核不育系雜交棉不同發(fā)育時期抗氧化酶酶活性變化及其雜種優(yōu)勢分析

陳全求　藍家樣　韓光明　張志勇

摘要：以3個核不育陸地棉為母本，3個常規(guī)品系為父本，對親本和配制的雜交一代不同時期的抗氧化酶酶活性進行測定。結(jié)果表明，在棉花測定發(fā)育階段，不論是親本還是雜交種，CAT和SOD酶活性均在7月21日左右達到最高，隨后開始下降。POD酶活性持續(xù)上升。在3個核不育系母本中，在各個時期HN10的CAT、SOD和POD的酶活性最高，其次是RA1，最后是GA18。在核不育系的抗氧化酶的雜種優(yōu)勢上。大部分組合的抗氧化酶酶活性介于雙親之間，同時在CAT和POD酶活性上，部分組合在4個時期存在中親優(yōu)勢。

關(guān)鍵詞：核不育系；雜交棉；發(fā)育時期；抗氧化酶；雜種優(yōu)勢

中圖分類號：S562 文獻標識碼：A 文章編號：0439-8114（2015）24-6173-04

DOI：10.14088/j.cnki.issn0439-8114.2015.24.018

Abstract：Three nuclear sterile lines were employed as female parents，while 3 conventional varieties were employed as male parents，antioxidant enzyme activity of F1 generation and parents were measured，as a result，in the cotton growth stage，the activity of CAT enzyme and SOD enzymes activity was highest around on July 21，then began to decline. POD enzymes activity has been rising. In three nuclear sterile female， SOD，POD and CAT enzyme activity of HN10 was the highest，followed by RA1， finally GA18，in heterosis of antioxidant enzymes of nuclear sterile lines， antioxidant enzyme activity of most combinations had negative over-parent heterosis. Meannhile， in the enzymes activity of CAT and POD，some combinations in the four periods had mid-parent heterosis.

Key words：nuclear sterile lines；hybrid cotton；different period；antioxidant enzyme；heterosis

近年來，利用棉花（Gossypium spp.）核雄性不育系進行雜交制種是雜交棉應(yīng)用的一個方向，核雄性不育雜交種的利用不僅可以降低制種的成本，還可以有效防止在經(jīng)營中以F2代充當F1代、常規(guī)種充當雜交種的不良現(xiàn)象[1]。核不育系雜交種在生產(chǎn)上也越來越受關(guān)注，大量的核不育系品種在生產(chǎn)上得到應(yīng)用，但是從生理生化角度探討核不育系雜種優(yōu)勢的研究較少。

棉花棉株在整個生長發(fā)育過程中受到各種不良環(huán)境的影響，如水分脅迫、干旱[2]、高溫、輻射、鹽漬和病原菌侵染等[3]，這些非生理和生理脅迫均能導(dǎo)致細胞產(chǎn)生大量的活性氧，同時細胞代謝也產(chǎn)生活性氧自由基，但是植物體在長期進化過程中，形成了一個完善的清除活性氧（H2O2、O-2、·OH、-O2）的防衛(wèi)系統(tǒng)。抗氧化酶系統(tǒng)使植物體內(nèi)產(chǎn)生與清除活性氧維持動態(tài)平衡。本研究通過對不同生育期的核不育系雜交種及其親本的抗氧化酶活性變化分析，為選育新的核不育以及核不育系雜交種的利用提供參考依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

本研究利用3個核不育系GA18、RA1和HN10為母本，其中RA1和HN10是自育核不育系，另以常規(guī)棉優(yōu)選系FXX、晉38和中41為父本，組合配制見表1，采用人工授粉的方法配制雜交種。

1.2 試驗設(shè)計

試驗在湖北省農(nóng)業(yè)科學(xué)院武漢試驗基地進行，采用隨機區(qū)組設(shè)計，重復(fù)3次，4行區(qū)。2014年4月中旬播種，5月2日移栽。

1.3 生理生化測定

在棉株發(fā)育的不同時期進行田間取樣，取棉株倒4葉，每個材料選取20片葉子剪掉葉脈剩余混合稱樣，測定不同時期的抗氧化酶（CAT、POD、SOD）的酶活性。

CAT酶活性測定（Thompson，1997）采用紫外分光光度計比色法，以O(shè)D240 nm每分種減少0.01為一個酶活單位。

POD酶活性測定采用愈瘡木酚法[4]；以O(shè)D470 nm每分種增加0.1為一個酶活單位。

SOD酶活性測定采用氮藍四唑（NBT）光下還原法[5]，以抑制氮藍四唑（NBT）光反應(yīng)50%為一個酶活單位。

1.4 數(shù)據(jù)分析

試驗結(jié)果采用Excel軟件進行統(tǒng)計分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 核不育系組合及其親本不同時期抗氧化酶活性變化

