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Comparative Analysis of Antioxidase Activities in Needles of Different Larch Hybrids

杂种落叶松不同子代针叶内抗氧化酶活性的比较


为研究不同品种杂种落叶松针叶内抗氧化酶活性的差异,用紫外分光光度法对日本落叶松、兴安落叶松和长白落叶松的杂交后代,共2代7个家系的杂种落叶松针叶内的过氧化氢酶(CAT)、过氧化物酶(POD)和超氧化物歧化酶(SOD)的活性及其差异进行比较分析。结果表明:2代7个家系杂种落叶松针叶内的CAT、POD和SOD的活性差异极显著(P <0.01),F1代CAT、SOD的活性普遍高于F2代,POD活性低于F2代。在抗氧化酶方面,F1代杂种优势高于F2代,F1代日3×兴2、F2代日12×兴9等具有较好的潜在抗虫性; 结合其他抗虫生理指标,该研究结果在选育落叶松抗虫品种过程中有参考价值。

Antioxidases are important defensive substance in plants, and can maintain balance of oxidative metabolisms in vivo to ensure healthy growth of plants. In this study, the activities of superoxide dismutase (SOD), catalase (CAT) and peroxidase (POD) in needles of hybrids between Larix kaempferi, L. gmelinii and L. olgensis were assayed with UV-spectrometry to investigate variation in the enzymes among the hybrids. The results showed that there were significant difference (P<0.01) in SOD, CAT and POD activities among 7 families hybrids of two generations. Though POD activity of F1 generation was lower than F2 generation, activities of the CAT or SOD were higher than F2 generation, suggesting that heterosis of F1 generation was greater than F2 generation. Additionally, some hybrids, such as F1 generation of L. kaempferi 3 ×L. gmelinii 2, and F2 generation of L. kaempferi 12 ×L. gmelinii 9, expressed strong resistance to pests and could be used as resistance resources against larch pests.


全 文 :第 !" 卷 第 # # # 年 #月 林 业 科 学 &’()*+(, &(-.,) &(*(’,) ./01!"!*/1#
2345!% # # 杂种落叶松不同子代针叶内抗氧化酶活性的比较 严善春#6门丽娜#6石6蕾%6 鲁艺芳# "#1东北林业大学林学院林木遗传育种国家重点实验室6哈尔滨 #9!#
%1内蒙古自治区环境科学研究院环境规划研究所6呼和浩特 #6!6!%过氧化物酶"S2H和超氧 化物歧化酶"&2H的活性及其差异进行比较分析& 结果表明’% 代 " 个家系杂种落叶松针叶内的 ’,+%S2H和 &2H
