全 文 ：棉 花 学 报 A e ta Go s s y pi i i S ni a e19 9 4, 6 ( 4 ) : 1 9 6一 2 0 0
棉属九个同核异质系醋酶 、 过氧化物酶同工酶分析 `
李宗友 华金平 易先达 湖北 省农 业科学研 究院经 济作物研究所 43 0 64
摘要 利 用聚丙烯酸胺凝胶 电泳 分析 了棉属 中九个 同核异质 系不 同器官 ( 或同一器
官 不 同发育时期 )醋酶 、 过氧化物酶同工酶 。 结果表明 . 异质系在醋酶 、 过氧化物酶同
工酶酶谱上均表现出特异酶带 。 由 于 不 同特异酶带代表 了特定 细胞质 . 作者提 出 了对
这几 种胞质进行 分类 、 鉴定 的可 能方案 . 并对核质关系展 开 了讨论 。
关键词 棉属 , 同核异质 系 , 醋酶 ,过氧化物酶 . 同工酶
对棉花中同工酶分析研究较深入的有酷酶 、 过氧化物酶 。 吴小月 ( 1 9 8 3 ) 、 钱思颖 ( 1 9 85 ) 、
孙传谓 ( 1 98 6 )对棉属不同种的醋酶 、 过氧化物酶同工酶进行了分析 . 旨在探索棉属种间的亲
缘关系 。 邱竟 〔` 〕对棉花 “ 三 系 ” 的过氧化物酶同工酶进行了比较 。 马显达 〔 2〕作过同核异质系种
子萌发期 的酷酶同工酶 、 幼 苗期过氧化物酶同工酶分析 , 结果未发现各异质 系间的特征谱
带 。 由于不同组织或器官或同一器官的不门发育时期所具有的同工酶不尽相同 ,本研 究进一
步发现棉属 ( G os sy 对u n , ) 同核异质系的特征谱带 . 以便进行胞质分类 、 鉴定和核质关系探讨 。
1 材料和方法
1
.
1 供试材料 (表 l)
表 1 9 个异 质系
T a b l e 1 9 o f t h e i s o n u c l e a r a l l o P l a s m i c I i n e s
代号 异质 系 细胞质 来源
N o
.
o f m
a t e r 一a l a l l o p l a s m i e l l n e s e y t o p la s m r e s o u r e e o f m a r e r i a l
1 H E R B 中 7 草棉 〔; . 人尸 r为“ `丫 ,` n : ( G 1 2 9 9 \ E 3 6 9 ) x 中 ; ’ t ,
2 A R B 中 7 中棉 G . “ rl, o r尸 之`, , , ( 15 1 2 只 E 3 6 9 ) x 中 ’ ` 、
3 A N ( )M 中 7 异常棉 G . a n o , , , u l u 。 , ( A n o m 2 7 7 又 E 3 6 9 ) 又 中? ’ 0
4 x ( ) N G 中 7 长警棉 ` . 2 0 ,: g 、 a zy 二 ( l o n g l 6 又 E 3 6 9 ) 又 中 : ’ 0
5 B A R B 中 7 海岛棉 G . 右a r la7 d r n s 。 ( 16 0 4 x E 3 6 9 ) 丫 中 : ’ O
6 p U R p 中 7 蓬蓬棉 G . 丙 . 户。 r 户“ ar s 。 。 n : ( 15 9 4 x E 3 6 9 ) x 中 ; ’ 0
7 M E X 中 7 ,nr 西哥野生棉 G . 丙 . 川二 t’ “ 洲 m 准西哥野 生棉 x 中 : ` 〔,
8 H A R K 中 7 哈克尼西棉 G . h u r k n 尸5 5 1 ( H A F 1 6 x E 3 6 9 ) 又 中 : ` 0
