全 文 ：植物生理学报 Plant Physiology Journal 2012, 48 (12): 1179~1186 1179
收稿 2012-10-15　　修定 2012-11-19
资助 国家自然科学基金(30771379)、安徽省农业科学院院长
青年创新基金项目(12B0101)和科技部“863”项目(2011-
AA10A100)。
* 通讯作者(E-mail: wshouhai@sina.com; Tel: 0551-2160454)。
三类雄性不育水稻花药和叶片中抗氧化酶活性变化
杜士云, 王德正, 吴爽, 王辉, 王守海*
安徽省农业科学院水稻研究所, 合肥230031
摘要: 为进一步了解水稻雄性不育现象, 调查了光温敏核质互作不育系‘2310SA’、光温敏核不育系‘2310S’和核质互作不育
系‘2277A’三类水稻及正常粳稻在不同光温环境下穗发育后期花药和剑叶中超氧化物歧化酶、过氧化物酶、过氧化氢酶等
抗氧化酶的活性及丙二醛的含量和光合速率的变化。结果表明, 水稻花药比叶片对光温胁迫更敏感, 不育与可育花药活性
氧代谢方面有明显差异。不同类型的不育水稻败育生理不尽相同, 光温环境变化对光温敏核不育水稻‘2310S’有更明显的
胁迫性, 其不育花粉发育后期, 上述3种抗氧化酶不能协同作用, SOD活性高, POD活性低, 膜脂过氧化程度高和时间提前。
其他两类不育系中POD活性也稳定较低, 显示其可能与水稻不育花粉的形成更相关, 同时, 不育水稻中光合速率较低。
关键词: 水稻; 雄性不育系; 花药; 过氧化物酶; 光合速率
Changes of Antioxidant Enzyme Activities in Anthers and Leaves from Three
Types of Rice Male Sterile Lines
DU Shi-Yun, WANG De-Zheng, WU Shuang, WANG Hui, WANG Shou-Hai*
Rice Research Institute, Anhui Academy of Agricultural Sciences, Hefei 230031, China
Abstract: In order to further understand the rice male sterility phenomenon, the changes of activities of super
oxide dismutase (SOD), peroxidase (POD), catalase (CAT) and contents of malondialdehyde (MDA) in rice an-
thers and flag leaves as well as photosynthetic rate were investigated for three types of the male sterile rices,
photo-thermo sensitive cytoplasmic male sterile ‘2310SA’ line, photo-thermo sensitive genic male sterile
‘2310S’ line, cytoplasmic male sterile ‘2277A’ line and normal japonica rice under different conditions. The re-
sults showed that anther was more sensitive than leaf on light or temperature stress and there was obvious dif-
ference of active oxygen metabolism between fertile and sterile anthers. The abortive physiological phenomena
of different types of sterile rices were not the same. Daylength or temperature changes had more powerful influ-
ence on ‘2310S’ line anthers, in which the performance of the three kinds of antioxidant enzyme above couldn’t
act synergistically during ear late development, namely high SOD activity, low POD activity, membrane lipid
peroxidation and its timing advance. The results also showed that POD activity remained stable low throughout
during investigation periods for three kinds of sterile lines and might have directly relation to pollen abortion,
in addition, photosynthetic rate was relatively also low in the sterile rices.
