同工酶技术在大麦中的应用

李 健 丰先红

(四川甘孜州农业科学研究所，四川 康定 626000)

同工酶是基因的直接产物，可以分子水平反映部分从外部表征上难以鉴定的遗传变异。与形态性状相比，同工酶具有重复性好,并显性遗传和直接反映基因调节活动等特点[1，2]，其分析技术广泛应用于植物系统演化、生理、病理、遗传、育种等方面。随着现代生物技术和分子生物学的发展，对同工酶的研究也日益广泛和深入。本文主要探讨同工酶技术在大麦中的应用。

1 同工酶的概念

同工酶(等位基因酶，Isozyme)的分离和发现开创了真正意义上分子标记技术的先河。同工酶是一类一级结构不同、理化性质相异，具有种属、发育及组织特异性但催化同一化学反应、功能(近似)相同的酶类。同工酶是基因表达的产物，为遗传所决定的生化性状，在进行遗传分析是具有表达完全、无显隐性之分(共显性表达)、不受外界环境干扰的特点，因此最早成为生物群体结构的遗传标记。应用同工酶研究的生物种类已经超过1200种，涉及的领域极广，包括种群遗传、系统分类与进化、生物多样性与种质资源的保护、基因表达与调控等等。

2 同工酶技术在大麦种质资源上的研究

同工酶技术是研究栽培植物及其近缘野生植物各个种的地理分布和遗传变异物的最有效的手段之一。Kaler和小西猛郎[3]对世界各地的大麦种质资源进行研究后发现，亚洲类型和欧洲类型具有不同的酶谱特征。亚洲二棱大麦的同工酶酶谱较单一。亚洲多棱大麦的酶谱差异相对较二棱大麦大，这可能主要是由于亚洲多棱大麦多是由多农家种选育而成，地理差异大，变异类型较多的缘故，欧洲和北美洲的部分二棱大麦酶带相似，酶谱差异小，而有的二棱和四棱酶谱相似，这可能是现代杂交育种的结果。大麦按二棱或多棱等自然类型分类和按原产地的生态型分类既有紧密联系，又不完全相同。同一类群，其形态特征相近，酶谱也相似，表明其亲缘较近，原产地较近[4]。丁毅等对我国野生大麦和栽培大麦的酯酶同工酶的研究表明，地理来源相同或相近的不同亚种或不同变种，酯酶同工酶酶谱一般表现出相同或相近[5，6]，孙立军等对我国大麦酯酶同工酶的地理分布研究也表明，具有相同或相近带型的品种分布与大麦生态区划和基因传播关系密切[7]。

3 利用同工酶技术对大麦杂交育种的分析

同工酶电泳技术已广泛用于植物种质资源鉴定和远缘杂种遗传分析。李造哲等[8]认为大麦酯酶同工酶具有多态性，可作为遗传标记用于杂种鉴定和回交后代目标性状植株的检测。他探讨了披碱草和野大麦杂种的遗传变异和对亲本性状的继承情况，发现杂种F1的酯酶同工酶谱主要表现为双亲酶带的互补类型，亲本的个别酶带在杂种F1有丢失现象，正反交杂种F1均产生一条杂种带，杂种F1酶谱有偏向母本遗传的倾向，正反交的回交l代酯酶同工酶谱基本相同，但也存在一定的差异，回交l代的酯酶同工酶谱明显地偏向轮回亲本野大麦。

李逸平等[9]研究了(栽培大麦×纤毛鹅观草)×栽培大麦回交B1的同工酶，亲本、杂种F1及其回交1代的酯酶同工酶谱表型均存在一定的差异。结果表明回交B1植株的酶谱与栽培大麦相似，但也出现了一些变异，具有一些纤毛鹅观草的酶带，与回交B1的形态学、细胞学研究结果是一致的，有可能从后代中选出具有纤毛鹅观草优良性状的栽培大麦新材料来。许如根等[10]通过对4个核质互作型杂种大麦及其亲本的酯酶同工酶、单株产量构成要素及主要农艺性状的分析研究，初步认为：核质互作型杂种大麦杂种优势的大小与亲本之间的酯酶同工酶的谱带差异程度和互补程度密切相关，可根据双亲的酯酶谱带差异程度选配杂交组合；苗期的酯酶同工酶类型可作为预测不同组合杂种优势大小的指标之一。

4 应用于大麦再生植株遗传稳定性的研究

在诱导大麦单倍体植株的离体培养过程中，各种培养因素诸如培养温度、培养基成分、低温预处理等的变化会提高花培反应值[11，12]，但各种理化因素的变异也可能会使大麦再生植株的基因型发生变异，致使导入外来基因后无法确定变异植株的变异来源。沈光华等[13]通过对3个不同的大麦品系在培养温度、激素浓度和低温预处理等诸因素不同水平的诱导培养，利用过氧化物酶同工酶酶谱和酯酶同工酶酶谱的分析手段，结果表明：在大麦再生植株的诱导培养过程中，采用常规的25℃培养温度和培养基激素为2.5mg/L 2，4-D浓度的处理可以保持材料本身的遗传稳定性；而提高培养温度和培养基激素2，4-D的浓度及采用低温预处理的措施，有可能导致再生植株变异的发生；不同品系的遗传稳定性是有差异的：在DH30品系的实验中，30℃培养的再生植株的过氧化物酶和酯酶的酶谱与对照相比差异不大。而在A16品系的实验中，30℃培养的再生植株的过氧化物酶和酯酶的酶谱与对照相比差异较大。

