辣椒胞質雄性不育系與保持系生化特性研究

摘要：對不育系K132A、保持系K132B不同發育階段花藥的生化特性進行比較分析，結果表明：不育系花藥不同發育階段的過氧化物酶、多酚氧化酶、超氧化物歧化酶的比活力明顯高于保持系，且呈逐漸增強趨勢，而保持系卻逐漸減弱。但是，不育系過氧化氫酶的比活力低于保持系，推斷由于酶活性的異常變化引起花粉內代謝的失調從而導致敗育。為闡明辣椒細胞質雄性不育的敗育機理提供理論基礎。

關鍵詞：辣椒；胞質雄性不育；酶活性

中圖分類號：S641.3 文獻標識碼：A 文章編號：1006－6500(2008)02－0050－03

植物雄性不育是被子植物中普遍存在的現象。自從1763年Kolreuter首次觀察到植物雄性不育現象以來，至今至少已在43科162屬320種中發現了植物雄性不育，其中包括辣椒(Capsicumannuum L.)。利用胞質雄性不育(cMs)系進行雜交制種，已成為國際制種業的主要趨勢，其可免去人工去雄，節省大量的人力物力，并可以提高雜交種子的純度，增加農作物的產量。因此，長期以來人們對不育機理未曾終止過探討。從形態學、細胞學、遺傳學、生理生化學及分子生物學方面對植物雄性不育CMS進行了大量的研究，發現雄性不育與作物器官的物質代謝、能量代謝的異常、酶活性的變化有關。本試驗對辣椒細胞質雄性不育系和保持系的花蕾的生化特性進行研究，旨在為闡明辣椒的細胞質雄性不育的敗育機理提供依據。

1 材料和方法

1.1材料

供試材料為辣椒細胞質雄性不育系K132A和及其相應的保持系K132B，種子來源于天津市農業科學院科潤蔬菜研究所。將雄性不育系K132A和保持系K132B用株距55cm、行距65cm的密度各定植60株，田間栽培管理(澆水、施肥、植保等)按一般要求進行。

1.2方法

酶活性測定分別選用3種不同大小的花蕾，分別為小花蕾(花瓣未露出)、中花蕾(萼片與花瓣等長)和大花蕾(次日開放)。

酶樣品的制備：取0.1g花藥，放入少量石英砂，加pH7.8，0.05mol／L磷酸緩沖液5mL研磨，然后12000r／min，4℃離心20min，取上清液置于冰箱備用。

過氧化物酶(POD)測定采用愈創木酚法；多酚氧化酶(PPO)測定采用鄰苯二酚法；超氧化物歧化酶(sOD)測定采用氮蘭四唑(NBT)法；過氧化氫酶(cAT)的活性測定采用高錳酸鉀滴定法。實驗設3次重復，測定結果取3次重復的平均值。

2 結果與分析

從表1可以看出，不同蕾發育時期的不育系花藥中過氧化物酶(POD)比活力都極顯著高于保持系；在不育系中，大蕾期花藥中POD比活力極顯著高于中蕾期和小蕾期；在保持系中，大蕾期花藥中POD活性極顯著低于中蕾期和小蕾期。

對于多酚氧化酶(PPO)比活力，不育系與保持系相比較而言，除小蕾期花藥中PPO比活力兩者差異不顯著外，中蕾期和大蕾期都達到極顯著差異，且不育系中蕾和大蕾期花藥中PPO比活力極顯著高于保持系；大蕾期不育系PPO比活力也極顯著高于中蕾期和小蕾期；而保持系中蕾期PPO比活力顯著低于小蕾和大蕾期。

不育系各時期超氧化物歧化酶(sOD)比活力都極顯著高于保持系；不育系各時期花藥中SOD比活力差異不顯著，保持系中各時期花藥中SOD比活力差異也不顯著。

不育系和保持系大蕾期花藥中過氧化氫酶(cAT)比活力達顯著差異，保持系大蕾期的CAT比活力顯著高于不育系。

3 結論與討論

本試驗結果表明，不同發育階段不育系花藥中過氧化物酶、多酚氧化酶、超氧化物歧化酶的酶比活力明顯高于保持系，且呈逐漸增強趨勢，保持系逐漸減弱。而不育系中過氧化氫酶比活力低于保持系，說明正是由于酶活性的異常變化才引起花粉內代謝的失調導致不育系敗育。該結果與同類研究相一致。例如耿三省等發現，花藥中過氧化物酶活性明顯高于保持系，而過氧化氫酶活性低于保持系。鄧明華等對辣椒細胞質雄性不育系及保持系過氧化物酶活性的分析表明，不育系的POD活性明顯高于保持系，且呈持續增強的趨勢，而保持系逐漸減弱。戴亮芳等比較分析了過氧化物酶同工酶在幼葉和不同發育時期花蕾宙的表達特征。結果表明，辣椒花蕾中的POD同工酶譜帶均比葉片中的更豐富。不育系21A與保持系21B間的酶譜在幼葉和小花蕾中基本無差異，但從中花蕾開始，保持系21B的一些酶帶染色開始減弱。在大花蕾和特大花蕾時期，不育系比保持系分別多2條酶帶。逯紅棟等以9個辣椒雄性不育材料及相應的保持系為試材，測定了花蕾中過氧化物酶、過氧化氫酶的活性和游離脯氨酸的含量。結果表明：雄性不育材料的過氧化物酶活性和多酚氧化酶活性均高于相應的保持系，而過氧化氫酶活性低于保持系。

但也有研究結果不一致的，例如李瑩瑩等㈣得出，隨著花蕾的發育，保持系中SOD活性高于相應不育系，不育系花蕾中SOD活性先下降后上升，保持系花蕾中SOD活性先上升后下降。不育系花蕾中POD活性一直低于相應保持系。CAT活性卻高于相應保持系。隨著花蕾發育，保持系花蕾中CAT活性持續下降，而不育系花蕾中CAT活性則先下降后上升。出現的不同結果可能是材料不同所致。

酶是基因表達的直接產物，酶活性的差異可以反映基因表達的差異。過氧化物酶(POD)，多酚氧化酶(PPO)，超氧化物歧化酶(sOD)是植物體內保護系統的酶組成。當外界發生變化時，植物為了保持其原有的平衡系統發生了相應的變化，即酶活性發生了變化。植物是由細胞、組織、器官構成的一個完整的有機體系統。植物育性基因的不正常表達引起酶活動的不正常表現。不育系花藥中過氧化物酶活性增強在花椰菜等植物雄性不育系中均有類似的表現。據研究，過氧化物酶活性對控制體內生長素(IAA)含量水平起著關鍵作用，而體內IAA含量水平直接關系到花藥營養物質的積累和運轉，不育系花藥中過氧化物酶活性的增強將促進花藥內源激素IAA的氧化分解，影響營養物質的合成和運輸。因此，雄性不育系花藥中過氧化物酶的增強是導致雄性不育的一個重要因素。