（蔬菜学专业论文）萝卜肉质根膨大过程中库活性变化及生理生化研究.pdf

分类号 ud c 密级 单位代码： 编号： 研究生学号： 硕士学位论文 y7 3 2 8 6 9 1 0 3 3 9 萝卜肉质根膨大过程中库活性变化 及生理生化研究 论文评阅人：曹家树教授 答辩委员会主席： 答辩委员会成员： 朱祝军教授 徐志豪研究员 朱诚教授 曹家树教授 卢钢副教授 汪炳良副教授 论文答辩日期： 2 0 0 5 6 1 5 坝i 一学位论文萝b 肉质根膨人过程中库活性及生理生化_ | i j 究张艳2 0 0 5 摘要 萝b ( r a p h a n u s s a t i v u sl ) 以肥太的肉质根供食用，营养丰富，是人们生活中不可缺少 的一种蔬菜。本试验以四个萝 品种为材料，从源活性、库活性、碳水化含物的变化、蛋 白质的变化、肉质根膨大前后的解剖学变化等几方面来研究，旨在探索萝h 肉质根生长发 育机理，为萝h 增产和品质改良措施的实施提供理论依据，并为萝b 高产育种的性状指标 提供参考。主要结果如下： ( 1 ) 试验结果发现，三个品种即短叶1 3 、叶用萝b 、白玉春的生长状况基本 相似，出苗后2 8 d 内，地上部的生长较快，地下部生长缓慢，且根冠比小于0 1 ，2 8 d 后进 入肉质根膨大期，根冠比增加，地下部干重明显增加。2 1 d 时三个品种源活性擐强，其后均 有不同程度的降低。在库活性方面，不同品种具有较为一致的变化态势。在出苗后2 8 d 内， 随着肉质根的生长，库活性快速增强，叶用萝b 、短叶1 3 库活性在2 8 d 时最强，白 玉春3 5 d 库活性最强。在萝b 的整个生长过程中，短叶1 3 的源活性始终低于其它两个 品种。 ( 2 ) 对短叶1 3 和白玉春萝h 肉质根中碳水化合物变化研究发现，这两个品种 肉质根中可溶性糖含量、还原糖、蔗糖变化趋势基本一致，在生长初期( 出苗后1 4 d ) 含量 较低，随着肉质根的膨大，缓慢增加，达到高峰后下降。短叶1 3 萝h 肉质根中的可溶性 糖含量、还原糖含量在播种后2 l d 远远高于白玉春萝b ，并且蔗糖含量的变化幅度较 白玉春萝h 大，在播种后第1 4 d 4 2 d 内其蔗糖含量高于白玉春肉质根中的蔗糖含量。 白玉春萝b 和短叶1 3 萝h 肉质根中的淀粉含量很低，变化趋势基本一致。 ( 3 ) 对短叶1 3 、叶用萝h 、圆白萝b 、白玉春四个品种肉质根膨大过程中 叶片和肉质根中的蛋白质含量变化研究发现，叶片中的蛋白质含量远远高于肉质根中的蛋 白质含量。在肉质根膨大前期，肉质根蛋白质含量的变化趋势和叶片中一致，随着肉质根 的膨大呈逐渐上升的趋势，到破肚前后( 出苗后2 1 - 2 8 d ) 蛋白质含量达到最大，破肚以后， 肉质根中蛋白质含量变化呈现下降的趋势。叶片中的含量变化因品种而异，短叶1 3 和圆 白萝h 叶片中蛋白质含量下降，而白玉春和叶用萝b 叶片中的蛋白质含量保持 不变。进一步分析萝b 肉质根膨大过程中叶片和肉质根中可溶性蛋白质组分变化表明，叶 片中的蛋白质图谱条带比较丰富条带的强度也高于肉质根的蛋白质图谱。四个品种叶片 中有一条分了量为1 4 4 k d 的蛋白质在出苗后第7 、1 4 、2 1 d 存在，出苗后2 8 d 以后条带变 弱，甚至消失。肉质根中的蛋白质因含量较低其表达比较弱，白玉春萝h 出苗后1 4 d ， 肉质根中出现了一条大约6 4 k d 大小的特异蛋白，但是其表达比较弱。 ( 4 ) 植株生长初期，下胚轴的横切面中由薄壁细胞组成的皮层占了大部分。在播种后 1 5 - 2 5 d ，皮层内的薄壁细胞和中柱组织继续增长，使中柱面积增加。皮层内的初生组织完全 分化以后，就不再分裂和膨大，这时开始出现破肚。播种后第2 5 3 0 d 的下胚轴，中柱的 组织细胞继续分裂，初生木质部的导管数目增多，排列成行。在播种后3 0 d 以后，初生组 织完全分化以后开始次生生长，胚轴总体加粗但未见局部膨大，细胞分裂处于旺盛期，这 时木质部以完全居于中心呈圆状，占有大部分面积，导管数目更多，长度不等，呈放射状 排列，并由薄壁细胞所分开。在中柱中，韧皮部的细胞位于中柱区域的最外面，并且被木 质部的导管所包围着。下胚轴的肉质多浆是由于次生木质部和次生韧皮部的薄壁细胞组织 的产生和活动。 关键词：萝h ；库活性；源活性；碳水化合物；蛋白质；肉质根；解荆 2 硕士学位论文萝h 肉质根膨大过程中库活性及生理生化研究张艳2 0 0 5 日u 舀 萝b ( r a p h a n u s s a t i v u sl ) 又名莱菔、芦菔、十字花科、萝b 属，一、二年生草本植 物，萝b 表皮光滑，肉质细腻，甘甜，以肥大的肉质根供食用。 现代科学研究发现，萝h 含水分9 1 7 ，含丰富的维生素c ，含一定量的钙、磷、碳水 化合物及少量的蛋白质、铁及其它维生素，还含有木质素、胆碱、氧化酶索、甘酶、触酶、 淀粉酶、芥子油等有益成分。萝b 生食可助消化，具有辣昧。根和种子内含有莱菔子索， 有杀菌作用。萝b 有祛痰、止泻、利尿等功效，并且萝b 具有防癌、抗癌功能，。医务人员 发现，常吃萝b 可降低血脂、软化血管、稳定血压，预防冠心病、动脉硬化、胆石症等疾 病。所以常吃、多吃萝h 对人类健康是有相当益处的。