不同抗寒性白菜型冬油菜雜交后代保護(hù)性酶活性與越冬率分析

王凱音，孫萬倉(cāng)，劉自剛，方 彥，楊 剛，馬 驪，郭仁迪，

方 圓，侯獻(xiàn)飛，劉林波，錢 武, 劉海卿, 袁金海，王治江

(甘肅省油菜工程技術(shù)研究中心，甘肅省干旱生境作物重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室/甘肅省作物遺傳改良與種質(zhì)創(chuàng)新重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，甘肅農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)學(xué)院，甘肅 蘭州 730070)

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不同抗寒性白菜型冬油菜雜交后代保護(hù)性酶活性與越冬率分析

王凱音，孫萬倉(cāng)*，劉自剛，方 彥，楊 剛，馬 驪，郭仁迪，

方 圓，侯獻(xiàn)飛，劉林波，錢 武, 劉海卿, 袁金海，王治江

(甘肅省油菜工程技術(shù)研究中心，甘肅省干旱生境作物重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室/甘肅省作物遺傳改良與種質(zhì)創(chuàng)新重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，甘肅農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)學(xué)院，甘肅 蘭州 730070)

以超強(qiáng)抗寒性冬油菜品種隴油7號(hào)分別與抗寒性品種延油2號(hào)和耐寒性品種天油2號(hào)的雜交后代(F1、F2、BC1)為研究對(duì)象，對(duì)各世代越冬率進(jìn)行統(tǒng)計(jì)并結(jié)合親本及雜交后代的CAT、POD、SOD酶活性變化研究，分析它們之間的抗寒性關(guān)系。結(jié)果表明：不同抗寒性品種雜交后代的越冬率均介于2個(gè)親本之間，但不同世代越冬率存在較大差異；母本的抗寒性越強(qiáng)，在F1代中，后代的越冬率越高，F(xiàn)1代的自交后代(F2)越冬率比F1代的低；在BC1中，后代的越冬率變化范圍較大，既有低于F2代自交后代的雜交組合(天2×隴7)×天2，也有高于F1代的雜交組合(隴7×天2)×隴7，以抗寒性強(qiáng)的品種作輪回親本可以使回交一代的越冬率明顯升高。低溫脅迫后，2個(gè)群體不同世代的保護(hù)酶活性均增加，在群體1中，F(xiàn)1代CAT平均值從降溫后比降溫前升高了，F(xiàn)2從8.41 U·g-1到15.72 U·g-1，BC1從10.62 U·g-1到19.20 U·g-1。對(duì)越冬率與保護(hù)性酶進(jìn)行回歸分析，回歸方程為Y=1.208+2.698X1+1.154X2+0.163X3，可得出越冬率與CAT酶、POD酶、SOD酶活性的關(guān)系呈極顯著正相關(guān)，說明保護(hù)性酶活性越強(qiáng)，越冬率越高，抗寒性也就越好。

