第 卷第 期青海大學學報 年 月 收稿日期 基金項目 青海省科學技術廳項目 作者簡介 馬雪璟 女 青海民和人 青海大學在讀碩士研究生 通信作者 萬壽菊雄性不育兩用系抗氧化酶活性分析 馬雪璟 唐 楠 張五華 唐道城 張金艷 任成玲 青海大學高原花卉研究中心 青海西寧 青海省園林植物與觀賞園藝重點實驗室 青海西寧 摘要 為了解萬壽菊雄性不育兩用系活性氧代謝的特點 本研究以萬壽菊雄性不育兩用系 為試驗材料 分別測定不育株和可育株在不同生長時期葉片及花蕾的過氧化物酶 抗 壞血酸過氧化物酶 過氧化氫酶 超氧化物歧化酶 種抗氧化酶的活性 及丙二醛 和抗壞血酸 的含量 分析育性與抗氧化酶活性 抗氧化物質的關系 結果表明 葉片中可育株的 活性總體高于不育株 花蕾橫徑在 時 種抗氧化酶均表現(xiàn)為不育株高于可育株 不育株抗氧化物質 含量逐漸積累 說 明抗氧化酶和抗氧化物質的變化與萬壽菊的育性密切相關 本研究為萬壽菊雄性不育的成因 提供了一定的理論依據(jù) 為雄性不育兩用系進一步高效制種 育種奠定了基礎 關鍵詞 萬壽菊 雄性不育 兩用系 生化指標 中圖分類號 文獻標志碼 文章編號 萬壽菊 為菊科萬壽菊屬 一年生草本植物 萬壽菊抗性強 適應性 第 期馬雪璟等 萬壽菊雄性不育兩用系抗氧化酶活性分析 廣 花期長 花色鮮艷且純正 是生產(chǎn)色素的原材料 常被用于花壇布景 雄性不育兩用系是一個具有 不育株率的姊妹交穩(wěn)定系統(tǒng) 利用雄性不育兩用系制種可以降低成本 保證種子的純度和質 量 增強種子的抗性與品質 由于萬壽菊去雄困難 限制育種進程 所以常用雄性不育兩用系進行雜 交育種 唐楠等 的研究以萬壽菊雄性不育兩用系 不育株為母本 以雄性不育兩用系 可育株為父本 雜交出適合高寒地區(qū)栽培的中矮稈 中大花型雪域 號 因此 研究雄性不育兩用 系對種質的開發(fā)和應用具有重要意義 在代謝層面上 植物雄蕊的生理生化反應被干擾 其雄性器官的發(fā)育就會受到影響 因此 有必要對 雄性不育形成機理的重要生理生化指標進行研究 活性氧代謝是探索育性形成機理的重要生理生化指 標之一 植物雄性不育的發(fā)生常伴隨著活性氧代謝的異常 而抗氧化酶如過氧化物酶 抗壞血酸 過氧化物酶 過氧化氫酶 超氧化物歧化酶 及抗氧化物質如丙二醛 和抗壞 血酸 能夠有效調節(jié)植物體內活性氧的含量 維持植物細胞的動態(tài)平衡 作為植物細胞 內的主要組成成分 影響小孢子發(fā)育過程中營養(yǎng)物質的合成與運輸 從而導致發(fā)育異常和敗育 屬于植物體內的末端氧化酶 影響植物的呼吸作用 是植物特有的清除過氧化氫的重要酶類 能夠將過多的 直接分解為 和 避免丙二醛積累 維持膜的穩(wěn)定性 保護花粉粒代謝正常 是 生物體內的一種保護酶 是一種清除超氧陰離子自由基的酶 其活性較低會造成細胞膜損傷 導致小孢子發(fā)育異常 與雄性不育的出現(xiàn)密切相關 在非酶促機制中 丙二醛 是膜脂過氧化 的產(chǎn)物 其含量增高會導致細胞膜結構損傷 生殖器官受到特異性傷害 從而造成小孢子發(fā)育異常 引發(fā) 雄性不育 抗壞血酸 