全 文 ：园 艺 学 报 2007，34(6)：1361—1366
Aeta Horticulturae Sinica
‘ 杨格尔 ’与
氧代谢比较
‘京 秀’葡萄胚珠发育过程中的活性
张朝红，王跃进 ，王西平，杨亚J,i1
(西北农林科技大学园艺学院，农业部西北园艺植物种质资源与遗传改 良重点开放实验室，陕西省农业分子生物学重
点实验室，陕西杨凌 7121oo)
摘 要：以盛花后不同时期的无核葡萄品种杨格尔和有核葡萄品种京秀的胚珠为材料 ，测定胚珠中超
氧阴离子 (o： )生成速率和过氧化氢 (H：0：)含量及活性氧清除酶活性 的变化。结果表明：0： 在两品
种胚珠发育过程中均呈一直上升的趋势 ，在胚珠发育的中后期无核品种杨格尔产生速率明显大于有核品种
京秀；胚珠中H 0：含量表现先升后降再升的趋势 ，但再升时无核品种杨格尔显著大于有核品种京秀；胚珠
内活性氧清除酶超氧化物歧化酶 (SOD)、过氧化氢酶 (CAT)、抗坏血酸过氧化物酶 (AsA．POD)及无核
品种杨格尔的过氧化物酶 (POD)活性表现先升后降的趋势，无核品种杨格尔的酶活性在胚珠败育后明显
下降，有核品种京秀仍在较高的水平，且有核品种的 POD活性先快速上升后一直保持缓慢上升的趋势。胚
珠内活性氧类物质及活性氧清除酶类的变化趋势与无核葡萄杨格尔幼胚败育有一定相关。
关键词：葡萄；无核葡萄；胚珠 ；发育 ；活性氧代谢 ；代谢
中图分类号 ：S 663．1 文献标识码：A 文章编号 ：0513-353X (2007)06．1361-06
A Comparative Study on M etabolism of Reactive Oxygen Species During
Ovule Development in Seeded and Seedless Grapes
ZHANG Chao—hong，WANG Yue-jin ，WANG Xi—ping，and YANG Ya—zhou
(College ofHorticulture，Northwest A&F University，Key Laboratory ofNorthwest Horticulture Plant Germpl~m and Genetic lm—
provement of Min~try Agriculture of Peoples Republic of China，Shaanxi Provincial Key Laboratory of Molecular Biology for Agri—
culture，Yangling，Shaanxi 712100，China)
Abstract：The O2 production rate and H2 O2 content and the activities Ol the antioxidant enzymes in the
ovule of seedless grape ‘Youngle’ and seeded grape ‘Jingxiu’were studied in the different periods after
bloom．The results indicated that the concentrations of O2 rose all the time，and the increasing rate in the O—
vule of seedless cuhivar ‘Youngle’was greater than that in the ovule of seeded cuhivar‘Jingxiu’during
middle and later periods of development；H2 O2 concentration increased initially and decreased before it in-
creased again．Th e subsequent increase in the seedless cuhivar ‘Youngle’ was significantly greater than see—
ded cuhivar ‘Jingxiu’．The activities of SOD，CAT and AsA—POD increased initially and dropped drastically
after ovule abortion in the seedless cuhivar ‘Youngle’． But it maintained high level in seeded cuhivar
‘Jingxiu’．The activity of POD in the ovule of the seedless cuhivar ‘Youngle’displayed a similar trend to
