全 文 ：第 30卷　第 2期 西北农林科技大学学报 (自然科学版 ) Vol. 30 No. 2
2002年 4月 Jour. of No rthw est Sci-Tech Univ . o f Ag ri. a nd Fo r. ( Na t. Sci. Ed. ) Apr. 2002
粗厚山羊草细胞质普通小麦核代换系
SOD, CAT活性研究
马翎健 ,丁　勤 ,王　巍 ,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 3个普通小麦 F94-111, 772, 7859及其粗厚山羊草细胞质核代换系 ,在花药发育的不同时期倒二
叶、花药的超氧化物歧化酶 ( SOD)、过氧化氢酶 ( CAT )活性进行了比较研究。 结果表明 ,粗厚山羊草细胞质小麦核
代换系 SOD, CAT活性均低于其核供体普通小麦 ,二者变化趋势一致 ;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 SOD, CAT活性呈正相关关系。异质系核质关系不协调 ,酶代谢
失调 , SOD、 CAT活性下降 ,活性氧积累导致膜系统损伤 ,可能是异质系花粉败育的根本原因之一。
[关键词 ]　粗厚山羊草 ;小麦核代换系 ; SOD; CAT
[中图分类号 ]　 S512. 103. 51　　　 [文献标识码 ]　 A [文章编号 ]1000-2782( 2002) 02-0017-04
　　粗厚山羊草小麦核代换系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存在
着内膜及细胞器膜解体退化现象 [4, 5 ]。生物体内活性
氧过多积累 ,可导致细胞膜的伤害 ,代谢失调甚至死
亡。膜脂过氧化的主要产物之一是丙二醛 ( MDA) ,
而超氧化物歧化酶 ( SOD)能有效的清除超氧自由基
( O
—·
2 ) , CAT也具有抵御膜损伤的作用 [5, 6 ]。 本研究
通过对小麦核代换系与普通小麦的倒二叶和花药在
花粉发育不同时期 SOD, CAT活性的比较研究 ,旨
在探索粗厚山羊草细胞质小麦核代换系花粉败育特
点及生理机制。
1　材料与方法
试验材料　普通小麦 F94-111, 772和 7859,粗
厚山羊草细胞质 ( Ae. crassa. 6X,简称 C6 )小麦核代
换系 C6 F94-111, C6 772和 C6 7859。
取样方法　①倒二叶　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 3
片 ,置于冰壶中备用 ;②花药　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、二核期和三核期的花药。
酶活测定　 SOD活性采用氮蓝四唑 ( N BT)光
化还原法 [7 ] ,测定 SOD对 N BT的光化还原抑制作
用 ,以抑制 NBT光化还原的百分数作为一个酶活
性单位表示 ,即 Units /g鲜重。 CAT活性采用紫外
吸收法 [7 ] , 2. 9 mL反应液中含 200 mmo l的 H2O2
0. 5 mL, 0. 1 mL酶液 , 1 mL pH7. 0的 Tris HCl缓
冲液 ,在 240 nm下测定每分钟吸收值的减少量。
育性调查　每材料随机取 10穗 ,采用国内法调
查。
2　结果与分析
2. 1　异质系与普通小麦倒二叶 SOD,CAT活性比较
2. 1. 1　 SOD活性　由图 1可见 ,在花粉发育的不
同时期 ,异质系与普通小麦倒二叶 SOD活性变化趋
势相似 ,呈下降趋势 ; C6 F94-111, C6 772, C6 7859与
其核供体普通小麦相比 ,从单核期开始下降幅度加
快 ,二核期以后下降幅度均明显大于普通小麦 ,到三
核期异质系倒二叶 SOD活性普遍低于其核供体普
通小麦。
2. 1. 2　 CA T活性　小麦核代换系与其核供体普通
小麦倒二叶 CAT活性变化趋势相似 ,从减数分裂
期到三核期均处于下降趋势 ;从二核期开始异质系
小麦 CAT活性下降幅度高于普通小麦 ,到三核期
异质系 CAT活性均低于其核供体普通小麦 (图 1)。
[收稿日期 ]　 2001-04-30
[基金项目 ]　陕西省自然科学基金资助项目 ( 2001Sm 02)
[作者简介 ]　马翎健 ( 1967- ) ,男 ,陕西靖边人 ,副教授 ,博士 ,主要从事小麦杂种优势利用研究。
DOI : 10. 13207 /j . cnki . jnwaf u. 2002. 02. 004
图 1　异质系与普通小麦不同时期倒二叶 SOD, CAT活性
Fig . 1　 The activ ities of SOD and CAT in penultimate leaves at diffe rent development sta ges of po llens
- ◇ - F94-111; - □ - 772; - △- 7859; -× - C6 F94-111; - * - C6 772; - ● - C6 7859
2. 2　异质系与普通小麦花药 SOD, CAT活性比较
2. 2. 1　 SO D活性　如图 2所示 ,核代换系与普通
小麦花药的 SOD活性总的变化趋势都是下降 ,与倒
二叶中的 SOD变化趋势相同。 从单核期到二核期 ,
异质系与普通小麦变化幅度都不大。但二核期以后 ,
异质系下降幅度明显大于普通小麦 ,到三核期异质
系的 SOD活性均低于其核供体普通小麦。这一点与
倒二叶 SOD活性变化表现一致。异质系间酶活性以
C6 7859最高 , C6 772次之 , C6 F94-111最低。
2. 2. 2　 CA T活性　由图 2还可看出 , F94-111和
