辣椒CMS不育材料不同生育期光合和生理特性

柴偉國，忻雅，肖文斐，裘劼人

(杭州市農(nóng)業(yè)科學(xué)研究院 生物技術(shù)研究所，浙江 杭州 310024)

辣椒(CapsicumannuumL.)是重要的蔬菜作物，全球種植面積約367萬hm2，中國種植面積133萬hm2以上，生產(chǎn)中對種子的需求很大。利用辣椒胞質(zhì)雄性不育(cytoplasmic male sterility，CMS)“三系”配套法生產(chǎn)雜交種子不但可以省去人工去雄環(huán)節(jié)，確保雜交種子純度，減少辣椒制種風(fēng)險，降低制種成本，還有利于保護(hù)品種知識產(chǎn)權(quán)。本試驗以自育辣椒胞質(zhì)雄性不育材料DH-01-1-1A和相應(yīng)保持系為研究對象，比較兩者光合特性和花蕾的生理生化指標(biāo)，以期揭示辣椒胞質(zhì)雄性不育機(jī)理，并為該雄性不育材料的利用供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料與設(shè)備

辣椒胞質(zhì)雄性不育系DH-01-1-1A和保持系DH-01-1-1B于2019年3月6日播種，2019年3月16日小苗移栽入32孔穴盤，4月20日6葉1心時定植于杭州市農(nóng)業(yè)科學(xué)院轉(zhuǎn)塘科研基地大棚，采用土壤栽培，日常管理與大棚生產(chǎn)相同。

LI-COR LI-6400XT便攜式光合作用測量系統(tǒng)(美國LI-COR公司)，HH-6數(shù)顯恒溫水浴鍋(上海維誠儀器有限公司)，紫外可見分光光度計(uv-550，日本島津)，離心機(jī)(5810R，德國Eppendorf)。

1.2 處理設(shè)計

1.2.1 光合作用測定

在辣椒7葉1心苗期、初花期、初果期和盛果期等4個生育期，選取長勢中等的3株植株，用LI-COR LI-6400XT測定中上部功能葉。分別在光合有效輻射為2 000、1 500、1 000、500、200、100、50和0 μmol·m-2·s-1下測定光響應(yīng)曲線，測定時用CO2鋼瓶使參比室的CO2濃度穩(wěn)定在(400±15)μmol·mol-1，葉室溫度控制在(25±1)℃，相對濕度控制在(55±5)%。3株植株(重復(fù))的均值為最終值。

1.2.2 花蕾生理指標(biāo)測定

葉片的光合速率測定完成后，采取4分體時期的花蕾測定各項生理指標(biāo)，實驗設(shè)3次重復(fù)，測定結(jié)果取3次重復(fù)的平均值?？扇苄蕴呛繙y定采用蒽酮比色法[1]，游離脯氨酸含量測定采用酸性茚三酮比色法[2]，游離蛋白質(zhì)含量測定采用G-250考馬斯亮藍(lán)法[1]，過氧化物酶(POD)活性的測定采用愈創(chuàng)木酚法[3]，多酚氧化酶(PPO)活性測定采用鄰苯二酚法[4]。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同生育期葉片凈光合速率變化

試驗結(jié)果(圖1)表明，保持系的凈光合速率表現(xiàn)為盛果期>初果期>初花期>苗期，初果期與盛果期未坐果的不育系植株的凈光合速率低于保持系。不育系經(jīng)授粉坐果后，其凈光合速率比保持系略低，但差異不大。辣椒苗期光飽和點在1 200 μmol·m-2·s-1左右，保持系略高于不育系。隨著辣椒的生長，光飽和點也逐漸增大，到盛果期光飽和點達(dá)到1 500 μmol·m-2·s-1左右。

