全 文 ：麦类作物学报　 2001, 21( 3): 35～ 37
Journa l of T riticeae Crops
牡山羊草细胞质小麦核代换系酶活性
及其与花粉败育的关系
⒇
马翎健 , 司美茹 , 宋喜悦 , 胡银刚 , 奚亚军 , 何蓓如 , 刘曙东
(西北农林科技大学农学院 , 陕西杨陵 712100)
摘　要: 对牡山羊草细胞质小麦核代换系在花药发育的不同时期的超氧化物歧化酶 ( SOD )、过氧化氢酶 ( CAT )
活性研究表明 ,牡山羊草细胞质小麦核代换系 SOD、 CAT的酶活性在二核期之前与其核供体普通小麦差异很小 ,呈
下降趋势 ,二核期以后核代换系 SOD、 CAT的酶活性急剧下降 ,到三核期均显著低于其核供体普通小麦 ;核代换系
表现不同程度的雄性不育 ,其育性普遍低于其核供体普通小麦 ,核代换系的育性与其 SOD、 C AT的酶活性呈正相关
关系 ;牡山羊草细胞质小麦核代换系花粉败育的关键时期是二核期至三核期 ;花粉败育的根本原因是异质系核质关
系不协调、酶代谢失调 ,导致 SOD和 CAT活性下降、活性氧积累、膜系统损伤。
关键词: 牡山羊草 ; 小麦核代换系 ; SOD; CAT
中图分类号: S 512. 1, S 311　　　　文献标识码: A　　　　文章编号: 1009-1041( 2001) 03-0035-03
Relationship Between Microspore Abortion and Activities of Superoxide
Dismutase( SOD) and Catalase( CAT) of Wheat Nuclear
Sustitutional Lines in Ae. juvenalis Cytoplasm
MA Ling- jian, SI Mei-ru, SONG Xi-yue, HU Yin-gang, XI Ya- jun, HE Pei-ru, LIU Su-dong
( College of Agronomy, Northw es t Sci-Tech University of Agriculture and Forest ry, Yangling, Sh aanxi 712100, China)
Abstract: Common wheat and their nuclear substi tutional lines in Ae. juvenalis Cytoplasm w ere selected to
study the activities of Superoxide Dismutase( SOD) and Catalase( CAT) in penultimate leaves and anthers at
dif ferent development stages of pollens. The results show ed that there were lit tle di fference betw een SOD and
CAT activities of nuclear substi tutional lines and those of common wheat before the dinucleate stage, and thei rs
w ere all decreased. Af ter the dinucleate stage, SOD and CAT activities of nuclear substitutional lines decreased
rapidly and their activities of CAT and SOD were low er markedly than those of common wheat at the time of
thinucleate stage. There w as dif ference among the male sterili ties of the nuclear substitutional lines whose
fertili ties w ere generally low er than those of nuclear donor, and there w as signi ficant ly positiv e correlation
between the fertilities and SOD and CAT activi ties of nuclear substitutional lines. The periods of dinucleate
stag e and thinucleate stage w ere the key periods of microspo re abortion. The radical reason resulting in
microspo re abortion of alloplasm was disorder betw een nucleus and cytoplasm, which caused unbalance of
enzymatic metabolism , decrease of activities of SOD and CAT, and damage of membrane systems led by
accumulated active oxygen.
Key words: Ae. juvenalis; Wheat nuclear substitutional lines; SOD; CAT
异源细胞质普通小麦核代换系普遍表现不同程度的雄性不育性 [ 1～ 3]。作物雄性不育花粉在发育过程中
伴随着内膜及细胞器膜解体退化 [4 ] ,异质系花粉的败育过程与细胞代谢失调和膜脂的破坏密切相关 [ 5 ] ,而这
主要又是生物体内的活性氧积累过多所致。 SOD、 CAT能有效地清除超氧自由基 ,具有抵御膜损伤的作
用 [5 ]。本文通过对小麦异质系花粉发育不同时期与活性氧代谢有关的酶活性进行研究 ,探索牡山羊草细胞质
⒇收稿日期: 2000-12-20　　　　修回日期: 2001-04-12