冬油菜；白菜型；越冬率；保護(hù)酶活性；抗寒性；雜交后代

油菜是我國(guó)第一大油料作物，隨著冬油菜北移融入北方地區(qū)的種植制度，有關(guān)油菜抗寒性研究逐漸為人們關(guān)注，目前，對(duì)白菜型冬油菜抗寒性的研究主要集中在冬油菜品種的適應(yīng)性[1]、生長(zhǎng)發(fā)育特性[2]、產(chǎn)量及經(jīng)濟(jì)特性方面[3-4]。陳姣榮[5]對(duì)白菜型冬油菜在北方地區(qū)的越冬率、生育期及產(chǎn)量進(jìn)行比較,以分析其適應(yīng)性。結(jié)果表明，不同冬油菜品種越冬率存在較大差異，孫萬倉(cāng)[2]對(duì)北方旱寒區(qū)北移冬油菜生長(zhǎng)發(fā)育特性研究結(jié)果表明，冬油菜北移后越冬率降低;生育期延長(zhǎng)。由于生長(zhǎng)在相對(duì)惡劣的氣候生態(tài)條件下，越冬期漫長(zhǎng)而極端低溫低，北移冬油菜栽培品種必須具備優(yōu)異的抗寒性，以確保安全越冬。李明玉[6]研究發(fā)現(xiàn)，低溫鍛煉能激活POD、SOD和CAT的活性，增強(qiáng)作物對(duì)冷害的抗性。蒲媛媛[7]研究表明在低溫脅迫條件下，抗寒性強(qiáng)的品種體內(nèi)保護(hù)酶類活性較高是增強(qiáng)其抗寒性的原因之一。品種的抗寒性是植物體內(nèi)一系列生理生化變化的結(jié)果，低溫逆境中CAT、POD、SOD活性水平與植物的抗寒性強(qiáng)弱具有十分密切的關(guān)系，并可以作為植物抗寒性檢測(cè)的生理指標(biāo)。而目前對(duì)不同抗寒性白菜型冬油菜雜交后代保護(hù)性酶活性與越冬率分析的研究鮮見報(bào)道。本實(shí)驗(yàn)以超強(qiáng)抗寒性冬油菜品種隴油7號(hào)與抗寒性冬油菜品種延油2號(hào)和耐寒性冬油菜天油2號(hào)的雜交后代為研究材料，對(duì)不同抗寒性白菜型冬油菜雜交后代保護(hù)性酶活性與越冬率的關(guān)系進(jìn)行分析，為北方地區(qū)冬油菜抗寒育種提供根據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

隴油7號(hào)為超強(qiáng)抗寒性品種，由甘肅農(nóng)業(yè)大學(xué)育成；延油2號(hào)為抗寒性品種，由延安農(nóng)科所提供；天油2號(hào)為耐寒性品種，由天水農(nóng)科所提供。各世代材料種植情況列于表1。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)材料均于2013年8月20日播種于蘭州市上川基地。試驗(yàn)地前茬為小麥(Triticumaestivu)，施農(nóng)家肥60 000 kg·hm-2、磷酸二銨300 kg·hm-2。田間管理按大田常規(guī)生產(chǎn)進(jìn)行。分別于常溫(2013年 10 月 5日，11～26 ℃)和低溫脅迫后(2013 年 11 月21日，-3～11 ℃)按單株取樣，取同一位點(diǎn)生長(zhǎng)健壯的功能葉片，測(cè)定其生理生化指標(biāo)，每個(gè)單株重復(fù)3 次。

1.3 測(cè)定指標(biāo)與方法

1.3.1 生理生化特性測(cè)定 過氧化氫酶(CAT)采用紫外吸收法，以 1 min 內(nèi)A240減少0.1的酶量為 1 個(gè)酶活單位；過氧化物酶(POD)活性測(cè)定采用愈創(chuàng)木酚比色法，以每分鐘內(nèi)A470變化 0.01 為1個(gè)過氧化物酶活單位；超氧化物歧化酶(SOD)活性測(cè)定采用氮藍(lán)四唑(NBT)光還原法，1個(gè)酶活單位定義為將 NBT 的還原抑制到對(duì)照的一半時(shí)所需的酶量。上述 3 個(gè)指標(biāo)均參照文獻(xiàn)[8]進(jìn)行。

表1 試驗(yàn)材料

表2 不同世代越冬率

1.3.2 越冬率統(tǒng)計(jì) 冬前統(tǒng)計(jì)群體株數(shù)，第2年返青后統(tǒng)計(jì)群體存活株數(shù)。

越冬率=第2年返青后群體存活株數(shù)/冬前統(tǒng)計(jì)群體株數(shù)×100 %

1.3.3 數(shù)據(jù)處理 試驗(yàn)數(shù)據(jù)采用 Excel 2010整理，回歸分析采用SPSS19.0[9]軟件處理。

2 結(jié)果與分析

2.1 白菜型冬油菜不同抗寒性品種雜交后代越冬率變化

如表2所示，隴油7號(hào)、延油2號(hào)、天油2號(hào)越冬率分別為88.69 %、 71.81 %、31.78 %。3個(gè)親本越冬率與抗寒性一致。