圖1 不育系與保持系發(fā)育不同時期的凈光合速率

2.2 不同生育期花朵可溶性糖、游離蛋白質(zhì)和游離脯氨酸含量的變化

試驗材料從營養(yǎng)生長期進(jìn)入生殖發(fā)育期后，在初花期、初果期與盛果期采取4分體時期的花蕾，測定其可溶性糖、游離蛋白質(zhì)和游離脯氨酸的含量。結(jié)果表明，不育系花蕾可溶性糖含量初果期>盛果期>初花期，同一生育期內(nèi)不育系顯著低于保持系。進(jìn)入初果期后，不育系用保持系進(jìn)行授粉結(jié)果，坐果后的不育系植株花蕾中可溶性糖含量升高，但仍顯著低于同期保持系(圖2)。

從圖2可見，隨著辣椒的生長，保持系的游離蛋白質(zhì)含量逐漸升高，不育系中的含量逐漸下降，不育系花蕾中的游離蛋白質(zhì)含量始終低于保持系。在測定的3個生育期中，3個材料的蛋白質(zhì)含量差異達(dá)顯著水平。不育系脯氨酸含量在初花期較高，初果期和旺果期含量顯著下降；而保持系花蕾中游離脯氨酸含量顯著高于不育系，且隨著辣椒的生長脯氨酸含量不斷升高，進(jìn)入結(jié)果期后，坐果不育系與保持系脯氨酸的含量差異顯著。

2.3 過氧化物酶和多酚氧化酶活性的差異

從圖3可知，未坐果不育系花蕾中的POD活性顯著高于保持系，而坐果不育系的POD活性顯著高于保持系。其中不坐果的不育系POD活性隨著發(fā)育階段的推進(jìn)呈持續(xù)增強(qiáng)趨勢，而坐果的不育系POD活性則逐漸減弱，保持系也是逐漸減弱。

圖中數(shù)據(jù)以鮮質(zhì)量計。同時期比較,柱間無相同小寫字母表示組間差異顯著(P<0.05),圖3同。圖2 不同生育期不育系與保持系花蕾中可溶性糖、游離蛋白質(zhì)和游離脯氨酸含量

PPO活性變化與POD活性一致，不坐果不育系的PPO活性顯著高于保持系，而坐果的不育系PPO活性略高于保持系。

圖3 辣椒花蕾不同生育期過氧化物酶和多酚氧化酶活性

3 小結(jié)與討論

辣椒凈光合速率在苗期較小，隨著生育期的推進(jìn)逐漸增加大，到盛果期達(dá)到最大，與蓬桂華等[5]的研究結(jié)果一致。進(jìn)入初果期后，在適宜光照強(qiáng)度下不育系和保持系的凈光合速率差距加大，光飽和點也隨之增高。不育系植株經(jīng)過保持系授粉結(jié)果后，其凈光合速率特征與保持系相當(dāng)，其原因可能是辣椒坐果后，由于庫器官的出現(xiàn)，加快了光合產(chǎn)物的運輸, 從而促使了光合作用進(jìn)一步增強(qiáng)。不同生育期花朵可溶性糖、可溶性蛋白質(zhì)均低于可育系，與前研究結(jié)果相同，也與凈光合速率變化規(guī)律符合[6-8]。

游離脯氨酸含量在花蕾的不同發(fā)育時期差異十分明顯，不育系脯氨酸含量在初花期較高，初果期和旺果期含量大大下降，而保持系花蕾中游離脯氨酸迅速積累，含量明顯高于不育系。脯氨酸為花粉萌發(fā)和花粉管伸長提供重要的能源和氮源，如果缺乏會影響花粉發(fā)育過程中許多酶與結(jié)構(gòu)物質(zhì)的合成，從而導(dǎo)致小孢子敗育[9-10]。Fang等[11]對同組不育系材料采用蛋白組學(xué)分析，認(rèn)為一些氨基酸合成的大幅下降引起了不育的發(fā)生。

鄒學(xué)校等[12-13]對辣椒雄性不育株系不同發(fā)育階段的花蕾POD、PPO活性測定發(fā)現(xiàn)，不育株P(guān)OD、PPO活性均高于可育株系。辣椒花蕾中過氧化物酶含量過高，可能影響了正常的生理代謝，引起辣椒不育。