周 圍，陳建華，王曉明，陳亮明，曾惠杰，喬中全

（1.中南林業(yè)科技大學(xué) 林學(xué)院，湖南 長(zhǎng)沙 410004；2.湖南省林業(yè)科學(xué)院，湖南 長(zhǎng)沙 410018）

花芽發(fā)育是一個(gè)高度復(fù)雜的生理生化和形態(tài)發(fā)生過(guò)程，不僅受外界環(huán)境因子的影響，而且植物體內(nèi)各種生理因素也必須共同作用、相互協(xié)調(diào)，從而對(duì)成花進(jìn)行調(diào)控。作為結(jié)構(gòu)物質(zhì)和能量物質(zhì)的碳水化合物在花芽發(fā)育中起著重要的作用，它的積累與花芽分化密切相關(guān)。羅允等[1]研究發(fā)現(xiàn)，草莓植株在成花前可溶性糖、還原糖和淀粉含量均處于高水平，隨著頂芽轉(zhuǎn)入花芽分化狀態(tài)，碳水化合物被大量消耗，在第二花序分化前又升高，進(jìn)入第二花序原始體大量分化階段時(shí)則再次降低?？扇苄缘鞍踪|(zhì)作為一種結(jié)構(gòu)物質(zhì)，對(duì)各種物質(zhì)的合成均起到重要作用，許多研究認(rèn)為蛋白質(zhì)代謝紊亂引起營(yíng)養(yǎng)失調(diào)是敗育的主要原因[2-4]。與此同時(shí)，植物在有氧生理過(guò)程中，體內(nèi)會(huì)產(chǎn)生具有消極作用的活性氧對(duì)植物產(chǎn)生傷害，從而引起相關(guān)組織的生理生化紊亂。超氧化物歧化酶（SOD）、過(guò)氧化氫酶（CAT）對(duì)于清除氧自由基有增強(qiáng)作用，避免活性氧因聚集在植物體內(nèi)而造成的脂膜受損。過(guò)氧化物酶（POD）可氧化自由的IAA，可催化H2O2作為氧化物，可使IAA和H2O2含量降低[5]。劉麗華等[6]以板栗為材料研究其雄性不育機(jī)制，發(fā)現(xiàn)活性氧清除系統(tǒng)的破壞可能是導(dǎo)致板栗雄花序敗育的生理原因。脯氨酸也是花藥和花粉發(fā)育過(guò)程中不可缺少的一種氨基酸，是花粉粒形成的前提保障。它不僅可轉(zhuǎn)化為谷氨酸等其他氨基酸供給花粉發(fā)育的物質(zhì)代謝，而且還能起到調(diào)節(jié)細(xì)胞滲透以及清除自由基的作用[7]。

紫薇Lagerstroemiaindica原產(chǎn)于亞洲，為千屈菜科紫薇屬落葉灌木或小喬木，栽培歷史悠久，花色艷麗，觀賞價(jià)值高，是中國(guó)重要的園林景觀植物，廣泛種植于我國(guó)12個(gè)省份。紫薇用途廣泛，常用于公園公路綠化、防沙、護(hù)坡，同時(shí)植株還可入藥，花朵可提取香精。紫薇屬植物約有55種，我國(guó)有紫薇屬植物約21種，目前中國(guó)紫薇栽培品種繁多，現(xiàn)有的品種多是自然變異后選擇而得。本研究團(tuán)隊(duì)于2006年在野外偶然發(fā)現(xiàn)一株不結(jié)實(shí)紫薇，并選育為新品種“湘韻”[8]，與結(jié)實(shí)紫薇相比，該不結(jié)實(shí)紫薇花謝后無(wú)果實(shí)，花期長(zhǎng)達(dá)115～132 d，觀賞價(jià)值高。前人對(duì)植物的花器官營(yíng)養(yǎng)元素含量與其育性的相關(guān)性做了大量研究[9]，但對(duì)于紫薇的研究相對(duì)較少。為此，本研究通過(guò)對(duì)紫薇花芽發(fā)育過(guò)程中的物質(zhì)代謝和保護(hù)酶活性、營(yíng)養(yǎng)元素等測(cè)定，分析紫薇花芽發(fā)育過(guò)程中的生理生化變化規(guī)律，進(jìn)一步探討紫薇結(jié)實(shí)與不結(jié)實(shí)的生理生化機(jī)制，為紫薇不結(jié)實(shí)機(jī)理研究提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

