金光杏梅自交不親和性的生理機制

劉遵春,包東娥,扈惠靈

（河南科技學院園藝園林學院,河南新鄉(xiāng)453003）

金光杏梅自交不親和性的生理機制

劉遵春,包東娥,扈惠靈

（河南科技學院園藝園林學院,河南新鄉(xiāng)453003）

以金光杏梅為試驗材料,對授粉后花柱內(nèi)保護酶活性及丙二醛含量進行研究,探討了金光杏梅自交不親和性的生理機制.結(jié)果表明：金光杏梅在自花和異花授粉后均能引起SOD、POD、CAT活性和MDA含量的變化.比較自花和異花授粉的酶活性和MDA含量發(fā)現(xiàn),金光杏梅異花授粉后,花柱內(nèi)SOD、CAT活性變化呈單峰曲線,在授粉后24 h達到最高峰；花柱內(nèi)POD活性和MDA含量在授粉后72 h內(nèi)呈現(xiàn)逐步上升趨勢,沒有出現(xiàn)峰值；在授粉后同一時期,花柱內(nèi)SOD、POD、CAT活性異花授粉高于自花授粉,而MDA含量異花授粉低于自花授粉. SOD、POD、CAT活性和MDA含量的變化與自交不親和基因的調(diào)控有關(guān).

金光杏梅；自交不親和性；生理機制

杏梅屬李屬的杏李類（Prunus simonii Carr.）,主要分布于華北的山區(qū)丘陵地帶.金光杏梅是從杏與李的自然雜交后代中選育出的優(yōu)良變異類型,因其結(jié)果早、果個大、品質(zhì)優(yōu),在河南省各地被廣泛栽培.近幾年各地均出現(xiàn)金光杏梅坐果率低的問題.本課題組通過授粉生物學研究發(fā)現(xiàn),金光杏梅花粉在培養(yǎng)12 h時,萌發(fā)率高于10%,從而排除了金光杏梅花粉敗育的可能性.同時通過對金光杏梅進行自花和異花授粉試驗發(fā)現(xiàn),金光杏梅自花授粉座果率為0,異花授粉座果率在10%以上,說明金光杏梅屬自交不親和性的樹種[1].本試驗旨在通過研究金光杏梅花柱內(nèi)保護酶活性、丙二醛（MDA）含量與自交不親和性的關(guān)系,揭示金光杏梅自交不親和性的生理生化機制,為其自交不親和性的調(diào)控提供依據(jù).

1 材料與方法

1.1試驗材料

本試驗于2014年在河南科技學院園藝園林學院實驗室和古固寨教學實習基地進行.選取生長發(fā)育健壯、無病蟲害的5～6 a生金光杏梅大樹作為供試株,凱特杏為其授粉品種.于3月份采集鈴鐺花期的花蕾200朵帶回實驗室,去除花萼、花瓣,取其花藥,放在20℃干燥的條件下讓其自然散粉,晾干后裝入干凈的青霉素瓶內(nèi),置于4℃冰箱中備用.

1.2試驗方法

1.2.1 自花授粉后花柱的采集采集金光杏梅鈴鐺花期的花枝,在溫室內(nèi)將花枝末端插入水瓶,進行水培催花,待花朵剛剛開放時,用棉棒蘸取金光杏梅花粉進行人工輔助自花授粉,并于授粉后0、24、48、72 h采集花朵,迅速去除花瓣、花絲、花藥,切取花柱,放入5 mL離心管中,置于-70℃超低溫冰箱中備用.

1.2.2 異花授粉后花柱的采集采集金光杏梅鈴鐺花期的花枝,在溫室內(nèi)將花枝末端插入水瓶,進行水培催花,待花朵剛剛開放時,用棉棒蘸取凱特杏花粉進行人工輔助異花授粉,并于授粉后0、24、48、72 h采集花朵,迅速去除花瓣、花絲、花藥,切取花柱,放入5 mL離心管中,置于-70℃超低溫冰箱中備用.

1.2.3 相關(guān)指標的測定參照李合生[2]的方法,采用硫代巴比妥酸法測定MDA含量；采用氮藍四唑（NBT）還原法測定超氧化物歧化酶（SOD）活性；采用愈創(chuàng)木酚法測定過氧化物酶（POD）活性；采用紫外分光光度法測定過氧化氫酶（CAT）活性.

1.3數(shù)據(jù)處理

用Excel 2003軟件對測得的數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計分析.