萝b 营养丰富，既可用于制作菜肴， 炒、煮、凉拌等俱佳；又可当作水果生吃、味道鲜美；还可用作泡菜，酱菜腌制如扬州的 酱萝b 头、萧山萝b 等，皆为有地方特色的特产。 萝h 原产欧、亚温暖的海岸地区，我国是萝b 的起源地。萝h 在我国的栽培历史悠久， 远在公元前2 0 0 3 0 0 年前，尔雅上就有明确的释义，称之为芦葩、紫花大根。现在萝h 是遍及全国每个角落、种植面积大、食用量大的蔬菜之一。萝b 品种按用途可分为菜用萝 h 、加工萝b 、水果萝b ；按季节可分为秋冬萝b 、冬春萝b 、春夏萝h 、夏秋萝b 、四 季萝b 。目前我国栽培的萝b 品种，除了秋冬季栽培的品种外，多数来自日本、韩国等地。 在植物的发育过程中，d n a ，r n a 和蛋白质的变化对细胞分化和器官发生有重大作用。 细胞的分化即是在发育过程中表现出d n a 链上不同基因按一定的顺序选择地活化和阻遏， 其结果最终使细胞表达出特定的结构与功能。植物由营养生长转变到能进行生殖发育状态 是一个深刻的变化，其体内代谢过程也必然会发生深刻的变化。一些学者已在不同植物的 胚性细胞、胚性愈伤组织，胚状体、种子、根间、茎间，叶片、花冠、雌蕊、雄蕊、花粉、 精子等不同细胞、组织或器官中检测到了一些特异蛋白。但有关萝b 生长发育阶段的蛋白 尤其是特异蛋白及由幼苗到成熟胚各典型时期的生理生化变化，尚未报道。因此，研究萝 b 生长发育期间蛋白质变化及一些生理生化过程，分离和鉴定对认识植物的生长规律及研 究细胞结构功能的分子本质有重要意义，进一步深入研究植物特异蛋白的出现与消失、结 构与功能，对揭示基因、蛋白、性状与环境的关系，无疑具有重大的理论意义和现实意义 萝b 是一种重要的蔬菜作物，在蔬菜生产和供应上具有十分重要的作用。长期以来，人 们为了选育适合不同季节栽培的萝b 品种傲了大量的工作，并成功选育适合夏秋季、秋冬 季、冬春季以及春夏季栽培的萝b 品种。从而使萝b 几乎可实现周年栽培。尽管不同季节 栽培的萝b 品种已经比较丰富，但在所使用的品种中，特别是适合春季栽培的萝h ，在萝 硕士学位论文萝卜肉质根膨大过程中库活性及生理生化研究张艳2 0 0 5 h 生产上还存在着不少问题。从目前的研究报道看，对萝h 的研究只是停留在栽培措施的 改变、萝h 肉质根分叉、弯曲、开裂、空心等生理障碍的防治以及环境、激素、营养方面， 但对于萝 肉质根膨大过程中的源库关系、碳水化合物以及蛋白质的变化研究很少。为了 了解萝h 肉质根生长发育过程中的特点，我们从源一库活性、碳水化合物的变化、蛋白质的 变化、肉质根膨大前后的解剖学变化等几方面来研究，旨在探索萝h 肉质根生长发育机理， 为萝h 增产和品质改良措掩的实施提供理论依据，从光合性能、源库方面进行源库高性能 协调方面为育种提供理论参考。 4 硕士学位论文萝h 肉质根膨大过程中库活性及生理生化研究张艳2 0 0 5 1 文献综述 1 1 植物源库关系及干物质分配规律 1 1 1 植物源库关系及源库与产量的关系 1 1 1 1 源库的概念及源库关系 源、库的概念。源是光合产物的生产和供应者，源是库的基础，源的能力主要受叶面 积光合时间、光照强度的影响。对于大多根菜类蔬菜来说，源主要指的是叶源。库是光合 产物积累、需求、消耗的器官。库对源是一种反馈调节，库的能力受库的容量和库的强度 的影响，对于收获籽粒来讲，籽粒则是产量库；对于根菜类蔬菜，库是肉质根。源库具有 相对性，一定时期源在另一时期就转变成库，有的作物在一定时期收获的库又是生产源之 自1 9 2 8 年m a s o n 和m a s k e l l 提出作物产量的源一库理论( s o u r c e s i n kt h e o r y ) 以来，人 们常以源库的观点探索作物高产途径。源库关系是作物高产生理中的热点问题之一，作物 产量形成实质上是源库互作的过程。源是库的供应者，而库对源具有调节作用，两者相互 依赖，又相互制约。 在产量形成中，源即参与库的建成，又参与库的充实。王长宏( 1 9 8 9 ) 通过试验对不 同密度群体、不同时期单株、叶片质量和单株于物重、几个生理性状与籽粒发育性状进行 相关分析表明：玉米开花的籽粒数量潜力主要取决于灌浆期的营养状况，郭文菩等( 1 9 9 5 ) 对小麦试验也得到相似结果。蔺万煌、萧浪涛等( 2 0 0 3 ) 研究表明，源叶良好的光合性能 是保证籽粒淀粉积累充分的先决条件。纵瑞收( 1 9 9 4 ) 对甘薯库源关系进行研究表明：源 强大，对甘薯地下部经济产量有较大得促进作用，反之，源强小，对其地下部经济产量有 一定的影响和制约作用。 库既能提高源的活性，也能抑制源的活性。受有机物的分配供应能力、竞争力和运输 三个因素影响，其中竞争能力作用最为重要，这个竞争也就是库的代谢强度，农作物的穗 部受光条件改变必然引起其生理与生化代谢改变，可能会消弱代谢库的活力，最终会造成 光合产物的减少和生物产量的下降，即源的能力降低。陈温福( 1 9 8 9 ) 试验表明，随着粒 叶比的增加，单株光合生产量也明显增加，表明增加库的能力可能可促进个体的光合作用。 刘克礼和高聚林等( 2 0 0 4 ) 通过对马铃薯源的供应能力与库容量的关系研究表明：不同密 度及施肥处理下，经济产量一般随群体库容量的增大和源供应能力的增强而提高，在一定 范围内随库源比值的提高而提高。