雄性不育苎麻生理生化特性差异分析

何思，马玉申，何也君，彭文仙，罗金凤，揭雨成，2*，邢虎成，2*

（1湖南农业大学苎麻研究所，湖南长沙 410128；2湖南省种质资源创新与资源利用重点实验室，长沙 410128）

植物雄性不育普遍存在于开花植物中。根据Kaul的研究显示，人们已经在43科162属320种的617个品种或种间杂种中发现了雄性不育现象［1］。对苎麻雄性不育系的生理、生化特性开展研究，有利于揭示苎麻雄性不育的生化和遗传机制，为认识和利用苎麻雄性不育奠定基础［2，3］。自20世纪80年代初报道苎麻雄性不育以来［4］，我国麻类科技工作者对苎麻雄性不育的生理生化进行了大量研究，如刘飞虎等发现苎麻雄性不育系叶片粗蛋白质和氨基酸含量低于可育系，但游离脯氨酸含量较高［3，5］。宋军等发现苎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、游离脯氨酸含量和POD活性明显低于可育材料［6，7］。刘恒蔚等发现，雄性不育苎麻的POD、SOD和CAT活性明显高于可育株［8］。在其他植物中也有类似的研究。如在辣椒中发现，不育系花中的可溶性蛋白、可溶性糖、游离脯氨酸含量均低于可育系［9-12］。本课题组收集全国各地苎麻雄性不育种质21份，经花粉活力检测鉴定，将21份苎麻雄性不育材料分为雄花萎缩型、雄花不开裂型、花粉不育型和待定型［13］。对不同类型的雄性不育苎麻的细胞学机理研究发现，雄性不育苎麻的花芽发育比可育苎麻快，推测雄花萎缩型苎麻花芽在分化出花药和花丝后，花药不会继续分化成花粉囊，而是变形萎缩甚至消失形成空腔；雄花不开裂型苎麻在花粉分化阶段花被木质化严重导致不能开裂；花粉不育型苎麻则是绒毡层和花丝发育异常导致花粉不育［14］。不同类型雄性不育材料在农艺性状和结实能力方面存在显著差异［15］。

不同类型苎麻雄性不育的生理生化相关研究较少。本试验以可育苎麻为对照，研究比较3类苎麻雄性不育材料的生理生化特性，以为进一步揭示其雄性不育生理生化特性及后续研究积累资料。

1 材料与方法

1.1 试验材料

雄花萎缩型种质圆青5号、花被不开裂型种质弯子苎麻、花粉不育型种质黄小叶以及雄性可育苎麻GBN08（CK）均由湖南农业大学苎麻研究所提供。所有种质均种植于湖南农业大学耘园试验基地。

1.2 试验方法

于三麻现蕾后，每个苎麻种质取幼蕾（长度＜2 cm）、中蕾（长度2～4 cm）、大蕾（长度＞4 cm）和第9叶（由上至下数取第9片苎麻叶）各5～10 g。每3蔸苎麻样品合成1个重复，取3次重复。样品冷冻保存于-80℃冰箱中。样品粗酶液的提取参考文献［16］的方法。可溶性蛋白含量通过考马斯亮蓝G-250染色法测定；可溶性糖含量采用蒽酮法测定；POD活性测定参照文献［17］的方法；CAT活性测定采用过氧化氢比色法。生理生化指标测定每样品测定3次，取平均值。

1.3 数据分析

试验数据用Excel 2010、SPSS25分析软件进行处理。

2 结果与分析

2.1 可溶性蛋白含量

由表1可知，3个雄性不育材料和可育材料的可溶性蛋白含量随花蕾的发育逐渐下降。在幼蕾中，对照可育材料的可溶性蛋白含量（6.21%）显著高于3个不育材料。在中蕾和大蕾中，花被不开裂型种质弯子苎麻和花粉不育型种质黄小叶的可溶性蛋白含量显著高于对照可育材料，但雄花萎缩型种质圆青5号的可溶性蛋白含量在大蕾中显著高于对照，而在中蕾中与对照无差异。功能叶的可溶性蛋白含量均低于花蕾，对照可育材料功能叶可溶性蛋白含量为1.72%，显著高于3个不育材料。