2 結(jié)果與分析

2.1金光杏梅自花和異花授粉后花柱內(nèi)SOD活性的變化

金光杏梅自花和異花授粉后,花柱內(nèi)SOD活性的變化見圖1.

圖1 授粉對金光杏梅花柱內(nèi)SOD活性的影響Fig.1 Effect ofpollination on SODactivityin style in Jinguangplum

由圖1可知,金光杏梅自花授粉和異花授粉后,花柱內(nèi)SOD活性的變化規(guī)律均呈單峰曲線.在授粉24 h內(nèi)花柱內(nèi)SOD活性迅速上升,授粉后24 h達到最高值,此時SOD活性分別為授粉前的1.79倍和2.46倍.在授粉后24～72 h,異花授粉花柱內(nèi)SOD活性緩慢下降,但仍高于授粉前的活性,分別為2.36倍和1.98倍；自花授粉花柱內(nèi)SOD活性迅速下降.同時比較發(fā)現(xiàn),在授粉后同一時期,異花授粉花柱內(nèi)SOD活性均高于自花授粉.

2.2金光杏梅自花和異花授粉后花柱內(nèi)POD活性的變化

金光杏梅自花和異花授粉后,花柱內(nèi)POD活性的變化見圖2.

圖2 授粉對金光杏梅花柱內(nèi)POD活性的影響Fig.2 Effect ofpollination on PODactivityin style in Jinguangplum

由圖2可知,金光杏梅異花授粉后72 h內(nèi),花柱內(nèi)POD活性呈現(xiàn)逐步上升趨勢,沒有出現(xiàn)峰值,各時期花柱內(nèi)POD活性分別為授粉前的2.66倍、3.11倍和3.25倍.金光杏梅自花授粉后花柱內(nèi)POD活性也迅速上升,在授粉后48 h達到最高值,此時花柱內(nèi)POD活性為授粉前的2.25倍；授粉后48～72 h,自花授粉花柱內(nèi)POD活性迅速下降.同時比較發(fā)現(xiàn),在授粉后同一時期,異花授粉花柱內(nèi)SOD活性均高于自花授粉.

2.3金光杏梅自花和異花授粉后花柱內(nèi)CAT活性的變化

金光杏梅自花和異花授粉后,花柱內(nèi)CAT活性的變化見圖3.

圖3 授粉對金光杏梅花柱內(nèi)CAT活性的影響Fig.3 Effect ofpollination on CATactivityin style in Jinguangplum

由圖3可知,金光杏梅自花和異花授粉24 h內(nèi),花柱內(nèi)CAT酶活性均迅速上升,授粉后24 h達到最高值,此時CAT活性分別為授粉前的5.2倍和8.08倍.在授粉后24～72 h時,異花授粉花柱內(nèi)CAT活性略微下降,仍保持很高的活性；自花授粉花柱內(nèi)CAT活性迅速下降.同時比較發(fā)現(xiàn),在授粉后同一時期,異花授粉花柱內(nèi)CAT活性均高于自花授粉,其變化規(guī)律與SOD活性相似.

2.4金光杏梅自花和異花授粉后花柱內(nèi)MDA含量的變化

金光杏梅自花和異花授粉后花柱內(nèi)MDA含量的變化見圖4.

由圖4可知,金光杏梅自花和異花授粉花柱內(nèi)MDA含量在授粉后72 h內(nèi)均呈現(xiàn)逐步上升趨勢,沒有出現(xiàn)峰值.在授粉72 h時,自花授粉和異花授粉MDA含量分別為授粉前的4.34倍和2.16倍.同時比較發(fā)現(xiàn),金光杏梅異花授粉后各時間MDA含量均低于自花授粉.

圖4 授粉對金光杏梅花柱內(nèi)MDA含量的影響Fig.4 Effect ofpollination on MDAcontent in style in Jinguangplum

