全 文 ：武汉植物学研究 2002, 20( 5) : 333～337
Journal of Wuhan Botanical Research
甜瓜属远缘杂种回交自交群体的过氧化物酶同工酶分析

陈劲枫1 任 刚1 余纪柱2 庄飞云1 罗向东1 任同辉1
( 1.作物遗传与种质创新国家重点实验室, 南京农业大学蔬菜研究所, 南京　210095; 2.上海农业科学院园艺研究所, 上海　201106)
摘　要: 运用聚丙烯酰胺凝胶电泳,对甜瓜属远缘杂种(Cucumis×hy tiv us Chen & Kirkbride )与栽培黄瓜的回交自
交群体共 46 份材料进行了同工酶分析, 结果表明:群体内各单株间过氧化物酶酶谱差异较大, 根据酶带数目及位
置的差异可归为 6 个类型,反映了群体内的遗传多态性。将回交自交群体与普通栽培黄瓜酶谱相比较时发现,群体
比黄瓜新增了 4 条带;群体的平均酶带数目( 7. 8)比普通栽培黄瓜( 5. 0)高出 56. 0%。与此同时,在酶的活性上群体
内也存在很大变异。这说明通过远缘杂交获得的新种对扩大黄瓜的遗传变异,改良黄瓜资源具有巨大的潜力。
关键词: 甜瓜属; 同工酶; 过氧化物酶; C . hy tivus; 黄瓜
中图分类号: S 642. 2　　　　　文献标识码: A　　　　　文章编号: 1000-470X( 2002) 05-0333-05
Studies on Performance of Peroxidase Isozyme in the Progenies from
Selfing of Backcross between Cucumis×hytivus and C. sativus
CHEN Jin-Feng
1 , REN Gang
1 , YU Ji-Zhu
2, ZHUANG Fei-Yun
1, LU O Xiang-Dong
1, REN T ong-Hui
1
( 1. S tate K ey L abor atory of Cr op Genet ics and Ger mplasm E nhancement , Veg etable Resear ch I nstitute , N anj ing A g ricul tur al Univ ersit y,
Nanj ing　210095, China; 2. H or ticu lture Research I nst itute, Shanghai A cademy of Ag ri cultural S ci ence, Shangh ai　201106, Chin a)
Abstract: Gel electr ophor esis w as used to study the performance of Pero xidase iso zymes in a po-
pulat ion of 46 individuals f rom selfing the BCF1 ( Back Cro ssing F 1) between the Cucumis×hy tivus
Chen and Kirkbr ide ( an amphidiplo id species obtained through interspecific hybridization betw een
C. hy st rix and C. sativus) and C. sat ivus L. Great variat ions were observed in the pat ter ns among
the population. Base on the differences in number and lo cat ion of the bands the individuals w ere
divided into 6 groups, indicating genet ic polymorphisms in the populat ion. Comparing the pat-
terns, the populat ion produced 4 new bands; the average number of bands in the population is
7. 8, w hich is 56. 0% higher than that in cucumber ( 5. 0) . Meanwhile, the act iv ity of bands varies
great among the populat ion. The resul ts demonstr ated that the genet ic base o f cucumber has been
dramatical ly w idened through the backcr ossing w ith C. hyt ivus.
Key words : Cucumis; Isozyme; Per oxidase; C. hy tiv us; C. sativus
　　黄瓜( Cucumis sativ us L. ) 的遗传基础相对狭