不同密度群体，产量随着库源比值的提高而提高， 坝i 。学位论文萝b 肉质根膨人过程中库活性发生理生化1 ) 究张艳2 0 0 5 而到达适点后，库源比再增加或降低则产量下降。高密群体，库源比值低于源适值，群 体库容量是限制产量的主要因素，此时库相对于源的供应能力过小，因此产量不高：而低 密群体的库源比值高于最适值，源为限制因素，群体源的供应能力相对于库值较低，源明 显不足，经济产量亦不高。在不同的磷、氯和钾肥施用量下，马铃薯群体表现出相应的源 不足或库不足，源库比例失调，造成产量不高。综上所述，群体库容量、源的供应能力及 其比值，单位叶面积负荷量和有效负荷量随密度和施肥的不同而不同。 源与库之间相互影响，相互制约。纪风奎高爱红等( 2 0 0 4 ) 把作物的源库关系分为三 类，即源限制型，库限制型，源库互作型。源、库之间协调关系是高产栽培的重要任务， 改变源库平衡可以调节叶片同化运转分配的量和方向，对指导生产具有实践意义。 1 1 1 2 源库与产量的关系 作物产量主要指经济产量，是指其光合同化物的生产，同化物向生殖库的运输以及发 育中的种子为生产构成经济产量的贮藏物质，而对于同化物的利用有三个来源，其中光合 同化物的生产是作物产量的重要来源。 源是籽粒形成的物质基础。王振林等( 1 9 9 5 ) 指出，小麦籽粒产量的绝大部分来自于 籽粒灌浆期的光合产物。诸多学者研究认为，产量形成期光合同化物的量与籽粒产量的高 低有密切关系。 籽粒产量的形成与源库变化关系密切，明确源库变化与籽粒产量的关系对于高产育种 和栽培具有重要的指导意义。关于源库关系与籽粒产量的研究已有一些报道，i ) u v i c k ( 1 9 7 7 ) ， u h a r t ( 1 9 9 5 ) 认为，不同栽培条件下高的穗粒数与高产相联系，剪穗减库导致减产；a n d r a d e ( 1 9 9 3 ) ，f a u s t i n o ( 1 9 9 7 ) 认为，遮光剪叶和降低适宜叶面积指数导致产量下降，主张增源是 增产的主要途径。而徐庆章等( 1 9 9 0 ) 认为，低密度下群体库源比值较小，主要是库限制 了产量的提高，高密度下库源比值偏大，群体源是产量的主要限制因子。品种不同，其自 身的源库性状也不同，玉米籽粒产量的提高不但取决于外部环境条件的变化，而且取决于 品种自身的遗传特性，只有外部环境与品种自身的遗传特性相吻合时，品种的籽粒产量才 能得到更大发挥。 产量形成是源、库、流相互协调的结果，但源一库协调，不应单纯用源与库的大小或所 谓的活性比较，更重要的是在整个植株发育方面的协调性。产量的进一步提高应在适宜叶 面积的基础上，扩大群体总库容，提高经济系数，从而实现高产。因此，有必要研究单位 叶面积能否满足更多的库容对光合产物的需求，探讨单位叶面积负荷量对蔬菜生长中光合 产物生产与分配的影响，为丰富萝h 高产理论，建立高产高效群体结构，完善高产萝b 栽 培配套技术体系提供依据。源一库互作的机理实际上是体内物质在源器官与库器官的转化、 分配，促进体内物质向库器官中中分配是源库关系协调、提高产量的关键。适当提高库源 比( 粒叶) ，使源叶光合生产能力增强，光合产物向库器官中分配的比例增加，茎、叶中非 结构碳水化合物滞留量下降，收获指数上升。但是，提高库一源比不能靠减源来实现，必须 在维持适宜源叶面积的基础上，积极提高库容量，促进较多的源叶光台产物向籽粒中运转。 6 硕士学位论文 萝卜肉质根膨大过程中库活性及生理生化研究张艳2 0 0 5 魏建军，刘建国( 2 0 0 4 ) 提出了具体的实施途径：( i ) 在遗传育种工作中，选择株型紧凑， 比叶重大，库源比高的高光效品种；( 2 ) 采用基因工程生物技术，在源叶中促进蔗糖合成， 在库器官中促进蛋白质积累+ 以保证源器官光合产物源源不断地输向库器官；( 3 ) 在栽培 体系和技术措施上，通过合理的栽培措施和调控技术，塑造适宜的群体叶面积指数，改善 株叶型和受光态势，提高粒叶比；( 4 ) 在生产实践中不断地根据不同品种的源库特性，采 取不同的栽培管理措施。栽培上应适当加大群体密度，提高光合叶面积，前期以促为主， 建立较大的营养体，改善源的生产能力，中后期保证氮肥供应，延长叶片光合功能期，防 止早衰。 1 1 2 与源库关系相关的指标 叶片是同化产物生产的场所( 源) ，果实是同化产物贮存的场所( 库) 。“源库学说”认 为作物的产量既取决于源的光合生产能力，又取决于库的大小和库容能力，较大的库容可 促进源的同化产物的生产与运转。库强、库容量、库活性都是衡量库源关系的指标。 1 1 2 1 库强 源是库的供应者，而库对源具有调节作用，两者相互依赖，又相互制约。为了衡量源 器官输出或库器官接纳同化物能力的大小，引入了源强和库强的概念。源强能为库提供更多 的光合产物，而库强则能调节源中蔗糖的输出速率和输出方向。一般来说，源强有利于库 强潜势的发挥，库强则有利于源强的维持。 以库强来拟合黄瓜果实和番茄果穗干物质的分配取得了较好的结果。