的活性差异极显著"@m1#!Q# 代 ’,+%&2H的活性普遍高于 Q% 代!S2H活性低于 Q% 代& 在抗氧化酶方面!Q# 代杂种优势高于 Q% 代!Q# 代日 7 e兴 %%Q% 代日 #% e兴 ; 等具有较好的潜在抗虫性# 结合其他抗虫生理指标!该研 究结果在选育落叶松抗虫品种过程中有参考价值& 关键词’6杂种落叶松# 超氧化物歧化酶# 过氧化氢酶# 过氧化物酶 中图分类号! &"8717819666文献标识码!,666文章编号!## A"!::"%$####$ A$### A$9 收稿日期’ %$#$ A$7 A%## 修回日期’ %$#$ A## A%%& 基金项目’国家公益性行业科研专项"%;!%##东北林业大学研究生创新基金项目"ECI@;& 3,+"#-#%7*=’#&9/%/,0=’%7%6#-:;892-%(/
OIF &?IF3?PF#6 fNF -DFI#6 &?D-ND%6 -P ODXIFE#
"#1,’1’%8%(91:!#;J%%A-2+! F#/%&’(425&-’(6M1:-2 #9!#
%1<25-#2G%2’1*@*122-2+ C2&’-’0’%! C22%I#2+#*-1 <25-#2G%2’1*,.-%2.%3.1A%G(6M#//#’#
=2/-#:’6,F4D/_DUIVNVICND@K/C4IF4UNXNFVD[NVPYV4IF3NDF K0IF4V! IFU 3IF @IDF4IDF YI0IF3N/X/_DUI4D[N@N4IY/0DV@V
-2 5-5#4/NFVPCN?NI04?WEC/M4? /XK0IF4V5(F 4?DVV4PUW! 4?NI34D[D4DNV/XVPKNC/_DUNUDV@P4IVN"&2H!3I4I0IVN",+
IFU KNC/_DUIVN"S2HDFFNNU0NV/X?WYCDUVYN4MNNF91-EO1%G=;%!9!+G1# DF &2H! ’,+IFU S2HI34D[D4DNVI@/FE" XI@D0DNV?WYCDUV/X4M/ENFNCI4D/FV5+?/PE? S2HI34D[D4W
/XQ# ENFNCI4D/F MIV0/MNC4?IF Q% ENFNCI4D/F! I34D[D4DNV/X4?N’,+/C&2HMNCN?DE?NC4?IF Q% ENFNCI4D/F! VPEENV4DFE
4?I4?N4NC/VDV/XQ# ENFNCI4D/F MIVECNI4NC4?IF Q% ENFNCI4D/F5,UUD4D/FI0W! V/@N?WYCDUV! VP3? IVQ# ENFNCI4D/F /X-5
ZIN@KXNCD7 e9!+G%*-2-%! IFU Q% ENFNCI4D/F /X9!O1%G=;%-#% e9!+G%*-2-;! N_KCNVVNU V4C/FECNVDV4IF3N4/KNV4V IFU 3/P0U YNPVNU IVCNVDV4IF3NCNV/PC3NVIEIDFV40IC3? KNV4V5 >*9 ?,-(/’60IC3? ?WYCDUV# 3I4I0IVN# KNC/_DUIVN# VPKNC/_DUNUDV@P4IVN 66 抗 氧 化 酶 系 统 是 活 性 氧 "CNI34D[N/_WENF VKN3DNV!k2&的重要清除剂"+IFE%’1*!%## 李霞
等! %9$& 过氧化氢酶"3I4I0IVN!’,+$%过氧化物 酶"KNC/_DUIVN!S2H$和超氧化物歧化酶 "VPKNC/_DUN UDV@P4IVN!&2H$是植物体内重要的抗氧化酶"TN@I %’1*!%7!它们能有效地抑制 k2& 对植物细胞 膜%H*,和蛋白质的侵害"RIFE%’1*!%8# kPVDFI %’1*!%!!维持体内氧化代谢的平衡!从而保证
植物的健康生长& 许多研究表明’’,+%S2H和 &2H
的活性与抗虫性有关 "BCDV?FIF %’1*!%8# TPIFE %’1*!%"# 史瑞等! %:$!可以作为抗虫性指标& 落叶松"91$-EVKK5$是我国东北地区主要的造 林树种之一!也是林木遗传改良研究的主要对象之 一& 经过选育具有优良性状的杂种落叶松!种内及 种间的不同组合不仅在生长性状上!也表现在抗性% 适应性及材质等方面具有不同的杂种优势 "罗旭 等! %9# 张含国等! %9# 康迎昆等! %"# 杨书
文等!#;;%& 如欧洲落叶松" 91-EA%.-A01e"9!O1-"e的生长优于当
地的欧洲落叶松 "孙晓梅等! %:# 张含国等! %9!"9!+G的杂
种在日本最北的岛屿北海道表现良好 "张含国等!
#;;:!杂种 Q# 代的抗鼠害能力及抗虫性更强 "fIVI?DZ/%’1*!%:# +IZIIZD%’1*!%8& 我国
林 业 科 学 !" 卷6
从 %: 年代初开展落叶松杂种优势选育试
验!多数研究杂种的生长优势"树高%胸径%材积" "李艳霞等!
