全 文 ：此文于 1995 年 11 月 6 日收到。
四倍体与二倍体棉花远缘杂
交后代同工酶电泳分析
高国强　朱斗北　苏学合　陈道峰　时香玉　曾昭海
(山东省农业科学院原子能应用研究所　济南　250100)
400 Gy 60Coγ射线辐照中棉 ( Gossypi um arboreum L . ) 花粉 ,90207 受粉后获得
二倍体棉与四倍体棉间的远缘杂交后代 ,对其 F3 、F4 (2n = 52) 进行了同工酶电泳分
析。结果发现 ,F3 独杆类型后代的过氧化物酶同工酶谱中有父本中棉 ( G. arboreum
L . )的特异带。F4 个别纤弱、小铃株系的过氧化物酶和细胞色素氧化酶同工酶中也
有父本影响的趋势。以上均证明 ,少量二倍体遗传物质进入了四倍体细胞中。远缘
杂交后代 ,独杆类型较多地具有阿须莫尼的特点 ,而分枝类型后代则与陆地棉 ( G.
hi rsut um L . )酶谱有更多类似之处。
关键词 :同工酶 　辐照花粉 　远缘杂交 　棉花
前 　　　言
同工酶电泳技术已被应用于远缘杂交后代的鉴定[1 ] 。为了证明四倍体后代中转入了二
倍体棉的遗传物质及研究杂种后代群体中不同类型间遗传表现差异 ,我们对四倍体突变系
90207 与二倍体中棉 ( G. arboreum L . ) 的杂交 F3 、F4 进行了过氧化物酶、细胞色素氧化酶和
酯酶同工酶的电泳分析。
材 料 与 方 法
90207 由埃及棉 ( G. egyptian) 品种阿须莫尼辐照群体中选出 ,主要农艺性状趋向于陆地
棉 ( G. hi rsut um L . ) 的长绒棉变异后代 ,为四倍体[3 ] 。将 400 Gyγ射线辐照的中棉 ( G. ar2
boreum L . )花粉授予母本 90207 柱头 ,获得结实铃 ,其后代分离个体按株型可分为独杆 (零式
果枝)和分枝 (非零式果枝)两个主要类型 ,另从分枝类型群体中分离出较纤小、瘦弱的小铃个
体。杂交过程及后代变异资料另文总结。
实验分两年进行 ,分析过氧化物酶和细胞色素氧化酶同工酶的幼蕾采于大田盛花期的株
系。F3 分两种类型 ,F4 除分枝类型和独杆类型外 ,还采样于生长势弱、铃小的小铃株系。每株
1 蕾 ,每株系采 10 株以上 ,剪碎混匀 ,对照相同。
在培养室 (27 ℃)内播种两周的棉苗 ,用于 F4 酯酶同工酶分析。
F3 成株电泳用父本中棉、母本 90207 和阿须莫尼作对照。F4 电泳除以上品种外 ,另加陆
97　核 农 学 报　1997 ,11 (2) :79～83Acta A gricult urae N ucleatae Sinica
地棉品种 (中棉所 12 号、鲁棉 11 号)作对照。幼蕾取 1g、小苗全苗用液氮速冻研磨 ,按 1∶1 (w/
v)加提取液 (0105mol/ L Tris2HCl p H618、0125 %巯基乙醇)提取 ,10000r/ min 离心 10min 后取
上清液 ,按 1/ 4 加入 Tris2sucrose 液 (40 %蔗糖、0105mol/ L Tris2HCl ,p H 618) ,置于冰箱备用。
采用水平平板聚丙烯酰胺凝胶法 ,凝胶缓冲系统为 Tris2HCl 缓冲液 ,浓缩胶 T = 311 % ,C
= 20 % ,p H618 ;分离胶 T = 7. 7 % ,C = 2. 6 % ,p H818 ;电极缓冲系统为 Tris2甘氨酸 ,p H 813。
电泳温度 5 ℃,溴酚兰为前沿指示物 ,恒流 50mA ,电泳 415h。电泳后按醋酸联苯胺法染过氧
化物酶 ,按朱英国等法[2 ]染酯酶和细胞色素氧化酶。
F4 酯酶电泳 ,各类型共分析 50 株以上 ,各对照 7～10 株 ,选取典型胶板照相 ,供分析用。
结 果 与 分 析
(一) F3 幼蕾过氧化物酶同工酶
参测材料各显 3～8 条带 (图 1) ,为方便分析 ,分为 A、B 和 C 3 个带区。母本 90207 在 A
区有 3 条强带 ,B 区也是 3 条带。阿须莫尼除多显两条弱带外 ,基本同于 90207。中棉只显 A
区两条带、B 区 1 条带和 1 条扩散带 (C1 带) 。F3 酶谱在两种类形株系间有较大区别 ,分枝株
系一般在 A 区显出 3 条强带或次强带 ,与母本类似。而 B 区变化较大 ,除均显出 B1 带外 ,有
的株系显出同母本类似的 B 区带 ,也有的株系几乎不显 B2～B5 带。F3 独杆类型株系 ,A 区酶
活性和带数均受父本的影响较大 ,大多不显 B 区带 ,但均显出 1 条与父本 C1 带相同的淡兰色
扩散带 ,表现出类似二倍体棉的酶谱特点。这里需要指出的是 ,二倍体中棉酶带的迁移率略快
