同工酶技术在瓜类蔬菜上的应用研究

孟祥波 张凤丽

（辽宁省锦州市农业科学院 121000） （《应用生态学报》编辑部）

同工酶主要指来源相同、催化性质相同而分子结构有差异的酶蛋白分子。近年来，同工酶技术在蔬菜上应用研究已相当广泛，已成为蔬菜研究不可缺少的一个手段。迄今，在蔬菜上已研究过的同工酶有过氧化物酶（POD）、酯酶（EST）、苹果酸脱氢酶（MDH）、酸性磷酸酶（APS）、磷酸酯酶、α-淀粉酶、胞外漆酶（ECI）、超氧化物歧化酶（SOD）、儿茶酚酶（Cat）、醇脱氢酶（ADH）等。

1 同工酶技术在瓜类蔬菜上的研究现状

同工酶技术作为一种常规的分析手段，已广泛应用于蔬菜的起源、分类、亲缘关系鉴定、遗传育种、病理和生理等研究领域，极大地推动了蔬菜园艺学科的发展。在瓜类蔬菜研究中，同工酶技术的应用极其广泛。

1.1 瓜类种子纯度鉴定

由于杂种同工酶谱带包含有双亲的谱带及等位基因间的杂交带，利用同工酶技术判断杂交种子的纯度既快速又准确，克服了传统瓜类种子纯度鉴定方法时间长、繁琐的弊端。从20世纪70年代，人们开始尝试利用电泳技术通过分析同工酶谱带差异鉴定品种纯度。纪颖彪等利用同工酶和田间形态检测黄瓜F1代的纯度，其结果非常接近，两者相关系数达0.95。曹宛红等对西瓜品种及种间进行了同工酶及可溶性蛋白差异分析，结果是某些野生品种和栽培品种间的鉴定可使用同工酶分析，但如京欣 1号父母本亲缘关系很近的杂交种的纯度无法鉴定。

1.2 瓜类种质资源及亲缘关系鉴定

同工酶技术已广泛应用于植物系统学研究植物间的亲缘关系。同工酶是基因表达的产物，遗传物质不同，同工酶谱带及酶活性有差异。利用同工酶技术从分子学水平揭示了瓜类种质资源的遗传背景，为丰富和搜集瓜类种质资源、瓜类品种选育提供依据和方法。漆小泉等通过分析南瓜过氧化物酶和酯酶同工酶，认为印度南瓜、美洲南瓜与中国南瓜的亲缘关系较近，而印度南瓜与美洲南瓜之间的亲缘关系较远，这与利用细胞学研究的结论相吻合。仇志军等对32个国内外西瓜品种的亲缘关系进行了同工酶分析，亲缘关系越远，酶带差异越大；野生品种由于基因库丰富，酶带数目多于栽培品种；还将28个品种分为8类，与实际的品种亲缘关系相符。目前，对黄瓜的分类、鉴别、起源关系的研究等方面都已应用了同工酶技术。

区炳庆等采用垂直平板聚丙烯酰胺凝胶电泳技术，分析研究了美洲南瓜和中国南瓜共10个不同栽培品种的过氧化物酶 （POD）及多酚氧化酶（PPO）同工酶，结果表明：POD同工酶分离出10条酶带，酶谱较复杂；PPO同工酶共分离出6条酶带，酶谱简单，分离清晰。因此PPO同工酶技术在南瓜品种亲缘关系鉴定方面具有准确、直观、明了等优点，尤其对于美洲南瓜效果较好，认为 PPO同工酶可作为鉴定美洲南瓜品种间亲缘关系的一个指标。黄秀丽等利用PAGE对南瓜属不同种及品种间4种蛋白组分的电泳谱带进行了比较，发现不同种间水溶蛋白和盐溶蛋白谱带差异较大，且各栽培种都有特征蛋白条带。不同栽培种间酸溶蛋白谱带的差异较小，因此可用水溶蛋白和盐溶蛋白电泳谱带区分不同栽培种。分析蛋白谱带可知美洲南瓜与中国南瓜亲缘关系较近，与印度南瓜则较远，这与漆小泉等的实验结果一致。由此可见，种子蛋白PAGE可用于分析南瓜属不同种之间的亲缘关系。

1.3 杂种优势预测

杂种优势与同工酶酶谱类型有关，具杂种酶谱或互补酶谱的组合常属强优势组合；具单一亲本酶谱的组合，不同作物优势表现不同；而无差异型酶谱的组合，一般为无优势或弱优势组合。预先分析亲本酶谱，在一定程度上可减少育种工作的盲目性，有利于育种工作者较快捷地选配出高优组合。Schwartz（1960）是最早利用同工酶预测杂种优势的。张兴平等报道了西瓜杂种POD同工酶表现“偏父型”酶谱的大多在产量和抗性方面表现较强的杂种优势，杂种缺少双亲某些酶带的均表现为杂种负势或优势不明显。