%;# 杨书文等!#;:9$!而有关落叶松杂种间针叶 内的抗氧化酶的活性及其差异等相关抗病虫性机制 的研究还未见报道& 本文对日本落叶松%兴安落叶 松和长白落叶松杂交后的 Q# 代和 Q% 代!共 % 代 " 个家系针叶内的 ’,+%S2H和 &2H的活性及其差异 性进行了比较分析!为落叶松的遗传改良和选育抗 虫性强的品种提供依据& #6材料与方法 @F@A材料 植物材料于 "月下旬采自黑龙江省牡丹江市林口 县青山林场的落叶松种子园和子代林& 在同一立地条 件下!选择相同家系的 %;年和 %% 年健康的杂种落叶松 Q#代和Q%代!分别为日 #% e兴 ;%日 7 e兴 %%日 7 e兴 ;%日 9 e长 "" A7%日 9 e长 ": A7%日 9 e兴 ; 和兴 " e 日 "" A%& 每一家系的落叶松采集 8 株!每株按照上% 中%下 7 个层次的东%南%西%北 ! 个方向来采集针叶混 合后代表 #棵样树的针叶样& 将采集好的针叶样品编 号封装入拉链塑料袋内!迅速放入冰盒!带回实验室 A!$ d冷藏待测"冯玉龙等! %%& @FCA测定方法 S2H活性测定参照李合生 "%$的愈创木酚 法!以# @DF内 2H!"$变化 $1$# 的酶量为 # 个酶活力 单位"q$& ’,+%&2H活性测定参照王晶英"%7的过氧化氢氧化法和氮蓝四唑染色法!’,+以 #@DF 内 2H%!减少 1# 的酶量为 # 个酶活力单位 "q!
&2H以将氮蓝四唑"*G+9>时所
需的酶量为 # 个酶活力单位"q& 每种处理重复测 定 8 次& @FEA数据分析 使用 &S&& #%1 软件计算抗氧化酶活性的平均
值和标准误后!采用 /FN‘MIW,*2.,差异显著性分
析!以 -&H"最小显著法)i19)i1# 水 平下检验品种之间的差异显著性以及聚类分析& 所 有统计分析 2 i8& %6结果与分析 CF@A同代不同家系之间杂种落叶松针叶内抗氧化 酶活性的比较 Q#%Q% 代各家系落叶松针叶内 ’,+活性的比 较6Q# 代各家系之间 ’,+的活性存在差异"表 #!
其中日 7 e兴 % 的 ’,+活性最高!其次为日 7 e兴
;%日 9 e长 ": A7# Q% 代各家系之间 ’,+的活性也
存在差异!日 9 e长 ": A7 的 ’,+活性极显著高于
其他 8 个家系&
表 @A不同家系过氧化氢酶过氧化物酶和超氧化物歧化酶活性的比较! )#2B@A3,+"#-%/,’,03=)& .[H#’(![H#:%7%0#+%&%*/ 0q)EA# "QR@DF A# 1 家系 QI@D0DNV 过氧化氢酶活性 ’,+I34D[D4DNV 过氧化物酶活性 S2HI34D[D4DNV 超氧化物歧化酶活性 &2HI34D[D4DNV Q# Q% Q# Q% Q# Q% 日 #% e兴 ; 9!O1%G=;%-#% e
9!+G%*-2-;
7117I,71: r19I,’ !1;8 r1"I, !1:r187I, %":1:% r%#5!7I, !:81#rI,
日 7 e兴 ;69!O1%G=;%7e9!+G r1;Y3G’ !18% r1"I, #71%r1:8YG #"1"8 r71; r#:58"I, 7891; r#859;Y3G’ 兴 " e日 "" A% 9!+G%*-2-" e9!O1%G=;%-"" A%
%1;8 r17I, 91r$1$"I, r1:I, %!18! r!19;3’ !791#r957;YG !#:1: r:59IY,G 66!表中数据为平均值 r标准误# 同列不同字母表示同代不同家系相比酶活性差异显著性"小写字母 @m19!@m1# & HI4I
ICN@NIF r&)5HDXNCNF40N4NCVDF 4?NVI@N3/0P@F @NIF VDEFDXD3IF4UDXNCNF3N/XI34D[D4DNVDF UDXNCNF4XI@D0DNV"V@I00N4NCV’ @m19# 3IKD4I00N4NCV’
@ m1#5 66Q# 代%Q% 代各家系落叶松针叶内 S2H活性的 比较6Q# 代 " 个家系之间 S2H活性存在差异 "表 #!日 7 e兴 ; 的 S2H活性极显著高于其他 8 个家
系"@m1#!其余 8 个家系之间差异不显著& Q% 代日 7 e兴 % 的 S2H活性最高!与其他 8 个家系差 异极显著"@m1## 日 7 e兴 ; 的S2H活性略低!