作者简介:马翎健 ( 1967- ) ,男 ,讲师 ,博士。
小麦核代换系花粉败育特点及与酶活性变化的关系。
1　材料与方法
1. 1　供试材料
普通小麦 F94-111、 772及其牡山羊草细胞质 ( Ae. juvenalis ,简称 Ju)核代换系 Ju F94-111、 Ju 772。
1. 2　取样
倒二叶取样: 分别于减数分裂期、单核期、二核期、三核期每个材料选取正常倒二叶三片 ,置于冰壶中
备用。
花药取样: 根据麦株外部形态选取花药处于不同发育时期的麦穗 ,然后用醋酸洋红压片法镜检 ,确定中
部小穗的发育时期 ,依次选取中部小穗上处于单核期、二核期、三核期的花药。
1. 3　酶活性测定方法
SOD酶活性测定采用氮蓝四唑 ( N BT)光化还原法 [1 ] ,测定 SOD对 NBT的光化还原抑制作用。 以抑制
N BT光化还原的百分数作为一个酶活性单位 ,即 Units /g鲜重。
CAT酶活性采用紫外吸收法测定 [1 ] , 2. 9 m l反应液中含 200 mmol的 H2O2 0. 5 ml、 0. 1 ml酶液和 1ml
pH 7. 0的 TrisHCl缓冲液 ,在 240 nm下测定每分钟吸收值的减少 ,一个酶活性单位为每分钟吸收 0. 1
OD值。
1. 4　育性调查
每一材料随机取 10穗 ,采用国内法调查育性。
2　结果与分析
2. 1　花药不同发育时期倒二叶酶活性变化
2. 1. 1　 SOD活性　由图 1A可以看出 ,普通小麦及其核代换系 Ju F94-111、 Ju 772的 SOD活性在花粉发育
过程中均呈下降趋势 ,但普通小麦酶活性变化程度较小 ,异质系 SOD活性下降速率明显快于其核供体普通
小麦 ,特别是从二核期急剧下降 ,到三核期已显著低于其核供体普通小麦。
2. 1. 2　 CAT活性　倒二叶 CAT活性从减数分裂期至三核期普遍呈下降趋势 ,普通小麦变化较缓 ,而异质
系酶活性下降显著 , JuF94-111和 Ju772酶活性下降速率分别为其核供体普通小麦的 2. 7倍和 2. 56倍 ,异质
系与其核供体普通小麦的酶活性差异以三核期最大 (图 1B)。
图 1　不同时期小麦倒二叶 SOD和 CAT活性
Fig. 1　 Activities of SOD and CAT in wheat penul timate l eavies at diff erent stages
2. 2　花药不同发育时期的酶活性变化
2. 2. 1　 SOD活性　由图 2A可见 ,小麦异质系与其核供体普通小麦花药的 SOD活性变化比倒二叶的更为
显著。从单核期至二核期 ,普通小麦和异质系 SOD活性都呈下降趋势 ,下降幅度较缓。但二核期以后 ,异质系
的 SOD活性急剧下降 ,而普通小麦的 SOD活性却呈上升趋势。到三核期普通小麦的 SOD活性明显高于异
质系。
2. 2. 2　 CAT活性　花药中 CAT活性变化与倒二叶基本相似 ,各材料均呈下降趋势 ,普通小麦下降幅度小 ,
异质系下降幅度大 ;在花粉发育过程中异质系 CAT活性均明显低于其核供体普通小麦 (图 2B)。
·36· 麦　类　作　物　学　报 21卷
图 2　不同发育时期花药 SOD和 CAT活性
Fig. 2　 Activit ies of SOD and CAT in wheat anthers at diff erent stages of pollens
表 1　异质系的结实率与酶活性的关系
Table 1　Relationship between fertility and activities
in anthers of wheat alloplasm
材料
Materials
结实率
Ferti li ty
(% )
降幅
Decremen t
(% )
三核期 SOD活性
SOD activit ies
of t rinucleate
( Unit s. g- 1 protein)
三核期 CAT活性
CAT activi ties
of t rinucleate
( Unit s. g- 1 protein )
F94-111 87. 2 115. 0 72. 5
JuF94-111 35. 5 59. 2 - 195. 5 36. 0
772 83. 3 84. 5 64
Ju 772 42. 6 48. 9 - 240. 0 45
2. 3　异质系的育性表现与酶活性的关系
由表 1可见 ,牡山羊草细胞质小麦核
代换系的结实率均低于其核供体普通小
麦 ,不同核质组合育性下降幅度有差异 ;异
质系的育性与花药发育过程中 SOD、 CAT
活性 ,特别是三核期的 SOD、 CA T活性呈
明显的正相关关系 ,即:异质系相对于其核
供体普通小麦的 SOD、 CAT活性下降幅度
越大 ,育性下降也越大。
3　结论与讨论
　　 ( 1)牡山羊草细胞质小麦核代换系表现不同程度的雄性不育性 ,育性普遍低于其核供体普通小麦 ,核代
换系的育性与其三核期 SOD、 CAT的酶活性呈正相关关系 ; 三核期 SOD、 CAT活性可以作为考察小麦核代
换系育性的一项生理指标。
( 2) 牡山羊草细胞质小麦核代换系的 SOD、 CA T活性在花药发育过程中呈下降趋势 ,下降幅度明显大
于其核供体普通小麦 ,并与其育性呈明显的相关关系 ,说明异质系育性下降正是由于 SOD、 CAT活性下降、
活性氧积累过多、膜系统损伤、导致花粉败育所致 ,究其根本原因是异质系核质关系不协调、酶代谢失调。
( 3)牡山羊草细胞质小麦核代换系倒二叶和花药中的 SOD、 CA T活性在二核期之前与其核供体普通小
麦差异很小 ,并都呈下降趋势 ;二核期以后 ,普通小麦的酶活性下降平缓 ,甚至止跌回升 (花药中的 SOD活
性 ) ,而异质系的 SOD、 CA T活性急剧下降 ,到三核期均显著低于其核供体普通小麦。 因此 ,牡山羊草细胞质
小麦核代换系花粉败育的关键时期是二核期至三核期。
参　考　文　献
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[责任编辑:许育彬 ]
·37·3期 马翎健等: 牡山羊草细胞质小麦核代换系酶活性及其与花粉败育的关系