全 文 ：第 15卷　增刊 干　旱　区　资　源　与　环　境 Vol. 15　 NO. 5
2001年　 12月 Journal of Arid Land Resources and Env ironment Dec. 2001
　　文章编号: 1003- 7578( 2001) 05- 031- 05
赖草发育过程中同工酶的研究
乌仁其木格　易　津　门中华　林小虎
(内蒙古农业大学 ,呼和浩特 , 010019)
提要:利用聚丙烯酰胺凝胶电泳技术 ,对赖草酯酶和过氧化物酶同工酶研究结果表明: 赖
草不同发育期的酯酶和过氧化物酶同工酶酶谱及酶活性存在明显的器官间差异和多态性 ;其
中过氧化物同工酶与赖草生长发育的关系比酯酶相对密切 ,同时稳定性也较强 ,可以作为赖草
生长发育特性的生理指标和遗传鉴定指标。
关键词: 赖草　 发育　 同工酶
中图分类号: Q946. 5　　文献标识码: A

赖草 (Leymus secalinus )是赖草属多年生根茎禾草 ,分布十分广泛 ,它是天然草地的基本类型 ,也是
一种优良牧草。本文对赖草不同发育期不同器官的酯酶和过氧化物同工酶进行比较研究 ,试图从酶蛋白
分子水平角度探讨同工酶与赖草发育规律和生长特性的相关性 ,为赖草开发利用 ,品种资源的保存和品
种质量管理提供理论和试验依据。
同工酶是基因表达的直接产物 ,其差异主要反映了基因的差异 [1, 2 ] ,因而利用同工酶分析能较直观
地判断基因的存在及其表达规律 ,将表观的遗传现象与微观的分子基础相联系。 从 1952年 Neilands [6 ]
等首先提出了同工酶概念后 ,同工酶作为一种分子标记 ,一直被广泛地应用于植物品种鉴定 ,遗传分析 ,
基因标记 ,个体发育 ,杂种优势预测 ,远缘杂交鉴定等方面的研究 ,目前尚未见对赖草有关报道。
1　 材料和方法
1. 1　试验材料
供试材料为赖草不同发育期的地下部分的须根和根茎 ,地上部分的茎、叶片和穗部 ,实验在 1999年
4- 11月间进行 ,材料采于内蒙古农业大学牧草实验地。
1. 2　 测定方法
1. 2. 1　 制样
将试样冲洗净 ,晾干 ,称取鲜样 0. 5g ,剪碎后加入 p H7. 2的 Tris- HCl缓冲液和 20%的蔗糖溶
液 ,在冰浴中研磨成匀浆 ,离心后取上清液置于冰箱中保存备用。
1. 2. 2　 电泳条件和酶染色方法
用聚丙烯酰胺凝胶垂直板电泳法分离同工酶 [ 3, 4, 5]。凝胶缓冲系统为 Tris- HCL缓冲液 ( p H8. 9) ,
分离胶浓度为 7. 5% ,电极缓冲液用 p H8. 3的 Tris- 甘氨酸缓冲液。用醋酸萘酯、坚牢兰 RR盐染色法
染酯酶同工酶 ;用醋酸 -联苯胺法染色过氧化物酶同工酶。 根据染色的酶谱带计算相对迁移率 Rf 值
(Rf = 酶带迁移距离 /前沿指示剂距离 ) ,并绘制酶带模式图 ,标定酶带位置及相对含量。
基金项目:本项研究为国家自然科学基金资助项目 (项目编号: C39760012)作者简介:乌仁其木格 ( 1959— ) ,女 ,蒙古族 ,内蒙古太仆寺旗人 ,内蒙古农业大学高级实验师 ,主要从事牧草生理研究与植物生理学教学。
DOI : 10. 13448 /j . cnki . jal re . 2001. s1. 005
1. 2. 3　 赖草不同物侯期根冠比的测定
取不同物侯期赖草 ,取样面积为 1 /4m2 ,称地下重 (g /m2 )和地上重 ( g /m 2 ) ,计算根冠比值。
2　 结果与分析
2. 1　赖草不同物侯期营养生长特性测定
表 1、图 1- A、图 1- B赖草不同物候气营养特性测定结果表明 ,地上重从返青期增强 ,成熟期达高
峰 ,呈单峰曲线 ;地下部重在整个生育期内重量缓慢增高 ,基本呈直线型 ,但根冠比在返青期和越冬期出
现两个高峰 ,在生殖期最低 ,基本呈 U型曲线。
表 1　 赖草不同物候期营养生长特性的测定 .