与其他 8 个家系差异极显著"@m1#& Q# 代%Q% 代各家系落叶松针叶内 &2H活性的 %## 6第 # 期 严善春等’ 杂种落叶松不同子代针叶内抗氧化酶活性的比较
比较6由表 # 看到!Q# 代各家系之间 &2H的活性存
在差异!日 9 e兴 ; 的 &2H活性最高!与日 7 e兴 %
和兴 " e日 "" A% 差异显著"@m19!7"@m1## 日 9 e长 "" A7 的
&2H活性略低!与其他 7 个家系差异极显著 "@m
1#& Q% 代日 #% e兴 ; 的 &2H活性最高!它与日 9 e长 ": A7 差异显著"@m19!与日 7 e兴 ; 和
兴 " e日 "" A% 差异极显著"@m1## 日 9 e兴 ;%日 7 e兴 % 和日 9 e长 "" A7 的 &2H活性略低! 它们之间差异不显著& CFCA相同家系不同代杂种落叶松针叶内抗氧化酶 活性的比较 相同家系落叶松的 Q# 代与 Q% 代针叶内的 ’,+ 活性存在差异"图 #& Q# 代与Q% 代之间日 7 e兴 ;%
兴 " e日 "" A% 差异显著 "@m19!7e1#& % 代之间
S2H活性也有差异!日 7 e兴 ; 差异显著"@m19!7e1#& % 代之间针叶内
&2H的活性!兴 " e日 "" A% 差异显著"@m19!日 #% e兴 ;%日 9 e长 ": A7 差异极显著"@m1#&
图 #6相同家系 Q# 代与 Q% 代落叶松针叶内抗氧化酶活性的比较
QDE5#6’/@KICDV/F /XIF4D/_DUIVNI34D[D4DNVDF FNNU0NV/X0IC3? ?WYCDUVYN4MNNF Q# ENFNCI4D/F IFU Q% ENFNCI4D/F XC/@VI@NV4CIDF
日 #% e兴 ; 9!O1%G=;%-#% e 9!+G%*-2-;# 日 7 e兴 ; 9!O1%G=;%-7 e 9!+G%*-2-;# 兴 " e日 "" A% 9!+G%*-2-" e 9!
