全 文 ：文章编号 :100028551 (2002) 0420193204
水稻无侧根突变体 RM109 的氧化还原代谢
郝再彬　苍　晶　孙　鑫
(东北农业大学生命科学院 ,黑龙江 哈尔滨　150030)
摘要 :比较无侧根突变体 RM109 和原品种大力根琥珀酸脱氢酶 (SDH) 的活性发现 :
RM109 为大力的 60 %～70 % ,还原剂处理下大力的 SDH 活性显著增加 ,而 RM109 无
变化。RM109 的该酶受单显性基因控制。RM109 对 NAA、TIBA 的耐性明显增加 ,对
H2O2 的耐性明显下降。结果表明 :氧化还原代谢有突变。
关键词 :水稻 ;侧根突变体 ;植物激素耐性 ;琥珀酸脱氢酶活性
收稿日期 :2001212211
作者简介 :郝再彬 (1958～) ,男 ,哈尔滨人 ,博士 ,从事植物突变育种、植物生理和生物化学的研究
我们曾对无侧根突变体 RM109 形成和 2 ,42D 耐性[1 ] 、农艺性状[2 ] 、冠根的解剖学观察、根
的斜向重力性生长等进行了分析。为了解析 RM109 和原品种大力的内在差异性 ,我们研究了
RM109 对植物激素、TIBA 和 H2O2 的耐性、琥珀酸脱氢酶活性及其遗传分离。试验于 1998 年
在日本香川大学农学部遗传研究室一井真比古教授指导下进行。
1 　材料和方法
111 　材料
粳稻品种大力 ( Oryza sativa L. ,cv. Oochikara)和 M6 突变体 RM109。
112 　方法
11211 　植物激素、TIBA 和 H2O2 的耐性 　催芽的大力和 RM109 种子分别播种于玻璃杯 (高
10cm×口径 6cm)内的 012 %琼脂胶 (胶深度 9cm) 表面上 ,胶内分别含有 0101、011、1、10、50、
100μmol·L - 1浓度的 2 ,42D、NAA、IAA、ABA、GA3 、CTK、ACC 和 TIBA ,1、10、100、1000ppm 浓度的
H2O2 及对照。用另一相同大小的玻璃杯口接口地盖在玻璃杯上 ,用透明胶带封住对接口 ,培
养 (30 ℃、光照 24h、光照强度 32μmol photon m - 2 s - 1 ) 7d。测定根长计算出相对根长 (某试剂某浓
度下的根长Π对照下的根长 ×100 %) 。由各处理下相对根长变化曲线得到理论曲线再求出
ED50 (相对根长为 50 %时的处理浓度 ,μmol·L - 1 ) 。各处理每次重复 10 株 ,2 次重复。
11212 　琥珀酸脱氢酶 (SDH) 活性测定及组织观察 　催芽的大力和 RM109 种子分别播种于自
来水 (pH510)的水培网上培养 (30 ℃、黑暗) 4d。根内琥珀酸脱氢酶 (SDH) 活性的测定按照张宪
政等[3 ]方法进行。用 015 %TTC 溶液处理种子根 30min ,测定根尖琥珀酸脱氢酶的红色长度。
每次重复 15 株 ,3 次重复。用同样方法 ,TTC 溶液分别含有 1μmol·L - 1浓度的 NADPH、NADH、
391　核 农 学 报　2002 ,16 (4) :193～196Acta Agriculturae Nucleatae Sinica
NAD 和 FAD 处理种子根 3h ,测定根内琥珀酸脱氢酶 (SDH)的活性。每次重复 10 株 ,3 次重复。
11213 　琥珀酸脱氢酶 (SDH)活性遗传分离的调查 　大力和 RM109 各 30 粒 ,RM109 ×大力的 F1
和 F2 种子分别 9 粒和 326 粒。浸种催芽 3d ,播种于自来水 (pH510) 的水培网上培养 (30 ℃、光
照 24h、光照强度 32μmol photon m - 2 s - 1 ) 1d ,按照 11212 的方法 ,用 015 %TTC 溶液处理种子根
30min ,调查根尖红色长度的遗传分离。用卡平方 ( X2 )验证。
2 　结果
211 　植物激素、TIBA和 H2 O2 的耐性
在 2 ,42D、NAA、IAA、ABA 和 GA3 处理试验中 ,对照大力和 RM109 平均根长为 118 ±8mm 和
92 ±14mm ;在 CTK、ACC、TIBA 和 H2O2 处理试验中 ,对照大力和 RM109 平均根长为 124 ±13mm
和 121 ±9mm。在 2 ,42D、NAA 和 ABA 处理的全部浓度范围内 ,RM109 都比大力表现出耐性 ;在
高浓度 TIBA 处理时 , RM109 比大力更有耐性 ;在 H2O2 处理的全部浓度范围内 ,大力都比
RM109 表现出耐性 ;在 CTK处理的全部浓度范围内 ,RM109 与大力表现一致。2 ,42D、NAA 和
TIBA处理下 RM109 的 ED50 分别是大力的 1115 倍、8 倍和 517 倍 ; IAA、ABA 和 CTK 处理下
