不同棉花品種棉纖維發育過程中生化物質的比較

摘要：選用陸地棉品種中棉42和新陸早36為材料，測定了開花后棉纖維發育過程中可溶性糖和可溶性蛋白質含量及相關酶活性的動態變化。結果表明，棉纖維發育過程中兩品種的可溶性蛋白質含量在開花后7～21 d急劇下降，其中中棉42在開花21 d后趨于平緩，新陸早36在開花21 d后仍下降明顯，在開花后28 d才趨于平緩；可溶性糖含量在開花后7～14 d下降，至開花后14 d又急劇上升，開花后21 d時達到最大值，隨后又開始快速下降， 開花后35 d時可溶性糖含量最小，此后趨于平緩；過氧化物酶（POD）活性總體呈上升趨勢；吲哚乙酸氧化酶（IAAO）活性在開花后7 d較低，開花后14 d和28 d左右是棉鈴發育中IAAO活性的峰值，開花35 d后兩品種棉花IAAO活性都在降低并且變化趨于一致。

關鍵詞：棉花（Gossypium hirsutum L.）；棉纖維；可溶性糖；可溶性蛋白質；過氧化物酶；吲哚乙酸氧化酶

中圖分類號：S562 文獻標識碼：A 文章編號：0439-8114（2014）04-0768-03

Comparison of Biochemical Substances in the Fiber Development of

Different Cotton Varieties

GE Jie，LUO Shu-ping，MA De-ying，QIANG Song，YAO Zheng-pei

（College of Agronomy Xinjiang Agricultural University， Urumqi 830052， China）

Abstract： Zhongmian 42 and Xinluzao 36 were used as materials. Contents of soluble sugar and protein， dynamic changes of enzyme activities were determined after flowering during cotton fiber developmeat. The results showed that contents of soluble protein sharply declined 7～21 d after flowering during development in flowering. Soluble sugar content decreased 7～14 d after flowering and sharp rose 14 d after flowering， 21 d reached a maximum and then began to rapidly decline until 35 d reached the minimum， then leveled off. Peroxidase（POD） activity generally increased. Indole-3-acetic acid oxidase（IAAO） activity were low at 7 d after flowering. IAAO activity reached to peaks 14 d and 28 d about boll development. IAAO activity of two varieties decreased with the same trend 35 d after flowering.

Key words：cotton（Gossypium hirsutum L.）； cotton fiber； soluble sugar； soluble protein； peroxidase； indole-3-acetic acid oxidase

了解開花后棉花（Gossypium hirsutum L.）纖維發育過程中可溶性糖轉化和纖維素的累積對降低棉花糖含量、提高纖維強力具有重要意義。杜雄明等[1]認為過氧化物酶（POD）活性和吲哚乙酸氧化酶（IAAO）活性同棉纖維細胞的伸長生長關系較大，在棉纖維細胞快速伸長期活性較低，在伸長生長停止時出現活性高峰。季之娟等[2]、蔣淑麗等[3]認為脫落酸（ABA）和吲哚乙酸（IAA）對纖維次生壁的增厚均有調控作用，次生壁快速增厚期保持較高的ABA/IAA值有利于次生壁的增厚。但目前對新疆棉花不同品種棉纖維發育過程中生化物質及其動態變化規律研究較少。本研究利用高品質棉纖維品種中棉42和新陸早36，對兩品種纖維品質形成過程中可溶性糖、可溶性蛋白質含量、過氧化物酶和吲哚乙酸氧化酶的活性變化進行了分析，以期為進一步研究棉纖維分化的機理積累基礎性資料。

1 材料與方法

1.1 供試材料

供試棉花品種有高品質棉纖維品種中棉42和新陸早36。

1.2 棉纖維發育過程中相關指標及測定方法

對2個供試棉花品種開花后7、14、21、28、35、42 d的棉鈴進行采樣，樣品低溫保存。冰浴條件下取出棉纖維，儲存于-40 ℃冰箱。測定棉纖維發育過程中可溶性糖含量、可溶性蛋白質含量、POD及IAAO活性的變化。

可溶性糖含量的測定采用蒽酮法[4]略有改動，先繪制標準曲線，再測定各管在波長620 nm 處的吸光度； 可溶性蛋白質含量測定采用考馬斯亮藍G-250法，參考劉康等[5]的方法繪制標準曲線，再以標準牛血清蛋白為對照，測定各管在波長595 nm下的吸光度；POD活性測定采用愈創木酚法； IAAO活性測定參照何之常[6]的方法， 其活性以每毫克IAAO在1 h內分解破壞IAA的量（μg）表示酶活性[μg/（mg·h）]的大小。