O1%G=;%""A-9 e9!#*+%2&-&": A7# 日 9 e长 "" A7 9!O1%G=;%-9 e9!#*+%2&-&"" A7# 日 9 e 兴 ; 9!O1%G=;%-9 e 9!+G%*-2-;# 日 7 e兴 % 9!O1%G=;%7e9!+G19# 大写字母’ @ m1# & HDXNCNF40N4NCV@NIF VDEFDXD3IF4UDXNCNF3N/X
I34D[D4DNVDF UDXNCNF4ENFNCI4D/FVXC/@VI@NXI@D0W"V@I00N4NCV’ @ m19# 3IKD4I00N4NCV’ @ m1#5:!!@m1## ’,+’"i"1:#"!@m1##
S2H’"i#;1"!@m1#& 利用 &2H%’,+和 S2H
的活性进行聚类分析可将不同品种杂种落叶松分为
! 类"图 %!Q;!’,+%S2H和
&2H在植物的抗虫防御过程中起到了重要的保护
作用"李明等! %#!"!;# S2H能催化过氧化氢而将酚
类氧化成醌类!醌类则不利于昆虫的取食和消化
"史瑞等! %:$# &2H是植物抗氧化防御机制中不 可缺少的蛋白成分"&DFE? %’1*!%;!&2H与细胞 的抗氧化能力极其相关 ",FY?I^?IEIF %’1*!%:# 华宏等! %:!是造成植物多种伤害的活性氧的一
种有效的清除剂!其活性大小与植物抗病虫%抗逆境
胁迫%抗衰老等有关&
本试验结果表明’" 个家系 Q#%Q% 代的落叶松
针叶内 ’,+%S2H% &2H的活性差异极显著 "@m
1#!" 个家系 Q# 代 ’,+%&2H的活性普遍高于 Q% 代! Q# 代 S2H活性低于 Q% 代!说明不同家系a 子代的落叶松抗虫性有显著差异!Q# 代杂种优势高 于 Q% 代& 植物在与植食性昆虫长期协同进化过程 中形成的抗虫性与植物自身的形态结构%营养物质 及次生代谢产物等有直接关系& 本试验则反映出不 同落叶松品种的抗虫性水平可能与其保护性酶的变 化有关"潘敏等! %9& 聚类分析将 Q% 代日 7 e
兴 % 划分为一类!该种的 7 种保护性酶活性较高!说
明 Q% 代虽比 Q# 代杂种优势低!但也表现出杂种优
势!Q% 代也可以利用& 这与张含国"%8$8的试验结果一致& 宁锟等"#;;8认为杂
种后代的培育关键在于筛选出优良组合!杨书文等
"#;;%在研究落叶松遗传改良效果及其育种程序 中发现 ! 个杂交组合均表现出杂种优势!其中表现 最好的组合为日本落叶松与兴安落叶松的正反交! 本试验结果也证实了这一点& 抗虫品种的利用是控制植物虫害最经济有效的 措施& 抗性强的植物品种其保护性酶活性高%清除 活性氧的能力较强"张新兰! %:& 在本研究的 "
个家系a子代中!Q# 代日 7 e兴 %%日 7 e兴 ;!Q% 代
日 #% e兴 ;%日 9 e长 ": A7 的保护酶活性均较高!
表明其潜在的抗虫性较强& 然而!保护性酶活性高!
清除活性氧的能力较强只是抗虫性的一方面!植物
抗虫性是一个综合表现!还包括对虫害的识别和响
应速度!体内其他抗虫物质的积累等& 有关落叶松
其他抗虫物质在不同家系子代之间的变化将另文
报道&
参 考 文 献
冯玉龙! 姜淑梅!王文章!等5%:5磁场对马尾松种子质量和 S2H%&2H
酶活性的影响5南京林业大学学报’自然科学版!7% " 7 7;A!"55!7 ’7 A85
蒋选利!李振岐!康振生5%#5过氧化物酶与植物抗病性研究进展5 西北农林科技大学学报’自然科学版!%;"8$ ’#%! A#%;5 李合生5%5植物生理生化实验原理和技术5北京’高等教育出版 社!#8! A#8;5 李6明!王根轩5% ’97A9"5
李6淼!檀根甲!李6瑶!等5%;5不同抗性猕猴桃品种感染溃疡病 前后几种保护酶活性变化5激光生物学报!#:"7$ ’7"$ A7":5 李6霞!阎秀峰!于6涛5%95水分胁迫对黄檗幼苗保护酶活性及脂