Key words: rice; male sterile line; anther; peroxidase; photosynthetic rate
针对杂交粳稻种子生产上不育系受环境变化
影响育性不稳定的问题, 安徽省农科院水稻所聚
合粳稻BT型核质互作雄性不育(cytoplasmic male
sterility, CMS)和光温敏核雄性不育(photo-thermo
sensitive genic male sterility, PTGMS)基因, 选育出
由两套不育机制共同调控的光温敏核质互作不育
(photo-thermo sensitive cytoplasmic male sterility,
PCMS)水稻‘2310SA’ (王守海等2005)。连续几年
分期播种实验表明, ‘2310SA’不育性比父母本更加
稳定, 各种光温条件下自交结实率为0, 父本PTGMS
不育系‘2310S’和母本CMS不育系‘2277A’有不同
程度自交结实(杜士云等2006)。
植物育性的表达是由基因控制的生理过程、
生化反应和形态构建的最终结果, 包括一系列物
质代谢和能量代谢, 涉及各种复杂的生理生化反
应。基因控制酶蛋白的合成, 酶又调控代谢反应,
多个代谢反应综合的集中表现, 便是性状。因此,
育性的变化, 也是酶活性变化引起的结果之一。
植物生理学报1180
植物在代谢过程中有氧自由基产生, 遇逆境
胁迫时, 体内自由基大量增生, 致使膜脂过氧化严
重而造成膜结构损害, 改变蛋白质结构, 影响其功
能, 损伤DNA等生物大分子的结构和功能等, 最终
对生物体引起伤害(Fridovich 1978, 2012)。
超氧化物歧化酶(SOD)、过氧化物酶(POD)
和过氧化氢酶(CAT)是植物抗氧化酶促防御系统
中的3个主要酶类。SOD对活性氧的清除反应过
程为: 2O2·ˉ +2H
+→H2O2+O2, CAT和POD能进一步
催化H2O2分解成H2O而彻底解毒, 使体内活性氧保
持在较低水平, 这3种酶协同作用, 可减轻自由基
对生物体造成的毒害, 提高机体抗逆能力。丙二
醛(MDA)是膜脂过氧化的产物, 它的含量高低, 可
反映细胞膜受损害的程度。
本研究以CMS、PTGMS和PCMS三种类型的
不育粳稻和野生型正常粳稻为材料, 调查不同光
温条件及相同的光温条件下各类型不育水稻花药
和叶片中抗氧化防御系统上述3种酶的活性、
MDA的含量及不同水稻材料中光合速率的变化差
异, 以探讨不同类型水稻不育系特别是新型PCMS
不育系稳定不育的生理机制, 进一步丰富水稻雄
性不育理论。
材料与方法
1 供试材料
供试材料包括三类粳稻(Oryza sativa L. subsp.
keng Ting)不育系即‘2310SA’、‘2310S’、‘2277A’
和正常粳稻‘2277B’。‘2277A’为自选的BT型核质
互作不育系, ‘2277B’是‘2277A’的保持系。‘2310S’
是用自选的光温敏不育系‘7001S’与‘2277B’杂交,
并用‘2277B’回交2代选育而成的光温敏不育系。
‘2310SA’是用‘2277A’为母本, 用含有雄性不育保
持基因的‘2310S’为父本进行配组, 并用‘2310S’回
交6代选育而成, 具有光温敏和核质互作两套不育
机制, ‘2310S’是‘2310SA’的保持系。
2 材料处理及取样
材料处理在中国水稻所人工气候箱中进行。
供试材料秋季直播于盆钵, 前期长日中温(14 h光
照, 光照时30 ℃, 黑暗25 ℃)处理45 d, 约九叶期时
短日低温、中温和长日高温下处理至抽穗。短日
低温和中温的光周期设为11.0 h, 加权平均温度分
别为24.75 ℃ (22~28 ℃)和26.75 ℃ (24~30 ℃), 长
日高温光周期为14.5 h, 加权平均温度为31 ℃
(27~35 ℃), 环境相对湿度都设为70%。
取样水稻穗发育减数分裂期、单核期、二核
期和三核期的叶片及花药。叶片每期取5片剑叶
中部, 液氮速冻。稻穗放冰上带回, 低温环境下,
减数分裂期取长约3 mm的颖花, 其他时期剥取花
药。样品存于–80 ℃的冷冻箱中, 最后统一进行酶
活测定。
材料抽穗后至少镜检并套袋10株穗, 考查花
粉败育类型和结实情况。
3 光合速率测定
采用美国Ll-COR公司生产的Ll-6400型便携
式光合作用测定仪测量短日低温条件下处理的水
稻材料。内源光照处理, 叶室CO2浓度设为350
