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第28卷 第3期 作　物　学　报 V ol. 28, N o. 3
2002 年5月　 406～ 410页 A CTA A GRONOM ICA S IN ICA pp. 406～ 410　M ay, 2002
谷子 (粟)生育过程中 POX 同工酶的分析Ξ
马建萍　古世禄3 　独俊娥　古兆明　乔燕祥　刘子坚　孙常青
(山西省农业科学院作物遗传研究所, 山西太原 030031)
摘　要　选用小黑谷和晋汾34两个品种, 分析了谷子不同器官和不同生育阶段 POX 同工酶的变化。结果证明, 谷子不
同器官共有酶带14条, 按R f 值由负极到正极可分为4个酶区。根、茎、叶、鞘和穗, 以穗的酶带最多, 酶活性最强, 以
茎的酶带最少, 叶鞘的酶活性最弱。不同生育阶段酶活性的变化, 以幼苗阶段最低, 拔节以后特别是从孕穗开始猛增,
到抽穗时期达到高峰。其中, 主要是 Px1酶区的酶带由弱变强。抽穗过后酶活性又逐渐降低, 主要表现为 Px4酶区的酶带
由强变弱。
关键词　谷子; 器官; 生育进程; POX 同工酶
中图分类号: S515　　　文献标识码: A
The Behav iour of Perox ida se Isoenzyme in Growed-developmen t Process of Foxta il
M illet
M A J ian2P ing　GU Sh i2L u3 　DU Jun2E　GU Zhao2M ing　Q IAO Yan2X iang　L IU Zi2J ian
SUN Chang2Q ing
( Institu te of C rop Genetics, S hanx i A cad em y of A g ricultural S ciences, T aiy uan S hanx i 030031, China)
Abstract　 In p resen t study the changeable of m illet perox idase isoenzym e on differen t o rgans and grow er2
developm en t period w ith bo th X iao heigu and J in fen N o. 34 w ere analysed. T he result show ed that there w ere
14 band in differen t o rgans. In acco rdance w ith R f value it could divide 4 enzym e region from negative ex trem e
to positive ex trem e. In the roo t, stem , leaf, sheath and head, the enzym e band of head w as the most, and
POX activity w as the h ighest, the enzym e band of stem w as the least and POX activity of sheath w as the most
w eakest. Fo r differen t grow ed2developm en t period the POX activity of shoo ts w as low er. A fter jo in ting it
increased and in ear bearing stage it increased more quick ly, in heading stage it reached the h ighest. It w as
obvious that the enzym e band of Px1 region from w eak becam e strong. A fter heading period the POX activity
becam e low er, because the enzym e band of Px4 region becam e w eak.
Key words　Fox tailm illet; O rgan; Grow ed2developm en t p rocess; POX isoenzym e
