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

（吉林農業大學園藝學院，長春，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

（吉林農業大學園藝學院，長春，130118）

以羊角椒不育系O-6、O-9及其相應保持系為試材，在盛花期分別對5個小孢子發育時期（造孢細胞時期、花粉母細胞時期、四分體時期、單核小孢子時期、成熟粒時期）花藥的可溶性糖、可溶性蛋白、游離脯氨酸含量進行測定。試驗結果表明，不育材料花蕾中的過氧化物酶活性在四分體時期明顯高于保持系，游離脯氨酸含量隨著花蕾的發育呈下降趨勢；保持系各時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期含量又有所上升；不育材料小孢子發育各時期的可溶性蛋白、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，其雜交產生的一代雜種具有品質好、抗性強、產量高等顯著優勢，因此，辣椒雜交育種成為獲得優良品種的普遍應用方法[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，傳統的人工去雄不僅費時費工，而且影響坐果率和果實質量，致使制種成本高、產量不穩、雜交種純度難以保證。而利用雄性不育系生產種子可以省去人工去雄的過程，是簡化制種手續、節約生產成本和提高種子純度的有效方法[2]。自Martin等[3]和Peterson[4]報道辣椒細胞核雄性不育和質核互作雄性不育以來，如何在辣椒產業發展中研究利用雄性不育性狀受到育種家們的高度重視。植物的生長發育涉及到酶、營養物質、生長物質等各類成分，只有各方面協同作用才能正常生長發育，其中任一環節出現問題都會導致性狀變異[5]。花粉的發育與雄蕊尤其是花藥密切相關，若在花藥發育的過程中遇到激素、酶的異常調控、營養物質缺乏、能量代謝異常等現象，都會影響花的育性[6]。孫立全等[7]和劉金兵等[8]及一些國內學者研究發現，辣椒不育材料和可育材料的過氧化物酶（POD）、過氧化氫酶 （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影響花的育性。本試驗通過對辣椒雄性不育材料O-6、O-9和其保持系小孢子各個發育時期部分生化指標的測定分析，揭示辣椒雄性不育材料O-6、O-9小孢子的敗育機理，以期為今后的研究提供理論依據。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

材料為羊角椒不育系O-6、O-9及其保持系，由吉林農業大學辣椒課題組提供，待在其盛花期時按形態特征分為5個等級[9]（表1），采其花蕾進行試驗測定。

表1 不同級別的花蕾大小與形態特征

1.2 試驗方法

于盛花期采摘分級后的花蕾，測定生理生化指標。可溶性糖含量采用蒽酮法測定，可溶性蛋白含量采用G-250考馬斯亮藍法測定，游離脯氨酸含量采用酸性茚三酮比色法測定，POD活性采用愈創木酚法測定，SOD活性采用氮藍四唑法測定，丙二醛含量采用TBA法測定[10]。

1.3 數據處理方法

試驗數據采用Microsoft Excel和DPS軟件進行處理和統計分析。

圖2 兩不育系和保持系小孢子不同發育時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育時期游離脯氨酸含量的比較

2 結果與分析

2.1 小孢子發育各時期可溶性糖含量

辣椒小孢子不同發育時期花蕾中可溶性糖含量的測定結果表明（圖1），在花蕾發育的各個時期，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相似。但隨著花蕾的發育，可溶性糖含量在兩系中均呈先上升后下降趨勢，且在四分體時期最高。不育材料O-6與不育材料O-9的可溶性糖含量變化趨勢相同，但O-9變化幅度較小。

2.2 小孢子發育各時期可溶性蛋白含量

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

2.3 小孢子發育各時期游離脯氨酸含量

辣椒小孢子不同發育時期花蕾中脯氨酸含量的測定結果表明（圖3），在造孢細胞時期不育材料花蕾的游離脯氨酸含量明顯高于保持系，但隨著花蕾的生長發育，不育材料游離脯氨酸含量呈下降趨勢，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，但O-6各時期花蕾中游離脯氨酸含量明顯高于O-9。

2.4 小孢子發育各時期MDA含量

辣椒小孢子不同發育時期花蕾中丙二醛含量的測定結果表明（圖4），隨著花蕾的發育，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，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育時期MDA活性的比較