是非酶促防御系統(tǒng)中主要的抗氧化劑 其變化可以調控水稻育性 為了解萬壽菊雄性不育兩用系活性氧代謝的特點 本研究以雄性不育兩用系 為材料 測定可育株 與不育株在不同生長時期葉片及花蕾的抗氧化酶活性及抗氧化物質含量 從生理生化的角度探討抗氧 化酶與萬壽菊雄性不育兩用系的關系 為進一步揭示萬壽菊雄性不育的形成機理奠定基礎 材料與方法 試驗材料 萬壽菊雄性不育兩用系 種子由青海大學高原花卉研究中心提供 年春季室內育苗 使 用德國 育苗基質 光照 濕度 光照強度 光照時間 待苗長至二葉一 心期時定苗 每盆 株 共定苗 株 定苗后室內培養(yǎng) 分別在四葉一心期 六葉一心期 八葉一心期 十葉一心期及初花期取幼嫩葉片 圖 當植株開始現(xiàn)蕾 取不同橫徑花蕾 葉片和花蕾離體后分為兩份 一份進行抗氧化酶活性測定 另一份液氮速凍后保存于 超低溫冰箱備用 開花后 確定各取樣植株的育性 圖 萬壽菊雄性不育兩用系 不同時期葉片和不同橫徑花蕾 青海大學學報第 卷 試驗方法 分別測定可育株與不育株 個生長時期的葉片 個發(fā)育階段花蕾的 活性及 含量 各時期的葉片及花蕾取 個生物學重復 酶活性測定參照 的方法 酶活性測定參照 等 的方法 酶活性測定參照李柏林等 的方法 酶活性測定參 照鄧碧玉等 的方法 含量測定采用硫代巴比妥酸法 含量測定參考 等 的 方法 數(shù)據(jù)分析 用 處理數(shù)據(jù) 用 進行方差分析和差異顯著性檢驗 用 作圖 結果與分析 萬壽菊雄性不育兩用系 葉片中的抗氧化酶活性 圖 為萬壽菊雄性不育兩用系 葉片中的抗氧化酶活性 由圖 可知 可育株和不育株葉片 中的 活性在營養(yǎng)生長期 四葉一心期至十葉一心期 均保持相對較低的水平 平均為 進入初花期后 活性迅速上升 從八葉一心期開始 可育株 活性顯著 高于不育株 到初花期時極顯著高于不育株 可育株的 活性隨著植株的生長逐漸上升 不育株則 相對穩(wěn)定 四葉一心期可育株與不育株無顯著差異 六葉一心期可育株顯著高于不育株 從八葉一心期 開始可育株極顯著高于不育株 活性在四葉一心期高于后 個時期 且可育株極顯著高于不育株 活性隨著植株生長逐漸降低 在可育株中尤為明顯 在四葉一心期和六葉一心期可育株極顯著高 于不育株 綜上 可育株葉片的 活性總體高于不育株 可育株和不育株的抗氧化酶活性 隨著生長發(fā)育而變化 并在不同時期表現(xiàn)出顯著性差異 圖中小寫字母表示同一時期可育株與不育株差異顯著 大寫字母表示同一時期可育株與不育株差異極顯著 下同 分別代表四葉一心期 六葉一心期 八葉一心期 十葉一心期及初花期 下同 圖 萬壽菊雄性不育兩用系 葉片 及 酶活性 第 期馬雪璟等 萬壽菊雄性不育兩用系抗氧化酶活性分析 萬壽菊雄性不育兩用系 葉片中的 和 含量 圖 為萬壽菊雄性不育兩用系 葉片中的 和 含量 由圖 可知 初花期不育株 含量迅速升高并高于其他時期 說明初花期不育株膜脂過氧化程度較高 可育株 含量在初花期突 降 不育株波動異常 說明營養(yǎng)生長早期可育株葉片抵御活性氧與自由基對膜的損傷比不育株強 且低 含量的 