窄,其遗传变异率仅为 3%～8%, 而番茄在 20%以
上[ 1]。较小的遗传变异率,加上少数亲本在优势育种
中的重复使用,是长期以来黄瓜育种难以取得突破
性进展的主要原因之一。黄瓜的一些近缘野生种中
具有许多栽培种所没有的优良性状,如抗病性、抗虫
性[ 2, 3]。因此,将外源优良基因转入栽培种,扩大遗传
变异范围,就成为育种工作者孜孜以求的目标。1995
年, 陈劲枫等首次实现了栽培黄瓜与野生种 C. hys-
t rix Chakr. 的正反杂交 [ 4] , 随后利用体细胞突变成


收稿日期: 2002-01-24,修回日期: 2002-04-27。
基金项目:国家高技术研究发展计划( 863计划, 2001AA 241123) ;国家自然科学基金资助项目( 30170644) ;教育部《跨世纪优秀人才培养
　计划》;教育部科学技术研究重点项目(重点 01097)及“留学回国人员科研启动基金”资助项目。
　作者简介:陈劲枫( 1959- ) ,男,博士,教授,博士生导师,从事蔬菜遗传育种与分子生物学研究,农业部“有突出贡献的中青年专家”, 教
　育部“跨世纪优秀人才培养计划”入选者。
功地对染色体进行了加倍,在以野生种为母本的组
合中获得了可育的双二倍体植株,定名为 Cucumis
×hy tiv us Chen & Kirkbride[ 5, 6]。这个双二倍体新物
种携带有来自野生亲本的有利基因,可作为种间基
因转移的桥梁, 与栽培黄瓜进行回交, 然后自交,构
建广泛的变异群体, 以期快速而有效地改良黄瓜资
源。
同工酶是一种特异蛋白质, 其差异主要由基因
的差异所决定 [ 7]。因此,同工酶分析能间接判断基因
的存在,并了解其表达规律。目前其分析技术已被广
泛应用于植物的系统、生理、病理、遗传分析、基因标
记、个体发育、杂种优势以及鉴定远缘杂种等方
面[ 8 13]。本研究的目的在于通过对甜瓜属新物种回
交自交群体的过氧化物酶同工酶分析,考察群体的
遗传变异,以证实新物种对扩大黄瓜的遗传变异,改
良黄瓜资源的巨大潜力。
1　材料和方法
1. 1　试验材料
1999年 7月用 C. ×hyt ivus作母本与栽培黄瓜
北京截头( C. sat ivus cv. Beijingjietou)回交, 次年 6
月选回交植株中一株自交, 2001年 3月将来自同一
果实的 56颗种子播种, 构成本实验的回交自交群
体。本文中所提到的普通栽培黄瓜为北京截头。
1. 2　方法
1. 2. 1　取样方式及样品制备　于回交自交群体各
单株上分别取部位及发育程度大致相同的功能叶
0. 2 g ,冰浴研磨。普通栽培黄瓜用 5个个体混合制
样。提取液为 T ris-HCl缓冲液( pH7. 5) ,加入巯基
乙醇到 0. 5%。匀浆在 4 000 r/ m in 下离心 15 min,
上清液加入同等体积的 40%的蔗糖溶液, 保存于
- 20℃冰箱中待用。
1. 2. 2　电泳、染色及结果处理　采用垂直平板聚丙
烯酰胺凝胶电泳法, 电泳过程参照胡能书、万贤
国[ 14]介绍的方法。凝胶缓冲系统为 Tris-HCl缓冲
液(分离胶, pH8. 9;浓缩胶, pH 6. 8)。分离胶浓度为
7. 0% , 浓缩胶浓度为 3. 0% , 电极缓冲液为 T ris-
HCl缓冲液( pH8. 3) , 用溴酚蓝作前沿指示剂。电泳
在 4℃下进行,稳压,浓缩胶 130 V , 30 m in, 分离胶
260 V, 3 h。过氧化物酶同工酶染色采用醋酸联苯胺
法,室温下染色 3～5 min,显示出蓝色区带后照相,
测计泳动距离。谱带迁移率( Rf 值)按胡能书、万贤
国[ 14]介绍的公式进行计算:
Rf= 酶带迁移距离/溴酚蓝迁移距离
2　结果与分析
2. 1　过氧化物酶酶谱
由于栽培管理方面的原因,群体实际进入实验
分析的只有 46份材料。这 46份材料及 1份普通栽
培黄瓜的电泳谱带上可观察到 9 条谱带(因为近阴
极的染色较深分辨率太差,此处不作分析)。各谱带
在 7. 0%聚丙烯酰胺凝胶电泳的相对迁移率见表 1。
这 9条谱带按其显示的集中程度可分为 A、B、C 三
区。A 区,为近阴极慢速迁移区, Rf= 0. 13～0. 17; B
区,为中速迁移区, Rf= 0. 29; C 区,为近阳极快速迁
移区, Rf= 0. 29～0. 67。
表 1　回交自交群体与黄瓜的 POD 同工酶谱带的迁移率
T able 1　The relative mobility o f POD bands o f the population from selfing of BCF1 and C . sativ us
A 区　A plo t
1 2 3
B 区　B plot
4
C 区　C plo t
5 6 7 8 9
迁移率 Relativ e mobilit y 0. 13 0. 15 0. 17 0. 29 0. 47 0. 50 0. 55 0. 61 0. 67
2. 2　群体单株间的同工酶比较
群体内个体的酶带数目变化很大, 从 5条到 9
条不等。同时, 酶带出现的位置也不尽相同。群体内