库强是模式化栽 培中关键因子： 1 ) 库强概念的提出及其意义；o i f f o r da n de v s n s ( 1 9 8 1 ) 、h o ( 1 9 9 8 ) 、m a r c c l i s ( 1 9 9 3 ) 等国外许多学者研究表明同化产物在各器官之间的分配主要受库自身的调节而受源的影响 较小。w o l s w i n k e l ( 1 9 8 5 ) 用库强来描述器官对同化产物竞争能力。库强反映了器官获取同 化物的能力，可以用器官的潜在生长速率表示。库强可以作为品种特性加以考虑，从而使 库强成为根菜类蔬菜干物质分配和产量形成的关键因子。库强反映了器官获取同化产物的 竞争能力，不是其实际生长率，而是在无养分竞争情况下，器官的潜在生长率。 2 ) 库强数量化描述：许多以库强为基础干物质分配的模型，都是以一个果穗作为一最 小的果实库单位。h e u v e l i n k 、m a r c e l i s ( 1 9 8 9 ) 利用r i c h m - d s 方程( 1 9 5 9 ) 的一阶导数给出 了一个果穗的潜在生长速率的数学表达式，并通过每穗留一个果，计算出表达式中各参数 值。 3 ) 果实的库强受到发育阶段及温度的影响。较高的温度下，果实生长时间短，库强在 短时间内变化快；生长在较低的温度下，果实生长时间长，库强变化缓慢。库强是开花后 时间的函数，如果以发育阶段( 花后天数花后到收获的时间) 代替开花后时间所得到的库 强表达式受温度的影响较小。库强的数量化描述为建立干物质分配的模型提供了数量化指 标。研究中还发现，果实的库强受到发育阶段及温度的影响。较高冉勺温度下，果实生长时 7 硕士学位论文萝卜肉质根膨大过程中库活性及生理生化研究张艳2 0 0 5 间短，库强在短时间内变化快，生长在较低的温度下，果实生长时间长，库强变化缓慢。 库强的数量化描述为建立千物质分配的模型提供了数量化指标。 粱建生等( 1 9 9 4 ) 研究表明，籽粒库强与淀粉积累间关系密切。高松洁等( 2 0 0 3 ) 、王 文静等( 2 0 0 3 ) 指出，与多穗型品种相比，大穗型品种源端具有较强的同化物持续供应能 力，而且生育后期仍可保持较强的库活性。h e u v e l i n k 等( 1 9 9 4 ) 根据库强( 果实的数目和 果实的发育阶段) 和源强( 总的净同化速率) 拟合的番茄、辣椒的坐果曲线与实际结果之 间较好地相符，从而表明源强与库强是影响坐果的重要因素。 库强度可以用与蔗糖和淀粉代谢相关的酶来反映。潘庆民( 2 0 0 2 ) 研究表明，开花至 成熟是小麦籽粒产量形成的关键时期，叶片中合成的光合产物主要以蔗糖的形式通过韧皮 部运输到籽粒，并在籽粒中降解为合成淀粉的原料。旗叶中蔗糖的合成反映了此阶段“源” 器官同化物的供应能力，而籽粒中蔗糖的降解则反映了此阶段“库”强度的高低。王忠( 2 0 0 0 ) 的研究结果表明，催化库器官中蔗糖和淀粉代谢的酶尤其是s s 和a g p p 的活性与库器官 同化物的积累速率密切相关，目此可用酶活性高低来量度库强，其中光合速率高低和s p s 活性是最能代表源强的指标。王文静( 2 0 0 4 ) 研究表明，豫麦6 6 旗叶的光合速率、蔗糖 含量、灌浆中后期s p s 活性和籽粒中s s 、a g p p 活性及灌浆中后期淀粉积累量和积累速率 均高于豫麦4 9 ，表明豫麦6 6 “源”器宫中光合速率高，蔗糖的合成代谢旺盛，蔗糖含量 高；“库”器官中蔗糖供应充足，蔗糖的降解代谢旺盛，为籽粒中淀粉的快速积累奠定了基 础。 1 1 2 2 库容 库容，对于麦稻类作物来讲，库容表示单位叶面积所承载的库容量，即反映了库容的 相对大小，又代表源的质量水平和库对源的调运能力，可作为群体条件下源库关系是否协 调的综合指标。研究库容有助于对库的发育机制的研究，但是库容在分子水平的研究很少 涉及。众所周知，在某些作物源的活力与库活力之间存在着相互关系。t s u n o 和f u j i s e 提出， 甘薯块根的迅速增大，能加速同化产物从叶中转运，增强植株的光合作用。h o z y o 和p a r k 证明了，同样的甘薯接穗嫁接在野生的不结块根的砧木上、不如嫁接在结块根的砧木上光 合速率强。嫁接在野生不结坎根砧木上之所以影响光合速率、可能与叶绿体内大量淀粉粒 的沉积破坏了叶绿体的粒状结构有关。不同密度及施肥处理下，马铃薯经济产量随群体库 容量和源供应量的增加而增加；在一定范围内随库源比值的提高而提高。贺明荣等( 1 9 9 8 ) 提出不同品种源库在调节同化物分配上的作用是不同的，无论是植株光合速率还是同化物 的运转分配均受库容活性的调控。 1 1 2 3 库活性 库活性和库强也是库容的参考指标。1 9 6 7 年，w a r r e n - w i l s o n 提出的库活性概念 计算，即库活性s i n ka c t i v i t y = ( l n w 2 l n w l ) t ，其中w l 、w 2 分别为始、末期的干重。 根据这个概念，库活性就是单位时间内，单位干重内，库的干重的增加量。卢钢，庄晓英 等( 2 0 0 4 ) 通过对萝h 肉质根膨大过程中干物质在根、冠部的分配以及蔗糖代谢相关酶活 8 硕士学位论文萝i - 肉质根膨大过程中库活性及生理生化研究 张艳2 0 0 5 性变化等的研究，发现在播种后2 7d 根部库活性最强，碳水化合物主要向地下部输送，直 根开始膨大库活性的变化与蔗糖转化酶活性无明显相关性。