　　过氧化物酶 (POX)广泛存在于高等植物的组织
中, 具有多种分子形式的阶段特异性和组织特异
性, 从而在植物生长发育过程中表现出多型现象。
过氧化物酶的变化与植物组织器官的分化、形成和
生理状态等密切相关, 且酶谱变化先于形态分化。
如果能确定过氧化物酶同工酶的变化与谷子生长发
育的关系, 就可能提出调控其生育进程的生理生化
指标, 为谷子高产高效服务。为此, 我们对谷子不
同器官及不同生育阶段的 POX 同工酶的表现进行
了研究。
1　材料与方法
供试材料共有2个品种, 一是对粒黑穗病免疫
但农艺性状欠佳的农家品种小黑谷, 一是丰产性较
好但易感粒黑穗病的高产品种晋汾34。同时种植在
本所谷子试验地, 小区面积6. 67 m 2, 重复4次。在Ξ 基金项目: 山西省农业科学院老年基金资助项目 (编号: B9901)部分内容
作者简介: 马建萍, 女, 山西人, 1957年生, 副研究员, 学士, 主要从事谷子生理、遗传研究。　3 为执笔人。
Received on (收稿日期) : 2001204216, A ccep ted on (接受日期) : 2001210208

不同生育阶段取样, 测定干物质量, 每个品种每重
复挖取具有代表性植株5株。同时, 参照波钦诺克X
H 4和朱广廉等介绍的愈创木酚显色法测定 POX 活
性[ 1, 2 ] , 用7550紫外——可见分光光度计测量440
nm 处的光密度变化。酶活性以每 g 鲜重每m in 光
密度值表示 (ODõg- 1õFWõm in- 1)。同工酶酶谱以
垂直平板聚丙烯酰胺凝胶电泳法进行, 分离胶浓度
为7. 0% , 浓缩胶浓度为2. 5% , 以醋酸联苯胺显色
法染色。
2　结果与分析
2. 1　不同生育阶段的干物质积累
由图1看出, 不同生育阶段各器官的干物质积
累各具特点。拔节以前, 根、叶片和叶鞘等器官的
干重增长比较缓慢。拔节以后干重急骤增加, 到抽
穗时期营养器官的干物质量达到最大。之后, 由于
营养物质不断向穗部运转, 从灌浆开始, 茎叶的干
物质积累速度又复趋缓, 整个生育过程近似“S”形
曲线。由于抽穗以后伴随着茎叶等营养器官干物质
积累速率变缓, 穗部干重直线增长。分析表明, 拔
节到抽穗阶段各营养器官的干重均与生育天数呈线
性关系, 抽穗以后, 穗干重与生育天数也呈线性关
系, 均能较好地符合线性方程 y = a+ bx。两个品种
干物质量虽有一定差异, 但变化规律基本相同。经
t 值测定, 差异均达到极显著水平。
2. 2　不同器官 POX 同工酶的分析
图2指出, 谷子各器官 POX 同工酶的酶谱共有
14条酶带, 按R f 值可划分为4个酶区, 在R f 0. 02～
0. 15处为 Px1酶区, 有4条酶带; 在R f 0. 24～ 0. 37处
为 Px2酶区, 有3条酶带; 在 R f 0. 48～ 0. 63处为 Px3
酶区, 有4条酶带; 在 R f0. 68～ 0. 79处为 Px4酶区,
有3条酶带。各个器官的酶带条数, 以穗为最多, 共
有12条, 其次是叶片和叶鞘, 均有9～ 10条, 茎的酶
带最少, 仅有8条, 根的酶带数介于其间。两个品种
POX 同工酶谱的差异, 主要是 Px1酶区的叶片酶带
1, 根系、叶鞘和穗部的酶带1、2以及 Px3酶区的叶
鞘酶带9、10的缺失和显现上。从酶带着色程度来
看 (表1) , 大多数器官都有其专一的同工酶带, 穗
有4条强带, 即 Px1酶区的酶带1或2, Px3酶区的酶带
8, 10及 Px4酶区的酶带13。根和茎各有3条强带, 根
为 Px1酶区的酶带1或2, Px4酶区的酶带13; 茎为 Px3
酶区的酶带8, 10, Px4酶区的酶带13。叶片的强带
为 Px4酶区的酶带13。叶鞘没有强带, 只有弱带。酶
带4, 7, 9和13广泛存在于各个器官之中。器官的这
种特异性可能与其生理功能不同有关。例如, 穗部
是体内营养物质库, 光合产物的输入中心, 因而酶
带的数目最多, 染色深的强带也最多。叶鞘的主要
功能是增强茎秆的坚韧性及物质的暂时贮存, 因而
没有强带只有弱带。POX 活性测定结果 (图3) 也证
明, 穗的酶活性最强, 叶鞘的酶活性最弱。小黑谷
穗中酶活性为41. 93 ODõg- 1FWõm in - 1, 是叶鞘的
2. 89倍, 晋汾34穗中酶活性为38. 30 ODõg- 1 FWõ
m in- 1, 是叶鞘的2. 76倍。其次是叶片的酶活性较
高, 与叶鞘相比, 两个品种分别高出80. 2% 和168.