于母本 90207 和 F3 各株系 ,参差不齐 ,但其 A1、A2 和扩散带 C1 各带相对迁移率之差与 F3 独
杆株系并无不同。
图 1 　90207 ( ♀) ×中棉 ( ®) F3幼蕾过氧化物酶同工酶谱
Fig. 1 Peroxidase isozyme zymograms of young bud for F3
of 90207 ( ♀) ×G. arboreum L . ( ®)
11 阿须莫尼　21 分枝 1 　31 分枝 2 　41 分枝 3 　51 分枝 4
　6. 独杆 1 　71 独杆 2 　81 独杆 3 　91 独杆 4 　101 分枝 5
　11190207 ( ♀) 　121 中棉 ( ®) 　131 分枝 6
1. Ashmouni 　2. Branching 1 　3. Branching 2 　4. Branching 3
　5. Branching 4 　6. Unbranching 1 　7. Unbranching 2
　8. Unbranching3 　9. Unbranching 4 　10. Branching 5 　
　11. 90207 ( ♀) 　12. G. arboreum L . ( ®) 　13. Branching 6
(二) F4 幼蕾过氧化物酶同工酶
结果见图 2。F4 幼蕾过氧化物酶同工酶电泳分析中 ,对照阿须莫尼和 90207 谱带与 F3 基
本相同。陆地棉中棉所 12 号 A 区带与阿须莫尼没有差异 ,B 区带只有 B1 带。独杆株系酶谱
较一致 ,酶活性较高 ,尤其B 区带丰富 ,表现出阿须莫尼的全套带 ,与 F3 有较大不同 ,找不出父
本的影响。分枝株系的酶谱趋于简化 ,但分枝类型中铃小、纤弱株系的带型却变化较大 ,其中
有的受父本遗传物质影响 ,而与中棉 A 区带表现相同 ,有 1 条中到弱的 A1 带 ,A2 和 A3 位置
08 核　农　学　报 11 卷
只有两条带痕。
图 2 　90207 ( ♀) ×中棉 ( ®) F4幼蕾过氧化物酶同工酶谱
Fig. 2 　Peroxidase isozyme zymograms of young bud for F4
of 90207 ( ♀) × G. arboreum L . ( ®)
　 11 阿须莫尼　2190207 ( ♀) 　31 中棉 ( ®) 　41 独杆 1 　
51 独杆 2 　6. 独杆 3 　71 分枝 1 　81 分枝 2 　91 小铃 1
101 小铃 2 　11. 中棉所 12 号
1. Ashmouni 　2. 90207 　3. G. arboreum L . ( ®) 　4. Un2
branching 1 　5. Unbranching 2 　6. Unbranching 3 　7. Branch2
ing 1 　8. Branching 2 　9. Thin plant 1 　10. Thin plant 2 　
11. Zhongmiansuo 12
(三) F4 幼蕾细胞色素氧化酶同工酶
结果见图 3。在 F4 幼蕾细胞色素氧化酶同工酶分析中 ,阿须莫尼、中棉所 12 号、90207 及
四倍体 F4 后代均表现基本相同的 4 条主带 ,只是在独杆类型株系和部分小铃株系主带酶活性
较强时多显出 1 条弱带。而中棉仅有 2 条带 ,无 B 区带 ,与过氧化物酶同工酶一样 ,其谱带也
向正极整体平移。从小铃株系的 A 区带可看出二倍体父本的影响。
图 3 　90207 ( ♀) ×中棉 ( ®) F4幼蕾细胞色素氧化酶
同工酶谱
Fig. 3 Cytochrome oxidase isozyme zymograms of young
bud for F4 of 90207 ( ♀) × G. arboreum L . ( ®)
　 11 阿须莫尼 　2190207 ( ♀) 　31 中棉 ( ®) 　41 独杆 1
51 独杆 2 　6. 独杆 3 　71 分枝 1 　81 分枝 2 　91 小铃 1
　101 小铃 2 　11. 中棉所 12 号
1. Ashmouni 　2. 90207 　3. G. arboreum L . ( ®) 　4. Un2
branching 1 　5. Unbranching 2 　6. Unbranching 3
7. Branching 1 　8. Branching 2 　9. Thin plant 1 　10. Thin
plant 2 　11. Zhongmiansuo 12
(四) F4 小苗酯酶同工酶
结果见图 4。小苗酯酶同工酶显出 14 条谱带 ,可分为四个带区。母本 90207 为从埃及长