钟旭华，徐益群等( 1 9 9 6 ) 以 结实期叶片含n 量累积值和籽粒港浆有效含水量累积值作为源活性和库活性的指标，研究 表明白垩白度在很大程度上取决于结实期源活性或库活性的大小。因此可以通过适当的技 术措施来加以调节。 1 1 3 植物干物质分配规律 植物能值的分配规律主要是受植物的遗传特性决定的，是与植物生长中心的转移相 致的，不同的植物生长中心和能量分配中心的转移都是与植物内部发育程度和外部环境条 件有关的。 易津，李青等( 2 0 0 1 ) 对不同来源的3 属4 种根茎类禾本科牧草研究发现；丰根茎类 禾草能值分配也有明显的发育时期、发育器官和根茎类型的差异；主要表现为对有性生殖 器官能值的分配系数远远低于无性生殖器官；有性生殖器官能值分配一般仅在5 1 0 ，短 根茎高于长根茎：无性生殖器官的能值分配一般在9 0 9 5 ，但是存在明显的发育器官、 发育时期和根茎类型的差异。地上部能值分配规律是前营养期高于后营养期，短根茎高于 长根茎，如中间偃麦草地上部能值分配可高达8 0 以上，而其它长根茎仅在4 0 5 0 。地 下部能值分配规律是后营养期高于前营养期，长根茎高于短根茎，长根茎一般在4 0 5 0 ， 短根茎的中间偃麦草仅为6 8 。 刘晓冰等( 1 9 9 5 ) 认为，作物的产量和品质是基因型与环境条件共同作用的结果，从 基因型角度分析，则是一系列受遗传控制的代谢过程的结果，其中源库关系对产量和品质 的形成起着限制性作用。源、库能力的大小和功能上的相互作用，是影响作物产量的重要 因素。一些研究表明，源和光合能力与干物质生产呈正相关：而另一些研究结果认为，库 的大小对器官的糖分积累和转化及同化物运输、分配有显著的调节作用。 h e u v e l i n k ( 1 9 9 4 ，1 9 9 6 ) 研究了番茄干物质在番茄植株各部分之间的分配与源有关系， 结果表明，源的大小在短期内对干物质分配无直接的影响，但在一定生长期内源的大小通 过影响坐果率来调节干物质的分配。 在高等植物中，原初同化产物一部分在叶绿体中转化为淀粉，另一部分则以三碳糖的 形式输送到细胞质用于蔗糖的合成及其它代谢。植物中同化产物主要是以蔗糖的形式从源 向库输送的，因此在分子水平上研究植物碳水同化产物在源器官的分配以及蔗糖的合成对 于改善源的供给能力，进一步阐明源一库关系的机理起着举足轻重的作用。近十年来，在 鉴定影响光合作用两大同化产物蔗糖和淀粉分配的关键步骤上人们已傲了很多工作，蔗糖 在细胞质中的合成途径已经研究清楚。利用转基因技术，对于调控碳水化合物代谢的关键 步骤进行操作，既可以反义抑制内源基因的表达，又可以过量表达一个内源基因或者外源 基因，都能对碳水化合物的分配进行人为的改变。 9 硕士学位论文萝i - 肉质根膨大过程中库活性及生理生化研究张艳2 0 0 5 1 2 植物特异蛋白及可溶性蛋白 植物的形态建成是基因组按一定的时空顺序选择表达的结果。有关调控基因活动的研 究，最早是从蛋白质水平上进行的，不同发育分化阶段中合成类型和数量不同的蛋白质， 因此，人们曾把蛋白质作为研究发育和分化的指标。 1 2 1 植物特异蛋白与生长发育 1 2 1 1 春化过程与特异蛋白 低温诱导植物开花的过程称之为春化。植物春化进程与蛋白质代谢的关系，早在四十 年代初期就引起了许多研究者的注意，已经观察到可溶性蛋白质在春化过程中显著增加。 谭克辉( 1 9 8 3 ，1 9 8 7 ) 很好的总结了春化作用与蛋白质代谢的关系。冬小麦经低温处理达 到具有穗分化潜力时，在幼苗体内可以观察到心得分子量约为1 7 k d a 、2 2 、2 7 、3 8 、5 1 的 蛋白质的出现，而未经低温处理的冬小麦中则没有这些蛋白质，这表明这些蛋白质是低温 诱导产生的。春小麦不经低温诱导春播时可以正常抽穗扬花，若给予春化处理蛋白质没有 变化，因此，它们并非诱导产生，可以推测这些蛋白质的存在与春麦幼芽能否分化成穗有 关。 1 2 1 2 成花过程与特异蛋白 植物的成花过程包括花芽分化和花器官的分化和发育，植物营养生长茎尖的再定向即 由叶原基形成花原基是由来自叶片的开花刺激所引起的。在这一过程中，茎尖分生组织产 生一些特异的r n r n a 及特异蛋白质。s a w h n e y 等( 1 9 8 5 ) 、p e d e r s e n 等( 1 9 8 7 ) 、b a s s e t t 等 ( 1 9 8 8 ) 、e v a n s 等( 1 9 8 8 ) 、g o t m a r i s 等( 1 9 9 1 ) 、w a n g 等( 1 9 9 2 ) 学者分别在番茄、大麦、日 本牵牛、烟草、蒺藜草属的c e n c h r u sc i l i a r s 、百合等植物中发现了各自的花器官特异的蛋白 质。林鸡等( 1 9 9 6 ) 比较研究了黄瓜备器官的可溶性蛋白，认为花冠中的2 3 5 k d 和3 3 k d ， 雄蕊中的1 8 8 k d ，2 8 5 k d ，3 1 k d ，3 7 k d 和3 9 k d ，花柱中的4 5 k d 及子房中的3 2 5 k d 蛋白，分别为各自器官中的器官特异蛋白质。 