辣椒CMS不育材料不同生育期光合和生理特性

柴伟国，忻雅，肖文斐，裘劼人

(杭州市农业科学研究院 生物技术研究所，浙江 杭州 310024)

辣椒(CapsicumannuumL.)是重要的蔬菜作物，全球种植面积约367万hm2，中国种植面积133万hm2以上，生产中对种子的需求很大。利用辣椒胞质雄性不育(cytoplasmic male sterility，CMS)“三系”配套法生产杂交种子不但可以省去人工去雄环节，确保杂交种子纯度，减少辣椒制种风险，降低制种成本，还有利于保护品种知识产权。本试验以自育辣椒胞质雄性不育材料DH-01-1-1A和相应保持系为研究对象，比较两者光合特性和花蕾的生理生化指标，以期揭示辣椒胞质雄性不育机理，并为该雄性不育材料的利用供理论依据。

1 材料与方法

1.1 材料与设备

辣椒胞质雄性不育系DH-01-1-1A和保持系DH-01-1-1B于2019年3月6日播种，2019年3月16日小苗移栽入32孔穴盘，4月20日6叶1心时定植于杭州市农业科学院转塘科研基地大棚，采用土壤栽培，日常管理与大棚生产相同。

LI-COR LI-6400XT便携式光合作用测量系统(美国LI-COR公司)，HH-6数显恒温水浴锅(上海维诚仪器有限公司)，紫外可见分光光度计(uv-550，日本岛津)，离心机(5810R，德国Eppendorf)。

1.2 处理设计

1.2.1 光合作用测定

在辣椒7叶1心苗期、初花期、初果期和盛果期等4个生育期，选取长势中等的3株植株，用LI-COR LI-6400XT测定中上部功能叶。分别在光合有效辐射为2 000、1 500、1 000、500、200、100、50和0 μmol·m-2·s-1下测定光响应曲线，测定时用CO2钢瓶使参比室的CO2浓度稳定在(400±15)μmol·mol-1，叶室温度控制在(25±1)℃，相对湿度控制在(55±5)%。3株植株(重复)的均值为最终值。

1.2.2 花蕾生理指标测定

叶片的光合速率测定完成后，采取4分体时期的花蕾测定各项生理指标，实验设3次重复，测定结果取3次重复的平均值。可溶性糖含量测定采用蒽酮比色法[1]，游离脯氨酸含量测定采用酸性茚三酮比色法[2]，游离蛋白质含量测定采用G-250考马斯亮蓝法[1]，过氧化物酶(POD)活性的测定采用愈创木酚法[3]，多酚氧化酶(PPO)活性测定采用邻苯二酚法[4]。

2 结果与分析

2.1 不同生育期叶片净光合速率变化

试验结果(图1)表明，保持系的净光合速率表现为盛果期>初果期>初花期>苗期，初果期与盛果期未坐果的不育系植株的净光合速率低于保持系。不育系经授粉坐果后，其净光合速率比保持系略低，但差异不大。辣椒苗期光饱和点在1 200 μmol·m-2·s-1左右，保持系略高于不育系。随着辣椒的生长，光饱和点也逐渐增大，到盛果期光饱和点达到1 500 μmol·m-2·s-1左右。

图1 不育系与保持系发育不同时期的净光合速率

2.2 不同生育期花朵可溶性糖、游离蛋白质和游离脯氨酸含量的变化

试验材料从营养生长期进入生殖发育期后，在初花期、初果期与盛果期采取4分体时期的花蕾，测定其可溶性糖、游离蛋白质和游离脯氨酸的含量。结果表明，不育系花蕾可溶性糖含量初果期>盛果期>初花期，同一生育期内不育系显著低于保持系。进入初果期后，不育系用保持系进行授粉结果，坐果后的不育系植株花蕾中可溶性糖含量升高，但仍显著低于同期保持系(图2)。

从图2可见，随着辣椒的生长，保持系的游离蛋白质含量逐渐升高，不育系中的含量逐渐下降，不育系花蕾中的游离蛋白质含量始终低于保持系。在测定的3个生育期中，3个材料的蛋白质含量差异达显著水平。不育系脯氨酸含量在初花期较高，初果期和旺果期含量显著下降；而保持系花蕾中游离脯氨酸含量显著高于不育系，且随着辣椒的生长脯氨酸含量不断升高，进入结果期后，坐果不育系与保持系脯氨酸的含量差异显著。

2.3 过氧化物酶和多酚氧化酶活性的差异

从图3可知，未坐果不育系花蕾中的POD活性显著高于保持系，而坐果不育系的POD活性显著高于保持系。其中不坐果的不育系POD活性随着发育阶段的推进呈持续增强趋势，而坐果的不育系POD活性则逐渐减弱，保持系也是逐渐减弱。

图中数据以鲜质量计。同时期比较,柱间无相同小写字母表示组间差异显著(P<0.05),图3同。图2 不同生育期不育系与保持系花蕾中可溶性糖、游离蛋白质和游离脯氨酸含量

PPO活性变化与POD活性一致，不坐果不育系的PPO活性显著高于保持系，而坐果的不育系PPO活性略高于保持系。

图3 辣椒花蕾不同生育期过氧化物酶和多酚氧化酶活性

3 小结与讨论

辣椒净光合速率在苗期较小，随着生育期的推进逐渐增加大，到盛果期达到最大，与蓬桂华等[5]的研究结果一致。进入初果期后，在适宜光照强度下不育系和保持系的净光合速率差距加大，光饱和点也随之增高。不育系植株经过保持系授粉结果后，其净光合速率特征与保持系相当，其原因可能是辣椒坐果后，由于库器官的出现，加快了光合产物的运输, 从而促使了光合作用进一步增强。不同生育期花朵可溶性糖、可溶性蛋白质均低于可育系，与前研究结果相同，也与净光合速率变化规律符合[6-8]。

游离脯氨酸含量在花蕾的不同发育时期差异十分明显，不育系脯氨酸含量在初花期较高，初果期和旺果期含量大大下降，而保持系花蕾中游离脯氨酸迅速积累，含量明显高于不育系。脯氨酸为花粉萌发和花粉管伸长提供重要的能源和氮源，如果缺乏会影响花粉发育过程中许多酶与结构物质的合成，从而导致小孢子败育[9-10]。Fang等[11]对同组不育系材料采用蛋白组学分析，认为一些氨基酸合成的大幅下降引起了不育的发生。

邹学校等[12-13]对辣椒雄性不育株系不同发育阶段的花蕾POD、PPO活性测定发现，不育株POD、PPO活性均高于可育株系。辣椒花蕾中过氧化物酶含量过高，可能影响了正常的生理代谢，引起辣椒不育。