µL·L-1, 光强为1 500 µmol·m-2·s-1, 温度、湿度均为
环境水平, 测定时间为上午10:00左右。测定倒二
叶, 同天测完, 每期测定3~5叶。
4 粗酶液提取和酶活性测定
参照李合生(2000)、高俊凤(2006)的方法略
做修改。叶片用液氮研磨提取, 总体积5 mL, 花药
在EP管中用小研磨棒磨成匀浆提取 , 总体积2
mL。11 000×g, 4 ℃下离心15 min, 上清液即为粗
酶液。酶提取后放冰上, 当天指标测完。叶片3次
重复, 花药2次重复。
SOD活性测定采用NBT (氮蓝四唑)光还原
法。反应液为3 mL NBT和适量酶液, 对照液为3 mL
NBT和适量磷酸缓冲液, 25~30 ℃, 80 µmol·m-2·s-1
光强下光照15 min, 调零液遮光。测定光长560
nm。SOD活性单位以抑制NBT光化还原的50%为
一个酶活性单位表示。
POD活性测定采用愈创木酚法 , 反应液为
2 700 µL磷酸缓冲液、100 µL愈创木酚、100 µL
H2O2及100 µL酶液。CAT活性测定采用紫外吸收
法, 反应液为2 800 µL磷酸缓冲液、100 µL H2O2及
100 µL酶液。分别于A470 nm和A240 nm下动力学测定,
反应总时间30 s, 取15~25 s内较笔直的曲线斜率为
酶活性, 磷酸缓冲液调零。
MDA含量测定采用硫代巴比妥酸法。叶片
为1.5 mL酶液和2.5 mL硫代巴比妥酸, 花药为500
µL酶液和833 µL硫代巴比妥酸, 均沸水浴反应15
杜士云等: 三类雄性不育水稻花药和叶片中抗氧化酶活性变化 1181
min, 冰浴后5 500×g离心10 min。上清液倒入比色
皿, 波长450、532和600 nm下比色, 蒸馏水调零。
粗酶液的提取和酶活的测定在浙江大学农业
与生物技术学院进行, 主要酶活测定仪为岛津制作
所生产的UV-VIS spectrophotometer, 型号UV-2550。
实验结果
1 不同类型水稻不育系在不同光温下的育性变化
由表1可见, 不育系‘2310SA’育性稳定, 套袋
自交结实率都为0, 短日低温和中温下花粉败育类
型以染败为主, 长日高温下以典败为主。‘2310S’
适宜的短日低温下结实率达到61.99%, 长日高温
下不育。‘2277A’高温下有结实现象, 结实率3.64%。
正常水稻‘2277B’低温下育性稍受影响, 结实率比
中温下低10%左右。
2 不同类型水稻不育系在短日低温下光合速率的
差异
调查了短日低温条件下不同类型水稻之间光
合速率的差异。图1结果显示, 从减数分裂期到单
核期, 水稻的光合速率显著降低, 三核期和单核期相
差不多, 略有下降或略有回升。稳定不育的‘2310SA’
光合速率一直低于其可育的保持系‘2310S’, 不育
‘2277A’的光合速率前两期低于保持系‘2277B’, 三
核期略高, 但差异都不显著。此实验结果与以往
研究相同(陈翠莲等1992; 卢向阳等1991), 可能表
明不育水稻中光合速率确实比可育水稻低。
表1 不同光温下不育水稻的育性变化
Table 1 The fertility changes of the rice male sterile lines under different light length and temperature
处理 材料 典败花粉% 圆败花粉% 染败花粉% 正常花粉% 自交结实%
短日低温 ‘2310SA’ 17.85 0.91 81.25 0.00 0.00
‘2310S’ 15.59 0.83 40.27 43.31 61.99
‘2277A’ 13.32 0.66 86.02 0.00 0.00
‘2277B’ 13.23 0.27 27.06 59.45 68.88
短日中温 ‘2310SA’ 22.28 0.38 75.26 2.08 0.00
‘2310S’ 32.37 0.97 33.29 33.36 45.54
‘2277A’ 6.94 0.70 90.53 1.83 0.00
‘2277B’ 10.32 0.55 13.91 75.22 78.06
长日高温 ‘2310SA’ 97.86 0.00 2.14 0.00 0.00
‘2310S’ 99.98 0.00 0.02 0.00 0.00
‘2277A’ 1.78 0.00 81.67 16.54 3.64