試材結(jié)實(shí)與不結(jié)實(shí)紫薇Lagerstroemiaindica均采自湖南省植物園（113°03′E，28°10′N），常規(guī)水肥管理，根據(jù)前期研究，大致將花芽發(fā)育過(guò)程分為花芽分化初期（時(shí)期Ⅰ），花芽分化末期（時(shí)期Ⅱ），器官形成初期（時(shí)期Ⅲ），器官形成中期（時(shí)期Ⅳ）和器官形成末期（時(shí)期Ⅴ）5個(gè)時(shí)期，每個(gè)時(shí)期取花芽鮮樣，放入冰盒，帶回實(shí)驗(yàn)室中待測(cè)。

1.2 試驗(yàn)與測(cè)定方法

在掃描電子顯微鏡下觀測(cè)紫薇花芽形態(tài)時(shí)各組織結(jié)構(gòu)更具層次感，觀測(cè)效果遠(yuǎn)優(yōu)于體式顯微鏡。本試驗(yàn)將5個(gè)時(shí)期新鮮花芽縱向切開，再粘放在樣品臺(tái)上后放置在離子濺射儀（MSP-mini）噴金鍍膜，掃描電子顯微鏡（Hitachi TM4000 Plus）下觀察花芽縱切面發(fā)育特征并拍照。分別采集5個(gè)時(shí)期的30個(gè)花芽，利用游標(biāo)卡尺測(cè)量其橫縱徑。可溶性糖含量和可溶性蛋白含量測(cè)定參照李慧敏等[10]的方法，分別稱取烘干粉碎花芽約0.5 g，新鮮葉片約0.2 g進(jìn)行測(cè)定。游離脯氨酸含量、超氧化物歧化酶（SOD）活性、過(guò)氧化物酶（POD）活性的測(cè)定參照岑曉斐等[11]的方法，根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)曲線和公式計(jì)算含量和活性。過(guò)氧化氫酶（CAT）活性和丙二醛（MDA）含量測(cè)定參照王凱等[12]的方法。分別稱取新鮮葉片約1、0.5 g，均取上清液進(jìn)行試驗(yàn)測(cè)定。營(yíng)養(yǎng)元素含量的測(cè)定參照白永超等[13]的方法，主要測(cè)定K、Ca、Mg、Fe、Zn、Cu、Mn、B等元素的含量。

1.3 數(shù)據(jù)處理與統(tǒng)計(jì)分析

每個(gè)指標(biāo)測(cè)定3次，取其平均值，利用Excel 2010和SigmaPlot 10.0軟件制作圖表，試驗(yàn)數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)分析和單因素方差分析和鄧肯多重比較采用SPSS 17.0軟件完成。

2 結(jié)果與分析

2.1 結(jié)實(shí)紫薇與不結(jié)實(shí)紫薇花芽形態(tài)特征

結(jié)實(shí)紫薇與不結(jié)實(shí)紫薇花芽形態(tài)特征如圖1所示，結(jié)實(shí)紫薇花芽顏色隨時(shí)期的增大逐漸加深，從時(shí)期 Ⅲ開始極為明顯，呈紫紅色。而不結(jié)實(shí)紫薇5個(gè)時(shí)期花芽青色居多，顏色差異不大。從掃描電鏡圖看，2種紫薇子房均在時(shí)期Ⅲ時(shí)露出胚珠，長(zhǎng)出花柱，隨著時(shí)期增大，花柱逐漸成形。結(jié)實(shí)紫薇在時(shí)期Ⅲ時(shí)已開始長(zhǎng)出花瓣和花絲，而不結(jié)實(shí)紫薇花瓣不明顯，說(shuō)明從時(shí)期Ⅲ開始結(jié)實(shí)紫薇比不結(jié)實(shí)紫薇發(fā)育速度更快，程度更深。結(jié)實(shí)紫薇與不結(jié)實(shí)紫薇花芽橫縱徑參數(shù)如表1所示，結(jié)實(shí)紫薇5個(gè)時(shí)期花芽大小分別為：3.67 mm×3.93 mm；5.40 mm×5.49 mm；7.08 mm×7.78 mm；7.69 mm×8.18 mm；8.45 mm×10.04 mm。不結(jié)實(shí)紫薇5個(gè)時(shí)期花芽大小分別為：3.23 mm×3.73 mm；4.61 mm×4.94 mm；6.73 mm×6.92 mm；7.17 mm×7.55 mm；8.17 mm×8.75 mm。整體來(lái)看，結(jié)實(shí)紫薇各個(gè)時(shí)期花芽大于不結(jié)實(shí)紫薇同時(shí)期花芽。