表1 苎麻雄性不育系与可育系的蛋白与可溶性糖含量比较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

从表1可知，3个雄性不育材料和可育材料的可溶性糖含量都随花蕾的发育先升后降，可育材料GBN08在幼蕾和中蕾期可溶性糖含量均显著高于不育材料圆青5号和弯子苎麻。圆青5号和弯子苎麻大蕾时期的可溶性糖含量分别为0.97%和1.05%，高于幼蕾时期的含量，而黄小叶则是幼蕾时期的可溶性糖含量高于大蕾时期的可溶性糖含量。功能叶的可溶性糖含量为可育材料显著高于不育材料，不育材料之间则是花粉不育的黄小叶含量最高，雄花萎缩的圆青5号最低。

2.3 POD活性

从表2可知，幼蕾期是不育材料POD活性最高的时期，可育材料POD活性随花蕾发育而逐渐升高；3种雄性不育苎麻中，雄花萎缩型的圆青5号在花蕾生长发育的3个阶段的POD活性都是最高的，雄花不开裂的弯子苎麻POD活性则3个时期都是最低的；雄花萎缩型圆青5号的POD活性随着花蕾的生长发育表现出先升后降；雄花不开裂型弯子苎麻和和花粉不育型黄小叶POD活性则表现出随着花蕾的生长发育先降后升。功能叶POD活性表现为圆青5号大于其他不育和可育苎麻。

表2 苎麻雄性不育系与可育系的过氧化物酶与过氧化氢酶活性比较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

从表2可知，幼蕾期可育材料的CAT活性显著低于不育材料，但在中蕾、大蕾及功能叶中均显著高于不育材料。圆青5号的CAT活性在花蕾发育的各时期都比弯子苎麻和黄小叶的CAT活性高，3种不育材料的CAT活性变化都随花蕾的生长发育先降后升，可育材料则呈现出一直缓慢上升，并在中蕾和大蕾时期超过了不育材料。功能叶的CAT活性表现为可育材料高于不育材料。

3 讨论

植物雄性不育通常是不育基因直接、间接表达的结果。王淑华等［18］对大白菜雄性不育株与可育株花蕾中蛋白质含量的测定表明，两用不育系均表现为不育株较可育株的蛋白质含量低。在黄巍等［19］的研究中，辣椒两种类型不育系花蕾发育的各个时期，可溶性蛋白含量、可溶性糖含量不育系均明显低于其可育系。梁艳荣等［20］分析了胡萝卜雄性不育系及其同型保持系在花蕾发育的不同时期蛋白质、可溶性糖含量和POD活性的变化，蛋白质、可溶性糖含量为不育系低于可育系，POD活性不育系高于可育系。在袁德义等［21］雄性不育的生化分析和逯红栋等［9］的研究中，均为可育品种的CAT活性［22］高于不育品种。本研究的结果表明，3个雄性不育材料和可育材料的可溶性蛋白含量都随花蕾的发育而逐渐下降，可育材料在幼蕾时期高于不育材料，其他时期均为不育材料高于可育材料。本试验中可溶性蛋白含量的变化与以上三项研究结果无明显规律可循，不能确定是否与雄性不育有关，还需进一步研究。可育材料的可溶性糖含量在幼蕾和中蕾期都显著高于不育材料，3个雄性不育材料的可溶性糖含量都呈现随着花蕾的发育先上升后下降的趋势。它的变化与以上研究结果基本一致。POD活性变化大致表现为可育系低于不育系，CAT活性变化则为可育系高于不育系，与以上研究结果一致。

本研究以不同发育时期的花蕾为材料，并结合功能叶，对雄性不育的生理生化特性进行比较分析，结果表明不育材料与可育材料之间在可溶性蛋白、可溶性糖、POD和CAT活性等方面均存在显著差异，其变化在花蕾发育的各个时期和功能叶上表现显著，对以后细胞学和花药形态解剖分析等方面具有一定的指导意义。

4 结论

本研究对雄性不育苎麻可溶性蛋白含量、可溶性糖含量、POD和CAT活性指标进行分析，3个雄性不育材料、可育材料的可溶性蛋白含量都随花蕾的发育逐渐下降；3个雄性不育材料的可溶性糖含量都呈现出随花蕾的发育先上升后下降的趋势。幼蕾期是不育材料POD活性最高的时期，可育材料POD活性随花蕾发育逐渐升高。幼蕾期可育材料的CAT活性显著低于不育材料，但在中蕾、大蕾及功能叶中均显著高于不育材料。