g H I R S 中 7 陆地棉 G . 六二、 u r :`川 中 7⑧ ’ o
各种细胞质材料来源及回交世代 : ① 草棉胞质系 G 1 29 9 : 新疆草棉 4 x 又鄂棉 6 号 B 3 F , 。
② 中棉胞质系 15 1 2 : ( {〔 (随县棕子中棉 又新疆草棉 ) 4 x 只 鄂棉 10 号〕F , x 鄂棉 6 号 } F : 又鄂
棉 6号 ) F Z义 鄂棉 6号 F : 。 ③ 海岛棉胞质系 16 04 : 海岛棉品种洛萨亚 x 晋中 2 0 0 B 2F 4 。 ④ 蓬
蓬棉胞质系 1 5 94 : (蓬蓬棉 只鄂棉 10 号 ) B正 , 义鄂棉 6号 F 4 。 此外 ,墨西哥野生棉 1 9 8 0 年引
自中国农科院棉花所 ; 异常棉细胞质系 A n o m 2 7 7 、 长尊棉胞质 系 L on g 1 6 、 哈克尼西棉胞质
系 H A F 1 6通过美籍华人左 天觉先生于 1 9 80 年引进 。 供试材料于 1 9 9 2 年 10 月在湖北省农
科院温室 内种植 , 2 行 区 ,顺序排列 , 常规管理 。
` 本文 及研究工 作均 在韦贞国研究员指 导下完成 。 本文收到 日期 : 1 9 9 4一 01 一 14
4期 李宗友等 :棉属九个同核异质系醋醉 、 过载化物醉同工醉分析
Z L 实骇方法
1
.
2
.
1取材 :醋酶同工酶取萌发种子 、 五叶期叶 、茜期叶 ;过氧化物酶同工酶取五叶期叶 、蓄
期叶 、花期叶及第二天将开放的花 (不包括花柄 )。
1
.
2
.
2样品制备 :参照邱竟〔” 的方法 。 试样先用蒸馏水冲洗 ,再用滤纸吸干表面水分 . 剪碎
称 0 . 29 , 加 。 . s m l的蒸馏水 , 研磨匀浆 , 用高速冷冻离心机 4℃ 、 10 。。。 r /m in 离心 10 m in , 取
上清液直接点样或置于 O~ 4℃冰箱中短期保存备用 。
1
.
2
.
3 凝胶电泳 : 参照杨太兴 〔 3〕的方法 。 采用不连续聚丙烯酞胺凝胶系统 。 胶浓度及胶的组
成因分离的酶种类而 异 。 醋酶 : 分离胶为 l % A cr 、 0 . IM T ir s 一 柠檬酸 ( p H S . 9 ) ; 浓缩胶为
4
.
5% A C r
、
0
.
0 1M T
r is 一柠蒙酸 ( pH 6 . 7 ) 。 电极缓冲液为 T r i s一甘氨酸 ( p H S . 7 ) 。 过氧化物
酶 :分离胶为 7 . 5% A C r 、 0 . IM rT i s一 H C I ( pH s . 9 ) ;浓缩胶为 4 . 5% A C r 、 0 . o l Zs M T ir s 一 H C I
(p H 6
.
7 )
. 电极缓冲液为 T isr 一甘氨酸 ( p H S . 3 ) . 电泳时 ,为了验证酶带的真实性 ,采用增减
样量和每套材料点两块板同时进行 。
2 结果与分析
2
.
1 茜酶同工酶
九种同核异质系的三个发育时期醋酶同工酶电泳模式图见图 1 . 据酶带中各酶带迁移
率 R f 值可划分为三个区 : R fo . 0 5~ R f o . 3 0 为 E S T 一 I ; fR o . 4 5 ~ R f o . 7 0 为 EST 一 一 ; fR
0
.
80 一 fR 0 . 90 为 E S T 一 , . 每个区内又据 R f 值由小到大顺序编号 。
二 种子劝发期 b . 5 叶期 t阮 石f山 地~
. . . .