RM109 的 ED50是大力的 115～2 倍 ;H2O2 处理下 RM109 的 ED50是大力的 0124 倍 (表 1) 。
表 1 　植物激素、TIBA、H2 O2 处理下大力和 RM109 的 ED50
Table 1 　The ED50 of Oochikara and RM109 treated with plant hormone ,TIBA and H2O2
2 ,42D NAA IAA ABA GA3 CTK ACC TIBA H2O2
Oochikara 0113 0107 142 2 — 0186 — 24 65
RM109 115 016 280 412 — 1133 — 137 16
(1115) (810) (119) (211) (115) (517) (0124)
注 :括号中数据为 RM109 的 ED50Π大力的 ED50
Note :The data in brackets are ED50 of RM109ΠED50 of Oochikara
212 　琥珀酸脱氢酶( SD H)活性测定及组织观察
TTC处理根 30min 后 ,大力的分生区、伸长区和中心柱以内组织都被染以较长 (114mm) 的
红色 ;RM109 只有分生区被染为较短 (019mm)的红色 ,RM109 的红色长度和 SDH活性分别为大
力的 60 %～70 % ,差都都极显著 (表 2) 。TTC处理根 3h 后 ,对根毛区和侧根原基观察表明 :大
力被染色红色 ,而且根毛清楚可见 ; RM109 没有变化。在含有还原剂 NADPH、NADH、NAD 和
FAD 溶液处理下的大力 SDH活性分别为对照的 210 %、186 %、154 %和 148 % ;而 RM109 没有变
化 (表 3) 。相同处理下大力和 RM109 的 SDH活性差都极显著 (表 3) 。
表 2 　大力和 RM109 的琥珀酸脱氢酶活性
Table 2 　The succinate dehydrogenase activity of Oochikara and RM109
(TTFμg·h - 1·fw root g - 1 )
根尖红色长度 length of red root (mm) 琥珀酸脱氢酶活性 SDH activity
Oochikara 114 ±011 (100) A 2315 ±211 (100) A
RM109 019 ±011 (68) B 1410 ±013 (60) B
注 :表中所列结果为平均值±标准差 ;大写字母表示 RM109 和大力有显著差异的置信概率为 P = 0101
Notes :Results are expressed as the mean ±standard deviation ;Figures followed by the same capital letter are not different at the level of P =
0101
491 核　农　学　报 16 卷
表 3 　还原剂处理下大力和 RM109 的琥珀酸脱氢酶活性
Table 3 　The succinate dehydrogenase activity of Oochikara and RM 109 treated with reducer
(TTFμg·h - 1·10 twig seminal root - 1 )
CK NADPH NADH NAD FAD
Oochikara 6138 ±0124 13140 ±0106 11184 ±0130 9180 ±0118 9145 ±0110
(100) A (210) A (186) A (154) A (148) A
RM109 0161 ±0113 0145 ±0106 0133 ±0109 0122 ±0108 0163 ±0102
(10) B (7) B (5) B (3) B (10) B
注 :表中所列结果为平均值±标准差 ;大写字母表示 RM109 和大力有显著差异的置信概率为 P = 0101 ;对照下的大力琥珀酸
脱氢酶活性为 100 %
Notes :Results are expressed as the mean ±stand deviation ;Figures in the fier followed by the same capital letter are not different at the level
of P = 0101 ;The data in brackets are based on the SDH activity of Oochikara (CK) ,which is 100 %.