质过氧化作用的影响5应用生态学报!#8"%;5杂种落叶松优良家系及优良单株 的选择5林业科技!7!"# ’9 A"5
罗6旭!王祥岐!张含国!等5%95杂种落叶松的生长表现及遗传增 益5东北林业大学学报!77"8$ ’: A;5 宁6锟!王6怡5#;;85陕 %%; 小麦新品种选育及其特性研究5西北农 业学报!9"%$ ’#9 A#:5 潘6敏!杨建平!李永祥!等5%95韭菜受迟眼蕈蚊为害后 7 种酶活
性的变化5西北农业学报!#!"7’#7" A#!5
孙晓梅!张守攻!王笑山!等5%:5日本落叶松 e长白落叶松杂种组 合间 生 根 性 状 及 幼 林 生 长 的 遗 传 变 异5林 业 科 学! !! "!$ ’!# A!"5 史6瑞!迟德富!张晟铭5%:5#5!78"; ’"! A"95
王晶英!敖6红!张6杰!等5%755!:85杂种二代落叶松增产能力的研究5
中国林副特产!"!’78 A7:5 杨书文!王秋玉!刘桂丰!等5#;;%5落叶松遗传改良效果及其育种程 序5东北林业大学学报!%"#’# A:5 杨书文!鞠永贵!张世英!等5#;:95落叶松杂种优势的研究5东北林学 院学报!#7"# ’7A785!!!5955! ’8; A"%5
张含国!袁桂华!李希才!等5#;;:5落叶松生长和材性杂种优势的研
究5东北林业大学学报!%8"785Q ’!; A9!5
张6健!严善春!王6琪5%;5落叶松结实量对其防御酶和蛋白酶抑 制剂活力的影响5林业科学!!9":$ ’;8 A#5
!##
6第 #5:55! ’ "" A:75
,FY?I^?IEIF &!RDFZDFV& &5%:5,YD/3?N@D3I0V4PUW/F[ICDIYD0D4W/XVPKNC/DUNUDV@P4IVN!3I4I0IVNIFUE0P4I4?D/FNKNC/DUIVNDFUCW30NIFNCV5(FUDIFJ/PCFI0/X0DFD3I0GD/3?N@DV4CW!75BDFN4D3V/X
M/PFU‘DFUP3NU I34D[I4D/F /XIF4D/_DUI4D[NNF W^@NVDF Y(?1 &1’-51’ UDXNCNF4DI0I34D[I4D/F I4UDXNCNF4EC/M4? V4IENV5S0IF4&3DNF3N!#8! "8 ’;79 A;!#5
TPIFERND!JDIn?DZPIF!TIF ]DFEXIFE5%"5)XN34V/X?NCYD[/CNV4CNVV YW3=/-&G%A-.1+-2-&B/3? /F 4?N@I0/FUDI0UN?WUN3/F4NF4VIFU 4?N I34D[D4DNV/XKC/4N34D[NNF W^@NVDF UDXNCNF4I0XI0XI[ICDN4DNV5,34I )3/0/ED3I&DF3I!%""8$ ’%#"" A%#:75 fIVI?DZ/*IZIEIMI! JPF TI@I4VP! fIZ/4/BPC/@ICP! %’1*5%:5
)XD3DNF3W/XK0IF4DFE?WYCDU 0IC3? Q# " 91E+G-I4UDXNCNF4K0IF4DFEUNFVD4DNVIFU PVDFEVNNU0DFEV/C C//4NU 3P4DFEV5J/PCFI0/XQ/CNV4kNVNIC3?!#7"! ’%99 A%85BCDV?FIF!B/UCoZH585,F4D/_DUIF4NF W^@NVDF ,=#A#=’%1 *-’#1*-& "G/DVUP[I0 ’ ,CN4?NWNF?IF3NU 4/KC/4N34EP44DVVPNVUPCDFE
/_DUI4D[NV4CNVV5J/PCFI0/X(FVN34S?WVD/0/EW!9%"#’## A%5
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!责任编辑6朱乾坤"
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