万寿菊雄性不育两用系抗氧化酶活性分析.pdf

第 卷第 期青海大学学报 年 月 收稿日期 基金项目 青海省科学技术厅项目 作者简介 马雪璟 女 青海民和人 青海大学在读硕士研究生 通信作者 万寿菊雄性不育两用系抗氧化酶活性分析 马雪璟 唐 楠 张五华 唐道城 张金艳 任成玲 青海大学高原花卉研究中心 青海西宁 青海省园林植物与观赏园艺重点实验室 青海西宁 摘要 为了解万寿菊雄性不育两用系活性氧代谢的特点 本研究以万寿菊雄性不育两用系 为试验材料 分别测定不育株和可育株在不同生长时期叶片及花蕾的过氧化物酶 抗 坏血酸过氧化物酶 过氧化氢酶 超氧化物歧化酶 种抗氧化酶的活性 及丙二醛 和抗坏血酸 的含量 分析育性与抗氧化酶活性 抗氧化物质的关系 结果表明 叶片中可育株的 活性总体高于不育株 花蕾横径在 时 种抗氧化酶均表现为不育株高于可育株 不育株抗氧化物质 含量逐渐积累 说 明抗氧化酶和抗氧化物质的变化与万寿菊的育性密切相关 本研究为万寿菊雄性不育的成因 提供了一定的理论依据 为雄性不育两用系进一步高效制种 育种奠定了基础 关键词 万寿菊 雄性不育 两用系 生化指标 中图分类号 文献标志码 文章编号 万寿菊 为菊科万寿菊属 一年生草本植物 万寿菊抗性强 适应性 第 期马雪璟等 万寿菊雄性不育两用系抗氧化酶活性分析 广 花期长 花色鲜艳且纯正 是生产色素的原材料 常被用于花坛布景 雄性不育两用系是一个具有 不育株率的姊妹交稳定系统 利用雄性不育两用系制种可以降低成本 保证种子的纯度和质 量 增强种子的抗性与品质 由于万寿菊去雄困难 限制育种进程 所以常用雄性不育两用系进行杂 交育种 唐楠等 的研究以万寿菊雄性不育两用系 不育株为母本 以雄性不育两用系 可育株为父本 杂交出适合高寒地区栽培的中矮秆 中大花型雪域 号 因此 研究雄性不育两用 系对种质的开发和应用具有重要意义 在代谢层面上 植物雄蕊的生理生化反应被干扰 其雄性器官的发育就会受到影响 因此 有必要对 雄性不育形成机理的重要生理生化指标进行研究 活性氧代谢是探索育性形成机理的重要生理生化指 标之一 植物雄性不育的发生常伴随着活性氧代谢的异常 而抗氧化酶如过氧化物酶 抗坏血酸 过氧化物酶 过氧化氢酶 超氧化物歧化酶 及抗氧化物质如丙二醛 和抗坏 血酸 能够有效调节植物体内活性氧的含量 维持植物细胞的动态平衡 作为植物细胞 内的主要组成成分 影响小孢子发育过程中营养物质的合成与运输 从而导致发育异常和败育 属于植物体内的末端氧化酶 影响植物的呼吸作用 是植物特有的清除过氧化氢的重要酶类 能够将过多的 直接分解为 和 避免丙二醛积累 维持膜的稳定性 保护花粉粒代谢正常 是 生物体内的一种保护酶 是一种清除超氧阴离子自由基的酶 其活性较低会造成细胞膜损伤 导致小孢子发育异常 与雄性不育的出现密切相关 在非酶促机制中 丙二醛 是膜脂过氧化 的产物 其含量增高会导致细胞膜结构损伤 生殖器官受到特异性伤害 从而造成小孢子发育异常 引发 雄性不育 抗坏血酸 是非酶促防御系统中主要的抗氧化剂 其变化可以调控水稻育性 为了解万寿菊雄性不育两用系活性氧代谢的特点 本研究以雄性不育两用系 为材料 测定可育株 与不育株在不同生长时期叶片及花蕾的抗氧化酶活性及抗氧化物质含量 从生理生化的角度探讨抗氧 化酶与万寿菊雄性不育两用系的关系 为进一步揭示万寿菊雄性不育的形成机理奠定基础 材料与方法 试验材料 万寿菊雄性不育两用系 种子由青海大学高原花卉研究中心提供 年春季室内育苗 使 用德国 育苗基质 光照 湿度 光照强度 光照时间 待苗长至二叶一 心期时定苗 每盆 株 共定苗 株 定苗后室内培养 分别在四叶一心期 六叶一心期 八叶一心期 十叶一心期及初花期取幼嫩叶片 图 当植株开始现蕾 取不同横径花蕾 叶片和花蕾离体后分为两份 一份进行抗氧化酶活性测定 另一份液氮速冻后保存于 超低温冰箱备用 开花后 确定各取样植株的育性 图 万寿菊雄性不育两用系 