2.1.1 核不育系組合及其親本不同時期CAT酶活性變化 如圖1所示，不同親本及其雜交一代CAT酶活性隨著時間的推移不斷變化，但是核不育系雜交組合和親本的變化規(guī)律基本一致。自6月1日測定開始，CAT酶活性一直升高，一直到7月21日左右達到最高峰，然后開始下降。在3個核不育系母本中，GA18從四川引進，HN10和RA1是通過GA18回交改良后的新核不育系，3個核不育系母本相比，在各個時期HN10的CAT酶活明顯最高，其次是RA1，最后是GA18，其中HN10在7月21日CAT酶活最高達到10 989.08 U/（g·FW），明顯高于其他核不育系。3個父本中，不同時期的CAT酶活變化不一致，6月1日和7月21日兩個時期，F(xiàn)XX的CAT酶活較其他父本高，分別為5 092.29、10 512.03 U/（g·FW），6月18日和8月11日這兩個時期中41的CAT酶活較其他父本高，分別為6 587.32、7 987.53 U/（g·FW）。

2.1.2 核不育系組合及其親本不同時期POD酶活性變化 對3個核不育系和3個常規(guī)棉優(yōu)選系以及其雜交一代的POD酶活研究發(fā)現(xiàn)，在9個組合和6個親本中發(fā)現(xiàn)，核不育系及其所得的雜交一代的POD酶活變化趨勢和親本的變化趨勢基本一致，表現(xiàn)為隨著棉花的發(fā)育其POD酶活性一直升高，尤其是在后期，POD酶活性上升趨勢更為明顯，說明POD酶在棉株生長發(fā)育后期起著關(guān)鍵作用。3個核不育系母本相比，在各個時期HN10的POD酶活性最高，其次是RA1，GA18最低，RA1在6月1日、7月21日和8月11日的POD酶活性高于GA18，但是在6月18日，GA18的酶活性高于RA1，比RA1高384.25 U/（g·FW），6月18日GA18發(fā)病較厲害，可能導(dǎo)致了POD酶活性存著時空特異性表達。

2.1.3 核不育系組合及其親本不同時期SOD酶活性變化 由圖3可知，SOD和CAT酶活性變化基本一致，自6月1日測定開始，不同親本及其雜交組合SOD酶活一直升高，一直到7月21日左右達到最高峰，到8月11日起明顯表現(xiàn)為下降趨勢。3個核不育系母本相比，各個時期HN10的SOD酶活最高，其次是RA1，GA18最低，其中HN10在7月21日SOD酶活最高達到1 250.03 U/（g·FW），而GA18同一時期的SOD酶活性為997.03 U/（g·FW），3個父本中，中41各個時期的SOD酶活性高于其他兩個父本。

2.2 不同時期核不育系組合抗氧化酶酶活性雜種優(yōu)勢分析

2.2.1 不同時期核不育系組合CAT酶活性雜種優(yōu)勢分析 由表2可知，在3個核不育系的雜交組合中，各個不同時期的CAT酶活性的超親優(yōu)勢不明顯，只有少數(shù)幾個組合在特定的時期存在著超親優(yōu)勢，組合HN10×中41的4個不同時期中有3個時期表現(xiàn)出超親優(yōu)勢，但優(yōu)勢不明顯，最高在6月18日，為3.35%；組合GA18×中41在前兩個時期存在超親優(yōu)勢，優(yōu)勢較為明顯，6月1日為6.47%，6月18日為19.81%；其他組合在4個不同時期也存在不同的超親優(yōu)勢，如組合GA18×FXX在8月11日存在超親優(yōu)勢，組合RA1×FXX在6月18日存在超親優(yōu)勢，組合RA1×中41在6月1日存在超親優(yōu)勢?？梢娫贑AT酶活性方面，雜交組合的超親優(yōu)勢不明顯，如果需要得到超親優(yōu)勢，必須從更多的組合中去篩選。在負向超親優(yōu)勢上，除了組合RA1×?xí)x38的負向超親優(yōu)勢在7月21日為-0.28%，其他均為正值，說明在CAT酶活雜種優(yōu)勢上，雜交組合的酶活優(yōu)勢介于父母本之間。在中親優(yōu)勢上，HN10×中41、RA1×FXX在每個時期的CAT酶活性均存在中親優(yōu)勢，其他組合只是在部分時期存在中親優(yōu)勢。