2.5 小孢子發育各時期POD活性

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

圖5 兩不育系和保持系小孢子不同發育時期POD活性的比較

圖6 兩不育系和保持系小孢子不同發育時期SOD活性的比較

2.6 小孢子發育各時期SOD活性

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

3 結論與討論

在小孢子發育的各個時期，不育系花藥中可溶性糖含量低于保持系，與李瑩瑩等[11]的研究結果一致。劉金兵等[12]則證明，可溶性糖含量無論是葉片還是花藥中，均為保持系高于不育系。花藥中多糖對小孢子發育極為重要，它既是細胞的組成部分，也是小孢子發生過程中積累的營養物質，還作為其發育過程中的信號物質，碳水化合物與材料不育有直接聯系。鄧明華等[13]研究發現，不育系辣椒小花蕾時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升高。但本試驗不育材料在小孢子發育各時期花蕾中的可溶性蛋白含量明顯低于其保持系。隨著花蕾的生長發育，各材料花蕾中可溶性蛋白含量均呈下降趨勢，測定結果與逯紅棟等[14]的研究結果一致。蛋白質是細胞的重要組成部分，在花藥和花粉發育過程中也起著非常關鍵性的作用，不僅為花藥和花粉發育提供營養物質，而且還作為信號物質影響花藥和花粉的發育[15]，不育材料可溶性蛋白含量比其保持系低，說明不育材料的不育性可能是由于可溶性蛋白的缺乏造成。

本試驗結果表明，辣椒小孢子不同發育時期，造孢細胞時期不育材料花蕾中的游離脯氨酸含量明顯高于保持系，但隨著花蕾的生長發育，不育材料游離脯氨酸含量呈下降趨勢，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，在花粉粒成熟期達到最大值，與逯紅棟等[14]、劉金兵等[12]的結論一致。前人研究表明，游離脯氨酸是影響小孢子正常發育的關鍵因素，能夠為花粉萌發和花粉管的伸長提供必需的能量及氮源，還能直接參與合成蛋白質，具有重要的生理功能[16]。Palif[17]認為，花藥內游離脯氨酸含量與育性呈相關，并提出可作為花粉的育性指標。本試驗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發生過氧化反應的終產物，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]研究認為，在不育系中，隨著花蕾發育MDA含量呈下降趨勢。但本試驗結果顯示，不育材料小孢子發育各時期的MDA含量都明顯高于其保持系，與安巖等[18]在胡蘿卜（Daucus carota）上的研究結果一致。隨著花蕾發育，MDA含量在不育材料和其保持系中均呈下降趨勢，但在花粉粒成熟期又有所升高，說明MDA的含量可能還與其他因素有關，與彭婧等[19]的結論一致。

辣椒小孢子在花蕾發育的各個時期，保持系各時期花蕾中SOD活性均高于不育系。隨著花蕾的發育，保持系SOD活性呈先上升后下降趨勢，但不育系SOD活性呈先下降后上升趨勢，且在四分體時期時期發生轉折，與李瑩瑩等[20]研究結論相同。

在小孢子發育的各個時期，不育材料過氧化物酶（POD）活性大于可育材料，與鄧明華等[5]發現在花藥發育的任何時期不育系POD活性均高于可育系結果一致，但李瑩瑩等[11]得出相反的結果。本試驗在造孢細胞時期，不育材料與其保持系花藥中過氧化物酶活性接近，但隨著花蕾的發育，不育材料花蕾中POD活性呈上升趨勢，而其保持系花蕾中過氧化物酶活性呈下降趨勢。POD是一種復雜成分的酶，具有多種生理功能。許多研究表明，過氧化物酶（POD）與內源激素代謝息息相關，其活性與植物體內IAA呈負相關，若POD活性增強，IAA含量就會降低，導致新陳代謝紊亂，營養物質積累停止，造成小孢子敗育[21]。本試驗結果顯示，不育材料花蕾在小孢子四分體期POD活性明顯高于保持系，推測酶類活性的增強致使花粉粒內新陳代謝紊亂從而造成雄性不育，對這一結論有待進一步探討。

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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

當心！空腹吃番茄易長結石

吉林省財政廳科研育種專項資金項目（2015001）

侯杰（1990-），女，碩士，研究方向為蔬菜遺傳育種與栽培生理，E-mail：465302310@qq.com

張廣臣（1961-），通訊作者，男，教授，碩士生導師，現主要從事設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，它們會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幽門到達小腸，就會滯留在胃中形成胃結石。小的胃結石最初像杏核一樣大，之后會愈積愈大。如果胃結石無法自然排出，就會造成消化道梗阻，出現上腹部劇烈疼痛、嘔吐，甚至嘔血等癥狀。此外，由于番茄中的鞣酸絕大多數集中在皮上，在番茄脫澀時，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石。胃結石形成的速度與番茄的進食量、胃酸分泌量和胃蠕動等因素有關，因此相比偶爾吃一點的人，那些經常帶皮生吃，且常空腹吃的人，得胃結石的幾率要遠遠高于其他人。