圖1 結(jié)實(shí)與不結(jié)實(shí)紫薇花芽形態(tài)Fig.1 Fruiting and unfruiting L.indica flower bud morphology

表1 結(jié)實(shí)與不結(jié)實(shí)紫薇花芽形態(tài)特征參數(shù)Table 1 Fruiting and unfruiting L.indica morphological characteristics of flower buds

2.2 可溶性糖和可溶性蛋白含量的測(cè)定

由圖2可以看出，結(jié)實(shí)紫薇與不結(jié)實(shí)紫薇在花芽發(fā)育過(guò)程中可溶性糖含量變化趨勢(shì)相同，兩者均呈先上升后下降的趨勢(shì)。其中，時(shí)期Ⅰ到時(shí)期Ⅱ可溶性糖含量顯著上升，當(dāng)花芽發(fā)育處于時(shí)期Ⅲ時(shí)，結(jié)實(shí)和不結(jié)實(shí)花芽的可溶性糖含量均達(dá)到最大值。而從時(shí)期Ⅳ開始，花芽的可溶性糖含量緩慢下降。在整個(gè)花芽發(fā)育過(guò)程中，不結(jié)實(shí)紫薇花芽的可溶性糖含量均低于同時(shí)期的結(jié)實(shí)，說(shuō)明糖類物質(zhì)的虧缺可能導(dǎo)致小孢子的育性降低，是引起紫薇花雄性不育的原因之一?？扇苄缘鞍椎娜碧潓?dǎo)致花器官中蛋白質(zhì)合成的異常，是影響植物不育的重要原因之一。紫薇結(jié)實(shí)和不結(jié)實(shí)花芽發(fā)育不同時(shí)期中可溶性蛋白的測(cè)定結(jié)果如圖2所示。隨著花芽的發(fā)育，結(jié)實(shí)與不結(jié)實(shí)的可溶性蛋白含量均呈下降趨勢(shì)，并在花芽發(fā)育后期降到最低值。不結(jié)實(shí)在不同時(shí)期花芽中的可溶性蛋白含量均低于結(jié)實(shí)，其中時(shí)期Ⅲ不結(jié)實(shí)相比結(jié)實(shí)降低了22%。

2.3 游離脯氨酸含量的測(cè)定

游離脯氨酸可為花粉的萌發(fā)和花粉管的伸長(zhǎng)提供能源和氨源。由圖3可以看出，在花芽發(fā)育過(guò)程中，結(jié)實(shí)花器官中游離脯氨酸一直處于持續(xù)積累的狀態(tài)，到時(shí)期Ⅴ達(dá)到最大值（83.12 μg·g-1），較時(shí)期Ⅰ提高了58.9%。而不結(jié)實(shí)的游離脯氨酸含量?jī)H在時(shí)期Ⅰ高于結(jié)實(shí)，其余4個(gè)時(shí)期含量均低于同時(shí)期的結(jié)實(shí)，從時(shí)期Ⅲ到時(shí)期Ⅴ含量增加緩慢，時(shí)期Ⅴ較時(shí)期Ⅰ僅提高了20%，說(shuō)明不結(jié)實(shí)在花芽發(fā)育過(guò)程中游離脯氨酸積累較少。

圖3 花芽發(fā)育過(guò)程中游離脯氨酸含量的變化Fig.3 Changes of free proline content during flower bud development

