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几个小麦大小粒品种中酯酶、过氧化物酶和a-淀粉酶与粒重的相关性
严海燕1,2 张开旺1徐乃瑜1
1武汉大学生命科学院 武昌,珞珈山
摘要 我们采用不同千粒重的小麦品种,在不同发育时期进行酯酶、过氧化物酶和a-淀粉酶同工酶酶谱的分析,研究它们与千粒重的关系。研究结果表明,与千粒重直接有对应关系的是乳熟期种子中的a-淀粉酶的B带,它在所有大粒品种中存在,而在所有小粒品种中不存在。乳熟期种子中的a-淀粉酶的C带、酯酶的A带、萌动胚中a-淀粉酶的F、H、I带有可能参与多种基因对粒重的控制过程,而起间接作用。
关键词:过氧化物同工酶、酯酶同工酶、a-淀粉酶、千粒重
小麦的粒重是一个与产量密切相关的农艺性状,受多基因控制。酯酶、过氧化物酶是 植物体内具有多方面生理功能的酶。其同工酶分析广泛用于发育、品种鉴定、杂种分析、病理分析等方面。a-淀粉酶参与淀粉代谢,在粒重性状方面可能有重要影响,本研究针对小麦粒重的一对性状,对几个不同粒重的品种进行同工酶分析,以期找到规律性的酶带。
1 材料和方法
材料:大粒小麦品种:红芒、视察15、野园=野生二粒x园锥F5
小粒小麦品种:小荆早21、火烧百日、软杆洋麦
田间工作:
所有材料于11月11日在田间播种, 22日出苗。株距5cm,行距25 cm。分别在拔节期、乳熟期、完熟期取材制样。
样品制备:
萌动胚:每品种取60粒,在17°C温箱内浸种24h。取露白种子切胚制样,每10粒种胚加蒸馏水0.5ml室温下研磨,经3500rpm离心20分钟,取上清液,按1:1加10%甘油,于-10°C冰箱中保存。
芽鞘:每品种取80粒,于20°C温箱内浸种萌发。第一片真叶即将露头时切取芽鞘制样。按每10个芽鞘加蒸馏水0.4ml研磨制样,方法同上。测量20株芽鞘的长度求其平均值。
节和节间:田间材料拔节期,取茎长9-20cm的植株节和节间制样。统计20株茎长。按每克加3ml蒸馏水制样,方法同上。
乳熟种子:取乳熟后期种子,每10粒种子加蒸馏水0.5ml研磨制样,方法同上。
完熟种子:取完熟期种子,每10粒种子加蒸馏水1ml研磨制样,方法同上。
同工酶检测和酶活测定方法:
本实验采用的同工酶分析分离法均为聚丙烯酰胺凝胶垂直薄板电泳[1]。酯酶采用的缓冲系统为低离子强度的Tris-柠檬酸缓冲系统(.pH8.9),凝胶浓度下层胶为7.3%,上层胶为2.5%,电极缓冲系统为低离子强度的Tris-Gly系统(pH 8.7)。每样槽点样80ml和1滴溴酚蓝。电泳电压为200-260v/每板,时间3~4小时。染色用1mg/ml的醋酸-a-奈酯加1mg/ml 的坚牢蓝(RR盐),在染液中37°C染色10~15分钟,即可出现棕色酶带。
过氧化物酶采用Tris-HCl缓冲系统下层胶浓度为7%(pH 8.8), 上层胶浓度为4%(pH 6.8)。 电极缓冲液系统为高离子强度的Tris-gly系统(pH 8.8)。每样槽点样80ml和1滴溴酚蓝。电泳电压为每板100~200v,稳压电泳。电泳时间11~18h。 染色采用1mg/ml的联苯胺加少量的30%H2O2(1.0g+ 9 ml 冰醋酸+dH2O 40 ml + 0.3%H2O2 50 ml ),室温下染色半分钟到一分钟,看到酶带显兰色,即取出放入流水中冲洗过夜,酶带渐变成亮棕色。
a-淀粉酶采用的缓冲系统、凝胶浓度、电极缓冲系统、电泳时电压、时间都与酯酶相同。不同处仅在于在凝胶中加有7%可溶性淀粉及Na2SO4(2%)。染色前先用保温液冲洗一下,在保温液中(36C)保温半小时。保温液为Ca、Na的醋酸缓冲液(pH 5)。染色用碘化钾-碘液负染,几分钟后呈蓝黑色,随即放入固定液(冰醋酸:甲醇:水=40:100:320)中固定。
2.结果与分析
2.1 几种生物性状的研究
表1 几种大小粒小麦品种的生物学性状
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大粒品种 |
小粒品种 | ||||
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红芒 |
视察15 |
野园 |
小荆早21 |
火烧百日 |
软杆洋麦 |
千粒重g |
45.7 |
45.32 |
43.33 |
33.88 |
31.3 |
29.7 |
穗长(cm) |
10.35 |
10.64 |
11.47 |
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8.41 |
10.47 |
有效小粒数 |