1.4 瓜类抗性鉴定

植物在温度不适宜条件下或病原菌侵入体内后生理代谢会发生变化，引起体内多种同工酶系统活性的改变，因此可通过同工酶的变化来判断抗性大小，为进一步筛选抗性强类型提供依据。近年来，同工酶在瓜类作物抗性方面的研究主要在抗病性、抗寒性上。抗病方面集中在抗枯萎病和抗病毒的研究。王瑜将黄瓜接种病原菌后，引起体内过氧化物酶活性提高以及过氧化物酶同工酶的变异，从中筛选出抗枯萎病的品种和植株。顾卫红等探讨了同工酶系统（POD、COT、CYT）与甜瓜枯萎病的关系。张兴平等对感染病毒后的薄皮甜瓜和厚皮甜瓜功能叶片同工酶进行分析表明，POD和CAT酶带数目增多，出现了新的谱带，尤其CAT同工酶，病株出现了健株中未曾发现的CAT2谱带。刘鸿先将不同耐寒力黄瓜幼苗的子叶置于低温条件下，研究了各细胞器中SOD同工酶的变化，发现同工酶易受外界条件影响而发生变化，说明通过分析同工酶可初步判断其对低温的抗性大小。

1.5 检测瓜类多倍体

同工酶酶谱特殊带的增减变化或新谱带的出现，在一定程度上可反映出与染色体数目、变位等有关的遗传变异情况。陈清华等曾用过氧化物酶和酯酶同工酶鉴定二倍体 （2X）、三倍体（3X）、四倍体（4X）西瓜，结果表明，四倍体西瓜的酯酶活性比二倍体低；而无籽西瓜组合母本的谱带与F1差异较明显。马德伟也认为甜瓜四倍体过氧化物同工酶的活性低于二倍体。再次证实了在其他作物研究中随染色体倍性的增加，同工酶活性降低的结论，可以利用这个特点鉴定瓜类多倍体。

1.6 生长发育状况的估测

在大白菜、甜瓜、茄子、草菇、香菇、甘蓝等多种蔬菜上的大量研究已证实，同工酶具有阶段特异性和组织特异性。朱立武等发现西瓜种子未萌发、萌发时、子叶期和真叶期POD酶带数目不同、酶活性有差异。南瓜的休眠种子、萌发2d、4d、5d的幼苗子叶中谷氨酸脱氢酶的同工酶数目有较大差异，因此，根据蔬菜同工酶数目及活性的变化，可初步估测生长发育的趋势。

1.7 性别分化的鉴定

同工酶是基因表达的产物，基因调控植物的性别，同工酶变化先于性别的表现，因此分析同工酶差异就可初步鉴定性别，进而采取相应措施控制性别分化，这将对蔬菜栽培和育种工作产生较大影响，尤其在瓜类、雌雄异株的蔬菜作物上显得尤为重要。菠菜、石刁柏和瓜类蔬菜已有了应用同工酶控制性别分化的研究。

1.8 基因图谱的建立和基因连锁的标记

同工酶作为生化和遗传标记已被广泛应用，具有不受环境修饰，不具有上位干扰和多效应等优点，因此在基因连锁研究和基因图谱的建立中可被用作遗传标记。Knerr通过对黄瓜F2群体和回交群体的同工酶研究，构建了具有12个同工酶位点的连锁图，图谱总长266cM，包括4个连锁组。Meglic等利用同工酶和形态抗病标记位点一张多种标记的连锁图，包括4个连锁组。

2 存在问题及应用前景

同工酶技术已应用在瓜类作物许多方面。但我们在采用这项技术时，应注意同工酶的一些特殊性——具有阶段特异性和组织特异性。为保证实验结果具有可比性、代表性，首先应找出同工酶相对稳定时期和相对稳定部位进行取样。如朱立武等发现西瓜休眠种子有3条弱的POD酶带，种子萌发时酶带迅速增至6条，但活性仍较弱，子叶期和真叶期酶带和活性较前一阶段明显增强。南瓜的休眠种子中只有一种谷氨酸脱氢酶的同工酶，萌发2d的幼苗子叶内又形成此酶的2种同工酶，经4d同工酶增至5种，而经5d后则为7种。因此，在确定某同工酶酶带是否是杂种带和特征带时，应在不同时期不同部位反复验证，才能得出最为确切的结论。

为使同工酶技术在瓜类作物研究中发挥出更经济、便捷、快速、准确的特点，进一步深入研究建立同工酶技术测定方法的标准化体系，是我们应该重视解决的问题，以拓宽同工酶在各种作物的应用空间。