2.4 超氧化物歧化酶活性的測(cè)定

SOD是植物體活性氧清除系統(tǒng)的重要保護(hù)酶之一，對(duì)于自由基的產(chǎn)生和清除系統(tǒng)之間的平衡起積極作用。由圖4可以看出，在花芽的發(fā)育過(guò)程中，不育株紫薇SOD活性呈下降趨勢(shì)，其中時(shí)期Ⅱ顯著下降，之后下降幅度較小。可育株紫薇SOD的活性總體呈先下降后上升的趨勢(shì)，時(shí)期Ⅲ是SOD活性的轉(zhuǎn)折點(diǎn)，此時(shí)期SOD活性降到最低，僅為142.31 U·g-1·min-1，時(shí)期Ⅴ雖然SOD活性上升，但仍然低于時(shí)期I，且時(shí)期I的SOD活性是時(shí)期Ⅴ的1.5倍。對(duì)比2個(gè)品種，除時(shí)期Ⅲ外，其他時(shí)期花芽的SOD活性均是結(jié)實(shí)高于不結(jié)實(shí)。

圖4 花芽發(fā)育過(guò)程中超氧化物歧化酶活性的變化Fig.4 Changes of SOD activity during flower bud development

2.5 過(guò)氧化氫酶活性的測(cè)定

CAT是植物保護(hù)自身免受H2O2毒害的關(guān)鍵酶之一，催化H2O2分解為氧分子和水，從而有效清除植物體內(nèi)的H2O2。由圖5可知，不結(jié)實(shí)紫薇和結(jié)實(shí)紫薇花芽中CAT活性的變化均呈下降的趨勢(shì)，其中結(jié)實(shí)的CAT活性下降幅度要大于不結(jié)實(shí)。整體而言，不結(jié)實(shí)的CAT活性在花芽發(fā)育各階段均顯著低于同時(shí)期可結(jié)實(shí)的活性，當(dāng)花芽發(fā)育到時(shí)期Ⅴ時(shí)結(jié)實(shí)的CAT活性是不結(jié)實(shí)的1.6倍，說(shuō)明不結(jié)實(shí)紫薇的CAT代謝并不旺盛。

圖5 花芽發(fā)育過(guò)程中過(guò)氧化氫酶活性的變化Fig.5 Changes of CAT activity during flower bud development

2.6 過(guò)氧化物酶活性的測(cè)定

POD是植物體內(nèi)的一種關(guān)鍵酶，其活性與花藥內(nèi)營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的積累密切相關(guān)，在植物體內(nèi)生長(zhǎng)素含量方面起著重要作用。不結(jié)實(shí)紫薇和結(jié)實(shí)紫薇在花芽發(fā)育的不同階段，花芽中POD活性變化如圖6所示。在花芽發(fā)育的5個(gè)時(shí)期中，不結(jié)實(shí)和結(jié)實(shí)的POD活性呈相反的變化趨勢(shì)。結(jié)實(shí)POD活性緩慢下降，從時(shí)期Ⅰ的225.12 U·g-1·min-1下降至?xí)r期Ⅴ的171.03 U·g-1·min-1，不結(jié)實(shí)的POD活性顯著上升，由時(shí)期Ⅰ的154.61 U·g-1·min-1上升至?xí)r期Ⅴ的246.26 U·g-1·min-1。在時(shí)期 Ⅲ時(shí)，結(jié)實(shí)與不結(jié)實(shí)的POD活性無(wú)顯著差異（P＞0.05）。

圖6 花芽發(fā)育過(guò)程中POD活性的變化Fig.6 Changes of POD activity during flower bud development

2.7 丙二醛含量的測(cè)定

丙二醛是植物脂質(zhì)過(guò)氧化的一個(gè)重要生理指標(biāo)，丙二醛在花芽發(fā)育時(shí)期的大量積累會(huì)使細(xì)胞膜結(jié)構(gòu)遭到破壞，從而引起細(xì)胞內(nèi)生理生化代謝的紊亂。由圖7可知，在不結(jié)實(shí)紫薇和結(jié)實(shí)紫薇花芽發(fā)育過(guò)程中，不結(jié)實(shí)和結(jié)實(shí)花芽的丙二醛含量表現(xiàn)為花芽發(fā)育程度越深，丙二醛含量越高，并且不結(jié)實(shí)的丙二醛含量均高于同時(shí)期的結(jié)實(shí)。結(jié)實(shí)紫薇的丙二醛含量緩慢上升，尤其是從時(shí)期Ⅱ到時(shí)期Ⅴ僅上升3.7 μmol·g-1。不結(jié)實(shí)紫薇的丙二醛含量在時(shí)期Ⅳ和時(shí)期Ⅴ顯著增加，其含量分別是同時(shí)期結(jié)實(shí)的1.4和1.6倍。從花芽分化時(shí)期Ⅳ開始，不結(jié)實(shí)紫薇丙二醛含量顯著升高，說(shuō)明丙二醛的持續(xù)積累可能是紫薇不結(jié)實(shí)的一個(gè)原因。