2.2.2 不同時期核不育系組合POD酶活性雜種優(yōu)勢分析 由表3可知，在POD酶活性超親優(yōu)勢上，只有3個組合在特定時期存在超親優(yōu)勢，分別為組合HN10×FXX、HN10×?xí)x38、RA1×?xí)x38，超親優(yōu)勢不明顯。在負向超親優(yōu)勢上，除了組合GA18×FXX、GA18×?xí)x38、GA18×中41在1個時期為負值外，其余均為正值，POD酶活性負向超親優(yōu)勢上與CAT酶活性基本一致，酶活雜種優(yōu)勢介于雙親之間。在酶活中親優(yōu)勢上，組合HN10×FXX、RA1×FXX在各個時期均存在中親優(yōu)勢，組合HN10×?xí)x38在前3個時期存在中親優(yōu)勢。

2.2.3 不同時期核不育系組合SOD酶活性雜種優(yōu)勢分析 由表4可知，在超親優(yōu)勢上，核不育系組合SOD酶活性雜種優(yōu)勢與CAT和POD酶活性基本一致，超親優(yōu)勢不明顯，只是在某個時期，有幾個組合存在超親優(yōu)勢，如組合HN10×FXX在8月11日超親優(yōu)勢為5.06%，組合HN10×?xí)x38在8月11日超親優(yōu)勢為1.75%，組合RA1×中41在6月1日超親優(yōu)勢為2.44%，幾個組合的超親優(yōu)勢不高。在負向超親優(yōu)勢方面以正值居多。在中親優(yōu)勢方面，與其他兩個酶相比存在不同，全部組合的SOD酶活性僅在部分時期表現(xiàn)出中親優(yōu)勢，這給選擇高優(yōu)勢SOD酶活性的雜交組合帶來一定的困難。

3 小結(jié)與討論

在棉花生長發(fā)育階段，不論是親本還是雜交種，CAT和SOD酶活性均自6月1日起持續(xù)上升，在7月21日左右達到最高，隨后開始下降。POD酶活性自6月1日至8月11日一直上升?？寡趸富钚缘脑鰪?，品種自由基清除酶對體內(nèi)有毒自由基及時清除以保證細胞器、核酸、蛋白質(zhì)等免受傷害，保護活性，使之早熟不早衰，能夠充分利用地下養(yǎng)分和光能，提高抗性從而最后達到高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)[6]。在3個核不育系母本中，在各個時期里，HN10的CAT、SOD和POD酶活性最高，其次是RA1，最后是GA18。抗氧化酶活性的高低也可以直接作為品種選育輔助技術(shù)，通過該技術(shù)先后育成早熟不早衰短季棉品種中棉所20、24、27和36等，大大提高了育種進程[7]。通過對3個核不育系雜交組合比產(chǎn)也表明，雖然所有組合子棉產(chǎn)量的競爭優(yōu)勢全部為負值，但是3個組合的競爭優(yōu)勢相對于其他不育系存在著優(yōu)勢，尤其是組合HN10×中41的皮棉產(chǎn)量超過對照，競爭優(yōu)勢為2.68%[8]。該組合在雜種優(yōu)勢上不顯著，但是在生產(chǎn)上可以大大節(jié)約種子成本。

在核不育系的抗氧化酶的雜種優(yōu)勢上，雖然部分組合存在著超親優(yōu)勢，在CAT、POD和SOD酶活性方面，有幾個組合在某1個時期或幾個時期存在超親優(yōu)勢，其他組合的抗氧化酶酶活性主要介于雙親之間。在中親優(yōu)勢方面，部分組合存在著CAT和POD酶活性中親優(yōu)勢，例如在CAT酶活性方面，組合HN10×中41和RA1×FXX在所有時期的中親優(yōu)勢均較為明顯。在POD酶活性方面，組合HN10×FXX、RA1×FXX在各個時期均存在中親優(yōu)勢。由此可見，在抗氧化酶上，應(yīng)該選擇雙親酶活性都高的親本，才能在雜交一代表現(xiàn)為高優(yōu)勢的酶活性，可以為親本選擇提供依據(jù)。

參考文獻：

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