绒棉阿须莫尼辐照群体中选出保持了长绒特点的陆地棉类型后代 ,其 A 区显带与陆地棉 (对
照)类似 ,有 A3 和 A5 两条强带。而阿须莫尼好象是合并这两条带后在平均迁移率的地方形
成 1 条较宽的强带 A4。在 B 区 ,90207 与阿须莫尼相同 ,具有 1 条强带 B2 和弱带 B3 ,D 区带
较多属于阿须莫尼的特点 ,90207 继承其 2 条强带。中棉酯酶显带很少 ,酶活性也较低。在
F4 ,由 F3 独杆类型而来的幼苗 ,A 带区均基本表现阿须莫尼的带型 ,而由分枝类型而来的幼
18　2 期 四倍体与二倍体棉花远缘杂交后代同工酶电泳分析
苗 ,则全显出 90207A 区带型 ,类似于陆地棉 (对照) 。在 B 带区 ,F4 倾向于表现出 90207 的埃
及棉特点 ,但苗间有较大变异。杂种 F4 在 D 区 ,尤其是独杆类型 ,主要显阿须莫尼的谱带 ,苗
间差异仍然很大。C 带为所有被测材料所共有 ,中棉显出的带与母本相比 ,并非二倍体所特
有 ,所以从 F4 小苗酯酶同工酶分析中 ,杂种后代酶谱上难以找到二倍体棉遗传物质的直接影
响。
图 4 　90207 ( ♀) ×中棉 ( ®) F4小苗酯酶同工酶谱
Fig. 4 Esterase isozyme zymograms of seedling for F4
of 90207 ( ♀) × G. arboreum L . ( ®) .
1、181 中棉所 12 号 　2、171 阿须莫尼 　3、15190207
( ♀) 　4、161 中棉 ( ®) 　51 独杆 1 　61 独杆 2 　71
独杆 3 　8. 独杆 4 　91 分枝 1 　101 分枝 2 　111 分
枝 3 　12. 分枝 4 　131 分枝 5 　141 分枝 6 　191 鲁
棉 11 号
1、18. Zhong miansuo 12 　2、17. Ashmouni 　3、15.
90207 ( ♀) 　4、16. G. arboreum L . ( ®) 　5. Un2
branchng 1 　6. Unbranching 2 　7. Unbranching 3 　8.
Unbranching 4 　9. Branching 1 　10. Branching 2 　
11. Branching 3 　12. Branching 4 　13. Branching 5 　
14. Branching 6 　19. Lumian 11
讨 　　　论
本研究所用杂种后代为二倍体中棉花粉经γ射线辐照后授予 90207 柱头获得的后代 ,其
F3 经花粉母细胞减数分裂中期镜检 ,无论独杆或分枝类型均为四倍体 ,稳定配成 26 个二价
体。在 F3 幼蕾过氧化物酶同工酶电泳分析中 ,F3 独杆株系显出 1 条为中棉所特有的谱带 ,证
明有二倍体遗传物质转入四倍体棉的细胞中 ,使其酶谱类似于父本。F4 幼蕾过氧化物酶同工
酶和细胞色素氧化酶同工酶的分析中 ,一些小铃株系酶谱表现出受二倍体遗传物质的影响 ,进
一步验证了以上推断。但是 ,F4 小苗酯酶同工酶分析中 ,在杂种材料酶谱上难以辨出二倍体
遗传物质的影响 ,主要是因为中棉显带较少、活性不高 ,而且缺少特异带。同时说明 ,通过超剂
量辐照进入四倍体核的二倍体遗传物质较少 ,只有在较早世代 ,某些类型的后代和特定酶种同
工酶的谱带才能分析到其遗传物质表达的证据。杂种后代酶谱表现出较多阿须莫尼的特征是
因为后者是 90207 的辐照亲本。此外 ,90207 酯酶同工酶谱表现了明显陆地棉酶谱的特点 ,这
在分枝型株系酯酶谱中也有体现。
因为所用四倍体母本是从埃及棉 ( G. egyptian) 品种阿须莫尼辐照群体选出的 ,既保持长
绒棉品质 ,同时绝大多数形态和生态适应性又趋向于陆地棉 ,母本酶谱 (尤其是酯酶同工酶谱)
同时具有埃及棉和陆地棉的谱带特点。
比较 F3 到 F4 过氧化物酶同工酶谱带组成变化可看出 ,后代稳定较快 , F4 独杆和分枝类
型分别趋于单一化 ,独杆以类似于阿须莫尼特点的酶谱占主导 ,而分枝类型酶谱则更多地倾向
于简化类型。小铃株系的遗传仍较复杂 ,少数 F4 仍保持有中棉遗传物质的影响。
利用γ射线超剂量辐照二倍体中棉花粉 ,通过远缘杂交可将遗传物质转入四倍体栽培棉 ,
28 核　农　学　报 11 卷
但转入中棉遗传物质的数量有限 ,早代就开始被四倍体染色体排斥。所以利用某些中棉优良
性状改进四倍体栽培棉时 ,应提早进行筛选。
我们在两个世代的过氧化物酶和 F4 细胞色素氧化酶酯酶同工酶分析中 ,均发现二倍体棉
同四倍体棉间的杂交 ,在 F3 中 ,过氧化物酶同工酶有 9 种酶谱型 ,在 F4 代中 ,细胞色素氧化酶