3 結(jié)論與討論

正常情況下,植物體內(nèi)自由基的產(chǎn)生和清除處于動態(tài)平衡狀態(tài).逆境脅迫下這種平衡被打破,導致過量的自由基對植物細胞產(chǎn)生毒害作用,使細胞膜遭到破壞或死亡.作為植物體內(nèi)保護酶系統(tǒng)的重要組成部分,SOD、POD、CAT在清除自由基方面發(fā)揮著重要作用[3-4].植物授粉受精是植物孕育新一代生命的過程,授粉必然會引起特定組織內(nèi)生理生化的變化.本研究發(fā)現(xiàn),金光杏梅自花授粉后0～24 h,花柱內(nèi)SOD、POD、CAT活性均迅速上升,SOD、CAT活性在授粉后24 h達到最高值,POD活性在授粉后48 h達到高峰,花粉管能夠正常生長；授粉24 h后花柱內(nèi)SOD、CAT活性迅速下降,POD活性略有增長后也迅速下降.授粉后48～72 h是花粉管穿過花柱進入子房的時間,此時花柱內(nèi)SOD、POD、CAT活性均下降,而花柱內(nèi)MDA含量仍維持較高水平或上升,造成花粉管停止生長.金光杏梅異花授粉后,花柱內(nèi)SOD、CAT活性變化呈單峰曲線,在授粉后24 h達到最高值,此后均下降；花柱內(nèi)POD活性和MDA含量在授粉后72 h內(nèi)呈現(xiàn)逐步上升趨勢,沒有出現(xiàn)峰值.比較自花和異花授粉的酶活性和MDA含量發(fā)現(xiàn),在授粉后同一時期,花柱內(nèi)SOD、POD、CAT活性異花授粉高于自花授粉,而MDA含量異花授粉低于自花授粉.說明金光杏梅自身擁有了一套高效的保護性酶系統(tǒng),它有助于金光杏梅受精過程的完成.這種保護性酶系統(tǒng)可能與金光杏梅本身所具有的自交不親和基因的調(diào)控有關(guān)[5-6].對金光杏梅異花和自花授粉后不同時期的酶活性和MDA含量比較發(fā)現(xiàn),授粉后24 h內(nèi),異花授粉和自花授粉的3種酶的活性和MDA含量變化趨勢相似,而在授粉24 h以后,異花授粉的酶活性明顯高于自花授粉的酶活性,異花授粉的MDA含量明顯低于自花授粉的MDA含量.這種現(xiàn)象也進一步反映了自交不親和性基因?qū)ΡＷo性酶系統(tǒng)的調(diào)控[7].

[1]劉遵春,蘇艷新,張傳來,等.金光杏梅授粉生物學特性研究[J].河南科技學院學報（自然科學版）,2013,41（2）：27-30.

[2]李合生.植物生理學實驗技術(shù)指導[M].北京：高等教育出版社,2001.

[3]吳能表,徐光德,唐于婷,等.甘藍自交不親和柱頭花粉萌發(fā)和保護性酶活性變化[J].西南師范大學學報,2004,29（5）：848-851.

[4]齊國輝.鴨梨自交不親和與親和變異的生理生化特性及分子機理研究[D].保定：河北農(nóng)業(yè)大學,2005.

[5]王保成,孫萬倉,范惠玲,等.蕓芥自交親和系與自交不親和系SOD、POD和CAT酶活性[J].中國油料作物學報,2006, 28（2）：162-165.

[6]張雪梅,李保國,趙志磊,等.蘋果自花授粉花粉管生長和花柱保護酶活性與內(nèi)源激素含量的關(guān)系[J].林業(yè)科學,2009, 45（11）：20-25.

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（責任編輯：鄧天福）

Study on physiological mechanism of self-incompatibility in Jinguang plum

LIU Zunchun,BAO Donge,HU Huiling
（School ofHorticulture Landscape Architecture,Henan Institute ofScience and Technology,Xinxiang 453003,China）

Using Jinguang plum as the material,style physiology characteristic indexes after pollination were studied to discuss the physiological mechanism of self-incompatibility.The results showed that：the activity of SOD,POD,CAT and MDA content increased after both self-pollination and cross-pollination.SOD and CAT activities in styles of Jinguang plum after cross-pollination were single apex curves,SOD and CAT activities reached the peak after pollination in 24 h；POD activity and MDA content in style showed a gradually risingtrend in the 72 h after pollination,and hadn’t peak；At the same time after pollination,SOD,POD and CAT activities in styles,and MDA content in style of cross-pollination was lower than that of self-pollination.The results showed that the change of enzyme activity correlated with the expression of self-incompatible genes.

Jinguang plum；self-incompatibility；physiological mechanism

S662.4

A

1008-7516（2017）01-0010-04

10.3969/j.issn.1008-7516.2017.01.003

2016-12-03

國家自然科學基金-河南聯(lián)合基金項目（U1304323）；河南省教育廳科學技術(shù)研究重點項目（14A210021）；河南科技學院2013年大學生創(chuàng)新訓練項目（2013CX036）

劉遵春（1976—）,男,山東聊城人,博士,副教授.主要從事果樹栽培研究.