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困, 刀
. . . .
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1 1 不同时期 《` t ) . 价同工旅 , ,
万龟. 1 1为 . .目 . 日 . . 如叮 . 叼旧的娜门如
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棉 花 学 报 6卷
由图 1 看出 ,在 9 种异质系三个发育时期所 出现的 13 条酶带中 ,按其统一性和差异性
可区分为同核异质系统一酶带和异质系的特异酶带两大类 。 统一酶带是指那些在 9 种胞质
的背景下酶带在各个发育时期的活性表现基本一致 ,即控制这些酶带的基因表达不受细胞
质因子的影响 ,是 由核基因专一控制的 。 在 13 条酶带中 ,这种 同核异质系的统一酶带有 3
条 : E S T 一 I 的 2 号带 、 E S T 一 l 的 1 号带及 E S T 一 l 的 3 号带 。 而其余的 10 条酶带则因细
胞质的不同各 自表现 出不同的特异性 , 因此 ,可统称为同核异质系的特异酶带 。其中 ,按照酶
带有无或活性大小又分为五类 : ( l) 阶段缺失酶带 ,指在某一发育时期 IH R S 中 7 表现出一
定活性而该系却没有表现出活性的那些酶带 。这可能是在同核同质的情形 下 ,编码这些酶带
的某些核基 因处于活化状态 ,一旦处于其它种胞质的背景下 , 这些活化基因受到遏止而使
编码这些酶的核基因难于表达 . 如 E S T 一 I 区中 1 、 2 、 3号酶带是 A R B 中 7 、 A N O M 中 7 的
阶段缺失酶带 。 ( 2) 阶段强活性酶带 。 如 E S T 一 I 区 中的 1号酶带是 L on g 中 7 、 M E X 中 7 的
强活性酶带 ,均表现于五叶期 。这类酶带是指在某一特定时期异质系表现较陆地棉同核同质
系 ( H I R 中 7) 为独特强活性酶带 。 这一酶带可能是某种质基因组在此时期强烈刺激了编码
E S T 的核基因的缘故 。 ( 3) 阶段次强活性酶带 ,这种酶带可能是由于某一特定胞质在该时期
较强地刺激了编码这一酷酶同工酶的核基因使其表现出较强的活性 。 如 E S T 一 I 区中 5 号
带是 H E R B 中 7 、 A N OM 中 7 、 L o n g 中 7 、 B A R B 中 7 (即 l 、 3 、 4 、 5 号材料 )的阶段次强酶带 。
( 4) 阶段次弱酶带 ,指某一特定胞质较弱地刺激或遏止编码这些酷酶同工酶的核基因活性所
致 。 如 E S T 一 I 区中的 5 号带即是 H A R K 中 7 (8 号材料 )的阶段次弱酶带 。 ( 5) 阶段弱活性
酶带 。 如 E S T 一 I 中的 5 号带是 A R B 中 7 、 M E X 中 7 的阶段弱活性酶带 。
将 以上分析的九种同核异质系的特异酶带结果汇于表 2 。 由表 2 可知 , 同核异质系间的
特异酶带在号次 、 种类和表现的时期均有差异 ,这些特异性反映了不同胞质的特点 。
表 2 同核异质系不同时期特异醋酶酶带比较
aT b l
e 2 C o m P a d s o n o f t h e m a r k e
r 加 n d , o f 匆 n u d . r a l l o p l a s 口〕 应e l达曰 a r d甘 f e r en t s at g“
代号
N o
.
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m a r e巧 a l
恃异酶带数
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种子萌发期
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区号
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区号
N o
.
