自交不亲和性的生理机制探讨范文

《湖南科技学院学报》2017年第1期

摘要：以金光杏梅为试验材料,对授粉后花柱内保护酶活性及丙二醛含量进行研究,探讨了金光杏梅自交不亲和性的生理机制.结果表明：金光杏梅在自花和异花授粉后均能引起SOD、POD、CAT活性和MDA含量的变化.比较自花和异花授粉的酶活性和MDA含量发现,金光杏梅异花授粉后,花柱内SOD、CAT活性变化呈单峰曲线,在授粉后24h达到最高峰；花柱内POD活性和MDA含量在授粉后72h内呈现逐步上升趋势,没有出现峰值；在授粉后同一时期,花柱内SOD、POD、CAT活性异花授粉高于自花授粉,而MDA含量异花授粉低于自花授粉.SOD、POD、CAT活性和MDA含量的变化与自交不亲和基因的调控有关.

关键词：金光杏梅；自交不亲和性；生理机制

杏梅属李属的杏李类（PrunussimoniiCarr.）,主要分布于华北的山区丘陵地带.金光杏梅是从杏与李的自然杂交后代中选育出的优良变异类型,因其结果早、果个大、品质优,在河南省各地被广泛栽培.近几年各地均出现金光杏梅坐果率低的问题.本课题组通过授粉生物学研究发现,金光杏梅花粉在培养12h时,萌发率高于10%,从而排除了金光杏梅花粉败育的可能性.同时通过对金光杏梅进行自花和异花授粉试验发现,金光杏梅自花授粉座果率为0,异花授粉座果率在10%以上,说明金光杏梅属自交不亲和性的树种[1].本试验旨在通过研究金光杏梅花柱内保护酶活性、丙二醛（MDA）含量与自交不亲和性的关系,揭示金光杏梅自交不亲和性的生理生化机制,为其自交不亲和性的调控提供依据.

1材料与方法

1.1试验材料

本试验于2014年在河南科技学院园艺园林学院实验室和古固寨教学实习基地进行.选取生长发育健壮、无病虫害的5~6a生金光杏梅大树作为供试株,凯特杏为其授粉品种.于3月份采集铃铛花期的花蕾200朵带回实验室,去除花萼、花瓣,取其花药,放在20℃干燥的条件下让其自然散粉,晾干后装入干净的青霉素瓶内,置于4℃冰箱中备用.

1.2试验方法

1.2.1自花授粉后花柱的采集

采集金光杏梅铃铛花期的花枝,在温室内将花枝末端插入水瓶,进行水培催花,待花朵刚刚开放时,用棉棒蘸取金光杏梅花粉进行人工辅助自花授粉,并于授粉后0、24、48、72h采集花朵,迅速去除花瓣、花丝、花药,切取花柱,放入5mL离心管中,置于-70℃超低温冰箱中备用.

1.2.2异花授粉后花柱的采集

采集金光杏梅铃铛花期的花枝,在温室内将花枝末端插入水瓶,进行水培催花,待花朵刚刚开放时,用棉棒蘸取凯特杏花粉进行人工辅助异花授粉,并于授粉后0、24、48、72h采集花朵,迅速去除花瓣、花丝、花药,切取花柱,放入5mL离心管中,置于-70℃超低温冰箱中备用.

1.2.3相关指标的测定

参照李合生的方法,采用硫代巴比妥酸法测定MDA含量；采用氮蓝四唑（NBT）还原法测定超氧化物歧化酶（SOD）活性；采用愈创木酚法测定过氧化物酶（POD）活性；采用紫外分光光度法测定过氧化氢酶（CAT）活性.

1.3数据处理用

Excel2003软件对测得的数据进行统计分析.

2结果与分析

2.1金光杏梅自花和异花授粉后,花柱内SOD活性的变化

金光杏梅自花授粉和异花授粉后,花柱内SOD活性的变化规律均呈单峰曲线.在授粉24h内花柱内SOD活性迅速上升,授粉后24h达到最高值,此时SOD活性分别为授粉前的1.79倍和2.46倍.在授粉后24~72h,异花授粉花柱内SOD活性缓慢下降,但仍高于授粉前的活性,分别为2.36倍和1.98倍；自花授粉花柱内SOD活性迅速下降.同时比较发现,在授粉后同一时期,异花授粉花柱内SOD活性均高于自花授粉.