Table 1 Tests o f v egetativ e g row th speciality of L . secalinus at the differ ent phenolog ical periods
测定项目 返青期 拔节期 抽穗期 开花期 成熟期 后营养期 越冬期
1地上重 ( g /m2 ) 71. 1 184. 1 390. 0 655. 0 703. 5 202. 0 31
2.地下重 ( g /m2 ) 140. 0 154. 5 175. 2 181. 6 185. 4 194. 0 191. 3
3根 /冠　　 1. 97 0. 84 0. 45 0. 27 0. 26 0. 96 6. 4
图 1赖草不同物候期营养生长 ( A)根冠比 ( B)变化曲线
Fig. 1 The dynamic curv e o f v egetativ e g row th ( A) and weight r atio of roo ts to shoots ( B) o f L . secalinus
at differ ent phenolog ical periods
2. 2　 赖草不同物候期各器官同工酶活性比较
2. 2. 1赖草不同物候期各器官酯酶同工酶活性变化
由表 2、图 2- A可知赖草酯酶活性存在器官间差异。赖草不同物侯期地下营养器官 (须根、根茎 )在
前营养期 (拔节期、抽穗期 )和后营养期出现两个高峰 ,均呈双峰曲线 ,在开花期和成熟期最低 ;茎在拔节
期出现一个最高峰 ,基本呈单峰曲线 ,成熟期最低 ,在后营养期稍有提高 ;叶在前营养期 (返青期、抽穗
期 )有一个高峰 ,在成熟期也有一个高峰 ,基本呈双峰曲线 ,在开花期最低 ;穗的酶活性从抽穗期逐渐增
高到开花期达高峰 ,呈单峰曲线。由表 2可以看出赖草不同物候期各器官间酯酶酶带数量变化范围较大
( 2- 13条 )。
2. 2. 2　 赖草不同物候期各器官过氧化物酶同工酶活性变化
从表 3、图 2- B可知赖草各器官的过氧化物酶同工酶活性也存在器官间差异。地下营养器官 (须
根、根茎 )的酶活性在前营养期 (抽穗期、开花期 )和越冬期出现两个高峰 ,呈双峰曲线 ,在成熟期和后营
养期最低 ;茎的酶活性从返青期开始增强到开花期达高峰 ,呈单峰曲线 ;叶在返青期、开花期和后营养期
出现波浪型曲线 ,变化幅度较小 ,在整个生育期内酶活性较低 ; 穗的酶活性在抽穗期最高 ,呈单峰曲线 ,
从开花期直线下降到成熟期最低。由表 3看出赖草不同物侯期各器官的过氧化物酶同工酶带数量变化
较大 ( 3- 11条 )。
2. 2. 3　赖草不同物候期同工酶酶活性相关分析
2. 2. 3. 1赖草不同物候期同工酶酶活性与根 /冠相关分析结果 (表 4)
表 4中赖草酯酶同工酶相关分析结果表明 ,赖草不同物侯期酯酶活性在地上部与根 /冠间呈不显著
·32· 干　旱　区　资　源　与　环　境 第 15卷
负相关 ( - 0. 319) ,地下部与根 /冠间呈不显著正相关 ( 0. 242) ;过氧化物酶活性地上部与根 /冠间呈显著
负相关 ( - 0. 756* ) ,与地下部呈不显著负相关 ( - 0. 368)。
表 2　 赖草不同物候期各器官酯酶同工酶活性测定结果
Table 2 The tests result of ester ase isozyme enzyme activ ities in the different o rg ans o f L . secalinus
测 　定
项　 目 器官
赖 草不 同物 候 期酯 酶酶 活 性
萌动期 返青期 拔节期 抽穗期 开花期 成熟期 后营养期 越冬期
酶带数
( A )
须根 4 8 9 8 2 2 9 9
根茎 5 6 7 11 2 3 8 8
叶 3 10 10 10 4 5 6 -
茎 - - 13 8 7 3 4 -
穗 - - - 8 10 3 -
酶带强
度 ( B )
须根 7 12 21 13 2 3 24 21
根茎 7 11 17 23 3 6 16 12
叶 5 21 21 22 10 10 12 -
茎 - - 19 20 17 5 10 -
穗 - - - 19 19 6 - -
相对梅
活性 (C )
C= A+ B
须根 28 96 189 104 4 6 216 189
根茎 35 66 119 253 6 18 128 96
叶 15 210 210 220 40 150 72 -
茎 - - 247 160 119 15 40 -
穗 - - - 152 190 18 - -
　　注: ( A= 1级带数+ 2级带数+ 3级带数 ,B= 1级带数* 3+ 2级带数* 2+ 3级带数* 1)
表 3　 赖草不同物候期各器官过氧化物酶同工酶活性测定结果
Table 3 The tests r esult o f per ox idase iso zyme enzyme ac tivities o f L . secalinus