‘2277B’ 3.88 0.00 2.84 93.28 71.33
图1 不同类型水稻不育系短日低温下穗发育
中净光合速率的变化
Fig.1 Net photosynthetic rate changes of different rice male
sterile lines during panicle development under
short daylength and low temperature
3 短日低温下不同类型水稻不育系花药中SOD、
POD、CAT活性及MDA含量变化
图2显示从减数分裂期到三核期, 随穗发育,
水稻花药中SOD、POD、CAT活性总体趋势下降,
MDA含量总体趋势 上升。
同一材料自身发育时期相比, ‘2277A’和‘2310S’
的SOD活性单核期都比减数分裂期显著升高, 二
核期显著下降, 三核期略有上升, 而‘2310SA’和
‘2277B’减数分裂期SOD活性较强, 单核期显著下
降, 二核期不显著地持续下降, 三核期时上升或下
降也不显著(图2-A)。同一材料POD活性减数分裂
期都显著高于其他时期, 单核期显著下降、二核
期继续略降, 其后略升(图2-B)。CAT活性在不同
材料中变化不同, 无规律性(图2-C)。
植物生理学报1182
MDA含量, 各材料单核期都比减数分裂期高,
不同的是不育材料‘2277A’和‘2310SA’其单核期
MDA含量比减数分裂期分别极显著升高117.36%
和104.33%, 而可育材料‘2310S’和‘2277B’推迟至
二核期显著升高155.76%和91.08%, 单核期上升不
显著(图2-D)。
不同育性水稻同期花药相比, 就SOD活性而
言, 不育材料‘2310SA’减数分裂期和三核期显著高
于、二核期略高于而单核期显著低于其可育对照材
料‘2310S’; 不育材料‘2277A’除单核期显著高于其
可育对照材料‘2277B’, 其他时期高低差异不明显。
不同育性花药中POD活性差异明显, 不育‘2310SA’
在4个检测时期都低于可育‘2310S’, 减数分裂期和
三核期达显著水平; 不育‘2277A’除二核期略高, 其
他三个检测时期都低于可育‘2277B’, 其中三核期达
显著水平。CAT活性相比无明显规律。不育‘2310SA’
花药中MDA含量除二核期略低于可育‘2310S’, 其
他3个时期都高于‘2310S’; 不育‘2277A’花药中MDA
含量减数分裂期和二核期低于而单核期和三核期
高于可育‘2277B’, 高低差异都不显著。
上述结果表明穗发育后期, 不育花药中POD
活性稳定较低, MDA含量较高且关键是其膜脂化
加剧的时间提早。
4 短日低温下不同类型水稻不育系剑叶中SOD、
POD、CAT活性及MDA含量变化
图3表明, 从减数分裂期到三核期, 水稻剑叶
中SOD、POD和CAT活性总体趋势上升, MDA含
量总体趋势下降, 与花药中变化趋势相反。
由图3-A可见, 短日低温下各育性水稻后期剑
叶中SOD活性, 从减数分裂期至二核期持续显著
上升, 三核期可育材料‘2277B’仍然上升, 3个不育
系比前期略下降。不育材料‘2277A’减数分裂期显
著高于可育材料‘2277B’, 而三核期显著低于可育
材料‘2277B’, 其他时期差异不大。不育材料‘2310SA’
减数分裂期略高于可育材料‘2310S’, 其他3个时期
都低于可育材料‘2310S’, 在单核期差异达显著水平。
图3-B表明, 随穗发育, 水稻叶片中POD活性
减数分裂期较低, 单核期或二核期显著上升, 三核
期依然较高, 特别是可育材料‘2310S’。不育材料
‘2277A’单核期显著低于可育材料‘2277B’, 其他时
期差异不明显, 不育材料‘2310SA’在4个时期都低
于可育材料‘2310S’, 三核期达极显著水平, ‘2310SA’
图2 短日低温下不同育性水稻花药中抗氧化酶活性和MDA含量
Fig.2 Antioxidant enzyme activities and MDA contents in different rice anthers under short daylength and low temperature
杜士云等: 三类雄性不育水稻花药和叶片中抗氧化酶活性变化 1183
在4个时期也都低于其母本‘2277A’, 单核期略低,
其他3个时期显著低。
图3-C为叶片的CAT活性, 除了‘2310SA’, 其他