0% , 其原因除了酶带数目较多之外, 主要是由于
穗和叶片着色深的É、Ê 级酶带较多, 各有4条, 占
其酶带数的33. 3%～ 44. 4%。茎和根的酶带相似,
酶活性也相近。
图1　不同生育阶段各器官干物质积累
F ig. 1　The dry m atter accum ulation of each organ during different grow ed2developm ent stage
7043期　　　　　　　　　　　　　马建萍等: 谷子 (粟)生育过程中 POX 同工酶的分析　　　　　　　　　　　　　　　　　

照片 P icture 示意图 Sketch m ap
注: 图中 G、J、Q、S 分别代表幼根、幼茎、幼鞘、幼穗、“1”代表小黑谷, “2”代表晋汾34, A、B 为两个品种的幼苗期叶片。
Note: In figure G. J. Q. S exp ressed the roo t, stem , sheath and heading respectively. “1”exp ressed Xiao heigu, “2”exp ressed J infen 34. A. B
w ere leaves of two varieties in seedling
图2　谷子不同器官 POX 同工酶酶谱
F ig. 2　The POX isoenzym e zymogram of different oryans in m illet
表1　谷子不同器官 POX 同工酶着色的相对强度
Table 1　The relative strength of POX isoenzyme sta in ing of different organs in m illet
品种
V ariety
器官
O rgan
酶带数 (条)
N um ber of enzym e
band (p iece)
Px1酶区
Px1 region
1 2 3 4
Px2酶区
Px2 region
5 6 7
Px3酶区
Px3 region
8 9 10 11
Px4酶区
Px4 region
12 13 14
小黑谷 根Root 9 2 É 2 Ê 2 2 Ê Ë Ê Ê Ë 2 É Ê
Xiaoheigu 茎 Stem 8 2 Ê 2 Ê 2 2 Ë É Ë É 2 Ë É 2
叶片L eaf 9 2 Ê 2 Ê 2 2 Ë Ë Ë Ë 2 Ê É Ê
叶鞘 Sheath 10 Ê 2 Ë Ê Ë Ë Ë Ë Ë 2 2 Ë Ê 2
穗Heading 12 2 É 2 Ë Ë Ë Ê É Ê É Ë Ë É Ë
晋汾34 根Root 9 É 2 2 Ê 2 2 Ê Ë Ê Ê Ë 2 É Ê
J infen34 茎 Stem 8 2 Ê 2 Ê 2 2 Ë É Ë É 2 Ë É 2
叶片L eaf 10 Ê Ë 2 Ê 2 2 Ë Ë Ë Ë 2 Ê É Ê
叶鞘 Sheath 9 2 Ê 2 Ê Ë Ë Ë Ë 2 Ë 2 Ë Ê 2
穗Heading 12 É 2 2 Ë Ë Ë Ê É Ê É Ë Ë É Ë
　注: 2代表不显带, É 2代表着色深的一级带, Ê 2代表着色浅的二级带, Ë 2代表着色极浅的三级带。
　Note: 2Not to appear band, É 2one grade band of heavy staining; Ê 2two grade band of the staining w eaker Ë 2 th ree grade band of staining the
w eakest
图3　谷子不同器官 POX 酶活性差异
F ig. 3　The difference of POX activity of different organs in m illet
2. 3　不同阶段叶片 POX 同工酶的变化
图4表2资料表明, 随着谷子生长发育的推进,
叶片 POX 同工酶的酶带数目变化不大, 仅从8条增
加到9条, 但各酶区的酶带级数迥然有异。以小黑谷
为例, 生长发育从幼苗到抽穗时期, 酶带由弱变强,
Px1酶区的酶带由一级带和二级带各一条, 变为两条
一级强带; Px2酶区和 Px3酶区的酶带由三级带变为
二级带, 甚至还出现一条一级带; Px4酶区保持2条
一级带不变。抽穗以后酶带由强变弱, 主要是 Px4酶
区的2条一级强带变为二级带或三级带; Px2酶区和
Px3酶区的酶带也略有变弱的趋势, 而 Px1酶区的酶
带直到成熟保持2条一级带不变。晋汾34的酶带变
化 与 小 黑 谷 大 体 一 致, 只 是 程 度 略 有 不 同
而已。POX活性测定结果亦证实了这一点。如图5
804　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　作　　物 　　学　　报　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　28卷

照片 P icture 示意图 Shetch m ap
注: A 为小黑谷品种, 1、2、3、4、5、6分别代表幼苗期, 拔节期、孕穗期、抽穗期、灌浆期、成熟期“’”为重复。
Note: A—Xiao heigu. 1、2、3、4、5、6 exp ressed seedling, jo inting, booting, heading, m ilk ing and ripening respectively. “’”exp ressed a repeat
图4　谷子不同生育阶段叶片 POX 同工酶酶谱
F ig. 4　The POX isoenzym e zymogram of m illet leaves in different grow ed2developm ent stage
表2　谷子不同生育阶段叶片 POX 同工酶的带数与级数变化
Table 2　The changeable of band and grade number of POX isoenzyme in m illet dur ing different growed-development stage
品种
V ariety
阶段
Stage
带数
No of
band
Px1区各级带数 (条)
No. of band in
Px1 regionÉ Ê Ë Px2区各级带数 (条)No. of band inPx2 regionÉ Ê Ë Px3区各级带数 (条)No. of band inPx3 regionÉ Ê Ë Px4区各级带数 (条)No. of band inPx4 regionÉ Ê Ë
小黑谷 幼苗 Seedling 8 1 1 0 0 0 1 0 0 3 2 0 0
Xiaoheigu 拔节 Jo inting 8 1 1 0 0 0 1 0 0 3 2 0 0
孕穗Booting 9 1 1 0 0 1 1 0 0 3 2 0 0
抽穗Heading 9 2 0 0 1 1 0 0 1 2 2 0 0
灌浆M ilk ing 9 2 0 0 0 1 1 0 2 1 1 0 1
成熟R ipening 9 2 0 0 0 1 1 0 0 3 0 0 1
晋汾34 幼苗 Seedling 8 1 0 0 0 1 1 1 1 1 0 0 2
J infen34 拔节 Jo inting 8 1 0 0 0 1 1 1 1 1 0 1 1
孕穗Bearing 9 1 0 0 0 2 0 1 0 2 1 1 0
抽穗Heading 9 1 0 0 2 0 0 1 2 0 1 1 0
灌浆M ilk ing 9 1 0 0 1 1 0 1 2 0 0 1 1
成熟R ipening 9 1 0 0 1 0 1 1 1 1 0 2 2
　注: É 代表一级带, Ê 代表二级带, Ë 代表三级带。　Note: É —O ne grade band, Ê —Two grade band, Ë —Three grade band.