the other enzymes，but the activity in seeded cuhivar‘Jingxiu’ increased constantly，but the increasing
speed was lower in later stages．The changes of reactive oxygen content and the activity of antioxidant enzymes
in ovules have some relevance to ovule aboai0n in the seedless cuhivar ‘Youngle’．
Key words：Grapevine；Seedless grape；Ovule；Development；Reactive oxygen species；Metabolism
收稿日期：2007—05—23；修回日期：2007一lO—l6
基金项目：国家科技攻关计划项 目 (2004BA515BI1)；国家科技支撑计划项 目 (2006BAD01A1702)；农业部 ‘948’项 目
(zoo5一KZ40)
通讯作者 Author for corespondence(E—mail：wangyuejin@263．net)
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园 艺 学 报 34卷
无核葡萄按授粉结实特性分为两类：一类是单性结实，子房不经过受精而发育成果实；另一类是
假单性结实，即花器构造完全，能够进行正常的授粉和受精，但受精胚珠在发育过程中败育，不能形
成正常的种子，常称为败育型无核葡萄，这一类结实特性的品种占无核品种的85％以上，是葡萄无
核育种和栽培的主要类型。
有关假单性结实类无核葡萄胚珠败育的机理前人已从组织解剖学 (王近卫 等，1992；刘小宁
等，2005；王飞 等，2005)和生理生化变化 (王飞 等，2004)等方面做了研究，但未完全揭示出
败育的机理。
活性氧 (reactive oxygen species，ROS)是指具有较高化学反应活性的氧的几种代谢产物，如超
氧阴离子自由基 (0 )、羟自由基(·OH)和过氧化氢 (H 0 )等，普遍被认为是植物代谢过程中
的毒副产品，能引起植物体内大分子物质如脂类、蛋白质及 DNA的损伤 (Ueda et a1．，1985)。近年
来，关于活性氧与植物生长发育的关系进行了一些研究 (Desikan et a1．，2004；田敏 等，2005)，但
未见有关活性氧与无核葡萄胚珠败育关系的报道。
本试验中以无核葡萄 ‘杨格尔’和有核葡萄 ‘京秀’为对比材料，研究胚珠发育过程中活性氧
超氧阴离子 (0 )和过氧化氢 (H 0 )的含量以及活性氧清除酶超氧化物歧化酶 (SOD)、过氧化
氢酶 (CAT)、过氧化物酶 (POD)和抗坏血酸过氧化物酶 (AsA—POD)活性的变化及相互关系，以
揭示无核葡萄胚珠败育过程中活性氧代谢的变化趋势，探索无核葡萄杨格尔胚珠发育过程中活性氧变
化与种子败育的关系。
1 材料与方法
试验于2004～2005年在西北农林科技大学进行。材料为西北农林科技大学葡萄种质资源圃的种
子败育型早熟无核品种杨格尔，该品种为本课题组 70年代引自前苏联；对照为花期和成熟期与之相
近的有核葡萄品种京秀。
供试材料每品种5株，两品种均为2001年定植。
杨格尔分别于2004年5月 16日和 2005年5月 14日，京秀分别于2004年5月 18日和2005年5
月 15日，在始花期选取 60个花穗，去掉穗尖的花蕾和已经开放的花朵，套袋，第3天去掉所有未开
放的花蕾，以保证花期基本一致。从花后 18 d开始，每 3 d取样 1次，每次选取 4～6个果穗。取样
均在早晨 7：o0～7：30进行。
田间采集的果样装入塑料袋放入冰盒中带回实验室。随机取 90粒测定果粒鲜质量，之后在冰上
剥离出胚珠，称其质量，然后将胚珠放进一70~C的冰箱中备用。
0 生成速率测定参照王爱国和罗光华 (1990)的羟胺比色法。H 0 含量、SOD活性和 AsA—POD
活性测定参照陈建勋和王晓峰 (2002)的方法。H 0 含量采用四氯化钛比色法。SOD活性测定采用
氯化硝基四氮唑蓝 (NBT)比色法，将NBT还原抑制到对照一半 (50％)时所需的酶量为 1个酶活
单位。AsA．POD活性以 1 min内 OD ∞变化 0．01为 1个酶活单位。CAT活性测定参照罗华建等
(1999)的方法，以0D24o减少0．01为 1个酶活单位。
POD活性测定采用高俊凤 (2000)、陈建勋和王晓峰 (2002)的方法并作修改，取 PBS (pH