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I一 4 , 5
I 一 4
种类
yT pe
阶段 次强 阶段缺失
阶段 次弱
I一 1 . 2 , 3 . 5
I 一 1
! 一 2
阶段缺失 I一 4
I 一 4 , 5
I一 4
I 一 4
阶段缺失
阶段 次强 I一 1 , 2 , 3 阶段缺失 阶段缺失
阶段 次强 ;二; 阶段强活阶段次强 阶段缺 失
阶段 次强 ; 二; 阶段强活阶段次强
I一 4
I 一 4
I一 4
! 一 4
I一 4
I 一 4
I一 4
I 一 4 , 5
阶段缺失
I一 5 阶段 弱活 I 一 1 阶段强活 阶段缺失阶段弱活
阶段次弱 阶段缺失
4期 李宗友等 : 棉属九个同核异质系醋酶 、过氧化物酶同工酶分析
2
.
2 过氧化物酶同工酶
分析了异质系的苗期 、蕾期 、 花期叶片和花器的过氧化物酶同工酶 ,结果见图 2 。 由图 2
看出 ,所有异质系在不同发育时期 、 不同器官中过氧化物酶同工酶的谱带是不 同的 , 以蕾期
叶片中呈现的谱带数最多 ,花器官中呈现的谱带数最少 . 各异质系在同一发育时期 中的过氧
化物酶同工酶的活性表现也不尽相同 。
a · 苗期叶片 眼刁11。 ` 1. ~ ` . 甘期叶片 k . ,二 , . ` 。 ` 碑` 记 占日目川已自日目胃口.`川门日票巴目昌一肖日é回劝川口ù仁们州旧
-C 花期叶片 匕 , “ . : 而伏南` 产斥记 d . 花口官 企拓~ ,迫一箱翩旧日
注 、 0 , e… 甄 一 t , . ` . . 次吸 二` . . 、 : 盯口 次周 . 己 几u m l二二〕 弱 ~ 卜
图 2 不同时期 (器官 )过级化物脚同工蔺酶谱
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.
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e 伴 r o对 d a , 切 z y” , e z y . 叩 r a成 a t d i f f’ 代 n t st a g。 ( o r or g asn )
苗期叶片过氧化物同工酶谱 : 在 R f0 . 25 处的一条主带二倍体异质系 ( H E R B 中 7 、 A R B
中 7 、 A N O M 中 7 、 L O N G 中 7 、 H A R K 中 7) 中的酶活性普遍 比四倍体异质系 ( B A RB 中 7 、
P u R P 中 7 、 M E x 中 7 、 IH R s 中 ” 的强 。 四倍体胞质异质系这条带或次弱 、或弱 、或缺失 . 从
染色过程 中也 可以看 出这一结果 , 二倍体胞质系中这条带出现早 ,而 四倍体中这条带 出现
迟 。蕾期叶片过氧化物酶同工酶谱 : 除了 M E X 中 7 和 H A R K 中 7在 R f0 . 25 、 R f0 . 30 处的两
条带弱于其它异质系的活性外 , 异质系在其它各处未呈现 明显差异 。 花期叶片 : 异质系除了
在 R f0 . 15 处的酶带有 微弱差 异外 , 在 其它各处 的谱带基 本上是 相 同的 。 花 器官 : 除 了
H A R K 中 7 在 R f0 . 25 处为缺失酶带 ,斑 0 . 38 处为弱带而不同于其它异质系外 ,其余异质系
在各处的酶带均是相同的 . H A R K 中 7 呈现出的衬异酶带可能是哈克尼西棉胞质与陆地棉
核互作的结果 。
3 讨论
3
.
1 关于核质互作
如上述结果 ,异质系间的醋酶同工酶 、过氧化物酶同工酶在大多数发育时期 (或器官 )中
棉 花 学 报 6卷
没有表现 出明显的差异 ,说明了核的作用是主要的 。 本实验材料的核基因为陆地棉的核 , 同
其它棉种的胞质结合在一起 ,必然也会受到其它棉种胞质的影响 。 异质系在醋酶 、 过氧化物
酶同工酶活性上表现出不 同于陆地棉胞质系 ( IH R S 中 7) 的特异性正是核— 质互作关系的反映 . 结果中过氧化物酶活性受胞质的影响远远小于酷酶同工酶受胞质的影响 , 这一结果
与褚沂等 〔。在水稻上报道的结果相一致 .