C6 F94-111在单核期到三核期 CAT活性变化幅度
相近 ,但 C6 F94-111 CA T活性始终低于 F94-111。
772与 C6 772、 7859与 C6 7859的变化情况与 F94-
111和 C6 F94-111的变化相似。从总体上看 ,异质系
CAT活性均低于普通小麦。异质系间酶活性以 C6
7859最高 , C6 772次之 , C6 F94-111最低。
图 2　异质系与普通小麦不同发育时期花药 SOD, CAT活性
Fig. 2　 The activities o f SOD and CAT in anthers at diffe rent development sta ges
- ◇ - F94-111; - □ - 772; - △- 7859; -× - C6 F94-111; - * - C6 772; - ● - C6 7859
2. 3　异质系与普通小麦育性比较
由表 1可见 ,异质系的结实率均明显低于其核
供体普通小麦 ,这表明粗厚山羊草细胞质能普遍降
低小麦育性 ;但不同核质组合育性下降幅度不同 , C6
F94-111表现高度不育 (结实率 19. 8% ,降幅
77. 3% ) , C6 772育性下降也比较大 (结实率 30. 1% ,
降幅 64. 6% ) , C6 7859育性下降相对较小 (结实率
69. 8% ,降幅 25. 3% ) ,这表明粗厚山羊草核代换系
的育性表现是核质互作的结果。将异质系的结实率
与 SOD, CA T活性分别作相关分析 ,其相关系数分
18 西北农林科技大学学报 (自然科学版 ) 第 30卷
别为 r= 0. 899和 r= 0. 95,均达极显著水平 ,可见育
性与三核期 SOD, CAT活性呈明显正相关关系 ,酶
活性越低 ,育性越差。
表 1　核代换系的育性表现及与酶活性的关系
Table 1　 The rela tionship be tween fer tility and enzyme activ ities in anth ers of nuclea r substitutional lines
材料
Materials
结实率 /%
Ferti lit y
降幅 /%
Decrement
三核期花药
SOD活性 / ( U· g- 1)
SOD activiti es of an th ers
at t rinucleate s tage
三核期花药 CAT活性 / ( U· g- 1)
C AT activit ies of an th ers
at t rinucleate stag e
C6 F94-111 19. 8 77. 3 - 533. 5 12. 6
F94-111 87. 2
C6 772 29. 5 64. 6 - 400 22. 1
772 83. 3
C6 7859 69. 8 25. 3 - 314. 5 31. 7
7859 93. 4
3　结论与讨论
1)在花粉的发育过程中 ,粗厚山羊草小麦核代
换系与普通小麦倒二叶和花药的 SOD, CAT活性
都呈下降趋势 ,但由于受粗厚山羊草细胞质影响 ,异
质系酶活性下降速率明显大于普通小麦 ,且均低于
其核供体普通小麦。 SOD, CAT活性下降势必会使
O
—·
2 的产生速率加快 ,导致 MDA积累 ,使花粉的膜
系统受到破坏 ,最终影响异质系花粉的正常发育。
2)小麦核代换系酶活性变化的主要时期在二核
期 ,酶活性下降趋势最大 ,到三核期达最低点。 这表
明二核期到三核期是粗厚山羊草小麦核代换系花粉
败育的关键时期。 小麦核代换系酶活在三核期与其
育性呈正相关关系 ,因此可将三核期花药和倒二叶
SOD, CA T活性作为考察小麦异质系育性的一个生
理指标。
3) O
—·
2 , H2O2和 MDA是对细胞极为有害的物
质。 O—·2 和 H2O2可通过 Feton反应或 Haber-Weiss
反应生成氧化性更强的羟基自由基 (· OH) ,对蛋白
质、核酸和脂类等生物大分子产生破坏作用 ,使其断
裂、交联、聚合 ,进而使其结构和功能受到损伤 ,还可
直接与膜脂中不饱和脂肪酸发生作用 ,对生物膜造
成伤害 ; M DA作为交联剂使膜蛋白、酶分子和
DNA等生物大分子发生交联反应 ,导致代谢失
调 [5, 8 ]。小麦核代换系 SO D, CAT活性在花粉发育
过程中受粗厚山羊草细胞质影响 ,酶活均低于其核
供体普通小麦 ,而核代换系育性普遍低于其核供体
普通小麦。因此 ,异质系核质关系不协调 ,酶代谢失
调 , SO D, CAT活性下降 ,活性氧积累导致膜系统损
伤 ,可能是异质系花粉败育的根本原因之一。
[参考文献 ]
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19第 2期 马翎健等: 粗厚山羊草细胞质普通小麦核代换系 SOD, CAT活性研究
Study on activities of superoxide dismutase and catalase of wheat nuclear
substitutional lines in Ae. crassa cy toplasm
MA Ling- jian, DINGQin, WANG Wei, SONG Xi-yue,HU Yin-gang,
XI Ya-jun,HE Pei-ru, LIU Su-dong
(Col lege of Agronomy ,Northwest Sci-Tech University of Agriculture and Forestry , Yangling, Shaanx i 712100,China )