图5　谷子不同生育期 POX 酶活性的变化
F ig. 5　The changeable of pox enzym e activity of m illet
leaves in different grow ed2developm ent stage 所示, 两个供试品种均是拔节以前的幼苗阶段酶活性较低, 变化在27. 85 ODõg- 1 FW õm in- 1～ 33. 87ODõg- 1FWõm in - 1之间。从孕穗开始酶活性迅猛增长, 到抽穗达到最高峰, 小黑谷为410. 8 ODõg- 1FWõm in - 1, 晋汾34为246. 0 ODõg- 1FWõm in - 1, 比幼苗阶段分别提高11. 6倍和7. 8倍。抽穗以后酶活性又随发育进程逐渐降低, 到灌浆和成熟期, 小黑谷的酶活性仅为抽穗期的65. 7% 和44. 0% , 晋汾34仅为93. 2% 和29. 1%。这种变化规律与干物质积累的曲线大体相似。
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3　讨论
过氧化物酶是被广泛研究的一类蛋白质。大量
事实证明[ 3～ 7 ], 植物过氧化物酶广泛参与细胞的生
长分化, 物质代谢以及对病害的抵抗性, 同时, 与
花的发育也有某种联系, 并影响营养器官的代谢。
在玉米种子萌发中, 随着 POX 活性逐渐提高, 酶带
逐渐增多, 根和幼苗也不断生长[ 8 ] , 大豆同一叶位
叶片随生长时间的推延 POX 活性提高[ 7 ]。在短日
照和自然条件下, 随着菊芋块茎形成, POX 同工酶
的酶带数目逐渐增多, 强度逐渐增大[ 9 ] , 在玉米胚
乳和胚的发育中, POX 同工酶有三条酶带表现出
缺失与显现, 强度有增强与减弱的变化, 认为这种
变化可能与光合产物的转运和贮藏有关[ 10 ]。本研究
结果表明, 谷子生育期间, 随着生长发育进程 POX
活性逐渐增高, 特别是拔节以后, 从孕穗开始迅速
提高, 到抽穗阶段达到高峰 (图5) , 酶谱中 Px1、Px2
和 Px3酶区的强带数目增加 (表3)。与此同时, 各营
养器官的干物质量相应增高, 到抽穗阶段达最大值
(图1) , 抽穗以后, 随着子粒灌浆, 各营养器官的干
重逐渐减少, 相应地 POX 活性下降, Px2、Px3和 Px4
酶区的酶带变弱。相关分析表明, POX 活性与干物
质量的相关系数 r= 0. 8627。谷子生育期间, 作为
生育标志的干物质变化, 可能与过氧化物酶变化有
某种内在的联系, 这从生理生化的角度是可以理解
的。谷子不同生育阶段, 所处环境不同, 生长发育
差异显著, 体内生理生化过程迥然有异, 干物质积
累各有高下, 特别在拔节孕穗到抽穗阶段, 体内细
胞剧烈分化生长, 生理生化过程强烈进行, 干物质
迅速增加。过氧化物酶具有广泛利用各种酚类及吲
哚类化合物为氢供体的能力, 在呼吸链电子传递的
多条途径中过氧化物酶系统是植物组织所具有的途
径之一, 对植物代谢具有重要的作用。同时, 过氧
化物酶作为连接环境与代谢的一个重要酶类, 其变
化是植物对环境变化做出的一种反应。不同生育时
期, 由于环境的差异, 使细胞的生长状况发生变
化, 对应这一变化, 植物细胞必然要调节代谢, 使
某些蛋白的表达发生改变, 从而有可能改变过氧化
物酶及其同工酶的强度和酶谱[ 4 ]。由此可进一步理
解谷子生长发育与过氧化物酶的关系。
致谢: POX 酶活性测定得到张淑仪同志的帮助。
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