in the different o rg ans a t dif ferent ph eno lo gica l periods
测 定 项目 器官 赖 草不 同 物候 期过 氧化 物 酶酶 活性萌动期 返青期 拔节期 抽穗期 开花期 成熟期 后营养期 越冬期
酶带数
( A)
须根 3 3 5 10 9 3 3 11
根茎 5 8 9 10 10 5 3 11
叶 3 5 6 6 7 5 6 -
茎 - - 7 8 11 8 6 -
穗 - - - 12 10 7 - -
酶带强
度 ( B)
须根 4 5 11 32 22 3 4 20
根茎 12 13 21 20 20 4 9 20
叶 5 14 7 9 14 9 15 -
茎 - - 12 16 20 16 12 -
穗 - - - 20 19 9 - -
相对梅
活性 ( C)
C= A+ B
须根 12 15 55 320 198 9 12 220
根茎 60 104 189 200 200 16 27 220
叶 15 70 42 54 98 45 90 -
茎 - - 84 128 120 128 70 -
穗 - - - 240 190 63 - -
　　注: ( A= 1级带数+ 2级带数+ 3级带数 , B= 1级带数* 3+ 2级带数* 2+ 3级带数* 1)
2. 2. 3. 2赖草不同物候期同工酶与植物器官发育相关分析结果 (表 5)
( 1)赖草地上与地下部营养器官同工酶活性的相关性研究:
表 5相关分析结果表明 ,赖草不同物侯期地下和地上营养器官间酯酶和过氧化物酶活性均呈不显
著正相关 ,这说明赖草地上与地下营养器官间酯酶和过氧化物酶同工酶在发育上相关性较小。
·33·增刊 乌仁其木格等　赖草发育过程中同工酶的研究
( 2)赖草营养器官与生殖器官同工酶活性的研究:
表 5赖草营养器官与生殖器官间酶活性相关分析结果表明 ,酯酶活性在地上部、地下部营养器官与
生殖器官间酶活性呈不显著正相关 ;过氧化物酶活性在地上部营养器管与生殖器官间呈不显著正相关 ,
地下部与生殖器官间呈极显著正相关 ( 0. 999* * ) ,说明赖草营养器管与生殖器官间过氧化物酶同工酶
在发育上存在正相关直线关系。
表 4　 赖草不同物侯期酯酶同工酶与根 /冠相关分析
Table 4 Th e co r rela tion analysis on weight r atio of roo ts to shoots and este rase iso zyme enzyme ac tivities
at differ ent phenological periods of L . secalinus
测定项目 返青期 拔节期 抽穗期 开花期 成熟期 后营养期 相关系数 (r= )
地上部 ( A )
根 /冠
210457 512 349 183 112
1. 97 0. 84 0. 45 0. 27 0. 26 0. 96
- 0. 319
地下部 ( A )
根 /冠
162 308 357 10 24 344
1. 97 0. 84 0. 45 0. 27 0. 26 0. 96
0. 242
地上部 (B )
根 /冠
210 70 126 422 508 236 162
1. 97 0. 8 0. 45 0. 27 0. 26 0. 96
- 0. 756*
地下部 (B )
根 /冠
119 244 520 398 25 39
1. 97 0. 84 0. 45 0. 27 0. 26 0. 96
- 0. 368
　　 注: r0. 05= 0. 666, r0. 01= 0. 798, A:酯酶同工酶 ,B:过氧化物酶同工酶
表 5　 赖草不同物侯期营养器官与生殖器官同工酶酶活性相关分析
Table. 5 Th e co r rela tion analysis o f the iso zyme enzyme ac tiv ities betw een vege ta tiv e and repr oduc tiv e o rg ans
o f L . secalinus a t the different phenological periods
测定 项目 不同物候 期萌动期 返青期 拔节期 抽穗期 开花期 成熟期 后营养期
相关系数
( r= )
地上营养器官 ( A)
地下器官 ( A)
15 210 457 380 159 165 112
63 162 308 357 10 24 344
0. 593
地上营养器官 ( A)
地上生殖器官 ( A)
- - - 380 159 165 -
- - - 152 190 18 -
0. 284
地下器官 ( A)
地上生生殖器官 ( A)
- - - 357 10 24 -
- - - 152 190 18 -
0. 273
地上营养器官 ( B)
地下器官 ( B)
15 70 126 182 318 173 162
72 119 244 520 398 25 39