16.8 |
11.6 |
21.4 |
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19.6 |
20.1 |
每穗粒数 |
34.6 |
45.8 |
46.7 |
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49.3 |
55.7 |
从表1中可见,大粒的千粒重与穗长、有效小粒数、每穗粒数之间的关系没有明显的规律。
2.2 萌动胚几种同工酶谱的分析
萌动期POD和酯酶酶谱在不同品种间有变异(图1、图2),但看不出与千粒重的直接关系。虽然此时期的所有大粒品种的a-淀粉酶酶谱都有小粒品种荆早21和软杆洋麦所没有的J和H带,但小粒火烧百日也有这两条带,因此很难确定这两条带与千粒重有直接关系(图3)。另外,所有小粒品种和大粒品种野园都有F带,同样难以确定与粒重的关系。
2.3 不同千粒重小麦品种的芽鞘几种同工酶酶谱的分析
对不同千粒重小麦品种的芽鞘POD和EST酶谱进行了分析,所有品种的POD和EST酶谱完全相同,没有差异(图4,图5),表明芽鞘中的POD和EST活性与千粒重无关。
2.4 不同千粒重小麦品种的乳熟种子几种同工酶酶谱分析
比较大小粒小麦乳熟期a-淀粉酶酶谱(图6),所有大粒小麦乳熟种子的a-淀粉酶都有一条B带,而小粒乳熟种子没有,这条B带很可能与大粒有关。
另外小粒的荆早21和软杆洋麦都有一条C带,软杆洋麦特有一条F带,荆早21特有J、K带,很难看出这些带与千粒重有直接的相关关系。
两个大粒小麦品种视察15、野园和小粒品种火烧百日乳熟种子酯酶比其他品种多了一条A带(图7)。在小粒品种乳熟种子中,只有火烧百日酯酶有A带,而其他两个品种的a-淀粉酶都有C带,这个C-带a-淀粉酶与A带酯酶的存在是否存在相斥的关系,有待于进一步探讨。
图1 不同千粒重小麦品种萌动胚POD酶谱 图2 不同千粒重品种小麦萌动胚EST酶谱
强 次强 弱 次弱
图3不同千粒重小麦品种萌动胚a-淀粉酶酶谱 图4 不同千粒重小麦品种芽鞘POD酶谱
图 5 不同千粒重小麦品种芽鞘EST酶谱 图 6 不同千粒重小麦品种乳熟籽粒a-淀粉酶酶谱
图7 不同千粒重小麦品种乳熟籽粒酯酶酶谱 图8 不同千粒重小麦品种成熟籽粒a-淀粉酶酶谱
2.5 不同千粒重小麦品种的成熟种子几种同工酶酶谱分析
成熟籽粒的a-淀粉酶在大小粒品种间没有规律性的变化(图8),而酯酶酶谱中,所有大粒品种都有一条D带,但小粒的荆早21 也有这条D 带。
图9 不同千粒重小麦品种成熟籽粒酯酶酶谱
3、讨论
不同品种间的同工酶的差异通常有几种情况:1.直接与性状相关的差异,这种差异表现在某条或某些带的存在与否直接与性状相对应,本研究中小麦乳熟种子a-淀粉酶的B带就是这种情况,它的存在与大粒的性状直接对应,表明这个同工酶与千粒重有关。2.与性状关系有一定关系,但不明显,有可能是几个基因的作用造成。本实验中小麦乳熟籽粒酯酶同工酶的A带, 在小粒品种的火烧百日中存在,其他两个品种中不存在。两个大粒品种视察15和野园也有A带。而乳熟籽粒的a-淀粉酶同工酶的C带在小粒的其他两个品种中存在,火烧百日中不存在。它们之间的关系是否与粒重有关,很难说清。象这种情况的还有成熟籽粒酯酶的D带,所有大粒品种和小粒荆早21有;萌动胚的a-淀粉酶的F带,所有小粒品种和大粒品种野园有;萌动胚a-淀粉酶的H、I带,所有大粒品种和火烧百日有。3、没有密切关系。
在植物每一个发育时期,都有一个生长中心。不同时期的生长目的不同,而各个时期的生长相互影响。小麦的籽粒形成的乳熟期是贮藏物质形成的重要时期,与粒重有重要和直接的关系。淀粉是小麦的主要贮藏物质,与淀粉合成有关的酶应当是决定粒重的重要因素。参与淀粉合成的不仅有几个合成酶类,淀粉酶也可能起着重要作用,它可能在支链淀粉合成过程中起着修饰链长的作用,而支链淀粉是淀粉中的主要成分。乳熟期a-淀粉酶的B带与粒重的关系证明了这点。
粒重性状是通过一系列反应,通过复杂的网络调控造成的,许多因素会在其中起作用,作用的大小也由相应基因在网络中的功能而决定。若要彻底查清与千粒重有关的机理,需要利用现代分子生物学技术,从基因表达、代谢产物、各种酶的活性、生物学性状等进行全面的分析。
4 参考文献
1. 植物同工酶及其测定技术 武汉大学生命科学院遗传专业实验教材 1980
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GMT+8, 2024-9-20 08:01
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