由雜交后代越冬率與親本越冬率的比較得出：不同抗寒性品種雜交后代的越冬率均介于2個(gè)親本之間；但不同世代越冬率存在較大差異，越冬率平均值比較F1代(70.81 %)>BC1代(67.66 %)>F2代(62.17 %)，F(xiàn)2代越冬率較F1代降低；同一世代間由于母本與輪回親本的不同，越冬率也不同，F(xiàn)1代，隴7×天2的越冬率為73.35 %，天2×隴7越冬率為68.27 %，F(xiàn)2代，(隴7×天2)自交的越冬率為64.04 %，(天2×隴7)自交越冬率為60.29 %，BC1代，(隴7×天2)×隴7的越冬率為85.37 %，(隴7×天2)×天2的越冬率為71.59 %；從而表明，做母本的抗寒性越強(qiáng)，后代的抗寒性越大，做輪回親本的抗寒性越強(qiáng)，后代的抗寒性也就越強(qiáng)，由于白菜型油菜的高度不親和性，使得自交后代的抗寒性明顯降低。

2.2 白菜型冬油菜不同抗寒性品種雜交保護(hù)性酶活性變化

2.2.1 白菜型冬油菜不同抗寒性品種雜交后代過氧化氫酶(CAT)活性變化 CAT是生物體內(nèi)重要的H2O2清除酶之一[10]。從表3可以看到，低溫脅迫后不同抗寒性品種雜交后代 CAT 酶活性均顯著高于脅迫前。低溫脅迫后，超強(qiáng)抗寒親本隴油7號(hào)為 27.50 U·g-1，抗寒親本延油2號(hào)為18.34 U·g-1，耐寒親本天油2號(hào)為15.45 U·g-1，逐漸減小，與脅迫前的變化情況相同，即隨著親本抗寒性的減弱，CAT 酶活性也逐漸減小。低溫脅迫后不同抗寒性品種雜交后代的CAT 酶活性與親本相比較介于兩個(gè)親本之間，但不同世代存在差異，在F1代中，隴7×天2為20.40 U·g-1，天2×隴7為18.36 U·g-1，明顯高于F2代(隴7×天2)自交為15.80 U·g-1，(天2×隴7)自交為15.64 U·g-1，BC1中，同一世代間差異較大，酶活性最高的(隴7×延2)×隴7為27.07 U·g-1，與親本相比較，只比超強(qiáng)抗寒性親本的隴7低1.56 %，比另一強(qiáng)抗寒性的親本延2高出47.60 %，酶活性最低的(天2×隴7)×天2為15.49 U·g-1，比隴7低43.67 %，比天2高7.20 %，由此說明自交使后代的酶活性降低，在回交一代中抗寒性越強(qiáng)的品種作為母本和輪回親本，后代的酶活性越高，越接近抗寒性強(qiáng)的親本。

2.2.2 白菜型冬油菜不同抗寒性品種雜交后代過氧化物酶(POD)活性變化 POD是植物活性氧代謝中活性氧清除系統(tǒng)的一種重要酶類[11]。從表4 中看到，低溫脅迫后不同抗寒性品種親本的 POD 酶活性均升高，隴油7號(hào)脅迫前62.23 U·g-1，低溫脅迫后升至89.02 U·g-1，延油2號(hào)和天油2號(hào)分別從45.27 和 35.67 U·g-1增高到60.25 和 48.33 U·g-1，無論低溫脅迫前后F1代酶活性的平均值都高于F2代的，降溫后F1代中，酶活性最高的隴7×延2為69.08 U·g-1明顯高于酶活性最低的天2×隴7(64.67 U·g-1)，BC1世代間的酶活性差異較大，在62.35 ～75.3 U·g-1范圍內(nèi)變化。由此說明，F(xiàn)1代的酶活性變化范圍較BC1代小，相對(duì)較穩(wěn)定。