3份材料单核期都显著升高, 且后期一直维持在较
高水平。各时期, 除了‘2310SA’减数分裂期较高外,
其他材料在相同穗发育时期CAT活性差异不显著。
图3-D显示, 叶片减数分裂期MDA含量显著
高于其他时期, 单核期和二核期持续下降, 三核期
略有上升。不同材料间, 不育材料‘2277A’减数分
裂期显著比可育材料‘2277B’高, 其他时期差异不
明显, 而不育材料‘2310SA’的MDA含量还小于可
育材料‘2310S’, 单核期达显著水平。
综上可见, 不育系后期剑叶中POD活性和花
药中相同, 也稳定较低, 可能和其不育性联系较紧,
而SOD活性变化不稳定, 不育剑叶MDA含量不高,
可能和其不育性关系不大。
5 光温敏水稻不育系在短日低温和长日高温条件
下剑叶中SOD、POD、CAT活性及MDA含量变化
由于水稻光温敏不育系‘2310S’具有育性转换
的特性, 调查分析了其在短日低温可育和长日高
温不育时剑叶中酶的活性及MDA含量变化, 结果
见表2。
不育剑叶中SOD活性4个检测时期都极显著
高于可育剑叶, 表明不育剑叶所受环境胁迫较重,
而POD活性并没随着升高, 相反在单核期极显著
低于可育剑叶。同期相比, 3个发育时期可育剑
叶中MDA含量高于不育叶片, 在减数分裂期和
单核期达显著水平, 进一步表明叶片中MDA含量
和不育性无明显关系。CAT活性差异不明显。
和上述图3短日低温下不育剑叶相对于可育
剑叶的调查结果相比，MDA和POD变化一致, 而
SOD变化几乎相反。即不论是在相同的还是不同
的光温环境下, 不育剑叶中POD活性和MDA含量
都低于可育剑叶, 但短日低温下不育剑叶中SOD
活性大都低于相同环境下的可育剑叶, 而长日高
温下不育剑叶中SOD活性4个检测时期都极显著
高于短日低温下可育剑叶。可见, MDA和POD的
变化相对稳定, SOD活性随环境不同变化大, 不育
花药中SOD活性高于可育花药, 叶片在两种极端
的环境下也表现出相同的规律。
图3 短日低温下不同育性水稻叶片中抗氧化酶活性和MDA含量
Fig.3 Antioxidant enzyme activities and MDA contents in different rice leaves under short daylength and low temperature
植物生理学报1184
6 减数分裂期水稻不育系幼穗不同光温环境下
SOD、POD、CAT活性及MDA含量变化
因减数分裂期为光温敏不育系育性发育的主
要敏感时期, 且长日高温下光温敏不育系单核期
已败育, 故选择不同环境胁迫时减数分裂期的幼
穗为检测目标。
减数分裂期, 光温敏不育水稻‘2310S’随着结
实率由61.99% (短日低温下高可育)到45.54% (短
日中温下低可育)到0 (长日高温下完全不育)的变
化(表1), SOD活性越来越强(表3), 前后增加46.0%,
差异显著; POD活性变低且变化更加迅速, 在低可
育时POD活性即极显著降低37.81%; MDA含量越
来越高, 完全不育幼穗比高可育幼穗MDA含量显
著增高92.33%; CAT活性几乎无变化。
根据不同环境下光温敏水稻‘2310S’酶的活性
及对应的自交结实率, 相关性计算结果为光温敏
水稻减数分裂期幼穗中SOD活性与不育性显著正
相关(r=0.998), POD活性显著负相关(r=–0.616),
MDA含量显著正相关(r=0.991), CAT正相关, 不显
著(r=0.222)。
水稻新不育系‘2310SA’各个环境下不育性稳
定, 自交结实率都为0, 但其败育花粉短日低温和
中温下以染败为主, 长日高温下以典败为主(表1)。
其几种抗氧化酶活性的变化几乎和‘2310S’相反
(表3), 显示长日高温下其所受的环境胁迫比短日
低温和中温下还弱。
讨　　论
不育水稻相比可育水稻生理研究方面, 以往
比较统一的研究结果为不育花药具较低的ATP含
量和较高的O2·ˉ产生效率, 且有H2O2和MDA的积累
(邹国林等1991; 陈贤丰和梁承邺1991, 1992; 张明
永等1997; Wan等2007), 本实验也表明如外界环境
造成了水稻结实率的降低, 同时生理上会伴随着
MDA含量的增高。
关于SOD、POD和CAT的活性变化, 可能因
表2 光温敏水稻不育系‘2310S’不育和可育剑叶中抗氧化酶活性和MDA含量