Abstract: Three types of common whea t and thei r nuclear substitutional lines in 6X Ae. crassa cy to-
plasm w ere selected to study the activ ities of Superoxide Dismutase ( SOD) and Ca talase ( CAT) in func-
tional leaves and anthers. The results show ed tha t SOD and CAT activities of nuclear substi tutional lines in
Ae. crassa cy toplasm w ere low er than those of nuclear dono r, common wheat. There was di fference among
the male sterilities of the nuclear substi tutional lines w hose fer tili ties were generally low er than tho se of
nuclear donor, and there was significantly po sitiv e co rrela tion betw een the fertili ties and SOD and CA T ac-
tivi ties o f nuclear substi tutional lines. It w as suggested tha t one of the radical reasons resulting in mi-
crospo re abo rtion of allopla sms was the diso rder betw een nucleus and cy toplasm , w hich caused unbalance
o f enzymatic metabolism , decrease of activ ities of SO D and CAT, and damage o f membrane systems led by
accumulated activ e oxygen.
Key words: Ae.crassa; w heat nuclear substitutional lines; SOD; CAT
本刊 2000年影响因子及被引频次在全国及全省的位置
据中国科技信息研究所 2000年度的《中国科技期刊引证报告》 ( CJCR) , 2000年所选源期刊共 1 411种 ,
本刊被引频次及影响因子分别位居第 238名和第 516名。在陕西省出版的 71种源期刊中 ,本刊被引频次及
影响因子分别位居第 4名和第 19名。在本学科 89种源期刊中 ,本刊被引频次及影响因子分别位居第 9名和
第 25名 ,详见下表 (《编辑科技》 , 2001, 13( 4): 25)。
附表　 2000年度在陕西出版的中国科技论文统计源期刊影响因子及总被引频次排序前 20名
名次 期　刊
影响因子
影响因子 /% 全国名次
学科
名次 /总数
名次 期　刊
被引频次
总次数 全国名次
学科
名次 /总数
1 西北地质科学 127. 6 6 3 /41 1 第四军医大学学报 552 84 3 /97
2 机械科学与技术 64. 0 82 - 2 光子学报 358 197 5 /31
3 探测与控制学报 55. 4 111 1 /11 3 西安交通大学学报 339 212 4 /70
4 水土保持学报 50. 4 143 7 /89 4 西北农业大学学报 306 238 9 /89
5 光子学报 46. 2 174 2 /31 5 实用放射学杂志 285 267 6 /17
6 稀有金属材料与工程 43. 1 203 6 /32 6 水土保持学报 276 274 15 /89
7 中国皮肤性病学杂志 38. 3 245 10 /26 7 机械科学与技术 261 299 -
8 干旱地区农业研究 36. 4 267 12 /89 8 实用口腔医学杂志 253 307 3 /10
9 水土保持通报 35. 0 287 14 /89 9 干旱地区农业研究 246 317 17 /89
10 细胞和分子免疫学杂志 32. 8 314 9 /97 10 西北植物学报 234 339 25 /44
11 第四军医大学学报 31. 2 335 12 /97 11 水土保持通报 233 343 21 /89
12 中国公路学报 30. 8 342 2 /35 12 中国皮肤性病学杂志 226 356 15 /26
13 火炸药学报 30. 7 344 3 /11 13 中国油脂 215 379 4 /28
14 中国油脂 26. 9 428 6 /28 14 神经解剖学杂志 207 400 7 /15
15 实用口腔医学杂志 26. 2 447 6 /10 15 化学工程 187 441 18 /55
16 西安电子科技大学学报 25. 5 460 11 /49 16 棉纺织技术 174 474 5 /28
17 电力电子技术 24. 0 491 10 /36 17 西安电子科技大学学报 173 478 11 /49
18 神经解剖学杂志 24. 0 491 9 /15 18 西北大学学报 171 482 18 /84
19 西北农业大学学报 23. 3 516 25 /89 19 电力电子技术 170 484 7 /36
20 西北林学院学报 23. 0 526 5 /15 20 稀有金属材料与工程 160 509 12 /32
20 西北农林科技大学学报 (自然科学版 ) 第 30卷