圖7 花芽發(fā)育過(guò)程中MDA活性的變化Fig.7 Changes of MDA activity during flower bud development

2.8 營(yíng)養(yǎng)元素含量的測(cè)定

營(yíng)養(yǎng)元素作為植物細(xì)胞結(jié)構(gòu)的物質(zhì)組成成分，同時(shí)也是植物生命活動(dòng)的調(diào)節(jié)者。通過(guò)對(duì)結(jié)實(shí)紫薇與不結(jié)實(shí)紫薇花芽中K、Ca、Mg、Fe、Zn、Cu、Mn、B等元素含量的測(cè)定，發(fā)現(xiàn)花芽發(fā)育過(guò)程中，結(jié)實(shí)與不結(jié)實(shí)花芽中營(yíng)養(yǎng)元素的含量有較大差異（圖8）。

圖8 花芽發(fā)育過(guò)程中營(yíng)養(yǎng)元素含量的變化Fig.8 Changes of nutrient elements during flower bud development

結(jié)實(shí)紫薇的K含量呈顯著上升趨勢(shì)，并且在時(shí)期V達(dá)到最大值，69.56 mg·g-1，與時(shí)期Ⅰ相比，提高了64.4%。不結(jié)實(shí)紫薇的K含量在時(shí)期Ⅰ和時(shí)期Ⅱ含量較低且無(wú)顯著差異，時(shí)期Ⅲ時(shí)K含量顯著增加。總體而言結(jié)實(shí)紫薇的K含量顯著高于不結(jié)實(shí)。結(jié)實(shí)紫薇與不結(jié)實(shí)紫薇在花芽發(fā)育過(guò)程中Ca含量的變化趨勢(shì)一致，呈先下降后上升再下降的趨勢(shì)。從時(shí)期Ⅰ到時(shí)期Ⅱ，結(jié)實(shí)紫薇的Ca含量顯著下降，時(shí)期Ⅱ較時(shí)期Ⅰ下降了7.9 mg·g-1，不結(jié)實(shí)紫薇Ca含量雖然也有下降，但降幅較小，僅下降4.1 mg·g-1，且時(shí)期Ⅱ不結(jié)實(shí)紫薇的Ca含量略高于結(jié)實(shí)紫薇。當(dāng)花芽發(fā)育到時(shí)期Ⅲ時(shí)，結(jié)實(shí)和不結(jié)實(shí)的Ca含量均達(dá)到最大值分別為34.41 mg·g-1和32.53 mg·g-1，隨后Ca含量下降，但仍高于時(shí)期Ⅰ。