7．0)1 mL，0．3％ H 0 2 mL，0．2％愈创木酚0．95 mL，混匀后加入0．05 mL酶液启动反应，在25~C
准确反应 l0 min。jn z,5％偏磷酸0．1 mL终止反应，对照先加偏磷酸后加酶液，POD活性以1 min内
OD盯。增加0．01为 1个酶活性单位。
试验重复4次，取其平均值。
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6期 张朝红等：‘杨格尔’与 ‘京秀’葡萄胚珠发育过程中的活性氧代谢比较 1363
2 结果与分析
2．1 浆果发育与胚珠发育之间的关系
在幼果发育过程中，无核品种杨格尔与对照有核品种京秀的胚珠和浆果质量的变化趋势不同
(图 1)。
杨格尔胚珠的质量在授粉后 l8～36 d呈上升趋势，36 d时达到最大，之后下降，45 d时胚珠表
面出现凹陷，但浆果质量一直上升。7月 19日 (盛花后61 d)杨格尔果实成熟时胚珠 11．47 mg，比
48 d(15．45 mg)时进一步下降；浆果2．04 g，仍在上升。
对照品种京秀的胚珠和浆果质量基本上一直上升，48 d时分别为 64．27 mg和2．70 g，到成熟时
(盛花后60 d)分别达71．80 mg和4．33 g。
无核品种杨格尔胚珠在发育到36 d后质量下降，表现为果实发育过程中途败育，与董晓玲和贺
普超 (1991)的研究结果基本一致。浆果发育到花后45 d左右时，胚珠在外形上表面出现凹陷萎缩，
这可为判断杨格尔胚珠败育的时期提供参考。
l8 24 30 36 42 48
盛花后天数
l8 24 30 36 42 48
盛花后天数
Days afterbloom (d) Days afterbloom(d)
图1 杨格尔 (A)和京秀 (B)葡萄果实不同发育天数浆果和胚珠质量的变化
Fig． 1 Changes in mass of berry and ovule after bloom in seedl~
Youngle(A)and seeded Jingxiu (B)(2004-2005)
2．2 胚珠败育过程中的活性氧变化
0 和 H 0 是植物体代谢过程中产生的两种主要活性氧。0 在两葡萄品种胚珠发育过程中均呈
一 直上升的趋势 (图2，A)。无核品种杨格尔胚珠0 产生速率在盛花后24 d开始明显上升，此时，
三
量
．：
0
盛花后天数 Days after bloom(d)
图2 杨格尔和京秀葡萄花后胚珠发育进程中O2 生成速率 (A)和 H2O2含量 (B)的变化趋势
Fig．2 The O2 production rate(A)and H2 o2 content(B)during ovule development
in seedl~ Youngle and seeded Jingxin(2OO4—2005)
一∞g一∞∞暑 舌^ 咖蜷器毪
鲫 ∞ ∞ 加 0
0 5 0 5 0 5 0
3 2 2 l l 0 0
—8)镕日￡ b。∞咖蜷 斟
一∞g一∞§# 舌^ 咖蜷2妊毪
如 加 0
2 0 8 6 4 2 0
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—8)∞％￡P o∞咖蜷 斟
如 ∞ 如 ∞
2 2 l l
— l10§ 0
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1364 园 艺 学 报 34卷
胚乳已进入细胞化阶段 (刘小宁 等，2005)；而有核品种京秀胚珠 0 产生速率的上升一直较缓慢，
30 d前较杨格尔略高，以后明显低于杨格尔。
两个品种胚珠中 H 0 含量变化表现出先升后降再升的趋势。无核品种杨格尔胚珠 H 0 含量在盛
花后随着胚珠的快速生长而快速增高，27 d达到最大值，36 d降到最低，后又快速增加；而有核品
种京秀胚珠H 0 含量在盛花后21 d达到最大值后下降，至27 d时最低，其后一直缓慢增加 (图2，
B)。
2．3 胚珠败育过程中的活性氧清除酶活性变化
无核品种杨格尔胚珠和有核品种京秀胚珠的超氧化物歧化酶 (SOD)活性的变化规律相近，在盛
花后均先逐渐上升后下降。杨格尔胚珠 SOD活性在 36 d上升到最大值后迅速下降，在 48 d时已检测
不到其活性；京秀胚珠 SOD活性一直高于杨格尔，在30 d上升到最大值，以后缓慢下降 (图3，
A)。
两个品种胚珠中POD活性在盛花后均随着胚珠的发育而上升，无核品种杨格尔胚珠 POD活性在
33 d达到最大后迅速下降，而有核品种京秀胚珠的POD活性在花后上升到30 d时，维持一段时间高
活性后又继续缓慢上升，与杨格尔明显不同 (图3，B)。
CAT活性也随着胚珠的迅速生长而增加，但无核品种杨格尔胚珠 CAT活性在 27 d上升到最大值