0. 544
地上营养器官 ( B)
地上生殖器官 ( B)
— — — 182 318 173 —
— — — 240 190 63 — 0. 300
地下器官 ( B)
地上生殖器官 ( B)
— — — 520 398 25 —
— — — 240 190 63 — 0. 999* *
　　 注: A:酯酶同工酶 , B:过氧化物酶同工酶 , r0. 05= 0. 879, r0. 01= 0. 959
3　结论
( 1)赖草酯酶和过氧化物酶同工酶酶谱十分丰富 ,不同发育时期和器官间存在明显的的差异和多态
性 ;要阐明这些酶带与特定生理活动的关系 ,则需要做更多深入的研究。
( 2)过氧化物酶同工酶与赖草的生长发育的关系比酯酶相对密切 ,同时稳定性也较强 ,可以作为赖
草生长发育特性生理指标和遗传鉴定指标。同工酶在发育中的生理作用有待进一步研究。
( 3)赖草不同生育期各器官之间的酯酶和过氧化物酶同工酶进行测定时 ,都可以看到一些酶带始终
存在 ,并且酶带位置与活性均稳定 ,这些酶带可以作为赖草的主要标志酶带。
总之 ,从本文结果可以看出 ,过氧化物酶和酯酶同工酶在赖草的生长发育过程中起重要作用 ,特别
过氧化物酶的关系更显著。 但对与同工酶与生长发育间的调控关系和作用机制 ,尚有待进一步研究。
·34· 干　旱　区　资　源　与　环　境 第 15卷
图 2　 赖草不同物候期各器官过氧化物酶同工酶酶活性变化曲线
Fig. 2 The dynamic curv e o f esterase enzyme ( A) and pero xidase iso zymes( B) activ ities in different
o rg ans o f Leymus secalinus at differ ent phenological periods
参 考 文 献
[1 ]张维强 ,唐秀芝 .同工酶与植物遗传育种 ,北京:北京农业大学出版社 , 1993.
[2 ]周光宇 .有关同工酶分析的几个问题 .植物生理学通讯 , 1983, ( 1): 1- 4.
[3 ]黄学林 ,陈润政 .种子生理实验手册 ,北京农业出版社 . 1990: 154- 157.
[4 ]何忠效 ,张树政 .电泳 .科学出版社 , 1999: 280- 286.
[5 ]乌仁其木格等 .几种小麦族禾草及杂种酯酶同工酶研究 .内蒙古农业大学学报 . 1999( 4) 49-
[6 ]Markert, C. L. and Moller, F. , 1959, Proc. Nat . Acad. Sci. , 45, 753- 763 .
Studies on the Isoymes in Leymus secal inus
During Development
Wuren Qimuge YI Jin M EN Zhong- hua LIN Xiao- hu
( Co lleg e of Ag ricultural Sciences,
Inner Mongo lia Ag ricultural Univ ersity, Hohho t010019, China)
Abstract
The peroxidase and esterase iso zymes o f Leymus secalinus were analy sed by using polyacrylamide
gel electrophoresis ( PAGE ) . The resul ts showed that there w ere signi ficant dif ferences and
polymo rphism in esterase 、 perox idase isozyme zymog rams and enzyme activi ties at dif ferent g row th
periods in dif ferent organs of Leymus secal inus. The activ ities of peroxidase isozyme show ed having
more rela tions to the plant g row th than tha t of the esterase isozyme, and the peroxidase isozyme w as
more stable than the seterase isozyme, So the activi ties o f pero xida se iso zyme could be used as a
physio logical and hereditary identi fy indes fo r the plant g row th and development.
Key Word: Leymus secalinus; dev elopment; isozyme
·35·增刊 乌仁其木格等　赖草发育过程中同工酶的研究