同工酶有 3 种酶谱型 ,酯酶同工酶有 10 种酶谱型。体现了一种二倍体棉同四倍体棉间遗传物
质的互作 ,表现在对杂种后代同工酶多型性的影响。机理有待进一步研究。
参 　考 　文 　献
1 　刘　芳 ,孙根楼 ,颜　济 ,杨俊良 1 普通小麦和华山新麦草及其属间杂种 F1 同工酶分析 1 作物学报 ,1992 , (3) :169～175
2 　朱英国 ,张为国 1 杂交水稻苗期同工酶与杂种优势关系的研究. 作物学报 ,1987 , (2) :89～96
3 　苏学合 ,朱斗北 ,王增贵 1 辐照埃及棉选育陆地棉性状的长绒棉突变体的研究 1 核农学报 ,1994 , (1) :7～13
4 　Pandey KK. Sexual transfer of specific genes without gametic fusion , Nature , 1975 , 256 :310～313
5 　Powell W , Caligari PDS , Hayter AM. The use of pollen irradiation in barley breeding. Theor Appl Genet , 1983 , 65 :73～76
6 　Snape J W Parker BB , Simpson E , Ainsworth CC , Payne PI , Law LN. The use of irradiated pollen for differential gene trans2
fer in wheat ( Triticum aestiv um) . Theor Appl Genet , 1983 , 65 :103～111
ISOZYME ANALYSIS OF WIDE2CROSSING HYBRIDS BETWEEN
TETRAPLOID AND DIPLOID COTTON
Gao Guoqiang 　Zhu Doubei 　Su Xuehe
Chen Daofeng 　Shi Xiangyu 　Zeng Zhaohai
( Instit ute f or A pplication of A tomic Energy , S handong
Academy of A gricult ural Sciences , Jinan 250100)
ABSTRACT
By irradiating pollen of Gossypium arboreum L. with 60 Coγ2rays at 400 Gy , some wide2
crossing hybrids bet ween the diploid ( 2n = 26) and tetra ploid ( 2n = 52) cotton were obtained.
Isozyme electrophoreses for the F3 and F4 generations were conducted. A distinct peroxidase
isozyme band of the G. a rboreum L. was found in the F3 generation of unbranching type plant.
The cytochrome oxidase isozyme banding patterns of some F4 dwarf plants with smaller bolls
were affected by the pollen parent2 G. a rboreum L. obviously. It is indicated that some genetic
materials of the diploid cotton have been transferred into tetraploid cotton successf ully.
Among the isozyme electrophoretic banding patterns of the wide2crossing hybrids , un2
branching types were similar to the Ashmouni and branching types were similar to the G. hi rsu2
tum L. varieties
Key words : Isozyme , 　irradiating 　pollen , 　wide2crossing , cotton
38　Acta A gricult urae N ucleatae Sinica1997 ,11 (2) :79～83