后迅速下降；有核品种京秀胚珠 CAT在 30 d上升到最大值，以后缓慢下降，但一直维持在较高水平
(图3，C)。
抗坏血酸过氧化物酶活性开始随着胚珠的发育而增强，33 d后杨格尔快速下降，而京秀在 30 d
达峰值后呈现缓慢下降趋势 (图 3，D)。二者相比较，无核品种杨格尔胚珠 AsA—POD活性下降更为
迅速 。
—
0
0
18 21 24 27 3O 33 36 39 42 18 21 24 27 3O 33 36 39 42
盛花后天数 Days after bloom(d)
图3 杨格尔和京秀葡萄花后胚珠发育进程中活性氧清除酶 SOD (A)、POD (B)、
CAT (c)和AsA-POD (D)的活性变化
Fig．3 The ac侍Iri6es ofSOD (A)。POD (B)，CAT (C)and AsA-POD (D)during
+ ovule development in seedless Youngle and seeded Jingxiu(2004)
∞ ∞ ∞ 如 加 ∞ 如 加 =2
一 _嚣lf1一Q0 一 _嚣．f1一Q0 -v置
O O O O
∞ 如 加 =2
4 3 3 2 2 1 1
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6期 张朝红等：‘杨格尔’与 ‘京秀’葡萄胚珠发育过程中的活性氧代谢比较 1365
3 讨论
葡萄属核型胚乳，在授粉受精后胚乳先于胚开始发育。胚珠败育型无核葡萄胚珠一般在花后 6～
7 d胚乳核开始分裂，15～20 d开始细胞化，27～30 d胚乳充满胚囊，29～33 d胚乳开始败育；而合
子胚细胞在花后 19 d开始分裂，36 d左右幼胚开始败育，但是不同品种的胚败育高峰期差异较大
(刘小宁 等，2005)。本研究中无核品种杨格尔胚珠质量在花后 36 d达到最大后开始下降，表明其败
育也在花后36 d左右。而有核葡萄为有胚乳种子，在发育过程不存在胚乳败育现象 (王晶和罗国光，
1996)。
活性氧类物质 O 、H O 等是细胞正常代谢产生的有毒物质，脂质过氧化将直接干扰和破坏生物
膜发挥其生物功能 (Ueda et a1．，1985)。正常情况下，活性氧产生与清除之间维持平衡。胚珠败育
型无核葡萄与有核葡萄一样，授粉受精后胚珠细胞活动增强，O 和 H O 明显上升。由于受底物的诱
导，无论无核还是有核葡萄胚珠的保护酶 SOD、CAT、POD、AsA．POD活性均增强，可清除胚珠中的
活性氧毒害，以保护胚珠的生长发育，因而无核葡萄胚珠早期可发育，但在以后的发育中这种活性氧
产生与之被清除的平衡被破坏。
本研究中无核葡萄杨格尔胚珠 0 在 24 d后明显上升，其积累早于胚乳的败育时间，也早于
SOD、CAT、POD、AsA．POD这几种保护酶活性高峰，导致 0 在胚珠中的积累；同时，在无核葡萄
杨格尔胚乳充满胚囊前后，胚珠中的这些保护酶活性开始明显下降，这样进一步引起活性氧的积累，
特别是 SOD活性的迅速下降，可能使 O 在胚珠内大量积累。不同的活性氧种类之间又可相互转化
(Wojtaszek，1997)，形成活性更强的活性氧使细胞解体，出现游离核，胚乳败育，而幼胚由于缺乏
胚乳提供营养也开始败育，形成败育型无核葡萄。
Jabs等 (1996)认为引起拟南芥 自发性死亡突变体叶片坏死的关键信号是 O ，而不是 H O 。
而对照有核品种京秀胚珠 O， 一直缓慢上升，保护酶活性高峰在其积累较高时也达到高峰。在胚乳充
满胚囊前后，胚珠中的保护酶活性虽略有下降，但仍保持在较高水平，能及时清除活性氧的危害，可
保护胚珠正常生长发育并形成种子。
POD是植物内一个重要的防护酶，在杨格尔胚珠中先上升后下降，而有核葡萄京秀先快速上升，
其后表现出缓慢上升，含量维持在较高的水平，两个品种之间差异明显，这可能与 POD在植株内作
用的非专一性有关。POD既与叶绿素降解和膜脂过氧化有关，又是细胞防御活性氧毒害酶系统的成
员之一，同时还参与木质素的形成，具有清除 H 0 和参与组织衰老的双重作用 (Paula et a1．，
2003)。有核葡萄胚珠发育后期种皮硬化，需要木质素的参与，但 POD是否参与有核葡萄胚珠种皮硬
化还需进一步研究。
总之，从对无核葡萄杨格尔与有核葡萄京秀胚珠发育进程中活性氧类物质及活性氧清除酶的变化
研究结果，可以初步看出无核葡萄杨格尔幼胚发育及这些物质变化与幼胚败育的相关性 ，关于幼胚系
统的败育机理有待从分子生物学水平进行研究。从幼胚败育机理的分子水平搞清败育型无核葡萄幼胚
败育的内在变化规律，乃是我们下一步的研究目标。
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