不能協(xié)同消除不同途徑產(chǎn)生的活性氧 可能導致了活性氧代謝的失調 圖 萬壽菊雄性不育兩用系 葉片 含量 萬壽菊雄性不育兩用系 花蕾中的抗氧化酶活性 萬壽菊雄性不育兩用系 花蕾中的抗氧化酶活性見圖 圖 萬壽菊雄性不育兩用系 不同橫徑花蕾中 酶活性 青海大學學報第 卷 由圖 可知 在花蕾發(fā)育過程中 可育株花蕾的 和 活性始終低于不育株花蕾 活性 在可育株花蕾發(fā)育過程中相對穩(wěn)定 而不育株花蕾的 活性在花蕾剛形成時 最高 隨后下 降并保持相對穩(wěn)定 可育株花蕾的 活性隨花蕾的發(fā)育逐漸降低 不育株花蕾的 活性隨花蕾 的發(fā)育逐漸升高 在花蕾發(fā)育初期 可育株花蕾的 活性顯著高于不育株花蕾 當花 蕾橫徑為 時 可育株和不育株花蕾的 活性無顯著差異 當花蕾橫徑大于 時 不育 株花蕾的 活性極顯著高于可育株花蕾 可育株和不育株花蕾的 活性均隨花蕾的發(fā)育逐漸降 低 在花蕾剛形成時 可育株和不育株花蕾的 活性差異不顯著 當花蕾橫徑為 時 可育株花蕾的 活性顯著高于不育株花蕾 當花蕾大于 時 不育株花蕾的 活性 顯著或極顯著高于可育株花蕾 綜上所述 當花蕾橫徑大于 時 不育株花蕾的 和 活性均顯著高于可育株花蕾 萬壽菊雄性不育兩用系 花蕾中的 和 含量 圖 為萬壽菊雄性不育兩用系 花蕾中的 和 含量 由圖 可知 不育株花蕾的 含量隨花蕾的發(fā)育逐漸上升 從花蕾橫徑達到 開始 不育株花蕾的 含量顯著或極顯著高于 可育株花蕾 當花蕾橫徑為 時 可育株花蕾的 含量高于不育株花蕾 當花蕾橫徑為 時 不育株花蕾的 含量升高 開始抵御活性氧與自由基對膜的損傷 不育株花蕾中抗 氧化物質含量的積累加重膜脂過氧化程度 可能與不育形成有關 圖 萬壽菊雄性不育兩用系 不同橫徑花蕾中的 含量 結論 本研究中萬壽菊雄性不育兩用系 葉片中可育株的 活性總體高于不育株 可育 株和不育株的抗氧化酶活性隨葉片的生長發(fā)育而變化 并在不同時期表現(xiàn)出顯著性差異 這說明萬壽菊 雄性不育兩用系 不育的原因之一是葉片中抗氧化酶活性低 張勤 對玉米光溫敏雄性不育系抗 氧化酶活性的研究與本研究結果一致 種抗氧化酶相互協(xié)調防止氧自由基和 對植物造成損傷 在花發(fā)育這一 階段 其中任何一種酶出現(xiàn)異常都會導致花粉粒的生長受阻礙 嚴重時直接導致花粉發(fā)育不良喪失育 性 萬壽菊雄性不育兩用系 花蕾中的抗氧化酶活性在花蕾橫徑為 時均表現(xiàn)為不 育株高于可育株 不育株花蕾的抗氧化酶活性增加 可能與花粉敗育有關 胡美華等 研究發(fā)現(xiàn) 不育 系 活性升高 大量分解和氧化生長素 造成雄性器官發(fā)育過程中 缺乏 物質代謝紊亂 從而引起雄性不育的發(fā)生 活性下降會加快活性氧的產(chǎn)生 導致丙二醛積累 破壞花粉的膜系統(tǒng) 最終影響花粉的正常發(fā)育 這與鄧明華 的研究結果相似 恢復系辣椒花蕾的 和 酶活 第 期馬雪璟等 萬壽菊雄性不育兩用系抗氧化酶活性分析 性高于保持系 大豆花芽 棉花花藥 中 活性顯著高于同型保持系 但是 植物中不育株和可 育植株的抗氧化酶活性與種類有很大關系 