辣椒胞質(zhì)雄性不育系與保持系生化特性研究

摘要：對(duì)不育系K132A、保持系K132B不同發(fā)育階段花藥的生化特性進(jìn)行比較分析，結(jié)果表明：不育系花藥不同發(fā)育階段的過氧化物酶、多酚氧化酶、超氧化物歧化酶的比活力明顯高于保持系，且呈逐漸增強(qiáng)趨勢，而保持系卻逐漸減弱。但是，不育系過氧化氫酶的比活力低于保持系，推斷由于酶活性的異常變化引起花粉內(nèi)代謝的失調(diào)從而導(dǎo)致敗育。為闡明辣椒細(xì)胞質(zhì)雄性不育的敗育機(jī)理提供理論基礎(chǔ)。

關(guān)鍵詞：辣椒；胞質(zhì)雄性不育；酶活性

中圖分類號(hào)：S641.3 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1006－6500(2008)02－0050－03

植物雄性不育是被子植物中普遍存在的現(xiàn)象。自從1763年Kolreuter首次觀察到植物雄性不育現(xiàn)象以來，至今至少已在43科162屬320種中發(fā)現(xiàn)了植物雄性不育，其中包括辣椒(Capsicumannuum L.)。利用胞質(zhì)雄性不育(cMs)系進(jìn)行雜交制種，已成為國際制種業(yè)的主要趨勢，其可免去人工去雄，節(jié)省大量的人力物力，并可以提高雜交種子的純度，增加農(nóng)作物的產(chǎn)量。因此，長期以來人們對(duì)不育機(jī)理未曾終止過探討。從形態(tài)學(xué)、細(xì)胞學(xué)、遺傳學(xué)、生理生化學(xué)及分子生物學(xué)方面對(duì)植物雄性不育CMS進(jìn)行了大量的研究，發(fā)現(xiàn)雄性不育與作物器官的物質(zhì)代謝、能量代謝的異常、酶活性的變化有關(guān)。本試驗(yàn)對(duì)辣椒細(xì)胞質(zhì)雄性不育系和保持系的花蕾的生化特性進(jìn)行研究，旨在為闡明辣椒的細(xì)胞質(zhì)雄性不育的敗育機(jī)理提供依據(jù)。

1 材料和方法

1.1材料

供試材料為辣椒細(xì)胞質(zhì)雄性不育系K132A和及其相應(yīng)的保持系K132B，種子來源于天津市農(nóng)業(yè)科學(xué)院科潤蔬菜研究所。將雄性不育系K132A和保持系K132B用株距55cm、行距65cm的密度各定植60株，田間栽培管理(澆水、施肥、植保等)按一般要求進(jìn)行。

1.2方法

酶活性測定分別選用3種不同大小的花蕾，分別為小花蕾(花瓣未露出)、中花蕾(萼片與花瓣等長)和大花蕾(次日開放)。

酶樣品的制備：取0.1g花藥，放入少量石英砂，加pH7.8，0.05mol／L磷酸緩沖液5mL研磨，然后12000r／min，4℃離心20min，取上清液置于冰箱備用。

過氧化物酶(POD)測定采用愈創(chuàng)木酚法；多酚氧化酶(PPO)測定采用鄰苯二酚法；超氧化物歧化酶(sOD)測定采用氮蘭四唑(NBT)法；過氧化氫酶(cAT)的活性測定采用高錳酸鉀滴定法。實(shí)驗(yàn)設(shè)3次重復(fù)，測定結(jié)果取3次重復(fù)的平均值。

2 結(jié)果與分析

從表1可以看出，不同蕾發(fā)育時(shí)期的不育系花藥中過氧化物酶(POD)比活力都極顯著高于保持系；在不育系中，大蕾期花藥中POD比活力極顯著高于中蕾期和小蕾期；在保持系中，大蕾期花藥中POD活性極顯著低于中蕾期和小蕾期。

對(duì)于多酚氧化酶(PPO)比活力，不育系與保持系相比較而言，除小蕾期花藥中PPO比活力兩者差異不顯著外，中蕾期和大蕾期都達(dá)到極顯著差異，且不育系中蕾和大蕾期花藥中PPO比活力極顯著高于保持系；大蕾期不育系PPO比活力也極顯著高于中蕾期和小蕾期；而保持系中蕾期PPO比活力顯著低于小蕾和大蕾期。

