桔梗开花的雌蕊什么时候绽开

桔梗雄配子体发育异常_不育花蕾内源激素含量动态变化_桔梗生殖生物学及

植物激素对雄性不育的发生起着重要的调节作用。近年来国内学者围绕植物内源激素与育性的关系进行了大量研究，结果表明，亚麻、辣椒、玉米、茄子、百合、西瓜等许多植物各种不育类型雄性败育的发生与植物内源激素含量变化关系密切，研究植物雄性不育花蕾发育过程中激素的变化，对于探讨这些植物不育发生的生化机制以及在杂交种生产中实现育性调控具有重要的意义。但目前仍未见有关桔梗内源激素与雄性不育发生关系的相关报道，本试验利用桔梗不育株系PA和保持株系PB为材料，比较研究了桔梗不育花和可育花发育的不同时期起内源激素动态变化规律，以期揭示桔梗雄性不育激素调控机制，为通过雄性不育利用桔梗杂种优势提供理论依据。

1　材料与方法

2007年7月我们于陕西商洛桔梗栽培群体中发现了雄性不育突变材料，对其进行了鉴定并编号为PA;选同一群体优良可育单株进行连续自交，自交可育株系编号为PB，同时用PB连续给PA回交授粉，因此，试验材料PA、PB两者具有相近遗传背景，除花药外(不育花药干瘪萎缩灰褐色，可育花饱满浅黄色)，其他性状表现基本相似。试验地位于陕西省商洛市北纬33°54'，东经109°53'，地处秦岭南坡受东南季风影响，年平均降水量725.5mm，平均海拔722m，年平均气温12.8℃，绝对无霜期为180d左右。2008年3月20日育苗，5月25日移栽于香菊制药公司植物药园，栽培密度为10cm×25cm，田间管理同当地常规栽培。于盛花期晴天上午根据花蕾发育时期与花蕾大小的关系，分别取小孢子母细胞期(蕾长0.4～0.5cm)、减数分裂期(蕾长0.9～1.0cm)，四分体期(蕾长1.0～1.5cm)、单核靠边期(蕾长1.5～2.0cm)，花粉粒成熟期(蕾长2.5～3.0cm)花蕾，分别测定IAA、ZR、GA3、ABA含量和乙烯释放量;按照上述方法获取的样品液氮速冻于-70℃保存备用，试验重复3次。采用高效液相色谱法［16］(HPLC)测定IAA、ZR、GA3、ABA含量;乙烯释放量采用GC-9A气相色谱仪测定，在(25±2)℃黑暗下放置36 h后测定乙烯释放量［17］。

2　结果与分析

2.1　桔梗不育系和可育系内源IAA含量的动态变化

桔梗不育株系和可育株系花蕾组织中IAA含量变化情况见图2-11-1。可以看出，在小孢子发育的前期(小孢子母细胞期至减数分裂期)，不育系和可育系花蕾中IAA含量均迅速上升，减数分裂后则出现明显转折，即不育系IAA含量迅速下降，而可育系含量先略有下降而后逐渐升高，并始终保持在较高含量水平。从图中还可以看出，在小孢子发育的各时期，不育系花蕾IAA含量均低于可育系，在减数分裂前，不育系IAA含量比可育系略高，但两者在同一显著水平，而减数分裂后这种差异均达到极显著水平，特别是花粉粒成熟期可育系花蕾IAA含量比不育系高3.6倍以上。IAA是维持代谢库强度的主要内源激素物质，不育花蕾IAA含量的迅速下降会降低小孢子获取营养的能力，使小孢子发育处在营养相对亏缺的状态，小孢子发育期营养饥饿可能是引起桔梗花粉败育的原因之一。

图2-11-1　桔梗雄性不育系和可育系花蕾IAA含量变化

图2-11-2　桔梗雄性不育系和可育系花蕾ZR含量变化

2.2　桔梗不育系和可育系内源ZR含量的动态变化

由图2-11-2可以看出，随着小孢子的发育，可育系花蕾ZR含量基本呈先升后降的变化趋势，而在整个发育期不育花蕾ZR含量略有变化，且始终维持在较低水平。还可以看出，在花蕾发育的各阶段，不育系花蕾ZR含量均明显低于可育系，其差异均达到极显著水平。表明桔梗雄性败育的发生可能与ZR含量变化有关。

2.3　桔梗不育系和可育系内源GA3含量的动态变化

在花粉母细胞至四分体期，随着小孢子的发育，桔梗不育系和可育系花蕾GA3含量均逐渐减低，而四分体期(雄性不育细胞学败育发生的关键期)后出现转折，即不育系GA3含量继续迅速降低，而可育系却开始迅速增加，其GA3含量逐渐达到最高。从图2-11-3中还可以看出，在小孢子发育的各时期，不育系花蕾GA3含量均明显低于可育系，二者差异在单核靠边期达到最大，此时可育系花蕾GA3含量是不育系的2.81倍。表明在小孢子发育过程中，不育系花蕾出现GA3亏缺可能是败育发生的原因之一。

图2-11-3　桔梗雄性不育系和可育系花蕾GA3含量变化

图2-11-4　桔梗雄性不育系和可育系花蕾ABA含量变化

2.4　桔梗不育系和可育系内源ABA含量的动态变化

随着小孢子的发育，不育系和可育系花蕾ABA含量均呈上升趋势(图2-11-4)，但不育系ABA含量快速增加期出现时间明显早于可育系，在减数分裂后不育系ABA含量随即迅速增加，而可育系直到花粉成熟期ABA含量才显著提高。在整个发育过程中，不育系ABA含量均高于可育系，在四分体期和单核靠边期二者间差异达极显著水平。不育系ABA含量过早出现盈积可能会促使小孢子发育提早衰亡而导致败育。