213 　琥珀酸脱氢酶( SD H)活性遗传分离的调查
RM109 ×大力杂交所得到 9 株 F1 的红色根尖较短 ,与突变型的表现相同 ;326 株 F2 的红色
根尖为 240 株较短的突变型和 86 株较长的野生型 ,其比例近似为 3∶1 (表 4) ,符合单显性基因
的孟德尔遗传规律。
表 4 　F1 和 F2 ( RM109 ×大力)琥珀酸脱氢酶活性的遗传分离
Table 4 　The genetics segregation of succinate dehydrogenase activity in F1 and F2
(RM109 ×Oochikara)
杂交组合
system
活性 activity
突变型
mutant type
原始型
wild type
卡平方 ( X2)
X2 test
F1 (RM109 ×Oochikara) 9 0
F2 (RM109 ×Oochikara) 240 86 3∶1
注 : X2 检验 ,p = 0105 ,符合 3∶1 的遗传分离比率。
Notes : X2 test ,p = 0105 ,fitting 3∶1 gene segregation.
3 　讨 　论
大力幼苗种子根的分生区、伸长区和成熟区的 SDH 活性都高于 RM109。SDH 是三羧酸循
环中唯一掺入线粒体内膜的酶 ,与呼吸代谢有关[4 ] 。还原剂处理下大力的 SDH 活性比对照显
著增加 ;而 RM109 却无变化 ,由此可以推断 RM109 呼吸链中的氧化还原酶系发生变异 ,同时
RM109 对 H2O2 的耐性低于大力 ,也进一步证明了 RM109 的氧化还原酶系异常。通过对
RM109 琥珀酸脱氢酶活性低下、根斜向重力性生长和无侧根变异性[2 ] 及 2 ,42D 耐性[1 ] 的遗传
分离调查都符合单显性基因的孟德尔遗传规律。RM109 的农艺性状、形态组织和植物生长发
育等许多方面都有变异 ,因此可以推断该基因属于上游基因。
591　4 期 水稻无侧根突变体 RM109 的氧化还原代谢
参考文献 :
[1 ] 　郝再彬 ,一井真比古. 无侧根及び重力屈性异常を示 す„ ­突然变异体 RM109 の形态的特性及 び遗传解析 ,日本作物
纪事 ,1999 ,68 (2) :245～252
[2 ] 　郝再彬 ,苍晶 ,徐仲 ,高继国 ,一井真比古. 水稻侧根突变体 RM109 的农艺性状[J ] . 东北农业大学学报 ,2001 ,32 (1) :75～
79
[3 ] 　张宪政 ,谭桂茹 ,黄元极 ,宋玉华主编. 植物生物学实验技术. 沈阳 :辽宁科学技术出版社 ,1989 ,75～77
[4 ] 　沈同 ,王镜岩主编. 生物化学 (下册) . 北京 :高等教育出版社 ,1991 ,99
OXIDATION DEOXIDIZE METABOLISM IN THE RICE ALTERED
LATERAL ROOT MUTANT RM109
HAO Zai2bin 　CANGJing 　SUN Xin
( Life Science College , Northeast Agriculture University , Harbin , Heilongjiang prov. 　150030)
ABSTRACT:This paper reports the characteristics of a 2 , 42D resistance mutant ,altered lateral
root , RM109 , which is deficient in SD H( succinate dehydrogenase) activity. The SD H activity of
RM109 was 60 %～70 % of that the wild type. Oochikara ,roots is treated with reducer NADPH,
NAD H and FAD ,the SD H activity of RM109 were lower than Oochikara . Genetic analysis in the
F1 and F2 indicated that SD Hactivity in the mutant was transmitted by a single dominant nuclear
gene. The observations of resistance to plant hormone , TIBA and H2 O2 showed that the resistance
to 2 ,42D , NAA , TIBA and H2 O2 with RM109 were 12 ,8 ,6 and 0124 times of those with Oochika2
ra , respectively. These results indicated that the mutant was deficient in oxidation deoxidize me2
tabolism.
Key words :rice ; lateral root mutant ; plant hormone resistance ; succinate dehydrogenase activity
691 Acta Agriculturae Nucleatae Sinica
2002 ,16 (4) :193～196