2.2金光杏梅自花和异花授粉后花柱内POD活性的变化

金光杏梅异花授粉后72h内,花柱内POD活性呈现逐步上升趋势,没有出现峰值,各时期花柱内POD活性分别为授粉前的2.66倍、3.11倍和3.25倍.金光杏梅自花授粉后花柱内POD活性也迅速上升,在授粉后48h达到最高值,此时花柱内POD活性为授粉前的2.25倍；授粉后48~72h,自花授粉花柱内POD活性迅速下降.同时比较发现,在授粉后同一时期,异花授粉花柱内SOD活性均高于自花授粉.

2.3金光杏梅自花和异花授粉后花柱内CAT活性的变化

金光杏梅自花和异花授粉24h内,花柱内CAT酶活性均迅速上升,授粉后24h达到最高值,此时CAT活性分别为授粉前的5.2倍和8.08倍.在授粉后24~72h时,异花授粉花柱内CAT活性略微下降,仍保持很高的活性；自花授粉花柱内CAT活性迅速下降.同时比较发现,在授粉后同一时期,异花授粉花柱内CAT活性均高于自花授粉,其变化规律与SOD活性相似.

2.4金光杏梅自花和异花授粉后花柱内

MDA含量的变化金光杏梅自花和异花授粉花柱内MDA含量在授粉后72h内均呈现逐步上升趋势,没有出现峰值.在授粉72h时,自花授粉和异花授粉MDA含量分别为授粉前的4.34倍和2.16倍.同时比较发现,金光杏梅异花授粉后各时间MDA含量均低于自花授粉.

3结论与讨论

正常情况下,植物体内自由基的产生和清除处于动态平衡状态.逆境胁迫下这种平衡被打破,导致过量的自由基对植物细胞产生毒害作用,使细胞膜遭到破坏或死亡.作为植物体内保护酶系统的重要组成部分,SOD、POD、CAT在清除自由基方面发挥着重要作用.植物授粉受精是植物孕育新一代生命的过程,授粉必然会引起特定组织内生理生化的变化.本研究发现,金光杏梅自花授粉后0~24h,花柱内SOD、POD、CAT活性均迅速上升,SOD、CAT活性在授粉后24h达到最高值,POD活性在授粉后48h达到高峰,花粉管能够正常生长；授粉24h后花柱内SOD、CAT活性迅速下降,POD活性略有增长后也迅速下降.授粉后48~72h是花粉管穿过花柱进入子房的时间,此时花柱内SOD、POD、CAT活性均下降,而花柱内MDA含量仍维持较高水平或上升,造成花粉管停止生长.金光杏梅异花授粉后,花柱内SOD、CAT活性变化呈单峰曲线,在授粉后24h达到最高值,此后均下降；花柱内POD活性和MDA含量在授粉后72h内呈现逐步上升趋势,没有出现峰值.比较自花和异花授粉的酶活性和MDA含量发现,在授粉后同一时期,花柱内SOD、POD、CAT活性异花授粉高于自花授粉,而MDA含量异花授粉低于自花授粉.说明金光杏梅自身拥有了一套高效的保护性酶系统,它有助于金光杏梅受精过程的完成.这种保护性酶系统可能与金光杏梅本身所具有的自交不亲和基因的调控有关.对金光杏梅异花和自花授粉后不同时期的酶活性和MDA含量比较发现,授粉后24h内,异花授粉和自花授粉的3种酶的活性和MDA含量变化趋势相似,而在授粉24h以后,异花授粉的酶活性明显高于自花授粉的酶活性,异花授粉的MDA含量明显低于自花授粉的MDA含量.这种现象也进一步反映了自交不亲和性基因对保护性酶系统的调控.

参考文献：

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作者：刘遵春；包东娥；扈惠灵 单位：河南科技学院