表3 不同世代 CAT 活性變異

2.2.3 白菜型冬油菜不同抗寒性品種雜交超氧化物歧化酶(SOD)活性變化 SOD與過氧化物酶、過氧化氫等酶協(xié)同作用防御活性氧或過氧化物自由基對(duì)細(xì)胞膜系統(tǒng)的傷害[12]。在表5中，由脅迫后/脅迫前的比值可看出，低溫脅迫后不同抗寒性品種的超氧化物歧化酶(SOD)活性明顯升高，親本的酶活性差異與其抗寒性表現(xiàn)差異相同，BC1代中，不同抗寒性親本的不同組合酶活性不同，以強(qiáng)抗寒性親本隴7作為母本和輪回親本[(隴7×天2)×隴7]的酶活性為645.25 U·g-1遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于以弱抗寒性的親本天2作為母本和輪回親本[(天2×隴7)×天2]的酶活性為612.03 U·g-1。

表4 不同世代 POD 活性變異

2.3 越冬率與保護(hù)性酶的回歸分析

對(duì)越冬率與保護(hù)酶低溫脅迫前后的差值進(jìn)行回歸分析，得出回歸方程Y=1.208+2.698X1+1.154X2+0.163X3，其中Y為越冬率，X1為CAT活性，X2為POD活性，X3為SOD活性。經(jīng)檢驗(yàn)，回歸方程表示X1、X2、X3、Y的關(guān)系達(dá)極顯著(方差分析表Sig.=0.000)，X1對(duì)Y影響顯著(系數(shù)表Sig.=0.026≤0.05)。X1、X2、X3對(duì)Y的偏回歸系數(shù)分別為2.698、1.154、0.163與越冬率呈正相關(guān)，復(fù)相關(guān)系數(shù)R=0.835。

3 討 論

越冬率是反應(yīng)抗寒性最為直觀可靠的指標(biāo)。本研究通過對(duì)白菜型冬油菜不同抗寒性品種雜交后代越冬率分析，發(fā)現(xiàn)隨著3個(gè)親本隴油7號(hào)、延油2號(hào)、天油2號(hào)的抗寒性依次減弱，它們的越冬率也逐漸減小，雜交后代(F1、F2、BC1)的越冬率都介于兩個(gè)親本之間，在F1代中，作母本的品種抗寒性越強(qiáng)后代的抗寒性越強(qiáng)。F2代自交后代抗寒性明顯比F1代差，由于白菜型冬油菜高度不親和，導(dǎo)致自交后代的抗寒性降低。BC1中，以抗寒性越強(qiáng)的親本作母本和輪回親本，后代的抗寒性越強(qiáng)，出現(xiàn)了抗寒性很接近超強(qiáng)抗寒性親本的后代，說明以超強(qiáng)抗寒性親本作為輪回親本進(jìn)行回交可有效提高雜交后代的抗寒性。

CAT、POD和 SOD統(tǒng)稱保護(hù)酶, 在冷脅迫下清除活性氧 ，防止膜脂過氧化及抗低溫傷害具有重要作用[10-12]，植物體中保護(hù)酶活性的強(qiáng)弱直接關(guān)系到抵御低溫傷害的能力[13]。在本實(shí)驗(yàn)中，降溫后，CAT 、POD和 SOD 3個(gè)保護(hù)酶活性均增強(qiáng)，說明低溫脅迫后，白菜型冬油菜通過提高自身的保護(hù)酶活性來抵御低溫帶來的傷害。雜交后代的酶活性都低于抗寒性強(qiáng)的親本，高于抗寒性弱的親本，但不同世代存在差異，F(xiàn)2自交后代的酶活性比F1代低，在BC1中，世代間的差異較大，既有酶活性高于F1代以抗寒性強(qiáng)的品種為輪回親本的雜交后代也有低于F2代以抗寒性弱的品種為輪回親本的雜交后代，從而說明應(yīng)該以抗寒性強(qiáng)的品種為輪回親本用正確的回交方式來提高雜交后代的酶活性，以提高它的抗寒性。

表5 不同世代 SOD活性變異

對(duì)越冬率與保護(hù)酶進(jìn)行回歸分析，可得出越冬率與CAT酶、POD酶、SOD酶的關(guān)系極顯著，說明保護(hù)性酶活性越強(qiáng)，越冬率越高，抗寒性也就越好。

用抗寒性強(qiáng)的品種作母本可有效的提高雜交一代的保護(hù)酶活性及越冬率，自交使后代的保護(hù)酶活性及越冬率降低，以抗寒性強(qiáng)的親本作為輪回親本進(jìn)行回交的后代的酶活性和越冬率顯著升高，因此，以抗寒性強(qiáng)的品種作為母本及配合正確的雜交方式可有效提高后代的保護(hù)酶活性和越冬率，抗寒性更好。

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(責(zé)任編輯 李山云)

Analyses of Protective Enzyme Activity and Wintering Rates in Filial Generations of Different Cold Resistance Winter Rapeseed (BrassicarapaL.)

