雄性不育苧麻生理生化特性差異分析

何思，馬玉申，何也君，彭文仙，羅金鳳，揭雨成，2*，邢虎成，2*

（1湖南農業大學苧麻研究所，湖南長沙 410128；2湖南省種質資源創新與資源利用重點實驗室，長沙 410128）

植物雄性不育普遍存在于開花植物中。根據Kaul的研究顯示，人們已經在43科162屬320種的617個品種或種間雜種中發現了雄性不育現象［1］。對苧麻雄性不育系的生理、生化特性開展研究，有利于揭示苧麻雄性不育的生化和遺傳機制，為認識和利用苧麻雄性不育奠定基礎［2，3］。自20世紀80年代初報道苧麻雄性不育以來［4］，我國麻類科技工作者對苧麻雄性不育的生理生化進行了大量研究，如劉飛虎等發現苧麻雄性不育系葉片粗蛋白質和氨基酸含量低于可育系，但游離脯氨酸含量較高［3，5］。宋軍等發現苧麻雄性不育材料花蕾中可溶性糖含量高于可育材料，但淀粉、游離脯氨酸含量和POD活性明顯低于可育材料［6，7］。劉恒蔚等發現，雄性不育苧麻的POD、SOD和CAT活性明顯高于可育株［8］。在其他植物中也有類似的研究。如在辣椒中發現，不育系花中的可溶性蛋白、可溶性糖、游離脯氨酸含量均低于可育系［9-12］。本課題組收集全國各地苧麻雄性不育種質21份，經花粉活力檢測鑒定，將21份苧麻雄性不育材料分為雄花萎縮型、雄花不開裂型、花粉不育型和待定型［13］。對不同類型的雄性不育苧麻的細胞學機理研究發現，雄性不育苧麻的花芽發育比可育苧麻快，推測雄花萎縮型苧麻花芽在分化出花藥和花絲后，花藥不會繼續分化成花粉囊，而是變形萎縮甚至消失形成空腔；雄花不開裂型苧麻在花粉分化階段花被木質化嚴重導致不能開裂；花粉不育型苧麻則是絨氈層和花絲發育異常導致花粉不育［14］。不同類型雄性不育材料在農藝性狀和結實能力方面存在顯著差異［15］。

不同類型苧麻雄性不育的生理生化相關研究較少。本試驗以可育苧麻為對照，研究比較3類苧麻雄性不育材料的生理生化特性，以為進一步揭示其雄性不育生理生化特性及后續研究積累資料。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

雄花萎縮型種質圓青5號、花被不開裂型種質彎子苧麻、花粉不育型種質黃小葉以及雄性可育苧麻GBN08（CK）均由湖南農業大學苧麻研究所提供。所有種質均種植于湖南農業大學耘園試驗基地。

1.2 試驗方法

于三麻現蕾后，每個苧麻種質取幼蕾（長度＜2 cm）、中蕾（長度2～4 cm）、大蕾（長度＞4 cm）和第9葉（由上至下數取第9片苧麻葉）各5～10 g。每3蔸苧麻樣品合成1個重復，取3次重復。樣品冷凍保存于-80℃冰箱中。樣品粗酶液的提取參考文獻［16］的方法。可溶性蛋白含量通過考馬斯亮藍G-250染色法測定；可溶性糖含量采用蒽酮法測定；POD活性測定參照文獻［17］的方法；CAT活性測定采用過氧化氫比色法。生理生化指標測定每樣品測定3次，取平均值。

1.3 數據分析

試驗數據用Excel 2010、SPSS25分析軟件進行處理。

2 結果與分析

2.1 可溶性蛋白含量

由表1可知，3個雄性不育材料和可育材料的可溶性蛋白含量隨花蕾的發育逐漸下降。在幼蕾中，對照可育材料的可溶性蛋白含量（6.21%）顯著高于3個不育材料。在中蕾和大蕾中，花被不開裂型種質彎子苧麻和花粉不育型種質黃小葉的可溶性蛋白含量顯著高于對照可育材料，但雄花萎縮型種質圓青5號的可溶性蛋白含量在大蕾中顯著高于對照，而在中蕾中與對照無差異。功能葉的可溶性蛋白含量均低于花蕾，對照可育材料功能葉可溶性蛋白含量為1.72%，顯著高于3個不育材料。

表1 苧麻雄性不育系與可育系的蛋白與可溶性糖含量比較Table 1 Comparison of protein and soluble sugar contents between male the sterile lines and the fertile lines of ramie %