不同时期叶片和不同横径花蕾 青海大学学报第 卷 试验方法 分别测定可育株与不育株 个生长时期的叶片 个发育阶段花蕾的 活性及 含量 各时期的叶片及花蕾取 个生物学重复 酶活性测定参照 的方法 酶活性测定参照 等 的方法 酶活性测定参照李柏林等 的方法 酶活性测定参 照邓碧玉等 的方法 含量测定采用硫代巴比妥酸法 含量测定参考 等 的 方法 数据分析 用 处理数据 用 进行方差分析和差异显著性检验 用 作图 结果与分析 万寿菊雄性不育两用系 叶片中的抗氧化酶活性 图 为万寿菊雄性不育两用系 叶片中的抗氧化酶活性 由图 可知 可育株和不育株叶片 中的 活性在营养生长期 四叶一心期至十叶一心期 均保持相对较低的水平 平均为 进入初花期后 活性迅速上升 从八叶一心期开始 可育株 活性显著 高于不育株 到初花期时极显著高于不育株 可育株的 活性随着植株的生长逐渐上升 不育株则 相对稳定 四叶一心期可育株与不育株无显著差异 六叶一心期可育株显著高于不育株 从八叶一心期 开始可育株极显著高于不育株 活性在四叶一心期高于后 个时期 且可育株极显著高于不育株 活性随着植株生长逐渐降低 在可育株中尤为明显 在四叶一心期和六叶一心期可育株极显著高 于不育株 综上 可育株叶片的 活性总体高于不育株 可育株和不育株的抗氧化酶活性 随着生长发育而变化 并在不同时期表现出显著性差异 图中小写字母表示同一时期可育株与不育株差异显著 大写字母表示同一时期可育株与不育株差异极显著 下同 分别代表四叶一心期 六叶一心期 八叶一心期 十叶一心期及初花期 下同 图 万寿菊雄性不育两用系 叶片 及 酶活性 第 期马雪璟等 万寿菊雄性不育两用系抗氧化酶活性分析 万寿菊雄性不育两用系 叶片中的 和 含量 图 为万寿菊雄性不育两用系 叶片中的 和 含量 由图 可知 初花期不育株 含量迅速升高并高于其他时期 说明初花期不育株膜脂过氧化程度较高 可育株 含量在初花期突 降 不育株波动异常 说明营养生长早期可育株叶片抵御活性氧与自由基对膜的损伤比不育株强 且低 含量的 不能协同消除不同途径产生的活性氧 可能导致了活性氧代谢的失调 图 万寿菊雄性不育两用系 叶片 含量 万寿菊雄性不育两用系 花蕾中的抗氧化酶活性 万寿菊雄性不育两用系 花蕾中的抗氧化酶活性见图 图 万寿菊雄性不育两用系 不同横径花蕾中 酶活性 青海大学学报第 卷 由图 可知 在花蕾发育过程中 可育株花蕾的 和 活性始终低于不育株花蕾 活性 在可育株花蕾发育过程中相对稳定 而不育株花蕾的 活性在花蕾刚形成时 最高 随后下 降并保持相对稳定 可育株花蕾的 活性随花蕾的发育逐渐降低 不育株花蕾的 活性随花蕾 的发育逐渐升高 在花蕾发育初期 可育株花蕾的 活性显著高于不育株花蕾 当花 蕾横径为 时 可育株和不育株花蕾的 活性无显著差异 当花蕾横径大于 时 不育 株花蕾的 活性极显著高于可育株花蕾 可育株和不育株花蕾的 活性均随花蕾的发育逐渐降 低 在花蕾刚形成时 可育株和不育株花蕾的 活性差异不显著 当花蕾横径为 时 可育株花蕾的 活性显著高于不育株花蕾 当花蕾大于 时 不育株花蕾的 活性 显著或极显著高于可育株花蕾 综上所述 当花蕾横径大于 时 不育株花蕾的 和 活性均显著高于可育株花蕾 万寿菊雄性不育两用系 花蕾中的 和 含量 图 为万寿菊雄性不育两用系 花蕾中的 和 含量 由图 可知 不育株花蕾的 含量随花蕾的发育逐渐上升 从花蕾横径达到 开始 不育株花蕾的 含量显著或极显著高于 可育株花蕾 当花蕾横径为 时 可育株花蕾的 含量高于不育株花蕾 当花蕾横径为 时 不育株花蕾的 含量升高 开始抵御活性氧与自由基对膜的损伤 不育株花蕾中抗 氧化物质含量的积累加重膜脂过氧化程度 可能与不育形成有关 图 万寿菊雄性不育两用系 不同横径花蕾中的 含量 结论 本研究中万寿菊雄性不育两用系 叶片中可育株的 活性总体高于不育株 可育 株和不育株的抗氧化酶活性随叶片的生长发育而变化 