhuǎn)折。不育材料O-6超氧化物歧化酶活性變化趨勢(shì)雖與O-9相同，但花蕾各時(shí)期SOD活性均高于O-9。

3 結(jié)論與討論

在小孢子發(fā)育的各個(gè)時(shí)期，不育系花藥中可溶性糖含量低于保持系，與李瑩瑩等[11]的研究結(jié)果一致。劉金兵等[12]則證明，可溶性糖含量無(wú)論是葉片還是花藥中，均為保持系高于不育系?；ㄋ幹卸嗵菍?duì)小孢子發(fā)育極為重要，它既是細(xì)胞的組成部分，也是小孢子發(fā)生過(guò)程中積累的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，還作為其發(fā)育過(guò)程中的信號(hào)物質(zhì)，碳水化合物與材料不育有直接聯(lián)系。鄧明華等[13]研究發(fā)現(xiàn)，不育系辣椒小花蕾時(shí)期的可溶性蛋白含量比中花蕾、大花蕾的含量高，但保持系花蕾中可溶性蛋白含量持續(xù)升高。但本試驗(yàn)不育材料在小孢子發(fā)育各時(shí)期花蕾中的可溶性蛋白含量明顯低于其保持系。隨著花蕾的生長(zhǎng)發(fā)育，各材料花蕾中可溶性蛋白含量均呈下降趨勢(shì)，測(cè)定結(jié)果與逯紅棟等[14]的研究結(jié)果一致。蛋白質(zhì)是細(xì)胞的重要組成部分，在花藥和花粉發(fā)育過(guò)程中也起著非常關(guān)鍵性的作用，不僅為花藥和花粉發(fā)育提供營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，而且還作為信號(hào)物質(zhì)影響花藥和花粉的發(fā)育[15]，不育材料可溶性蛋白含量比其保持系低，說(shuō)明不育材料的不育性可能是由于可溶性蛋白的缺乏造成。

本試驗(yàn)結(jié)果表明，辣椒小孢子不同發(fā)育時(shí)期，造孢細(xì)胞時(shí)期不育材料花蕾中的游離脯氨酸含量明顯高于保持系，但隨著花蕾的生長(zhǎng)發(fā)育，不育材料游離脯氨酸含量呈下降趨勢(shì)，而保持系花蕾中游離脯氨酸含量則迅速積累，明顯高于不育系，在花粉粒成熟期達(dá)到最大值，與逯紅棟等[14]、劉金兵等[12]的結(jié)論一致。前人研究表明，游離脯氨酸是影響小孢子正常發(fā)育的關(guān)鍵因素，能夠?yàn)榛ǚ勖劝l(fā)和花粉管的伸長(zhǎng)提供必需的能量及氮源，還能直接參與合成蛋白質(zhì)，具有重要的生理功能[16]。Palif[17]認(rèn)為，花藥內(nèi)游離脯氨酸含量與育性呈相關(guān)，并提出可作為花粉的育性指標(biāo)。本試驗(yàn)不育材料中游離脯氨酸含量的減少可能是致使其不育的原因。

丙二醛（MDA）是自由基作用于脂質(zhì)發(fā)生過(guò)氧化反應(yīng)的終產(chǎn)物，MDA含量在一定程度上反映了膜脂受破壞的程度。李瑩瑩等[11]研究認(rèn)為，在不育系中，隨著花蕾發(fā)育MDA含量呈下降趨勢(shì)。但本試驗(yàn)結(jié)果顯示，不育材料小孢子發(fā)育各時(shí)期的MDA含量都明顯高于其保持系，與安巖等[18]在胡蘿卜（Daucus carota）上的研究結(jié)果一致。隨著花蕾發(fā)育，MDA含量在不育材料和其保持系中均呈下降趨勢(shì)，但在花粉粒成熟期又有所升高，說(shuō)明MDA的含量可能還與其他因素有關(guān)，與彭婧等[19]的結(jié)論一致。

辣椒小孢子在花蕾發(fā)育的各個(gè)時(shí)期，保持系各時(shí)期花蕾中SOD活性均高于不育系。隨著花蕾的發(fā)育，保持系SOD活性呈先上升后下降趨勢(shì)，但不育系SOD活性呈先下降后上升趨勢(shì)，且在四分體時(shí)期時(shí)期發(fā)生轉(zhuǎn)折，與李瑩瑩等[20]研究結(jié)論相同。