2.2 可溶性糖含量

從表1可知，3個雄性不育材料和可育材料的可溶性糖含量都隨花蕾的發育先升后降，可育材料GBN08在幼蕾和中蕾期可溶性糖含量均顯著高于不育材料圓青5號和彎子苧麻。圓青5號和彎子苧麻大蕾時期的可溶性糖含量分別為0.97%和1.05%，高于幼蕾時期的含量，而黃小葉則是幼蕾時期的可溶性糖含量高于大蕾時期的可溶性糖含量。功能葉的可溶性糖含量為可育材料顯著高于不育材料，不育材料之間則是花粉不育的黃小葉含量最高，雄花萎縮的圓青5號最低。

2.3 POD活性

從表2可知，幼蕾期是不育材料POD活性最高的時期，可育材料POD活性隨花蕾發育而逐漸升高；3種雄性不育苧麻中，雄花萎縮型的圓青5號在花蕾生長發育的3個階段的POD活性都是最高的，雄花不開裂的彎子苧麻POD活性則3個時期都是最低的；雄花萎縮型圓青5號的POD活性隨著花蕾的生長發育表現出先升后降；雄花不開裂型彎子苧麻和和花粉不育型黃小葉POD活性則表現出隨著花蕾的生長發育先降后升。功能葉POD活性表現為圓青5號大于其他不育和可育苧麻。

表2 苧麻雄性不育系與可育系的過氧化物酶與過氧化氫酶活性比較Table 2 Comparison of peroxidase and catalase contents in the male sterile and the fertile lines of ramie mol·s-1

2.4 CAT活性

從表2可知，幼蕾期可育材料的CAT活性顯著低于不育材料，但在中蕾、大蕾及功能葉中均顯著高于不育材料。圓青5號的CAT活性在花蕾發育的各時期都比彎子苧麻和黃小葉的CAT活性高，3種不育材料的CAT活性變化都隨花蕾的生長發育先降后升，可育材料則呈現出一直緩慢上升，并在中蕾和大蕾時期超過了不育材料。功能葉的CAT活性表現為可育材料高于不育材料。

3 討論

植物雄性不育通常是不育基因直接、間接表達的結果。王淑華等［18］對大白菜雄性不育株與可育株花蕾中蛋白質含量的測定表明，兩用不育系均表現為不育株較可育株的蛋白質含量低。在黃巍等［19］的研究中，辣椒兩種類型不育系花蕾發育的各個時期，可溶性蛋白含量、可溶性糖含量不育系均明顯低于其可育系。梁艷榮等［20］分析了胡蘿卜雄性不育系及其同型保持系在花蕾發育的不同時期蛋白質、可溶性糖含量和POD活性的變化，蛋白質、可溶性糖含量為不育系低于可育系，POD活性不育系高于可育系。在袁德義等［21］雄性不育的生化分析和逯紅棟等［9］的研究中，均為可育品種的CAT活性［22］高于不育品種。本研究的結果表明，3個雄性不育材料和可育材料的可溶性蛋白含量都隨花蕾的發育而逐漸下降，可育材料在幼蕾時期高于不育材料，其他時期均為不育材料高于可育材料。本試驗中可溶性蛋白含量的變化與以上三項研究結果無明顯規律可循，不能確定是否與雄性不育有關，還需進一步研究。可育材料的可溶性糖含量在幼蕾和中蕾期都顯著高于不育材料，3個雄性不育材料的可溶性糖含量都呈現隨著花蕾的發育先上升后下降的趨勢。它的變化與以上研究結果基本一致。POD活性變化大致表現為可育系低于不育系，CAT活性變化則為可育系高于不育系，與以上研究結果一致。

本研究以不同發育時期的花蕾為材料，并結合功能葉，對雄性不育的生理生化特性進行比較分析，結果表明不育材料與可育材料之間在可溶性蛋白、可溶性糖、POD和CAT活性等方面均存在顯著差異，其變化在花蕾發育的各個時期和功能葉上表現顯著，對以后細胞學和花藥形態解剖分析等方面具有一定的指導意義。

4 結論

本研究對雄性不育苧麻可溶性蛋白含量、可溶性糖含量、POD和CAT活性指標進行分析，3個雄性不育材料、可育材料的可溶性蛋白含量都隨花蕾的發育逐漸下降；3個雄性不育材料的可溶性糖含量都呈現出隨花蕾的發育先上升后下降的趨勢。幼蕾期是不育材料POD活性最高的時期，可育材料POD活性隨花蕾發育逐漸升高。幼蕾期可育材料的CAT活性顯著低于不育材料，但在中蕾、大蕾及功能葉中均顯著高于不育材料。