自交不親和性的生理機(jī)制探討范文

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《湖南科技學(xué)院學(xué)報(bào)》2017年第1期

摘要：以金光杏梅為試驗(yàn)材料,對(duì)授粉后花柱內(nèi)保護(hù)酶活性及丙二醛含量進(jìn)行研究,探討了金光杏梅自交不親和性的生理機(jī)制.結(jié)果表明：金光杏梅在自花和異花授粉后均能引起SOD、POD、CAT活性和MDA含量的變化.比較自花和異花授粉的酶活性和MDA含量發(fā)現(xiàn),金光杏梅異花授粉后,花柱內(nèi)SOD、CAT活性變化呈單峰曲線(xiàn),在授粉后24h達(dá)到最高峰；花柱內(nèi)POD活性和MDA含量在授粉后72h內(nèi)呈現(xiàn)逐步上升趨勢(shì),沒(méi)有出現(xiàn)峰值；在授粉后同一時(shí)期,花柱內(nèi)SOD、POD、CAT活性異花授粉高于自花授粉,而MDA含量異花授粉低于自花授粉.SOD、POD、CAT活性和MDA含量的變化與自交不親和基因的調(diào)控有關(guān).

關(guān)鍵詞：金光杏梅；自交不親和性；生理機(jī)制

杏梅屬李屬的杏李類(lèi)（PrunussimoniiCarr.）,主要分布于華北的山區(qū)丘陵地帶.金光杏梅是從杏與李的自然雜交后代中選育出的優(yōu)良變異類(lèi)型,因其結(jié)果早、果個(gè)大、品質(zhì)優(yōu),在河南省各地被廣泛栽培.近幾年各地均出現(xiàn)金光杏梅坐果率低的問(wèn)題.本課題組通過(guò)授粉生物學(xué)研究發(fā)現(xiàn),金光杏梅花粉在培養(yǎng)12h時(shí),萌發(fā)率高于10%,從而排除了金光杏梅花粉敗育的可能性.同時(shí)通過(guò)對(duì)金光杏梅進(jìn)行自花和異花授粉試驗(yàn)發(fā)現(xiàn),金光杏梅自花授粉座果率為0,異花授粉座果率在10%以上,說(shuō)明金光杏梅屬自交不親和性的樹(shù)種[1].本試驗(yàn)旨在通過(guò)研究金光杏梅花柱內(nèi)保護(hù)酶活性、丙二醛（MDA）含量與自交不親和性的關(guān)系,揭示金光杏梅自交不親和性的生理生化機(jī)制,為其自交不親和性的調(diào)控提供依據(jù).

1材料與方法

1.1試驗(yàn)材料

本試驗(yàn)于2014年在河南科技學(xué)院園藝園林學(xué)院實(shí)驗(yàn)室和古固寨教學(xué)實(shí)習(xí)基地進(jìn)行.選取生長(zhǎng)發(fā)育健壯、無(wú)病蟲(chóng)害的5~6a生金光杏梅大樹(shù)作為供試株,凱特杏為其授粉品種.于3月份采集鈴鐺花期的花蕾200朵帶回實(shí)驗(yàn)室,去除花萼、花瓣,取其花藥,放在20℃干燥的條件下讓其自然散粉,晾干后裝入干凈的青霉素瓶?jī)?nèi),置于4℃冰箱中備用.

1.2試驗(yàn)方法

1.2.1自花授粉后花柱的采集

采集金光杏梅鈴鐺花期的花枝,在溫室內(nèi)將花枝末端插入水瓶,進(jìn)行水培催花,待花朵剛剛開(kāi)放時(shí),用棉棒蘸取金光杏梅花粉進(jìn)行人工輔助自花授粉,并于授粉后0、24、48、72h采集花朵,迅速去除花瓣、花絲、花藥,切取花柱,放入5mL離心管中,置于-70℃超低溫冰箱中備用.

1.2.2異花授粉后花柱的采集

采集金光杏梅鈴鐺花期的花枝,在溫室內(nèi)將花枝末端插入水瓶,進(jìn)行水培催花,待花朵剛剛開(kāi)放時(shí),用棉棒蘸取凱特杏花粉進(jìn)行人工輔助異花授粉,并于授粉后0、24、48、72h采集花朵,迅速去除花瓣、花絲、花藥,切取花柱,放入5mL離心管中,置于-70℃超低溫冰箱中備用.

1.2.3相關(guān)指標(biāo)的測(cè)定

參照李合生的方法,采用硫代巴比妥酸法測(cè)定MDA含量；采用氮藍(lán)四唑（NBT）還原法測(cè)定超氧化物歧化酶（SOD）活性；采用愈創(chuàng)木酚法測(cè)定過(guò)氧化物酶（POD）活性；采用紫外分光光度法測(cè)定過(guò)氧化氫酶（CAT）活性.

1.3數(shù)據(jù)處理用

Excel2003軟件對(duì)測(cè)得的數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析.

2結(jié)果與分析

2.1金光杏梅自花和異花授粉后,花柱內(nèi)SOD活性的變化

金光杏梅自花授粉和異花授粉后,花柱內(nèi)SOD活性的變化規(guī)律均呈單峰曲線(xiàn).在授粉24h內(nèi)花柱內(nèi)SOD活性迅速上升,授粉后24h達(dá)到最高值,此時(shí)SOD活性分別為授粉前的1.79倍和2.46倍.在授粉后24~72h,異花授粉花柱內(nèi)SOD活性緩慢下降,但仍高于授粉前的活性,分別為2.36倍和1.98倍；自花授粉花柱內(nèi)SOD活性迅速下降.同時(shí)比較發(fā)現(xiàn),在授粉后同一時(shí)期,異花授粉花柱內(nèi)SOD活性均高于自花授粉.