汪李宏 在研究小麥花藥時發(fā)現(xiàn)雄性可育花藥中的 活性顯著高于不育花藥 蔣會兵等 研究發(fā)現(xiàn) 原軸茶花蕾發(fā)育過程中不育株中的 活性先 升后降 顯著低于可育株 本研究發(fā)現(xiàn) 初花期萬壽菊雄性不育兩用系 的 含量差異顯著 當花蕾橫徑為 時 不育株花蕾的 含量極顯著高于可育株花蕾 這說明花蕾中 含量和育性相關 不育 株中過氧化產(chǎn)物 含量的逐漸積累 加重膜脂過氧化程度 可能與不育形成有關 是細胞內重 要的抗氧化劑 保護著膜的完整性 抵御活性氧與自由基對膜的損傷 當花蕾橫徑為 時 不育株 花蕾的 含量升高 開始抵御活性氧與自由基對膜的損傷 萬壽菊雄性不育兩用系 不育株花 蕾橫徑為 時 含量的升高與雄性不育有關 而花蕾橫徑為 是不育形成的關鍵 時期 綜上所述 萬壽菊雄性不育兩用系 抗氧化酶活性的變化 花蕾中 含量的積累 的 異常波動都可能和雄性不育的發(fā)生有關 參考文獻 李浦 王平 沈向群 等 色素萬壽菊雄性不育性狀生理特性研究 西南農(nóng)業(yè)學報 宋兆華 趙雪云 何為雄性不育兩用系 蔬菜 顏秀娟 何鑫 趙云霞 等 銀川羊角椒雄性不育兩用系轉錄組與代謝組關聯(lián)分析 分子植物育種 唐楠 唐道城 楊潔 等 萬壽菊新品種雪域 號 園藝學報 陳全求 藍家樣 韓光明 等 核不育系雜交棉不同發(fā)育時期抗氧化酶活性變化及其雜種優(yōu)勢分析 湖北農(nóng)業(yè)科學 劉金兵 侯喜林 陳曉峰 等 甜椒胞質雄性不育系及其保持系生化特性研究 園藝學報 鄧明華 辣椒胞質雄性不育的分子生理機制及親緣關系研究 長沙 中南大學 石曉藝 胡甘 蒙立穎 等 種細胞質雄性不育小麥敗育過程中活性氧代謝保護酶的響應 麥類作物學報 王昱丹 何興佳 康藝楠 等 甜瓜雄性不育兩用系轉錄組分析與抗氧化酶活性研究 農(nóng)業(yè)生物技術學報 李美茹 劉鴻先 王以柔 秈型兩用核不育水稻育性轉換過程中氧代謝的變化 中國水稻科學 李柏林 梅慧生 燕麥葉片衰老與活性氧代謝的關系 植物生理學報 鄧碧玉 袁勤生 李文杰 改良的連苯三酚自氧化測定超氧化物歧化酶活性的方法 生物化學與生物物理進展 郝再彬 蒼晶 徐仲 植物生理實驗 哈爾濱 哈爾濱工業(yè)大學出版社 張勤 玉米光溫敏雄性不育系 的鑒定及不育機理研究 杭州 浙江大學 付慶云 曹銀萍 李友勇 小麥光溫敏雄性不育的研究和利用進展 麥類作物學報 胡美華 陳竹君 汪炳良 榨菜胞質雄性不育系及其保持系過氧化物酶和酯酶同工酶的比較研究 浙江農(nóng)業(yè)學報 楊龍樹 李佳佳 賀亭亭 等 大豆質核互作雄性不育系 與其保持系 的生理生化特性比較分析 大豆科學 宋憲亮 孫學振 王明林 等 陸地棉雙隱性核不育系 花藥發(fā)育過程中 活性和內源激素動態(tài)變化初探 中國農(nóng)業(yè) 科學 汪李宏 生理型雄性不育小麥花藥結構和活性氧變化的研究 楊凌 西北農(nóng)林科技大學 蔣會兵 許燕 宋維希 等 厚軸茶雄性不育株花蕾發(fā)育過程中的生理生化變化 植物生理學報 責任編輯 葉晶晶 英文編輯 鮑亞楠