不育系各時(shí)期超氧化物歧化酶(sOD)比活力都極顯著高于保持系；不育系各時(shí)期花藥中SOD比活力差異不顯著，保持系中各時(shí)期花藥中SOD比活力差異也不顯著。

不育系和保持系大蕾期花藥中過氧化氫酶(cAT)比活力達(dá)顯著差異，保持系大蕾期的CAT比活力顯著高于不育系。

3 結(jié)論與討論

本試驗(yàn)結(jié)果表明，不同發(fā)育階段不育系花藥中過氧化物酶、多酚氧化酶、超氧化物歧化酶的酶比活力明顯高于保持系，且呈逐漸增強(qiáng)趨勢，保持系逐漸減弱。而不育系中過氧化氫酶比活力低于保持系，說明正是由于酶活性的異常變化才引起花粉內(nèi)代謝的失調(diào)導(dǎo)致不育系敗育。該結(jié)果與同類研究相一致。例如耿三省等發(fā)現(xiàn)，花藥中過氧化物酶活性明顯高于保持系，而過氧化氫酶活性低于保持系。鄧明華等對(duì)辣椒細(xì)胞質(zhì)雄性不育系及保持系過氧化物酶活性的分析表明，不育系的POD活性明顯高于保持系，且呈持續(xù)增強(qiáng)的趨勢，而保持系逐漸減弱。戴亮芳等比較分析了過氧化物酶同工酶在幼葉和不同發(fā)育時(shí)期花蕾宙的表達(dá)特征。結(jié)果表明，辣椒花蕾中的POD同工酶譜帶均比葉片中的更豐富。不育系21A與保持系21B間的酶譜在幼葉和小花蕾中基本無差異，但從中花蕾開始，保持系21B的一些酶帶染色開始減弱。在大花蕾和特大花蕾時(shí)期，不育系比保持系分別多2條酶帶。逯紅棟等以9個(gè)辣椒雄性不育材料及相應(yīng)的保持系為試材，測定了花蕾中過氧化物酶、過氧化氫酶的活性和游離脯氨酸的含量。結(jié)果表明：雄性不育材料的過氧化物酶活性和多酚氧化酶活性均高于相應(yīng)的保持系，而過氧化氫酶活性低于保持系。

但也有研究結(jié)果不一致的，例如李瑩瑩等㈣得出，隨著花蕾的發(fā)育，保持系中SOD活性高于相應(yīng)不育系，不育系花蕾中SOD活性先下降后上升，保持系花蕾中SOD活性先上升后下降。不育系花蕾中POD活性一直低于相應(yīng)保持系。CAT活性卻高于相應(yīng)保持系。隨著花蕾發(fā)育，保持系花蕾中CAT活性持續(xù)下降，而不育系花蕾中CAT活性則先下降后上升。出現(xiàn)的不同結(jié)果可能是材料不同所致。

酶是基因表達(dá)的直接產(chǎn)物，酶活性的差異可以反映基因表達(dá)的差異。過氧化物酶(POD)，多酚氧化酶(PPO)，超氧化物歧化酶(sOD)是植物體內(nèi)保護(hù)系統(tǒng)的酶組成。當(dāng)外界發(fā)生變化時(shí)，植物為了保持其原有的平衡系統(tǒng)發(fā)生了相應(yīng)的變化，即酶活性發(fā)生了變化。植物是由細(xì)胞、組織、器官構(gòu)成的一個(gè)完整的有機(jī)體系統(tǒng)。植物育性基因的不正常表達(dá)引起酶活動(dòng)的不正常表現(xiàn)。不育系花藥中過氧化物酶活性增強(qiáng)在花椰菜等植物雄性不育系中均有類似的表現(xiàn)。據(jù)研究，過氧化物酶活性對(duì)控制體內(nèi)生長素(IAA)含量水平起著關(guān)鍵作用，而體內(nèi)IAA含量水平直接關(guān)系到花藥營養(yǎng)物質(zhì)的積累和運(yùn)轉(zhuǎn)，不育系花藥中過氧化物酶活性的增強(qiáng)將促進(jìn)花藥內(nèi)源激素IAA的氧化分解，影響營養(yǎng)物質(zhì)的合成和運(yùn)輸。因此，雄性不育系花藥中過氧化物酶的增強(qiáng)是導(dǎo)致雄性不育的一個(gè)重要因素。