大白菜抽薹過程葉色轉變前后的生理變化

韓丹萍 李春剛，2 張耀偉*

（1東北農業大學園藝學院，黑龍江哈爾濱 150030；2黑龍江省紅旗農場，黑龍江哈爾濱 150088）

大白菜〔Brassic campestrisL. ssp.pekinensis（Lour.）Olsson〕屬于二年生蔬菜作物，需要經歷一個低溫階段才能順利完成發育轉變；萌動的種子或幼苗感受低溫通過春化后，在一定的日照條件下即可由營養生長轉到生殖生長，進而抽薹開花。國內學者從春化溫度、光周期反應、春化和抽薹生理機制、耐先期抽薹鑒定與遺傳方面對大白菜春化與抽薹特性進行了廣泛研究（奧巖松和李式軍，1997；劉春香 等，2001；余陽俊 等，2004；趙香梅 等，2005；夏廣清 等，2006；張魯剛 等，2007）。

大白菜通過春化至抽薹，葉片顏色由綠轉灰，之后顯蕾，進而抽薹開花，這個過程在弱冬性品種上表現尤為突出。有關作物春化到抽薹開花期間發生的葉色轉變現象及其發生機制的研究尚未見報道。本試驗通過探討不同冬性的大白菜品種抽薹過程中不同時期的蛋白質、激素、色素含量的差異，從各種激素、色素含量變化和蛋白質組分變化方面探討大白菜抽薹過程中發生葉色轉變的生理機制。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

供試材料為東北農業大學大白菜課題組選育的 4個不同冬性大白菜高代自交系：弱冬性的A151、A8-1-1和強冬性的C13-1、C30。

1.2 試驗方法

1.2.1 春化處理 試驗于2009～2010年春季在東北農業大學設施中心和黑龍江省教育廳寒地蔬菜生物學重點實驗室進行。4個大白菜自交系種子播于8 cm×8 cm營養缽內；子葉展平后放在光照培養箱內進行春化處理，溫度為8 ℃/3 ℃（晝/夜，下同）、光照16 h/8 h；低溫春化25 d后，于5月20日定植露地，使其在適溫長日照下生長。在實體解剖鏡下觀察其花芽分化情況，在解剖鏡下生長點可見數個透明無莖花芽突起即為花芽分化期，當花芽突起伸長出現花莖時即為花莖分化期，新葉顏色由綠轉灰時即為葉色轉變期，肉眼可見花蕾時為花莖伸長期。

分別在低溫春化處理前和處理后、花芽分化期、花莖分化期、葉色轉變期、花莖伸長期取樣，取植株生長點部位新生幼嫩葉片測定葉片中色素、激素含量，并進行可溶性蛋白電泳分析。

1.2.2 色素含量測定 色素提取采用丙酮法，以80%丙酮為空白，在波長663、645、470 nm處測定光吸收值。3次重復。

1.2.3 激素含量測定 取0.5 g鮮樣，3次重復，用液氮冷凍后置于-80 ℃保存。內源激素（IAA、ABA、GA3）采用高效液相色譜法（美國Waters HPLC系統）（羅正榮 等，1990）測定。色譜條件：色譜柱為Sperisorb C18，ID 4 nm×250 mm，5 μm；預柱為C18，ID 4 nm×30 mm，柱溫為40 ℃，0.8 mL·min-1恒流洗脫；檢測波長為207 nm。流動相為乙腈∶甲醇∶60%乙酸=5V∶50V∶45V。

1.2.4 可溶性蛋白分析 可溶性蛋白提取采用尚禮邰等（1993）的方法，SDS-PAGE采用陳鈞輝等（2003）的方法。電泳后，把膠放入脫色液微波加熱30 s，在脫色搖床上搖5 min至條帶很淡，然后換染色液微波加熱30 s，搖至條帶清晰，然后用凝膠成像系統照相。

1.2.5 數據處理方法 色素和激素含量采用DPS數據處理系統（唐啟義，2010）進行方差分析,用Duncan’s新復極差法進行顯著檢驗。

2 結果與分析

2.1 大白菜抽薹過程中色素含量的變化

2.1.1 大白菜抽薹過程中3種色素含量變化分析 從圖1、2可以看出，強冬性品系C13-1和C30的葉綠素a、葉綠素b、類胡蘿卜素含量在花芽分化期均處于較低水平，而后迅速增加，在花莖分化期達到最高，隨后下降，至葉色轉變期達到低值，隨后升高；弱冬性品系A151和A8-1-1的 3種色素含量均在花莖分化期降到最低，在花莖伸長期達到最高。即強冬性品系色素含量最高值出現的時期恰是弱冬性品系色素含量最低值出現的時期；另外，強冬性品系從花莖分化期開始3種色素含量均顯著高于弱冬性品系。