Table 2 Antioxidant enzyme activities and MDA contents in fertile or sterile flag leaves of
photo-thermo sensitive genic male sterile ‘2310S’ line

类型 发育时期
SOD活性/ POD活性/ CAT活性/ MDA含量/
U·g-1 (FW) mmol·g-1 (FW)·min-1 mmol·g-1 (FW)·min-1 nmol·g-1 (FW)
不育剑叶 减数分裂期 1081.72±183.21ABab 2.24±0.08CDe 0.80±0.28Bb 16.83±1.60ABb
单核期 894.58±194.38BCb 1.56±0.22De 1.12±0.08Bb 11.82±0.26CDd
二核期 1195.68±107.22ABa 2.64±1.36CDde 0.90±0.96Bb 11.77±0.61CDd
三核期 1259.59±91.35Aa 5.40±0.82ABab 3.16±1.06Aa 10.73±1.21DEd
可育剑叶 减数分裂期 234.98±16.93Ed 2.22±0.38CDe 0.52±1.04Bb 19.27±1.70Aa
单核期 424.03±47.77DEcd 4.82±0.94ABbc 1.06±0.90Bb 14.22±1.62BCc
二核期 617.39±33.98CDc 3.64±0.40BCcd 1.18±0.78Bb 8.44±0.78Ee
三核期 622.91±184.91CDc 6.56±0.94Aa 1.04±0.52Bb 11.53±1.20CDd
　　结果以均值±标准差表示, 多重比较采用LSD法, 同列数据后不同大小写字母分别表示0.01和0.05水平上差异显著, 表3同此。
表3 减数分裂期水稻不育系幼穗不同光温环境下抗氧化酶活性和MDA含量
Table 3 Antioxidant enzyme activities and MDA contents of sterile rice panicles in meiosis stage
under conditions with different daylength and tempreture

不育系 处理
SOD活性/ POD活性/ CAT活性/ MDA含量/
U·g-1 (FW) mmol·g-1 (FW)·min-1 mmol·g-1 (FW)·min-1 nmol·g-1 (FW)
‘2310S’ 短日低温 578.07±8.76ABbc 2.38±0.020Aa 0.84±0.10Aa 4.43±0.26Ab
短日中温 664.21±96.81ABab 1.48±0.002Ccd 1.00±0.30Aa 6.02±0.66Aab
长日高温 844.02±76.17Aa 1.60±0.040Ccd 0.84±0.42Aa 8.52±1.64Aa
‘2310SA’ 短日低温 849.02±92.51Aa 1.70±0.180BCc 0.20±0.22Ab 5.53±1.16Aab
短日中温 607.11±99.98ABb 2.00±0.004Bb 0.88±0.14Aa 5.78±1.40Aab
长日高温 416.98±33.04Bc 1.30±0.120Cd 0.54±0.08Aab 4.44±0.15Ab
杜士云等: 三类雄性不育水稻花药和叶片中抗氧化酶活性变化 1185
为对水稻育性认识的局限或材料的不同或条件的
限制, 以往的研究对于不育水稻抗氧化酶促防御
系统几种关键指标的研究结果不尽完善和相同。
如陈贤丰和梁承邺(1992)以PTGMS不育系‘农垦
58S’和‘w6154S’为材料, 研究发现单核早期、单核
晚期、二核及三核期的不育花药3种酶在每小穗
花药中的总活性普遍低于其可育花药。张明永等
(1997)比较了CMS水稻不育系‘珍汕97A’及其同核
异质保持系‘珍汕97B’, 结果表明, 与可育三核期花
药相比, 不育三核期3种酶活性较低。梅启明等
(1990)研究发现, 从穗发育雌雄蕊原基分化期到三
核期, 不育‘农垦58S’幼穗或花药中SOD活性明显
比其可育状态下的高, POD活性前后两期增高, 中
间3期相差不明显。舒孝顺和陈良碧(1999)研究发
现, 温敏不育系花粉母细胞形成期和减数分裂期
不育株幼穗中POD活性极显著高于可育株。Wan