5 同工酶技术在大麦病理学上的应用

自上世纪60年代以来，同工酶分析技术被广泛地用于植物病原微生物的分类鉴定，并已取得了许多有价值的结果，赵桂东等[14]对禾谷丝核菌和立枯丝核菌的16个菌丝融合群或亚群的标准菌株及来自江苏大麦纹枯病的9个菌丝融合群或亚群共68个菌株进行了酯酶同工酶的比较分析，发现立枯丝核菌主酶带数的变幅范围比禾谷丝核菌大；但与各自对应的融合群或亚群的标准菌株的图谱则相似；无论禾谷丝核菌，还是立枯丝核菌，各菌丝融合群或亚群之间的电泳图谱都有显著差异，酶谱类型与菌株的采集品种和致病性无关，但于采集地点似乎有一定联系。

6 同工酶技术在植物生理上应用

在植物的不同发育阶段和不同器官组织中同工酶都具有特异性表现，其合成受一系列基因的调控，常作为遗传信息的指标来研究植物的生长发育和器官分化。从植物种子生活力、组织与器官分化、生长及胚胎发育，以及环境因素和植物激素都会影响到同工酶的变化。段发平[15]认为大麦穗下第2节间的过氧化物酶活性与株高呈显著负相关性，而胚芽鞘的酶活性与株高无明显相关。黄化大麦比野生型大麦生长缓慢，植株短小，可能是其过氧化物酶活性较高，从而引起生长素亏缺而造成的[16]。

7 存在问题及应用前景

综上所述，同工酶自首次被提出到现在已经将近50年，广范应用于大麦种质、遗传育种、生理、病理等方面，但是在大麦同工酶研究中，同工酶研究种类少，涉及最多的是酯酶同工酶，研究范围也相对其他作物窄。同工酶分析简便、经济、快速、准确的特点技术在辅助大麦种质资源和亲源关系鉴定等诸方面的应用有着广阔的前景。而且随着技术的不断提高，同工酶在大麦研究中应用不仅在基础理论研究上，而且在生产实践上均具有十分重要的意义，研究范围也会愈加宽阔。

[1] 李继耕.植物同工酶及其在作物遗传研究中的应用[J].作物学报，1980，6(4)：249-251

[2] 俞志隆，黄培忠，马俊虎，等.大麦遗传与改良[M].上海：上海科学技术出版社，1994，3：590-637

[3] 小西猛郎.大麦育种同工酶的利用[J].国外农学：麦类作物，1990(1)：11-l3

[4] 邱敦莲，李正玮.大麦种质资源的酯酶同工酶研究[J].西南农业学报，1993，5(4)：29-35

[5] 丁毅，宋远淳.大麦酯酶同工酶酶谱的聚类分析与遗传研究[J].武汉大学学报(自然科学版)，1995，41(6) :729-734

[6]丁毅，冯伟国，丁晓民，等.湖北大麦品种酯酶同工酶酶谱与地区分布关系的研究[J].武汉植物学研究，1998，16(1)：5-10

[7]孙立军，高吉寅，关建平.中国大麦酯酶同工酶的多样性及其地理分布研究[J].作物品种资源，1995(2):1-5

[8] 李造哲，云锦凤，马青枝，等.披碱草和野大麦及其杂种F1与BC1酯酶同工酶分析[J].草地学报，2000，8(3)：233-236

[9] 李逸平，李万几，刘芳.(栽培大麦×纤毛鹅观草)×栽培大麦回交B1的同工酶研究[J].四川农业大学学报，l992，10(4)：650-658

[10] 许如根，黄志仁，吕超，等.大麦杂种优势与苗期酯酶同工酶相关性研究[J].麦类作物，1999，19(6)：35-37

[11] PIERRE D J，LIMING H，STEVEN E，et a1.Factors Affecting Another Culturability of Recalciteant Barley Genotypes[J].Plant Cell Reports，1993(13)：32-36

[12] BAILLIE A M R，ROSSANASGEL B G，KARTHA K K.In Vitro Selection for Improved Increases Glyphosate Tolemce in Barley[J].Euphytica，1993(67)：151-154

[13] 沈光华，许燕.大麦再生植株遗传稳定性检测方法的建立和应用[J].上海师范大学学报(自然科学版)，2005，32(2)：59-63

[14] 赵桂东，李清銑.江苏大麦纹枯病菌酯酶同工酶的测定[J].真菌学报，1993，12(2)：163-l70

[15]段发平，刘厚淳.大麦株高与其过氧化物酶同工酶关系初探[J].阜阳师范孝院学报(自然科学版)，1998(2)：36-38

[16]林宏辉，何军贤，梁厚果，等.黄化大麦与野生型大麦三种同工酶的比较研究.四川大学学报(自然科学版)，1997，34(5)：679-682