由此可见，特异蛋白可以作为某一种器官的标记蛋白。而性别分化应该被包括在花器 官的发育中。汪俏梅等( 1 9 9 8 ) 用毛细管电泳法对苦瓜性别决定前后及雌、雄发育中得中 的3 个典型时期花蕾的可溶性蛋白质进行分析，发现：在雌花发育的3 个典型时期都存在 1 l k d 的蛋白质，雄花发育过程中存在3 0 k d 的特异蛋白，推断这两种蛋白可能分别是雌花 和雄花分化程序表达中的一种“关键蛋白”。 1 2 1 3 植物受精与特异蛋白 在植物生殖生物学和发育生物学的研究中，人们发现了被子植物精细胞的二型性和倾 向受精现象。深入研究被子植物精细胞的特异蛋白，不仅有助于揭示被子植物双受精现象 的分子机理，而且将对遗传育种的研究产生深远影响。近l o 年来，被子植物精细胞的大量 分离纯化工作取得了重大进展。k n o x 等( 1 9 8 8 ) 采用s d s p a g e 对甘蓝和非洲菊的精细胞 i o 硬士学位论文 萝卜肉质根膨大过程中库活性及生理生化研究张艳2 0 0 5 蛋白分析后发现了精细胞特异蛋白。g e l t z 和r u s s e l l ( 1 9 8 8 ) 利用双向电泳分析了白花丹富 含雄性生殖单位部分的特异蛋白，发现至少有1 8 种精细胞特异蛋白多肽点分子量在 7 0 2 0 0 k d 之间。b l o m s t e d t ( 1 9 9 2 ) 等首先用生物素标记膜蛋白的方法对油菜精细胞和麝香 百合生殖细胞表面膜蛋白与它们各自相应的营养组织原生质体的表膜蛋白进行了比较，发 现麝香百合生殖细胞有一个特异的7 6 k d 膜蛋白。 1 2 1 4 胚胎发育与特异蛋白 一些学者在不同植物的胚性细胞、胚性愈伤组织或胚状体中也检测到了特异性的蛋白质。 s u n g 等( 1 9 8 1 ) 在胡萝h 的细胞培养中发现，在含有2 ，4 - d 的培养基中增殖的悬浮细胞( 非 胚性组织) 中有两种“愈伤组织特异蛋白”c i 和c 2 ，在去除2 ，4 d 后分化出的体细胞胚的 体外翻译产物中存在着两种“胚胎特异蛋白 e - 和e 2 ，进一步分析表明两者之间蛋白质双向 电泳图谱差异不超过2 ，他们认为e t 和e 2 参与了胚的发育过程，可能与胚性细胞的分裂 有关。a l l e n 等( 1 9 8 4 ) 、s t i r n 等( 1 9 8 7 ) 、h u n g ( 1 9 8 9 ) 、杨和平( 1 9 9 1 ) 等也分别在罂粟、 豌豆、拟南芥菜和马唐体细胞胚胎的发生过程中检测到若干特异性蛋白，这些蛋白可能与 组织的胚性状态有关。郑晓峰等( 1 9 9 4 ) 对西洋参、香雪兰、光棘豆和草术樨4 种植物的 胚性、非胚性愈伤组织及胚状体的可溶性蛋白组分进行了分析，认为在这几种植物的胚性 愈伤组织中均存在非胚性愈伤组织没有的特异蛋白。在西洋参和光棘豆中，这些胚性愈伤 组织蛋白在胚状体中也能检测到。另外在香雪兰和光棘豆的非胚性愈伤组织中还发现了胚 性愈伤组织中没有的蛋白质成分。c h e n 等( 1 9 8 7 ) 在水稻中也发现了一种5 4 k d 的多肽只 特异地存在于胚性愈伤组织和胚状体中，而在非胚性愈伤组织中则没有。可见，无论双子 叶植物还是单子叶植物，在体细胞发生过程中，处于特定状态下的培养细胞中确实存在某 些特异性蛋白，它们似乎都与组织或细胞在该状态下特定的功能和性质有关。特异性的胚 性蛋白可以作为分子标记来鉴别潜在的胚性培养物跟踪胚胎发育，并为进一步探讨体细 胞胚胎发生的基因调控和分子机制提供基础。 综观上述，植物特异蛋白的研究进展已经取得了重大进展，但各种研究资料均不系统， 还不能从根本上揭示植物生长发育规律，因此进一步深入研究植物特异蛋白的出现与消失、 结构与功能，对揭示基因、蛋白、性状与环境的关系，无疑具有重大的理论意义和现实意 义。 1 2 2 可溶性蛋白质 奥岩松等( 1 9 9 7 ) 通过对3 个不同抽薹期类型大白菜品种在不同发育时期体内可溶性 蛋白质种类和水平变化的研究发现。大白菜体内可溶性蛋白质含量在花芽分化开始时达到 最高，在整个花芽分化过程中还出现了一些新的蛋白质，这些特异蛋白质的出现往往与发 育阶段的转变有着直接的关系。此外，该研究还发现，抽薹性越晚的大白菜品种可溶性蛋 白质水平越低。植物体内可溶性蛋白质的种类和水平是基因表达的结果，核酸操纵的功能 性蛋白质代谢可反映出其基因特性。从该研究结果看，具有不同抽薹特蛀的大白菜品种在 硕士学位论文萝卜肉质根膨太过程中库活性及生理生化研究张艳2 0 0 5 抽薹期性状的基因表达上并未见到质的不同，而只出现量的差异，极晚抽薹的大白菜品种， 其可溶性蛋白质水平低的原因是：可溶性蛋白质中的非结构性蛋白质，是作为代谢过程的 调节因子一酶而发生作用的，晚抽薹大白菜体内酶水平较低，使其在代谢上不能活跃起来。 李秀珍等( 1 9 8 7 ) 在研究冬小麦春化过程中可溶性蛋白质组成的变化与形态发生的关 系时发现，未经低温处理的春小麦幼芽的可溶性蛋白质含量最高，随后逐步降低，至低温 处理2 1 d 基本趋于恒定。这种现象可能与春小麦对低温的适应过程有关。