陸地棉與海島棉抗氧保護酶差異的比較

胡根海，張金寶，朱顏平，劉向梅，王清連

（河南科技學院生命科技學院，河南 新鄉 453003）

植物體生長發育所需要的物質和能量主要通過有氧代謝提供。在有氧代謝過程中，不可避免的產生一定量自由基，如超氧陰離子、羥基自由基、過氧化氫等。當植物處于極端溫濕度、干旱、鹽脅迫、除草劑、二氧化硫和輻射等逆境時，也會產生大量活性氧，大量自由基和活性氧的存在會給植物體造成嚴重的損傷。SOD、POD和CAT是生物體內重要的自由基清除劑，在清除機體內多余的超氧陰離子、解除超氧陰離子對生物體的毒性過程中起著關鍵性作用[1-2]。海島棉和陸地棉是生產上兩大栽培種，海島棉表現生長旺盛植株高大，葉色暗綠，優質長絨，但是產量低。與其相反，陸地棉植株矮小，葉小色淡，絨長（陸地棉21～33 mm）較短（與海島棉33～39 mm比較），但產量高。利用陸海雜交改良陸地棉是育種家最早選擇的方法，但陸海雜交后代分離嚴重，目標性狀很難整合在一起，探討陸海之間抗氧保護酶動態變化的差異，找到各指標的最佳檢測時期，有可能為利用陸海雜交培育新品種的雜交后代選育提供參照數據。目前對同一種植條件下陸地棉與海島棉抗氧保護酶活性變化的差異性研究尚未見報道。本研究旨在探討陸地棉與海島棉在相同栽培條件下，抗氧保護酶活性變化的動態變化差異性，為黃河流域棉區利用海島棉改良陸地棉提供理論上的參考依據。

1 材料與方法

1.1 材料

試驗在河南科技學院棉花實驗基地進行。選用7個陸地棉和4個海島棉品種（系）作供試材料（部分材料購自中國農業科學院棉花研究所品種資源室），供試棉花材料名稱：中棉所50、中棉所64、早熟0式、旱零1號、雞腳葉棉、新疆01、新疆02、新海18、躍零1號、躍零2號和海島棉1號。棉花材料于2008年5月20日大田播種，按照常規大田管理方式管理，在棉花發育中的6月18日（5片真葉苗期），7月4日（現蕾期），7月20日（始花期），8月6日（花鈴期）和8月26日（吐絮期）取樣，樣品取自同期棉花相同部位的全展功能葉片。

1.2 方法

稱取剪碎的新鮮棉花葉片共3份，每份0.3 g左右，放入試管中，測定時至少重復3次，取平均值。超氧化物歧化酶（SOD）活性測定采用硝基四氮唑藍光化還原法加以改進[3]，過氧化氫酶（CAT）活性測定采用紫外吸收法[3]，過氧化物酶（POD）活性測定采用愈創木酚顯色法，以每分鐘內A470變化0.01為1個酶活性單位[3]。所測數據均采用Excel軟件分析。

2 結果與分析

2.1 海島棉與陸地棉葉片的SOD活性變化差異

由圖1可知，陸地棉和海島棉的SOD活性變化在整個生育期中呈規律性變化，陸地棉和海島棉的變化趨勢有差異。陸地棉總體表現從6月18日（苗期）開始下降，7月4日（現蕾初期）至7月20日（始花期）保持穩定，7月20日以后快速升高；4份海島棉表現在整個生育期中SOD活性表現出波動上升的基本趨勢。6月18日至7月4日基本維持恒定，7月4日后上升，在7月20日出現高峰，然后下降，8月6日后上升，從整體上看，所有材料均是8月26日吐絮期最高。

2.2 海島棉與陸地棉葉片的CAT活性變化差異

由圖2可知，陸地棉7份材料中不同材料之間CAT活性有不同變化規律，總體看每個材料都有單一峰值，但不同材料峰值出現時期，最高值（極值）不同；新疆02、雞腳葉棉和早熟0式峰值出現較早在7月4日（現蕾初期），中棉所50和旱零1號峰值出現在7月20日（始花期），中棉所64、新疆01峰值出現在8月6日（花鈴期）；海島棉在整個生育期中CAT活性與陸地棉相似也表現出單峰曲線，但4份海島棉變化一致，6月18日至7月4日基本維持恒定或略下降，7月4日后上升，在7月20日出現高峰，然后下降，8月6日后維持較低的水平。所有材料均是7月20日（始花期）最高，而且不同材料間酶活性差異較小。

2.3 海島棉與陸地棉葉片的POD活性變化差異

由圖3可知，在整個生育期中，陸地棉和海島棉的POD活性變化趨勢非常相似，僅在6月18日至7月4日略有差異。7份陸地棉均表現6月18日至7月4日略微下降，從7月4日后上升，后期不同材料上升幅度有差異。海島棉POD活性表現出整體前期較低后期較高的上升趨勢，所有材料均是8月26日吐絮期最高。不同材料間差異表現為：躍零1號與陸地棉相似，從6月18日至7月4日略下降；7月4日后所有材料都是上升趨勢，在8月26日新海18與其他3個材料有較大差異。

3 討論與結論

生物體的一切生命過程實際上都是一系列酶促反應的生化過程，酶含量與酶活性變化往往意味著該酶專一性催化的生化過程變化，反映了生物體某一特性的變化。在自由基傷害學說中，SOD、CAT和POD是防御系統的主要保護酶類，這三者協調一致，使生物體內自由基維持在一個較低水平，從而防止自由基傷害。宋美珍等在短季棉抗氧保護酶遺傳研究中認為SOD、CAT和POD存在加性效應，并找到其相應的QTL[2,4-7]，為短季棉抗氧保護酶育種利用提供依據。本試驗結果表明，海島棉和陸地棉一樣，其抗氧保護酶在整個生育期中也存在變化規律，但陸海之間存在差異，這為陸海雜交后代選育提供重組的可能。