有 5条共同带( Rf= 0. 13、0. 15、0. 17、0. 61、0. 67) ,
变化的酶带主要集中在 B 区的 Rf= 0. 29和 C 区的
Rf= 0. 47。根据这些差异, 可将群体 46个植株分为
6个类型(见表 2)。B区的 Rf= 0. 29在第 2、4、6三
种类型中表现。仅在包括第 5、6两个类型的 17株个
体中检测到了 C 区 Rf= 0. 47的表现,且各株的酶
的活性差异较大, 如, 2-4、3-13、2-13、2-11、2-12、
1-5、2-9等几株酶带活性特别强。图 1是群体内 17
株材料与黄瓜的电泳图谱。
2. 3　回交自交群体与栽培黄瓜的酶谱比较
回交自交群体内各株酶谱与普通栽培黄瓜相
似,但具有更大变异。归纳起来变异主要有三方面:

酶带数目增加。除了与黄瓜共有的5条带外( Rf=
0. 13、0. 50、0. 55、0. 61、0. 67) , 群体增加了 4条带
( Rf= 0. 15、0. 17、0. 29、0. 47)。经统计,回交自交群
体单株的平均酶带数为 7. 8,比栽培黄瓜平均多出
了 2. 8条,占其总酶带数的 56. 0%;  特征性条带
的出现。群体内各株都检测到了 Rf= 0. 15、0. 17这
2条在黄瓜的酶谱中未出现的带,这可能是来自于
334 武 汉 植 物 学 研 究　 　　　　　　　　　　　　　　　　第 20 卷　
注: 从左至右 a～r 泳道依次为 3-9、1-13、2-6、1-4、1-12、3-13、2-7、3-3、2-10、2-18、2-13、黄瓜、1-9、
2-5、1-14、1-10、2-4、2-11。
图例 = ··· 分别表示强带, 中强带,弱带。
No tes: F rom left to r ight 1～18 lanes are 3-9, 1-13, 2-6, 1-4, 1-12, 3-13, 2-7, 3-3, 2-10, 2-18, 2-13,
C . sativus, 1-9, 2-5, 1-14, 1-10、2-4, 2-11.
T hese cutlines = ··· deno te respectiv ely strong band, mid-str ong band and w eak band.
图 1　回交自交群体部分植株与黄瓜的过氧化物酶同工酶电泳图谱
Fig. 1　Elect ropho resis patterns o f some indiv iduals from the population fr om selfing the BCF1
新种的特征带; 各谱带染色强度不同。群体内各单
株间在 Rf = 0. 50, 0. 55, 0. 61, 0. 67四带上酶活性
的变化较大, 有的较栽培黄瓜强, 有的较栽培黄瓜
弱。如, C区的Rf= 0. 50、0. 55栽培黄瓜中为中强带,
但在1-10、2-6、2-12、2-9等植株中为强带,在1-12、1-
13、3-3中降低为弱带。详细情况见表2。
表 2　回交自交群体各单株及栽培黄瓜的 POD同工酶酶带
Table 2　T he POD isozyme bands of the populat ion fr om selfing o f BCF 1 and C . sativus
类型/材料
T ype/
Ma terial
A 区
A plot
1 2 3
B 区
B plo t
4
C 区
C plo t
5 6 7 8 9
酶带数
No . o f bands
较黄瓜增减带
Change o f bands
增 减
酶带强弱增减
Act ivity o f bands
增 减
C . sativus + - - - - + + + + 5 0 0 0 0
a/ 3-5 + + + - - - - + + 5 2, 3 6, 7 9
a/ 1-9 + + + - - - - + + 5
b/ 1-4 + + + + - - - + + 6 2, 3, 4 6, 7 9
c/ 1-1 + + + - - + + + + 7 2, 3
c/ 2-8 + + + - - + + + + 7 7, 8
c/ 1-10 + + + - - + + + + 7 7, 8
c/ 2-15 + + + - - + + + + 7 7, 8, 9
c/ 3-11 + + + - - + + + + 7 1, 2, 3
c/ 1-14 + + + - - + + + + 7 7, 9
c/ 2-7 + + + - - + + + + 7 7, 8, 9
c/ 1-2 + + + - - + + + + 7
c/ 1-12 + + + - - + + + + 7 7, 8
c/ 2-3 + + + - - + + + + 7
c/ 3-2 + + + - - + + + + 7
c/ 3-7 + + + - - + + + + 7
d/ 1-13 + + + + - + + + + 8 2, 3, 4 7, 8, 9
d/ 1-17 + + + + - + + + + 8
d/ 3-10 + + + + - + + + + 8