并在不同时期表现出显著性差异 这说明万寿菊 雄性不育两用系 不育的原因之一是叶片中抗氧化酶活性低 张勤 对玉米光温敏雄性不育系抗 氧化酶活性的研究与本研究结果一致 种抗氧化酶相互协调防止氧自由基和 对植物造成损伤 在花发育这一 阶段 其中任何一种酶出现异常都会导致花粉粒的生长受阻碍 严重时直接导致花粉发育不良丧失育 性 万寿菊雄性不育两用系 花蕾中的抗氧化酶活性在花蕾横径为 时均表现为不 育株高于可育株 不育株花蕾的抗氧化酶活性增加 可能与花粉败育有关 胡美华等 研究发现 不育 系 活性升高 大量分解和氧化生长素 造成雄性器官发育过程中 缺乏 物质代谢紊乱 从而引起雄性不育的发生 活性下降会加快活性氧的产生 导致丙二醛积累 破坏花粉的膜系统 最终影响花粉的正常发育 这与邓明华 的研究结果相似 恢复系辣椒花蕾的 和 酶活 第 期马雪璟等 万寿菊雄性不育两用系抗氧化酶活性分析 性高于保持系 大豆花芽 棉花花药 中 活性显著高于同型保持系 但是 植物中不育株和可 育植株的抗氧化酶活性与种类有很大关系 汪李宏 在研究小麦花药时发现雄性可育花药中的 活性显著高于不育花药 蒋会兵等 研究发现 原轴茶花蕾发育过程中不育株中的 活性先 升后降 显著低于可育株 本研究发现 初花期万寿菊雄性不育两用系 的 含量差异显著 当花蕾横径为 时 不育株花蕾的 含量极显著高于可育株花蕾 这说明花蕾中 含量和育性相关 不育 株中过氧化产物 含量的逐渐积累 加重膜脂过氧化程度 可能与不育形成有关 是细胞内重 要的抗氧化剂 保护着膜的完整性 抵御活性氧与自由基对膜的损伤 当花蕾横径为 时 不育株 花蕾的 含量升高 开始抵御活性氧与自由基对膜的损伤 万寿菊雄性不育两用系 不育株花 蕾横径为 时 含量的升高与雄性不育有关 而花蕾横径为 是不育形成的关键 时期 综上所述 万寿菊雄性不育两用系 抗氧化酶活性的变化 花蕾中 含量的积累 的 异常波动都可能和雄性不育的发生有关 参考文献 李浦 王平 沈向群 等 色素万寿菊雄性不育性状生理特性研究 西南农业学报 宋兆华 赵雪云 何为雄性不育两用系 蔬菜 颜秀娟 何鑫 赵云霞 等 银川羊角椒雄性不育两用系转录组与代谢组关联分析 分子植物育种 唐楠 唐道城 杨洁 等 万寿菊新品种雪域 号 园艺学报 陈全求 蓝家样 韩光明 等 核不育系杂交棉不同发育时期抗氧化酶活性变化及其杂种优势分析 湖北农业科学 刘金兵 侯喜林 陈晓峰 等 甜椒胞质雄性不育系及其保持系生化特性研究 园艺学报 邓明华 辣椒胞质雄性不育的分子生理机制及亲缘关系研究 长沙 中南大学 石晓艺 胡甘 蒙立颖 等 种细胞质雄性不育小麦败育过程中活性氧代谢保护酶的响应 麦类作物学报 王昱丹 何兴佳 康艺楠 等 甜瓜雄性不育两用系转录组分析与抗氧化酶活性研究 农业生物技术学报 李美茹 刘鸿先 王以柔 籼型两用核不育水稻育性转换过程中氧代谢的变化 中国水稻科学 李柏林 梅慧生 燕麦叶片衰老与活性氧代谢的关系 植物生理学报 邓碧玉 袁勤生 李文杰 改良的连苯三酚自氧化测定超氧化物歧化酶活性的方法 生物化学与生物物理进展 郝再彬 苍晶 徐仲 植物生理实验 哈尔滨 哈尔滨工业大学出版社 张勤 玉米光温敏雄性不育系 的鉴定及不育机理研究 杭州 浙江大学 付庆云 曹银萍 李友勇 小麦光温敏雄性不育的研究和利用进展 麦类作物学报 胡美华 陈竹君 汪炳良 榨菜胞质雄性不育系及其保持系过氧化物酶和酯酶同工酶的比较研究 浙江农业学报 杨龙树 李佳佳 贺亭亭 等 大豆质核互作雄性不育系 与其保持系 的生理生化特性比较分析 大豆科学 宋宪亮 孙学振 王明林 等 陆地棉双隐性核不育系 花药发育过程中 活性和内源激素动态变化初探 中国农业 科学 汪李宏 生理型雄性不育小麦花药结构和活性氧变化的研究 杨凌 西北农林科技大学 蒋会兵 许燕 宋维希 等 厚轴茶雄性不育株花蕾发育过程中的生理生化变化 植物生理学报 责任编辑 叶晶晶 英文编辑 鲍亚楠