等(2007)采用电泳及荧光定量方法研究发现, 从减
数分裂期到单核后期, ‘粤泰A’花药中SOD活性和
‘粤泰B’没有显著差异。
在叶片研究方面, 邹国林等(1991)研究发现穗
分化第2次枝梗原基分化期至花粉母细胞形成期,
‘农垦58S’叶片POD和SOD比活力高于‘农垦58’, 同
一品种, 长日中POD和SOD活性高于短日, ‘农垦
58S’中CAT比活力变化较显著, 但无规律。王志强
等(1990)测定了第2次枝梗原基分化期至花粉内容
物充实期‘农垦58S’和‘农垦58’倒数第二叶POD活
性, 表明, 长日下‘农垦58S’在整个育性转换过程中
则发生剧烈的起伏变化, 不育的‘农垦58S’中POD
活性有时高于有时低于可育的‘农垦58S’。梅启明
和朱英国(1990)发现‘农垦58S’叶片中的SOD, 在其
幼穗发育的雌雄蕊原始体形成期进行LD或R处理,
酶活性陡增。
本实验结果(图2、3)中, 相同的短日低温环境
下, 从减数分裂期到三核期, 随穗发育进程, 水稻
花药中各项指标总的变化趋势由高到低, 而剑叶
中变化相反, 由低到高, 且花药前期即减数分裂期
和单核期SOD的活性比剑叶中的明显高, 显示水
稻花药比叶片对光温胁迫更敏感。
光温胁迫对不育与可育水稻剑叶在活性氧代
谢方面没有造成明显差异, 这种差异主要存在于
水稻生殖器官花药中, 张明永等(1997)通过减数分
裂期不育和可育幼穗和叶片的比较, 提出过相同
的观点, 本实验通过4个穗发育时期的检测及不同
的不育水稻之间的比较, 进一步完善和验证了这
个结果。在所有检测中, 不育水稻剑叶MDA含量
和可育水稻相比, 没有明显变化规律。例如PTGMS
不育系不育剑叶中MDA的含量有的时期还显著低
于可育剑叶(表2)。
不育水稻相比可育水稻, 在穗发育后期的减
数分裂期到三核期, POD活性和MDA含量变化较
稳定。不育叶片和花药中POD活性各个时期几乎
都低于可育水稻, MDA含量总体上在不育花药中
含量较高, 特别是PTGMS水稻完全不育花药中
MDA含量显著高于其可育花药(表3)。SOD活性
受外界环境影响大, 会因不同穗发育时期或不同
的环境或不同的水稻而有不同的变化, CAT活性变
化无规律。
针对不同类型的不育水稻, PTGMS水稻对光
温反应敏感, 自身具有明显的从不育到可育的育
性转换特性。光温环境变化对其有更明显的胁迫
性, 表现为3种酶不能协同作用, 花粉发育后期,
SOD活性高, POD活性低, 膜脂化程度高和时间提
前是其花粉败育过程中的一种生理现象(图2-D、
表3)。相关性计算表明SOD活性和MDA含量与其
不育性呈显著正相关, POD活性呈显著负相关,
CAT活性不显著正相关。同时, PTGMS水稻各期
叶片中SOD变化与花药中变化相同, POD活性只是
推迟至单核期显著下降(表2), 可见PTGMS水稻对
光温胁迫尤其敏感。
CMS水稻与可育的保持系相比, 短日低温下
除了仅在花药中POD活性低于保持系, 其他花药
中指标包括叶片中的所有检测结果都或高或低没
有特别有规律的变化(图2、3), 这可能是因为低温
对可育保持系造成一定的胁迫, 表现在其自交结
实率为68.88%, 小于正常环境下80%的结实率, 也
可能是因为CMS水稻在各种环境下育性几乎无变
化, 其不育性与环境的光温胁迫联系不大。
新型PCMS水稻相比父母本, 败育更完全, 各
种光温下稳定不育, 但花粉败育类型不同, 短日低
温下与母本CMS水稻相似 , 长日高温下与父本
PTGMS水稻相似(表1)。短日低温下与保持系即
父本相比, 其几项指标检测结果也表明其败育更
植物生理学报1186
完全, 所受的胁迫较大, 表现在SOD升高, POD降
低, MDA含量高等方面。不过, 自身短日低温和长
日高温下相比, PCMS水稻花药中SOD活性和MDA
含量短日低温下显著高, 可能表明PCMS水稻短日
低温下所受光温胁迫高些, 这点与其父本相反, 相
同的是长日高温即不育花粉败育时期较早和较彻
底时其POD活性相比显著较低(表3)。
综合看, 本实验中, 光合速率、POD活性和
MDA含量与不同类型水稻花粉的败育联系比较紧
密, 不育花粉发育后期, 光合速率和POD活性都稳
定较低, 这可能引起了其能量和物质代谢的异常,
膜脂过氧化时间提早, 从而造成了花粉的败育。
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