冬小麦幼芽在低 温的作用下其可溶性蛋白质含量的变化与春小麦不同，处理1 4 d 时含量最高，以后迅速下 降，2 8 d 时接近于未经春化的水平，3 5 d 时又有所上升。春化中期可溶性蛋白质含量的提 高，可能是植株生理状态转变的原因之一。用聚丙烯酰胺凝胶电泳检验可溶性蛋白质谱带 的变化表明，经低温处理7 d 的冬小麦幼芽中有一新带出现，其分子量为2 1 k d ：低温处理 延长至1 4 d ，出现了另外两条新的蛋白质带，其分子量分别为5 l k d 和1 7 k d ，其中5 1 k i ) 的新蛋白质带相对含量变化不明显而两种小分子量的蛋白质随着低温处理时间的延长其 相对含量逐渐增加。 陶月良等( 2 0 0 1 ) 在对黄瓜花原基启动细胞及其组织化学的研究时发现，在花芽分化 过程中r n a 和蛋白质的含量明显增加，说明花原基启动过程中转录和翻译水平增加，一 般认为，高的r n a d n a 比值对由营养生长向生殖生长的转变有重要意义，其生理意义可 能与花原基形成所需要的特异性m r n a 大量转录以及蛋白质( 特别是酶) 的合成有关。用 组织培养方法研究烟草茎梗薄层离体细胞直接成花过程中发现，大量的特异m r n a 仅在花 芽分化过程中才出现。由此可见，r n a 和蛋白质含量的增加是花芽分化过程中所必需的。 类似的研究也表明，在花芽分化过程中，植株生长点可溶性蛋白质的含量与神类均发 生了变化( 陈竹君等， 2 0 0 0 ) 。 对于研究蛋白质一般用的是s d s - - p a g e 方法，但现在很多试验都在使用蛋白质双向电 泳技术。蛋白双向电泳是用于蛋白质组分析，主要是将混合蛋白质分离，蛋白双向电泳是 一种高效且广泛应用于分析由细胞，组织或其他生物样本中提取的复杂蛋白混合物的方法。 此方法根据蛋白互不关联的两个特性等电点和分子量对蛋白进行分离。它分辨率高，稳定 性好，是蛋白组分析的关键技术之一。已被分离的蛋白质由质谱分析对其进行鉴定，质谱 测量主要有两种方式；基质辅助激光解吸电离飞行时间质谱测量法和电子喷雾电离质谱测 量法，此两种方法操作方式不同，但其所获得的信息互为补充。前者以多肽质量电荷比为 依据同数据库资料进行比较，进而对蛋白进行鉴定，此法通常被称为多肽质量指纹分析， 后者由离子谱推得多肽的氨基酸序列，并依据这些氨基酸序列进行蛋白鉴定，此法较多肽 质量指纹分析鉴定更准确，可靠，蛋白组分析可用于样本全蛋白检测，样本蛋白表达检测。 蛋白相互作用检测和蛋白修饰检测等方面，具有广阔的前景。 1 2 3 外部环境因素对植物蛋白的影响 外界环境条件对萝l - 的生长发育尤其是花芽分化具有重要作用，其通过有关器官的生 1 2 硬士学位论文萝卜内质根膨大过程中库活性及生理生化研究 张艳2 0 0 5 长势、光合产物积累和激素平衡的变化，来刺激内部因子变化，从而启动或阻遏成花基因 的表达。环境因子总是复合地对成花诱导和花芽的形态分化发生影响，其作用方式的一些 细节目前了解甚少。 1 2 3 1 光 光包括光强、光质、光周期3 个方面。光为光合作用所必需，为生长发育提供物质基 础。 鲍思伟( 2 0 0 3 ) 研究发现生长在天台山石梁五个不同生境地区的大血藤，其蛋白质、 脂肪可溶性糖的含量有较明显的差异，其中以林冠植株中蛋白质、可溶性糖、脂肪的含量 为最高；而林窗和林下的含量均较低；表明大血藤是典型的阳生植物，光照是影响大血藤 叶片蛋白质、脂肪、可溶性糖的含量的主要因素并且生长在常绿阔叶林优于马尾松林 周吉源等( 2 0 0 3 ) 研究不同光照对喜树细胞培养生长和生理生化特性的影响时发现： 喜树幼叶在光照和黑暗两种培养条件下，可溶性蛋白质含量、过氧化物酶( p o d ) 、超氧 化物歧化酶( s o d ) 、酯酶( e s ) 的活性变化均出现两个峰值；同时，电泳分析结果表明， 酸性蛋白质组分、过氧化物同工酶谱均有明显的变化，与愈伤组织生长呈正相关 1 , 2 3 2 温度 很多植物需要经过低温处理( 如越冬作物) 才能诱导或加速开花，这一过程通常称之为春 化作用。十字花科( e r u e i f e r a e ) 蔬菜属于需冷植物( c o l dr e q u i r i n gp l a n t ，c r p ) ，这类蔬菜 不仅其产品器官的形成需要较为冷凉的气候条件，而且其从营养生长转入生殖生长必须经 历一个春化( v e r n a l i z a t i o n ) 阶段。 t e r s o k a ( 1 9 6 7 ) 证明冬小麦春化过程中不仅可溶性蛋白的含量增加，而且有新的蛋白 质出现。丛斌等研究发现小麦根尖细胞分化过程中，蛋白质相对含量在伸长区最高、分生 区最低，推测细胞中蛋白质可能是在含量上的增加和在种类上的增多。尹钧等对不同发育 特性的小麦品种进行春化、脱春化处理，经凝胶电泳分析表明，在冬小麦春化过程中，不 仅植株可溶性蛋白质含量增加，而且有新蛋白产生。两个冬性品种在舂化处理过程中都有3 条新带出现，正好都有4 6 ，5 3 2 两条新带，且这两条新带也是春麦有而冬麦没有的带，表 明这两种蛋白质的产生与冬性小麦春化过程密切相关。 1 2 3 3 水 水是是生命之源，或多或少都会影响到植物的生长发育，按照生物化学和分子生物学 的概念，生物的任何变化最终与蛋白质生物合成的变化有关。