d/ 3-15 + + + + - + + + + 8 9
d/ 3-16 + + + + - + + + + 8
d/ 1-8 + + + + - + + + + 8
335　第 5 期　　　　　　　　　陈劲枫等: 甜瓜属远缘杂种回交自交群体的过氧化物酶同工酶分析
　　续表 2
类型/材料
T ype/
Ma terial
A 区
A plot
1 2 3
B 区
B plo t
4
C 区
C plo t
5 6 7 8 9
酶带数
No . o f bands
较黄瓜增减带
Change o f bands
增 减
酶带强弱增减
Act ivity o f bands
增 减
d/ 3-17 + + + + - + + + + 8
d/ 2-1 + + + + - + + + + 8
d/ 2-14 + + + + - + + + + 8
d/ 2-16 + + + + - + + + + 8
d/ 3-3 + + + + - + + + + 8 7, 9
d/ 3-4 + + + + - + + + + 8
d/ 3-6 + + + + - + + + + 8
d/ 3-12 + + + + - + + + + 8 9
e/ 2-4 + + + - + + + + + 8 2, 3, 5
e/ 2-6 + + + - + + + + + 8 7, 8
e/ 2-11 + + + - + + + + + 8
e/ 2-12 + + + - + + + + + 8 7, 8, 9
e/ 3-8 + + + - + + + + + 8
e/ 2-2 + + + - + + + + + 8 7
e/ 2-9 + + + - + + + + + 8 7, 8, 9
e/ 3-18 + + + - + + + + + 8
f/ 3-13 + + + + + + + + + 9 2, 3, 4, 5 4, 8, 9
f/ 2-10 + + + + + + + + + 9 9
f/ 2-5 + + + + + + + + + 9
f/ 2-13 + + + + + + + + + 9 7, 8, 9
f/ 3-9 + + + + + + + + + 9 7, 8, 9
f/ 1-5 + + + + + + + + + 9 7
f/ 1-6 + + + + + + + + + 9
f/ 2-18 + + + + + + + + + 9 9
f/ 3-1 + + + + + + + + + 9 7, 8, 9
　　注: 表中“+ ”表示所指酶带在胶上显带; “- ”表示所指酶带在胶上无带。
　　Notes: “+ ”denot e the appear ance o f one bands; “- ”denote no bands.
3　讨论
变异是育种的基础。要期望获得符合育种目标
的个体,就需要有一个广泛变异的群体存在。黄瓜较
低的遗传变异率严重阻碍了其育种工作的进展。甜
瓜属种间杂交的成功及双二倍体的合成[ 5, 6] ,为黄瓜
的育种工作开辟了一条崭新的途径。这个双二倍体
新物种的重要意义在于它是一个将野生种的有利基
因转到栽培种中去的桥梁种 [ 15]。双二倍体由于二体
遗传规律的作用, 具有固定杂合性( fix ed heterozy-
gosity )
[ 16]。将它与栽培黄瓜回交产生的三倍体后代
自交,就极有可能产生“剧烈分离”的后代, 为品种的
选育提供种质资源基础。
本次实验观察到回交自交群体内各单株的酶谱
间存在很大的差异, 根据谱型可将群体分成 6个类
型,反映了群体内广泛的变异。这与马卡洛娃对小萝
卜×结球甘蓝属间远缘杂交后代的分离现象的研究
结果极为相似[ 17]。在回交自交群体与普通栽培黄瓜
的谱带数比较中发现,群体内各单株的平均酶带数
比栽培黄瓜酶带数多出了56. 0%。同工酶酶谱是基
因在分子水平的表现型, 酶带数目的增多和减少, 反
映了基因的流动。回交自交群体谱带数目的绝对增
多,可能意味着野生种有利基因的转入,黄瓜基因库
的扩大及黄瓜低遗传变异率现状的改观。
另外,即使是群体与黄瓜的共同带,它们在酶的
活性上也有很大的变异。过氧化物酶属氧化还原酶
类,它的活性的变化,可能造成细胞内部的氧化还原
性环境,影响作物的合成与生长过程,从而表现出在
产量、抗病性等方面的变异。已有报道指出甜瓜的抗
病性与过氧化物酶的活性有关[ 18]。可见, 酶带活性
的变异也反映黄瓜遗传变异的扩大。
本实验证明了 C.×hyt ivus与栽培黄瓜的回交
后自交,扩大了黄瓜的遗传变异,表明它在黄瓜资源
改良上具有巨大潜力。虽然笔者仅考察了一种同工
336 武 汉 植 物 学 研 究　 　　　　　　　　　　　　　　　　第 20 卷　
酶,但获取的信息却是非常丰富的。这说明除了回交
自交群体本身的遗传变异丰富外, 也说明过氧化物
酶同工酶在这项研究中是一种很重要的酶。当然,随
着研究的深入,我们将会从更多酶谱中获取更多的
信息。
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337　第 5 期　　　　　　　　　陈劲枫等: 甜瓜属远缘杂种回交自交群体的过氧化物酶同工酶分析