2 結果與分析

2.1 中棉42和新陸早36棉纖維發育過程中可溶性蛋白質含量的變化

細胞壁蛋白質在纖維發育過程中至少有2個明顯的蛋白質合成高峰期，出現在纖維起始分化期和鈴齡15～20 d，合成的蛋白質可能參與調節纖維伸長終止與次生壁合成的開始[7]。從圖1可以看出，中棉42和新陸早36棉纖維發育過程中可溶性蛋白質含量的變化在開花后7～21 d急劇下降，開花21 d后中棉42的可溶性蛋白質含量變化趨于平緩，而新陸早36可溶性蛋白質含量仍下降較快，開花后28 d才趨于平緩。中棉42和新陸早36棉纖維發育過程中可溶性蛋白質含量變化趨勢一致，可溶性蛋白質含量新陸早36總體上低于中棉42。

2.2 中棉42和新陸早36棉纖維發育過程中可溶性糖含量的變化

從圖2可以看出， 中棉42和新陸早36可溶性糖含量在開花后7～14 d下降，之后又急劇上升，21 d時達到最大值，均為3.1 mg/g， 隨后又開始快速下降，開花后35 d時為最小，此后趨于平緩。棉纖維發育過程中可溶性糖含量總體上新陸早36低于中棉42。

2.3 中棉42和新陸早36棉纖維發育過程中POD活性的變化

從圖3可以看出，中棉42和新陸早36開花后棉鈴中POD活性總體呈上升趨勢。新陸早36在開花后7～14 d POD活性增長速度較緩，之后POD活性增長較快。中棉42在開花后7～14 d POD活性增長速度較緩，14～21 d迅速上升，之后又有所下降，28 d后POD活性迅速上升。

2.4 中棉42和新陸早36棉纖維發育中IAAO活性的變化

IAAO活性同棉纖維細胞的伸長生長關系密切，表現在棉纖維細胞快速伸長期活性較低，而在伸長生長停止時出現活性高峰，同棉纖維細胞的伸長生長呈負相關[7]。由圖4可知，中棉42和新陸早36 開花后7 d IAAO活性較低，開花后14 d和28 d IAAO活性出現了2個峰值，在這2個時間點新陸早36的IAAO活性均高于中棉42。開花28 d后兩品種棉花IAAO活性都在降低且變化趨于一致。在纖維細胞伸長早期， IAAO活性較低，隨后不斷上升，在纖維細胞停止伸長時都有高峰出現。纖維細胞伸長停止后，IAAO活性則下降。

3 討論

POD、IAAO是與植物細胞生長密切相關的2種酶[7]，POD對植物生長有調節作用，它參與細胞壁多種結構成分的聚合作用，使植物細胞壁失去伸展性，從而限制植物細胞伸長。POD和IAAO調控著纖維伸長的結束和次生壁加厚的起始，王學德等[8]、Guo等[9]認為POD是限制植物細胞伸長的兩大類壁蛋白質之一，通過促進細胞壁中木質素的合成和細胞壁內結構蛋白質、半纖維素和果膠的交聯，阻礙了細胞壁的伸長，其含量一般在初生壁的伸長期較低，到次生壁加厚期活性提高。IAAO則影響細胞壁中IAA的有效含量，起調整內源IAA與其他內源激素間比例的作用[10]。在纖維伸長階段，GA3刺激纖維使其有一定程度的伸長， IAA使纖維素含量增加促使纖維的伸長。胡宏標等[11]研究指出，胞內過氧化物酶的活性中棉所12號在纖維伸長停止期（花后25 d）出現1個高峰，似乎對纖維伸長有一定的抑制作用。單世華等[12]認為，陸地棉品種在正常條件下纖維細胞早在開花前幾天就已開始分化，開花后5～15 d為纖維伸長期， 且棉纖維次生壁加厚從開花后15 d左右開始， 延續至開花后36 d左右達到高峰。張恒木等[13]認為IAA和玉米素核苷與纖維分化的起始密切相關，IAA促進纖維次生壁的加厚。

本試驗結果顯示，在相同的生長環境下，中棉42開花后棉纖維中可溶性蛋白質含量在開花后7～21 d急劇下降，開花21 d后趨于平緩，新陸早36在開花后21 d仍下降較快，直至開花后28 d才趨于平緩，且新陸早 36下降幅度高于中棉42。初步判斷中棉42纖維細胞伸長期基本完成在開花后21 d左右，而新陸早36纖維細胞伸長期基本完成是在開花后28 d。中棉42和新陸早36可溶性糖含量在開花后21 d時達到最大值，通過可溶性糖含量和可溶性蛋白質含量的變化可推斷開花后21～28 d左右為中棉42和新陸早36纖維伸長的基本完成時間。

POD和IAAO在棉纖維細胞分化發育過程中的關系非常密切，有分工和協同作用。通過對棉花纖維發育過程中一些生理生化指標的測定，開展研究不同品種纖維品質形成過程中內源激素含量、相關酶活性變化規律，探討不同處理下相關酶活性的響應機制十分重要，可為新疆棉區選育新品種提供理論指導。

參考文獻：

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