圖1 大白菜抽薹過程葉綠素a、葉綠素b含量變化

2.1.2 大白菜抽薹過程中色素間比值變化分析大白菜抽薹過程中色素之間的比值變化分析結果表明（圖3）：供試 4個大白菜自交系中除A8-1-1葉綠素 a/b的值外，其他均在葉色轉變期最高，而A8-1-1在葉色轉變期葉綠素a/b的值也高于前期，在花莖伸長期達到最高。而葉綠素（a+b）/類胡蘿卜素的值變化較為復雜，總體上是春化后比值比春化前稍微增高，花芽分化期下降，此后比值逐漸增高，在葉色轉變期達到最高，花莖伸長期稍微下降。

圖2 大白菜抽薹過程胡蘿卜素含量變化

圖3 大白菜抽薹過程葉綠素a/b、葉綠素（a+b）/類胡蘿卜素變化

2.2 大白菜抽薹過程中激素含量變化

由圖4可以看出，不同冬性的大白菜品系抽薹過程中IAA含量均出現兩個峰值，分別在花芽分化期和葉色轉變期，在葉色轉變期達到最高，而且在花芽分化期與葉色轉變期隨品系冬性的增強，IAA含量逐漸降低。

不同冬性的大白菜品系 GA3含量變化趨勢基本一致，在花芽分化期稍有降低，而隨著顯蕾期的臨近GA3含量逐漸上升，在葉色轉變期達到最大值，而且此時強冬性的品系其GA3含量低，其后伴隨花莖的伸長GA3含量逐漸下降。

從圖5可以看出，不同冬性的大白菜品系ABA含量變化趨勢也基本一致，除在花莖分化期稍降低外，隨著發育進程ABA含量越來越高，在花莖伸長期達到最大值，同期強冬性品系ABA含量高于弱冬性品系。

圖4 大白菜抽薹過程中IAA、GA 3含量變化

2.3 大白菜抽薹過程中可溶性蛋白分析

由圖6可以看出，不同冬性的大白菜品系抽薹過程中可溶性蛋白表達水平不同，其中分子量約為51 kD的蛋白質表達量最大，其在不同冬性材料的各個階段表達，但在春化前表達微弱，在春化后表達量驟然上升，隨著營養生長到生殖生長的轉變其表達量又有所下降。該蛋白質在弱冬性品系中表達量要比強冬性品系稍高一些。另外分子量約為 18 kD的蛋白質在各品系春化前不表達，春化后微弱表達，隨著生長發育表達量逐漸增強，在葉色轉變期表達量達到最大，隨后在花莖伸長期只有微弱表達或者不表達。

圖5 大白菜抽薹過程中ABA含量變化

圖6 大白菜抽薹過程中可溶性蛋白分析

3 結論與討論

從本試驗結果可以看出，強冬性的品系從花莖分化時期開始3種色素含量均顯著高于弱冬性品系，強冬性品系色素含量最高值出現的時期恰是弱冬性品系色素含量最低的時期，同時發現抽薹過程中葉綠素a/b的值在葉色轉變期達到一峰值，有理由推斷其與葉色轉變存在一定關系。

本試驗還發現，不同冬性的大白菜品系抽薹過程中IAA含量在花芽分化期和葉色轉變期有2個峰值，與王淑芬等（2003）研究在蘿卜抽薹開花過程中，IAA含量大約在花芽分化期和抽薹前期出現 2個峰值的結果相似；而且與夏廣清等（2006）對不同生態型的大白菜抽薹時內源激素含量研究結果比較一致的是發現冬性越弱的品種IAA含量越高，說明IAA的增加有利于大白菜花芽分化，能夠促進大白菜由營養生長向生殖生長的轉變，同時也促進抽薹。

Pharis和King（1985）研究發現赤霉素在低溫春化抽薹開花過程中發揮著重要的調節作用。本試驗中發現大白菜抽薹過程中 GA3含量在花芽分化期相對較低，而隨著顯蕾期的臨近含量逐漸上升，在葉色轉變期達到最大值，而且冬性越強的品系赤霉素含量越低，說明大白菜抽薹前夕GA3有一臨界濃度，達到這一臨界濃度則促進大白菜抽薹開花。

關于ABA是否參與或影響花芽分化及抽薹開花的認識不一致。本試驗發現ABA含量在大白菜抽薹過程中葉色轉變后、花莖伸長期達到峰值，并且冬性越強的品系ABA的含量越高，說明較高濃度的ABA可能促進大白菜抽薹開花。

對應植株任何一種形態上的變化，實際上都是由于植株體內蛋白質的變化所引起的，大白菜發育過程中形態發生變化源于植株體內蛋白質發生變化。本試驗中蛋白質電泳分析結果表明，一種分子量約為18 kD的蛋白質在葉色轉變期表達量最大，可能與葉色轉變、抽薹有關，但其是否為成花特異蛋白質，還需進一步分離純化并對其進行結構和功能研究。

綜合分析，大白菜抽薹過程中，葉綠素a/b的值、IAA和GA3含量均在葉色轉變期出現峰值，葉色轉變后開始花莖伸長，說明葉色轉變是大白菜抽薹的一個生理信號。

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