結(jié)實(shí)紫薇在花芽發(fā)育的前三個(gè)時(shí)期Mg含量顯著下降，到時(shí)期Ⅲ時(shí)Mg含量最低，僅為20.11 mg·g-1，在花芽發(fā)育的后期Mg含量顯著上升，時(shí)期Ⅴ時(shí)Mg含量達(dá)到30.34 mg·g-1。不結(jié)實(shí)紫薇的Mg含量變化趨勢(shì)在花芽發(fā)育的前3個(gè)時(shí)期與結(jié)實(shí)紫薇變化趨勢(shì)一致，Mg含量顯著低于同時(shí)期的結(jié)實(shí)紫薇。結(jié)實(shí)紫薇的Fe含量在時(shí)期Ⅰ含量為934.43 μg·g-1，時(shí)期 Ⅱ到時(shí)期Ⅴ，F(xiàn)e含量呈先下降后上升再下降的變化趨勢(shì)。不結(jié)實(shí)紫薇的Fe含量均顯著低于同時(shí)期的結(jié)實(shí)紫薇，且變化趨勢(shì)有較大差異，不結(jié)實(shí)呈先下降后上升的變化趨勢(shì)，在花芽發(fā)育的時(shí)期Ⅱ、Ⅲ和Ⅳ，F(xiàn)e含量顯著降低，在花芽時(shí)期Ⅴ才有所上升。結(jié)實(shí)紫薇的Zn含量在花芽發(fā)育的前期顯著下降，在時(shí)期Ⅲ上升至80.56 μg·g-1，在時(shí)期Ⅴ達(dá)到最低值70.04 μg·g-1。不結(jié)實(shí)紫薇的Zn含量變化趨勢(shì)與結(jié)實(shí)不同，在花芽發(fā)育前期Zn含量顯著上升，從時(shí)期Ⅲ開始Zn含量顯著下降，并在后期含量保持平穩(wěn)。總體而言結(jié)實(shí)含量顯著高于不結(jié)實(shí)，結(jié)實(shí)Zn含量的平均值是不結(jié)實(shí)的1.58倍。結(jié)實(shí)紫薇在花芽發(fā)育過(guò)程中Cu含量的變化呈先升高后下降的變化趨勢(shì)，在時(shí)期Ⅱ達(dá)到最大值為66.13 μg·g-1，較時(shí)期Ⅰ升高了63.5%，從時(shí)期 Ⅲ開始緩慢下降，但時(shí)期Ⅴ的Cu含量仍顯著高于時(shí)期Ⅰ，是時(shí)期Ⅰ的1.24倍。不結(jié)實(shí)紫薇在花芽發(fā)育過(guò)程中Cu含量變化不大，從相對(duì)含量上來(lái)看，除時(shí)期Ⅰ外，其他時(shí)期均顯著低于同期結(jié)實(shí)紫薇。結(jié)實(shí)紫薇在時(shí)期Ⅱ時(shí)Mn含量最高，為70.14 μg·g-1，而后隨著花芽的發(fā)育呈逐漸下降的趨勢(shì)，時(shí)期Ⅴ為最低值43.52 μg·g-1，較時(shí)期Ⅱ降低了37.9%。不結(jié)實(shí)紫薇Mn含量在花芽發(fā)育過(guò)程中變化較大，前期顯著升高在時(shí)期Ⅱ達(dá)到最大值，隨后時(shí)期Ⅲ顯著下降，在時(shí)期Ⅳ再次上升，時(shí)期Ⅴ含量顯著下降。從相對(duì)含量來(lái)看，不結(jié)實(shí)紫薇Mn含量顯著高于結(jié)實(shí)紫薇，尤其是在花芽發(fā)育后期，時(shí)期Ⅳ和時(shí)期Ⅴ不結(jié)實(shí)紫薇的Mn含量均在結(jié)實(shí)紫薇的1.6倍以上。結(jié)實(shí)紫薇在花芽發(fā)育的初期（時(shí)期 I）含量最高為116.13 μg·g-1，隨著花芽的持續(xù)發(fā)育結(jié)實(shí)紫薇硼含量出現(xiàn)一定波動(dòng)，先下降后上升再下降。不結(jié)實(shí)紫薇硼含量與結(jié)實(shí)紫薇變化趨勢(shì)相似。不結(jié)實(shí)紫薇上升轉(zhuǎn)折出現(xiàn)在時(shí)期Ⅳ，而結(jié)實(shí)紫薇從時(shí)期Ⅲ開始。從相對(duì)含量來(lái)看，不結(jié)實(shí)紫薇硼含量顯著低于結(jié)實(shí)紫薇。