在小孢子發(fā)育的各個(gè)時(shí)期，不育材料過(guò)氧化物酶（POD）活性大于可育材料，與鄧明華等[5]發(fā)現(xiàn)在花藥發(fā)育的任何時(shí)期不育系POD活性均高于可育系結(jié)果一致，但李瑩瑩等[11]得出相反的結(jié)果。本試驗(yàn)在造孢細(xì)胞時(shí)期，不育材料與其保持系花藥中過(guò)氧化物酶活性接近，但隨著花蕾的發(fā)育，不育材料花蕾中POD活性呈上升趨勢(shì)，而其保持系花蕾中過(guò)氧化物酶活性呈下降趨勢(shì)。POD是一種復(fù)雜成分的酶，具有多種生理功能。許多研究表明，過(guò)氧化物酶（POD）與內(nèi)源激素代謝息息相關(guān)，其活性與植物體內(nèi)IAA呈負(fù)相關(guān)，若POD活性增強(qiáng)，IAA含量就會(huì)降低，導(dǎo)致新陳代謝紊亂，營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)積累停止，造成小孢子敗育[21]。本試驗(yàn)結(jié)果顯示，不育材料花蕾在小孢子四分體期POD活性明顯高于保持系，推測(cè)酶類活性的增強(qiáng)致使花粉粒內(nèi)新陳代謝紊亂從而造成雄性不育，對(duì)這一結(jié)論有待進(jìn)一步探討。

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Study on Physiological-biochemical Characteristics of Flower Buds with Pepper Male Sterility Lines and Related Maintainer Line

HOU Jie,HAN Yuzhu,LI Jiao,ZHANG Xiaoxu,LI Shuang,YANG Meijun, ZHU Congyu,WANG Kai,ZHANG Guangchen
(College of Horticulture,Jilin Agricultural University,Changchun 130118)

Using the sterile lines O-6,O-9 and related maintainer line as materials,on the full-bloom stage,we measured the antheral soluble sugar,soluble protein and free proline contents of the horn pepper on the 5 microspore development stages,sporogenous cell time,pollen mother cell time,tetrad time,mononuclear microspore time and mature time.The results showed that peroxidase activity in the flower buds of sterile lines on the tetrad time was obviously higher than that in the maintainer line,and the free proline content showed the declining trend with the development of flower bud.The superoxide dismutase activity in the flower bud of maintainer line in every stage was higher than that in sterile lines,but the content in tetrad time of sterile line had a rising trend.The soluble protein and soluble sugar contents in every stage of sterile lines were lower than that in maintainer line,while the malonaldehyde content in sterile lines was higher than that in maintainer line.

Pepper;Male sterility line;Maintainer line;Flower bud;Physiological-biochemical characteristics

S641.3

A

1001-3547（2017）08-0028-05

10.3865/j.issn.1001-3547.2017.08.012

當(dāng)心！空腹吃番茄易長(zhǎng)結(jié)石

吉林省財(cái)政廳科研育種專項(xiàng)資金項(xiàng)目（2015001）

侯杰（1990-），女，碩士，研究方向?yàn)槭卟诉z傳育種與栽培生理，E-mail：465302310@qq.com

張廣臣（1961-），通訊作者，男，教授，碩士生導(dǎo)師，現(xiàn)主要從事設(shè)施栽培生理等研究工作，E-mail：gczh2005@126.com

2017-02-04

番茄中含有較多的鞣酸及果膠，空腹時(shí)，它們會(huì)在胃酸作用下形成大小不等的硬塊，如果這些硬塊不能通過(guò)幽門到達(dá)小腸，就會(huì)滯留在胃中形成胃結(jié)石。小的胃結(jié)石最初像杏核一樣大，之后會(huì)愈積愈大。如果胃結(jié)石無(wú)法自然排出，就會(huì)造成消化道梗阻，出現(xiàn)上腹部劇烈疼痛、嘔吐，甚至嘔血等癥狀。此外，由于番茄中的鞣酸絕大多數(shù)集中在皮上，在番茄脫澀時(shí)，不可能將其中的鞣酸全部脫盡，因此連皮一起吃更易形成結(jié)石。胃結(jié)石形成的速度與番茄的進(jìn)食量、胃酸分泌量和胃蠕動(dòng)等因素有關(guān)，因此相比偶爾吃一點(diǎn)的人，那些經(jīng)常帶皮生吃，且?？崭钩缘娜?，得胃結(jié)石的幾率要遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于其他人。