2.5　桔梗不育系和可育系内源ETH含量的动态变化

由图2-11-5可以看出，桔梗不育系和保持系在小孢子发育过程中其花蕾ETH释放量呈相同变化趋势，即在小孢子发育前期，ETH释放量均逐渐增加，到单核靠边期达到最大，之后开始下降。从图中还可以看出，在发育过程中的各阶段，不育系ETH的释放量均显著高于相应可育系，二者间差异始终维持在1.74～3.11倍之间。

图2-11-5　桔梗雄性不育系和可育系花蕾ETH释放量变化

2.6　桔梗雄性不育和可育系花蕾内源激素平衡的动态变化

不育系和可育系花蕾中IAA/ABA、ZR/ABA、GA3/ABA和ZR/GA3比值，随着小孢子的发育基本呈下降趋势(表2-11-1)，且不育系花蕾中这4种内源激素比值均明显低于相应可育系，特别是在减数分裂期后的四分体期和单核靠边期(雄性不育细胞学败育发生关键期)，可育系和不育系间这4种激素比值差异均达到显著或极显著水平。

表2-11-1　桔梗雄性不育系和可育系花蕾内源激素比值含量变化

注:A.不育系花蕾;B.可育系花蕾;不同小写字母表示同一激素比值不同发育时期5%水平上差异显著。
Note:A．male-sterile lines;B．viable lines; Different letters indicate significant difference at P＜0．05．

表明在花蕾发育过程中，IAA、GA3、ZR与ABA、GA3的相对含量有不育系比可育系下降的趋势。在整个发育过程中，不育系和可育系花蕾中IAA/GA3比值基本呈现升高后降低的趋势，在发育初期不育系花蕾IAA/GA3比值高于可育系，但在四分体期却出现转折，即在这一时期可育系显著高于不育系。

3　讨论

许多研究均表明植物雄性不育的发生与花蕾发育时期内源IAA含量的异常有一定关系，目前对雄性不育与IAA含量间的关系归纳起来基本存在两种相反的观点，一种观点认为，IAA含量的升高可诱发植物雄性不育;而另一种观点认为，雄性不育的发生与花器官IAA含量损亏有关。本研究结果支持后一种观点，在小孢子发育过程中，桔梗雄性不育系花蕾IAA含量始终低于相应可育系，特别是在四分体期及其后各时期这种差异均达到极显著水平;植物组织IAA参与调节营养物质的运输方向，其含量的高低常常决定着代谢“库”的强弱，桔梗雄性不育细胞学败育发生的关键时期是减数分裂至四分体时期，而就在这一时期桔梗不育系花蕾IAA含量显著降低，IAA亏缺势必引起营养物质向花蕾方向运输能力的不足，导致小孢子发育所必需的营养物质的缺乏，最终造成小孢子发育的停滞和异常。

植物不同内源激素间普遍存在着复杂的相互作用。桔梗雄性不育系花蕾IAA含量的异常降低，可能与其GA3、ZR含量的降低和ABA含量、ETH释放量的增加有密切关系。GA3可抑制IAA氧化酶和过氧化酶活性，ZR可清除IAA氧化酶，同时这两种激素都解除IAA被结合，增加游离态IAA含量;ABA和ETH都可提高IAA氧化酶和过氧化酶活性，同时它们还分别促进结合态IAA的形成和抑制IAA的合成及转移;桔梗花蕾发育时期不育系GA3、ZR含量的降低和ABA含量、ETH释放量的增加，都提高了IAA氧化酶和过氧化酶活性、促进了结合态IAA的形成，最终促使桔梗不育系花蕾中IAA含量降低。

一种植物激素不仅影响另一种激素的合成、代谢、运输和作用方式，另外植物形态建成也是多种内源激素平衡作用的结果。本研究结果显示桔梗不育花蕾IAA/ABA、ZR/ABA、GA3/ABA和ZR/GA3比值低于相应可育系，表明桔梗雄性败育的过程中花蕾中激素平衡发生了变化，不育系IAA、ZR、GA3含量相对于ABA、GA3的含量有比可育系下降的趋势，这与辣椒和小麦的结果基本相同，而与亚麻、玉米的IAA/ABA比值结果相反，不同植物内源激素含量变化与其雄性不育间不同的关系，可能与不同植物遗传特性的差异有关。

4　结论

利用高效液相色谱(HPLC)法测定生长素(IAA)、脱落酸(ABA)、玉米素核苷(ZR)和赤霉素(GA3)4种内源激素含量，利用气相色谱分析仪测定乙烯释放量，对桔梗雄性不育系和可育系花蕾不同发育阶段内源激素动态变化进行了对比分析。结果表明:在花蕾发育的各时期，桔梗不育系花蕾IAA、ZR、GA3含量均低于相应可育系，而ABA含量、ETH释放量均高于相应可育系，并且在四分体期及其后各发育阶段，二者间激素含量差异均达到极显著水平。桔梗不育系花蕾中IAA/ABA、ZR/ABA、GA3/ABA和ZR/GA3等4个激素比值均有低于相应可育系的趋势。桔梗不育系花蕾中IAA、ZR、GA3含量的亏缺、ABA含量的积累、ETH过量释放以及激素平衡关系的破坏，都可能引起桔梗雄性不育的发生。