WANG Kai-yin, SUN Wan-cang*, LIU Zi-gang,FANG Yan,YANG Gang, MA Li, GUO Ren-di, FANG Yuan,HOU Xian-fei, LIU Lin-bo, QIAN Wu, LIU Hai-qing, YUAN Jin-hai, WANG Zhi-jiang

(Campestrisseed Engineering Research Center of Gansu Province，Gansu Provincial Key Laboratory of Arid Land Crop Sciences，Improvement and Key Laboratory of Crop Genetics and Germplasm Enhancement，Gansu Agricultural University，Gansu Lanzhou 730070，China)

Taken the filial generations (F1, F2, BC1) of the ulterstrong cold resistance variety Longyou 7 with cold resistance variety Yanyou 2 and cold tolerance variety Tianyou 2 as tested materials, their each generation wintering rates were estimated, combining with their parents and filial generations CAT, POD, SOD enzyme activity change, and their cold resistance relationship between them were analyzed. The results showed that wintering rates in filial generations of different cold resistance winter turnip rape between the two parent, but there were large differences between different generations; In F1generation, the stronger the cold resistance of female parent was, the higher the wintering rate of offspring was, and F2generation of selfing generations of wintering rate was lower than that of the F1generation; In BC1generations, the wintering rate range was larger, there were lower than that of F2generation of selfing generations of hybrid combinations (Tianyou 2 × Longyou 7) × Tian you 2 and higher than that of F1generation hybrid combination (Longyou 7 × Tianyou) × Long you 7, and the variety with ultrastrong cold resistance as recurrent parent could make backcross generation wintering rate increase significantly. After low temperature stress, the protective enzyme activity of different generations of two groups increased to some extent, in group 1, the F1generation CAT average from before cool to after cooling was increased, F2from 8.41 to 15.72 U·g-1, and BC1from 10.62 to 19.20 U·g-1. By regression analysis for wintering rates and protective enzyme, their regression equation wasY=1.208+2.698X1+1.154X2+0.163X3, and the relationship of wintering rates with CAT , POD and SOD were significantly positive, indicating that the stronger the protective enzyme activity was, the higher the rate was, and the better the cold resistance was.

Winter rapeseed;BrassicarapaL.; Wintering rate; Protective enzyme activity; Cold resistance; Filial generations

1001-4829(2016)11-2529-07

10.16213/j.cnki.scjas.2016.11.004

2015-11-10

國(guó)家現(xiàn)代農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系“北方寒旱區(qū)冬油菜育種崗位科學(xué)家”(CARS-13)；國(guó)家自然科學(xué)基金“白菜型油菜抗寒評(píng)價(jià)指標(biāo)體系及數(shù)學(xué)模型構(gòu)建”(31460356)；973計(jì)劃-油菜高產(chǎn)油量形成的分子生物學(xué)機(jī)制(2015CB150206)；國(guó)家863計(jì)劃專項(xiàng)“強(qiáng)優(yōu)勢(shì)油菜雜交種的創(chuàng)制與應(yīng)用”(2011AA10A104)；國(guó)家農(nóng)業(yè)科技成果轉(zhuǎn)化項(xiàng)目(2014G10000317)；國(guó)家自然科學(xué)基金(31560397)；甘肅省自然科學(xué)基金(145RJZG050)；甘肅省高等學(xué)?？蒲许?xiàng)目(2014B-049)

王凱音(1988-)，女，甘肅蘭州人，在讀碩士，主要從事油菜育種工作，E-mail：444593310@qq.com,*為通訊作者：孫萬倉(cāng)，教授，博士，主要從事油菜育種及十字花科種質(zhì)資源研究，E-mail：18293121851@163.com。

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