2.2金光杏梅自花和異花授粉后花柱內(nèi)POD活性的變化

金光杏梅異花授粉后72h內(nèi),花柱內(nèi)POD活性呈現(xiàn)逐步上升趨勢(shì),沒(méi)有出現(xiàn)峰值,各時(shí)期花柱內(nèi)POD活性分別為授粉前的2.66倍、3.11倍和3.25倍.金光杏梅自花授粉后花柱內(nèi)POD活性也迅速上升,在授粉后48h達(dá)到最高值,此時(shí)花柱內(nèi)POD活性為授粉前的2.25倍；授粉后48~72h,自花授粉花柱內(nèi)POD活性迅速下降.同時(shí)比較發(fā)現(xiàn),在授粉后同一時(shí)期,異花授粉花柱內(nèi)SOD活性均高于自花授粉.

2.3金光杏梅自花和異花授粉后花柱內(nèi)CAT活性的變化

金光杏梅自花和異花授粉24h內(nèi),花柱內(nèi)CAT酶活性均迅速上升,授粉后24h達(dá)到最高值,此時(shí)CAT活性分別為授粉前的5.2倍和8.08倍.在授粉后24~72h時(shí),異花授粉花柱內(nèi)CAT活性略微下降,仍保持很高的活性；自花授粉花柱內(nèi)CAT活性迅速下降.同時(shí)比較發(fā)現(xiàn),在授粉后同一時(shí)期,異花授粉花柱內(nèi)CAT活性均高于自花授粉,其變化規(guī)律與SOD活性相似.

2.4金光杏梅自花和異花授粉后花柱內(nèi)

MDA含量的變化金光杏梅自花和異花授粉花柱內(nèi)MDA含量在授粉后72h內(nèi)均呈現(xiàn)逐步上升趨勢(shì),沒(méi)有出現(xiàn)峰值.在授粉72h時(shí),自花授粉和異花授粉MDA含量分別為授粉前的4.34倍和2.16倍.同時(shí)比較發(fā)現(xiàn),金光杏梅異花授粉后各時(shí)間MDA含量均低于自花授粉.

3結(jié)論與討論

正常情況下,植物體內(nèi)自由基的產(chǎn)生和清除處于動(dòng)態(tài)平衡狀態(tài).逆境脅迫下這種平衡被打破,導(dǎo)致過(guò)量的自由基對(duì)植物細(xì)胞產(chǎn)生毒害作用,使細(xì)胞膜遭到破壞或死亡.作為植物體內(nèi)保護(hù)酶系統(tǒng)的重要組成部分,SOD、POD、CAT在清除自由基方面發(fā)揮著重要作用.植物授粉受精是植物孕育新一代生命的過(guò)程,授粉必然會(huì)引起特定組織內(nèi)生理生化的變化.本研究發(fā)現(xiàn),金光杏梅自花授粉后0~24h,花柱內(nèi)SOD、POD、CAT活性均迅速上升,SOD、CAT活性在授粉后24h達(dá)到最高值,POD活性在授粉后48h達(dá)到高峰,花粉管能夠正常生長(zhǎng)；授粉24h后花柱內(nèi)SOD、CAT活性迅速下降,POD活性略有增長(zhǎng)后也迅速下降.授粉后48~72h是花粉管穿過(guò)花柱進(jìn)入子房的時(shí)間,此時(shí)花柱內(nèi)SOD、POD、CAT活性均下降,而花柱內(nèi)MDA含量仍維持較高水平或上升,造成花粉管停止生長(zhǎng).金光杏梅異花授粉后,花柱內(nèi)SOD、CAT活性變化呈單峰曲線(xiàn),在授粉后24h達(dá)到最高值,此后均下降；花柱內(nèi)POD活性和MDA含量在授粉后72h內(nèi)呈現(xiàn)逐步上升趨勢(shì),沒(méi)有出現(xiàn)峰值.比較自花和異花授粉的酶活性和MDA含量發(fā)現(xiàn),在授粉后同一時(shí)期,花柱內(nèi)SOD、POD、CAT活性異花授粉高于自花授粉,而MDA含量異花授粉低于自花授粉.說(shuō)明金光杏梅自身?yè)碛辛艘惶赘咝У谋Ｗo(hù)性酶系統(tǒng),它有助于金光杏梅受精過(guò)程的完成.這種保護(hù)性酶系統(tǒng)可能與金光杏梅本身所具有的自交不親和基因的調(diào)控有關(guān).對(duì)金光杏梅異花和自花授粉后不同時(shí)期的酶活性和MDA含量比較發(fā)現(xiàn),授粉后24h內(nèi),異花授粉和自花授粉的3種酶的活性和MDA含量變化趨勢(shì)相似,而在授粉24h以后,異花授粉的酶活性明顯高于自花授粉的酶活性,異花授粉的MDA含量明顯低于自花授粉的MDA含量.這種現(xiàn)象也進(jìn)一步反映了自交不親和性基因?qū)ΡＷo(hù)性酶系統(tǒng)的調(diào)控.

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作者：劉遵春；包東娥；扈惠靈 單位：河南科技學(xué)院