3 討論與結(jié)論

3.1 討 論

花芽分化包括生理分化、形態(tài)分化和性細(xì)胞形成3個(gè)階段，決定著植物開花和結(jié)果過(guò)程[14-15]。紫薇經(jīng)營(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng)后，當(dāng)外界環(huán)境成熟時(shí)，芽分生組織開始發(fā)生生理變化和一系列形態(tài)變化，逐漸產(chǎn)生各花器官原基最終發(fā)育為成熟花器官[16]。本研究發(fā)現(xiàn)2種紫薇在時(shí)期 Ⅰ和時(shí)期 Ⅱ內(nèi)外部形態(tài)發(fā)育差異不大，從時(shí)期 Ⅲ開始結(jié)實(shí)紫薇比不結(jié)實(shí)紫薇發(fā)育速度更快，程度更深。從外部形態(tài)看，不結(jié)實(shí)紫薇與結(jié)實(shí)紫薇柱頭和子房發(fā)育正常，這與許歡[17]的研究結(jié)果相似。物質(zhì)代謝是植物生命活動(dòng)的基礎(chǔ)，花器官生長(zhǎng)發(fā)育過(guò)程中需要積累大量的蛋白質(zhì)、氨基酸和糖類物質(zhì)。研究人員以小麥和玉米[18]為材料的研究發(fā)現(xiàn)，不育系花芽的游離脯氨酸含量降低。在本研究中，不結(jié)實(shí)紫薇花芽中游離脯氨酸含量時(shí)期Ⅰ外，隨著花芽的發(fā)育其余4個(gè)時(shí)期含量均低于同時(shí)期的結(jié)實(shí)紫薇，說(shuō)明不結(jié)實(shí)在花芽發(fā)育過(guò)程中游離脯氨酸積累較少，其游離脯氨酸的缺乏可能是導(dǎo)致花粉敗育的一個(gè)重要原因。本研究中不結(jié)實(shí)紫薇在不同時(shí)期花芽中的可溶性蛋白含量明顯低于同時(shí)期結(jié)實(shí)紫薇，并且在花芽發(fā)育過(guò)程中呈下降趨勢(shì)。說(shuō)明不結(jié)實(shí)材料可能由于可溶性蛋白的缺乏，致使一些正常的生理代謝反應(yīng)不能有效地進(jìn)行，而產(chǎn)生敗育，這與劉金兵[19]對(duì)于辣椒的研究結(jié)果一致。本研究中，結(jié)實(shí)紫薇與不結(jié)實(shí)紫薇在花芽發(fā)育過(guò)程中雖然可溶性糖含量變化趨勢(shì)相同，但是不結(jié)實(shí)可溶性糖含量均低于同時(shí)期的結(jié)實(shí)，說(shuō)明糖類物質(zhì)的虧缺可能導(dǎo)致小孢子的育性降低，導(dǎo)致紫薇花的雄性不育。

膜脂穩(wěn)定是維持細(xì)胞正常生命活動(dòng)的基本條件，丙二醛則是反映植物脂質(zhì)過(guò)氧化的一個(gè)重要指標(biāo)。本研究表明，在花芽發(fā)育的所有時(shí)期，不結(jié)實(shí)紫薇的丙二醛含量均明顯高于結(jié)實(shí)紫薇，在不結(jié)實(shí)花器官中一直存在過(guò)量積累的現(xiàn)象。這與彭婧[20]在辣椒上的研究結(jié)果一致，由此推測(cè)，不育株的形成可能與花芽中MDA的過(guò)量積累有關(guān)，雖然上部外觀還沒表現(xiàn)出敗育現(xiàn)象，但MDA的積累可能使得內(nèi)部組織細(xì)胞已經(jīng)受到破壞。植物體內(nèi)的保護(hù)機(jī)制主要依靠活性氧酶清除系統(tǒng)來(lái)實(shí)現(xiàn)。其中SOD、POD和CAT是活性氧清除系統(tǒng)重要的保護(hù)酶。前人研究認(rèn)為植物不育與SOD密切相關(guān)[21-23]，CAT在消除植物體內(nèi)自由基方面也起重要作用。本試驗(yàn)結(jié)果表明，不結(jié)實(shí)紫薇的CAT活性從花芽發(fā)育初期至發(fā)育末期都比相應(yīng)的可育株紫薇低，SOD活性除時(shí)期 Ⅲ外，其他時(shí)期與CAT活性一致，均為不結(jié)實(shí)低于結(jié)實(shí)，該結(jié)果與劉莉等[24]在水稻不育方面的研究結(jié)果相似。在植物不育機(jī)制中，保護(hù)酶的影響通常有兩種學(xué)說(shuō)，一種是不育系保護(hù)酶活性低于可育系；另一種是不育系保護(hù)酶高于可育系導(dǎo)致活性氧升高產(chǎn)生的保護(hù)反應(yīng)[25]。由此可見，紫薇的不結(jié)實(shí)屬于酶活受到抑制，這可能會(huì)導(dǎo)致不結(jié)實(shí)花器官中的活性氧不能及時(shí)分解，從而造成對(duì)細(xì)胞膜的傷害從而影響小孢子正常發(fā)育。POD是植物體內(nèi)的一種關(guān)鍵酶，可有效阻止H2O2的積累[26]。本研究中不結(jié)實(shí)紫薇的POD活性除花芽發(fā)育Ⅰ、Ⅱ時(shí)期外，其他3個(gè)時(shí)期都高于同期的結(jié)實(shí)紫薇，整體呈緩慢上升趨勢(shì)。劉金兵等[27]在甜椒不育系抗氧化酶活性研究中也發(fā)現(xiàn)，同時(shí)期不育系花藥內(nèi)POD活性均顯著高于保持系POD活性，推測(cè)POD活性偏高將大量分解和氧化IAA，導(dǎo)致IAA濃度偏低，造成花器官發(fā)育過(guò)程中生長(zhǎng)素的虧損、物質(zhì)代謝紊亂、能量代謝虧損，從而影響小孢子正常發(fā)育。