從海島棉與陸地棉的SOD活性變化比較可以看出，陸地棉與海島棉有不同的變化規律，試驗得到的陸地棉動態變化趨勢與前人結果基本一致[7]，試驗結果差異主要在花鈴期以后，宋美珍等認為花鈴期以后為下降趨勢[7]。本試驗得到上升趨勢，作者認為花鈴期以后氣溫逐漸降低，有可能是外界的低溫誘導激活了棉株的SOD合成機制，導致后期較高的SOD酶活性，后期較高的酶活性可以清除低溫引起自由基的增加更有利于棉花生長。陸地棉和海島棉都是后期SOD酶活最高。已有研究結果認為，大豆SOD活性在整個生育期中呈現規律性變化，并存在品種間的差異[8-9]。梁洪艷等研究發現，小麥品種SOD活性與其抗鹽堿緊密相關[10]。結合前人結論，試驗結果建議，在整個生育期中，陸地棉、海島棉的SOD活性與其他作物一樣具有規律性；陸地棉SOD高活性期在花鈴期以后，篩選高SOD活性材料應在此期比較適宜；海島棉SOD高活性期在始花期或花鈴期以后，建議可以選擇在花鈴期以后測定評價SOD。

從海島棉與陸地棉的CAT活性變化比較可見，陸地棉不同材料有不同的變化規律，郭明等研究結果證實農藥噴施可以引起棉花CAT的漲落[11]，李永平等發現大豆CAT活性具有明顯的基因型差異[12]，姜佰文等認為在大豆四個生長階段中，CAT活性的變化規律呈單峰曲線，初花期最高[13]。本試驗是統一管理，材料種植在一個小區內，試驗數據有可比性，結合其他作物認為棉花的CAT在整個生育期中是有規律可循的，但陸地棉不同材料不同變化可能是其誘導反應機制不同，海島棉有較好的規律性。根據圖2建議評價CAT的最佳時期，海島棉為始花期，陸地棉需先預測其最佳評價時期再做決定。

從海島棉與陸地棉的POD活性比較可見，海島棉和陸地棉的整個生育期都是前期低，后期較高，李付廣等研究發現耐鹽品種的子葉POD活性明顯高于不耐鹽品種[14]，丁偉等研究豆磺隆脅迫對甜菜質膜造成的傷害時發現，隨著施藥后時間的延長，葉片中POD、SOD活性均呈增加趨勢[15]。 依試驗結果結合其他作物資料可知：在整個生育期中，海島棉、陸地棉都存在POD酶活性較高的材料，在育種新材料選育時，可以從增加抗逆性的角度，通過測定材料POD酶活性，比較其高低，選擇出高POD活性的新材料。根據圖3變化趨勢，評價POD活性可能在吐絮期較好。

[1]方允中,鄭榮粱.自由基生命科學進展:第3集[M].北京:原子能出版社,1993.

[2]喻樹迅,宋美珍,范術麗,等.短季棉早熟不早衰生化輔助育種技術研究[J].中國農業科學,2005,38(4):664-670.

[3]張志良,瞿偉菁.植物生理學實驗指導[M].3版.北京:高等教育出版社,2003.

[4]Yu S X,Song M Z,Fan S L.Biochemical genetics of short-season cotton cultivars that express early maturity without senescence[J].Journal of Integrative Plant Biology Formerly Acta Botanica Sinica,2005,47(3):334-342.

[5]宋美珍,喻樹迅,范術麗,等.短季棉主要農藝性狀的遺傳分析[J].棉花學報,2005,17(2):94-98.

[6]宋美珍,喻樹迅,范術麗,等.短季棉早熟不早衰生化性狀的遺傳分析[J].西北植物學報,2005,25(5):903-910.

[7]宋美珍,喻樹迅,范術麗,等.早熟不早衰短季棉品種(系)及其雜交后代抗氧化酶活性的變化[J].棉花學報,2006,18(1):63-64.

[8]趙燕麗,于龍鳳,李茫雪,等.大豆葉片和豆莢與衰老相關的某些生理特性比較[J].東北農業大學學報,2008,39(1):6-9.

[9]鐘子楠,李淑芹,閆愛博,等.堿石灰改良酸土對大豆植株保護系統的影響[J].東北農業大學學報,2009,40(1):46-48.

[10]梁洪艷,馬鳳鳴,楊德光,等.Na2CO3脅迫對春小麥苗期生理特性的影響[J].東北農業大學學報,2008,39(1):19-22.

[11]郭明,徐雅麗,劉明,等.幾種農藥對棉花過氧化氫酶過氧化物酶活性的影響[J].農業環境保護,2001,20(1):l0-12,22.

[12]李永平,王長發,趙麗,等.不同基因型大豆葉片生理特性的研究[J].干旱地區農業研究,2009,27(1):173-177.

[13]姜佰文,戴建軍,王春宏,等.干旱脅迫下硼對大豆植株保護酶活性的影響[J].作物雜志,2009(1):50-53.

[14]李付廣,李鳳蓮,李秀蘭.鹽脅迫對棉花幼苗保護酶系統活性的影響[J].河北農業大學學報,1994,17(3):52-55.

[15]丁偉,陶波,程茁,等.甜菜對豆磺隆敏感性與質膜過氧化關系的研究[J].東北農業大學學報,2005,36(5):556-560.