徐民俊等( 2 0 0 2 ) 选用了8 种抗旱性不同的冬小麦品种对干旱诱导条件下小麦旗叶和子粒蛋白质在不同生长发育时期 的变化情况进行了研究，结果表明：抗旱和抗旱高产品种在拔节期7 6 5k d 和6 8 7k d 两 条带显著增强，不抗旱品种只有6 8 7k d 一条带显著增强。在大田自然水分胁迫下，各品 种多表现为蛋白质带增强，极少数出现新的蛋白质带；同一品种在不同生育时期干旱诱导 蛋白种类有较大变化，分子量呈现以7 6 5k d 蛋白带为中心先升后降的趋势品种间的变化 类似。 硕士学位论文萝h 肉质根膨大过程中库活性及生理生化研究张艳2 0 0 5 1 3 肉质根形态学研究进展 植物比较解剖学是植物学的重要组成部分。在有关植物分子、形态建成、植物杂交育 种、作物病虫害防治、药用植物的培育和鉴别，以及林术材鉴定等多方面的研究和教学工 作中，都需要应用比较解剖技术，由于各种作物器官的性质差异以及研究目的的不同，就 需要不同的制片方法。植物制片一般包括徒手切片、石蜡切片、滑走切片机切片法、半薄 切片法、离析法、压片法等。 我们利用这些制片方法，了解器官中组织分化的动态，生长发育的过程。 根菜类膨大的肉质根，主要由直根及胚轴发育而成。由于直根的形态解剖的上的不同， 大体上可以分为三大类：即萝b 类型、胡萝h 类型及甜菜类型。而它们的发育形态及形成 过程也不相同。 属于萝b 类型的直根结构包括萝h 、芜菁、芜菁甘蓝、大头菜等，他们膨大的肉质根 主要由木质部的薄壁组织所构成，而韧皮部只是薄薄的一层。在外部形态上是由下胚轴( 近 地上部的一端) 及直根( 近地下部的一端) 所构成。由于整个肉质根中轴的生长，并不总 是在同一水平上，而且不论是胚轴部分或是直根部分，在结构功能上，可以互相代替，构 成一个统一体，但是由于下胚轴在初生组织成熟以后很少伸长。因此不同品种间的形状， 由胚轴所发育成的部分的长短，差异不大；而长形萝 或圆形萝b 的差别主要是由直根部 分的长短所决定。m i n i n 及g o l i n s k a 认为萝h 中轴的增大，并不都发生在同一水平上，m i n i n 认为根及下胚轴可在工能上相互转换。他曾一一个品种进行试验，将幼苗的下胚轴割去2 3 剩下的部分，发育为根并产生正常的肉质中轴。g o l i n s k a 应用大二长的萝h 重复了m i n i n 的这一试验。结构式大多数植株下胚轴的上部，甚至胚芽膨大，而下部仍保持很西，但次 生增厚的潜势在整个中轴内是存在的。 胡萝h 肉质根，也是由下胚轴及直根两部分发育而成。有四纵列的侧根( 萝t - 只有两 纵列的侧根) ，着生在根的四面。但由下胚轴发育成的膨大部分，也可以着生侧根。从解剖 上看来，胡萝h 的肉质根主要也是由于形成层( 维管形成层) 的次生生长的结果，形成大 量薄壁的次生维管组织。这些次生维管组织的数量在肉质根的上部比下部的多些，由直根 发育成的部位，导管的直径较小，排列也较稀疏。次生木质部与韧皮部都含有大量的薄壁 组织，整个肉质根的的组织比较均匀。但是胡萝h 的韧皮部厚度，比萝b 的厚的多，成为 胡萝b 肉质根的一个主要食用部分。 甜菜类型的肉质根，在外表形态上的变异，没有萝p 的多，但在解剖结构上却有一个 非常突出的特点，就是有多轮的形成层，形成所谓环状结构。它的膨大的肉质部分，主要 是由直根发育而成，但下胚轴也是肉质根的一部分。 1 4 硕士学位论文萝 囱质根膨大过程中库活性及生理生化研究张艳2 0 0 5 2 萝卜肉质根膨大过程中库活性的变化 源库理论作为目前探索作物高产途径的一种方法，已经在许多作物中应用( h i r o t a ，潘 照明，1 9 9 1 ；田晓莉，杨培珠，1 9 9 9 ) 。其中库容量对于作物库的发育非常重要，而库活 性可以作为库容量的一个参照指标( u s u d ae l a l ，1 9 9 9 ) 。1 9 6 7 年w a r r e n - w i l s o n 提出了库强 和库活性的概念，根据这一概念，库活性就是单位时间单位干重库的干重的增加量。 萝t - ( r a p h a n u ss a t i v u sl ) 是一种适合研究库容量的植物，因为它的库( 肉质根) 发 育很早，易于进行形态观察。萝h 、芜菁、根芥菜等的食用部分都属肉质根，是由胚轴和 胚根发育而成的复合器官，此类蔬菜作物在我国的蔬菜生产中有重要地位。本试验以根冠 比不同的三个萝h 品种为材料，研究萝h 内质根膨大过程中库活性变化规律，以期对萝h 高产栽培和品质改良提供理论依据。 2 1 材料和方法 2 1 1 试验材料 试验于2 0 0 4 年秋季在浙江大学蔬菜研究所进行，供试材料为叶用萝h ( 韩国新汉城 种子公司产品) 、短时1 3 ( 广东省种子公司产品) 、白玉春( 韩国农友b o 株式会社产品) 。 3 个品种同时于2 0 0 4 年9 月l o 日播种，田间管理同般的大田生产。 2 1 2 试验方法 从出苗后第7 d 开始取样，以后每隔7 d 取一次，直至充分膨大，每次取样l o 株。对所 取样品分单株分别测定地上部和地下部鲜质量、干质量，测定肉质根直径。其中根直径测 量其最膨大部分的横茎，干质量系指相应材料先在1 0 5 c 烘箱中杀青2 h