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        辣椒CMS不育材料不同生育期光合和生理特性

        2020-05-28 02:20:06柴偉國忻雅肖文斐裘劼人
        浙江農(nóng)業(yè)科學 2020年5期
        關鍵詞:保持系凈光合花蕾

        柴偉國,忻雅,肖文斐,裘劼人

        (杭州市農(nóng)業(yè)科學研究院 生物技術研究所,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,減少辣椒制種風險,降低制種成本,還有利于保護品種知識產(chǎn)權。本試驗以自育辣椒胞質(zhì)雄性不育材料DH-01-1-1A和相應保持系為研究對象,比較兩者光合特性和花蕾的生理生化指標,以期揭示辣椒胞質(zhì)雄性不育機理,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(5810R,德國Eppendorf)。

        1.2 處理設計

        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)的均值為最終值。

        1.2.2 花蕾生理指標測定

        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,實驗設3次重復,測定結果取3次重復的平均值??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 結果與分析

        2.1 不同生育期葉片凈光合速率變化

        試驗結果(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。進入初果期后,不育系用保持系進行授粉結果,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,進入結果期后,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)育階段的推進呈持續(xù)增強趨勢,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 小結與討論

        辣椒凈光合速率在苗期較小,隨著生育期的推進逐漸增加大,到盛果期達到最大,與蓬桂華等[5]的研究結果一致。進入初果期后,在適宜光照強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)過保持系授粉結果后,其凈光合速率特征與保持系相當,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一步增強。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構物質(zhì)的合成,從而導致小孢子敗育[9-10]。Fang等[11]對同組不育系材料采用蛋白組學分析,認為一些氨基酸合成的大幅下降引起了不育的發(fā)生。

        鄒學校等[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POD、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。

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