礦質(zhì)營(yíng)養(yǎng)作為電子載體的組分、酶的組成部分或激活劑，對(duì)花器官發(fā)育和保持正常生理生化特征具有重要的作用。Fe和Cu是植物體呼吸作用的電子傳遞鏈許多成員的組分，本研究中不結(jié)實(shí)紫薇在整個(gè)花芽發(fā)育過(guò)程中Fe和Cu的含量均低于結(jié)實(shí)紫薇，而且在花芽發(fā)育過(guò)程中的差異達(dá)到了顯著水平。說(shuō)明不結(jié)實(shí)花芽發(fā)育過(guò)程中，可能由于鐵和銅含量的不足，最終使得花藥的發(fā)育受到明顯的影響。Mn作為吲哚乙酸氧化酶的輔因子，其含量將影響IAA氧化酶的活性和植物體內(nèi)IAA水平。不結(jié)實(shí)紫薇的Mn含量在花芽發(fā)育過(guò)程中顯著高于結(jié)實(shí)，說(shuō)明其可能發(fā)生IAA虧損，導(dǎo)致維管束發(fā)育不正常，使得水和營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)進(jìn)入花藥的通道受阻，影響花粉發(fā)育。Zn在DNA復(fù)制、轉(zhuǎn)錄以及基因的表達(dá)、細(xì)胞分裂、蛋白質(zhì)合成等方面均具有極為重要的作用[28]。不結(jié)實(shí)紫薇Zn含量在各時(shí)期均顯著低于結(jié)實(shí)，可能會(huì)間接地影響花粉的發(fā)育。在花芽發(fā)育的各階段，不結(jié)實(shí)紫薇的K、Mg和Ca含量均低于相應(yīng)時(shí)期的結(jié)實(shí)，說(shuō)明花器官的發(fā)育需要較多的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)提供支撐，而營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的不足會(huì)直接使得花器官的發(fā)育受阻，具體有關(guān)機(jī)理還需進(jìn)一步深入研究。

3.2 結(jié) 論

結(jié)實(shí)紫薇各個(gè)時(shí)期花芽橫縱徑大于同時(shí)期不結(jié)實(shí)紫薇，結(jié)實(shí)紫薇在時(shí)期Ⅲ時(shí)已開始長(zhǎng)出花瓣和花絲，而不結(jié)實(shí)紫薇的花瓣不明顯。不結(jié)實(shí)紫薇花芽的可溶性糖、可溶性蛋白含量均低于同時(shí)期的結(jié)實(shí)紫薇。糖類物質(zhì)的虧缺可能導(dǎo)致小孢子的育性降低，導(dǎo)致紫薇花的雄性不育。不結(jié)實(shí)在花芽發(fā)育過(guò)程中游離脯氨酸積累較少。不結(jié)實(shí)紫薇的CAT代謝并不旺盛，丙二醛的持續(xù)積累可能是不結(jié)實(shí)敗育的一個(gè)原因。不結(jié)實(shí)花芽發(fā)育過(guò)程中，可能由于各營(yíng)養(yǎng)元素含量的不足，使與之相關(guān)的酶活性受到影響，最終使得花藥的發(fā)育受到明顯的影響。