3
.
2 关于应用同工酶技术以鉴别胞质
酷酶同工酶在异质系的不同发育时期表现出了特定的酶谱 (见表 2 ) . 由于这些特异谱
带反映着各胞质的特点 ,因此这一结果对不同的胞质进行分类是有重要参考价值的 。 此外 ,
从表 2 还可以看出 ,异质系 A R B 中 7 与 A N O M 中 7 、 P U RB 中 7 与 IH R S 中 7 的特异酶谱
的相似度大 ,说明中棉胞质与异常棉胞质的分化程度是相近的 ;蓬蓬棉胞质与陆地棉胞质的
分化程度是相似的 。 这一结论同华金平“ ,据生物学性状聚类分析得到的结论相吻合 。
3
.
3 关于过氧化物酶同工酶
由于过氧化物酶同工酶并未象醋酶 同工酶那样呈现众多的特异谱带 ,因此过氧化物酶
同工酶难于作为鉴别异质系胞质的生化指标 。 尽管如此 , 仍得到了有意义的结果 . 实验 中
H A R K 中 7 为哈克尼西棉胞质的不育系 ,该系花器官中过氧化物酶同工酶谱带明显地较其
它异质系花器官 中活性弱 。这与不育系在这一时期花粉发生败育 、 花粉粒和花药细胞 内含物
减少 、 酶活性降低是一致的 。 这一结果同王保仁等〔` ,研究油菜 “ 三系 ” 的结果 、 邱竟〔。 研究棉
花 “ 三系 ” 结果相一致 , 而与彭永康 〔7 ,研究水稻的结果不同 .
参 考 文 献
邱竟 . 棉花雄性不育 “三系 ” 过氧化物酶同工醉等电聚焦电泳分析 . 作物学报 , 19 90 , 17 (5 ) : 3 76 ~ 3 80
马显达 . 棉属八 种胞质效应的生化遗传研究 . 西 南农业大学学报 , 19 90 , 12 ( 1 ) : 82 ~ g0
杨太 兴 . 玉米不 同细胞质雄性不育类 型的同工酶分析 . 作物学报 , 19 82 , 8 “ ) · 2 69 ~ 27 5
褚沂 . 水 稻五种同核异质雄性不育系的酷酶 、过氧化物酶同工醉分析 . 上海农业学报 , 1 9 85 , 1 ( 1 ) : 1~ 10
华金平 . 棉属种 间异探细胞质遗传效应研究 . 华中农业大学硕士论文 , 19 9。
王保仁等 . 湘矮型 油菜 “ 三系 ” 及其杂种过氧化物酶 同工酶的初步研究 . 湖南农业科技 , 1 9 80 , ( 6 〕 : 16 一 21
彭永康 . 高粱 同核异质与异核异质雄性不育系 、 保持系花药及雌蕊过氧化物酶同工醉的 比较研究 . 中国农业科学 ,
1 9 8 8
,
2 1 ( 6 )
: 4 5 ~ 5 2
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-
g a n s a t d i f f e r e n t s t a g e s ) f r o m n in e i s o n u e le a r a ll o p l a s m i e l in e s o f G o s理P l’u m w a s an a l y z e d b y
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b a n d s o f e s t e r a s e iso z y m e a n d P e r o x id a s e i s o z y m e
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id e n t if y t h e s e v e r a l e y t o p la s m s w a s p u t f o r w a r d a n d t h e r e la t i o n s h ip be t
wen
n u e l e u s a n d e y t -o
P la s m w a s d i s s e u s e d
.
K e y w o r d s G os s少P血m , iso n u e le a r a l l o p la s m i e li n es , es t e r a s e , p e r o x id a s e , iso z y m e .