核不育系杂交棉不同发育时期抗氧化酶酶活性变化及其杂种优势分析

陈全求　蓝家样　韩光明　张志勇

摘要：以3个核不育陆地棉为母本，3个常规品系为父本，对亲本和配制的杂交一代不同时期的抗氧化酶酶活性进行测定。结果表明，在棉花测定发育阶段，不论是亲本还是杂交种，CAT和SOD酶活性均在7月21日左右达到最高，随后开始下降。POD酶活性持续上升。在3个核不育系母本中，在各个时期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杂种优势上。大部分组合的抗氧化酶酶活性介于双亲之间，同时在CAT和POD酶活性上，部分组合在4个时期存在中亲优势。

关键词：核不育系；杂交棉；发育时期；抗氧化酶；杂种优势

中图分类号：S562 文献标识码：A 文章编号：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

近年来，利用棉花（Gossypium spp.）核雄性不育系进行杂交制种是杂交棉应用的一个方向，核雄性不育杂交种的利用不仅可以降低制种的成本，还可以有效防止在经营中以F2代充当F1代、常规种充当杂交种的不良现象[1]。核不育系杂交种在生产上也越来越受关注，大量的核不育系品种在生产上得到应用，但是从生理生化角度探讨核不育系杂种优势的研究较少。

棉花棉株在整个生长发育过程中受到各种不良环境的影响，如水分胁迫、干旱[2]、高温、辐射、盐渍和病原菌侵染等[3]，这些非生理和生理胁迫均能导致细胞产生大量的活性氧，同时细胞代谢也产生活性氧自由基，但是植物体在长期进化过程中，形成了一个完善的清除活性氧（H2O2、O-2、·OH、-O2）的防卫系统。抗氧化酶系统使植物体内产生与清除活性氧维持动态平衡。本研究通过对不同生育期的核不育系杂交种及其亲本的抗氧化酶活性变化分析，为选育新的核不育以及核不育系杂交种的利用提供参考依据。

1 材料与方法

1.1 试验材料

本研究利用3个核不育系GA18、RA1和HN10为母本，其中RA1和HN10是自育核不育系，另以常规棉优选系FXX、晋38和中41为父本，组合配制见表1，采用人工授粉的方法配制杂交种。

1.2 试验设计

试验在湖北省农业科学院武汉试验基地进行，采用随机区组设计，重复3次，4行区。2014年4月中旬播种，5月2日移栽。

1.3 生理生化测定

在棉株发育的不同时期进行田间取样，取棉株倒4叶，每个材料选取20片叶子剪掉叶脉剩余混合称样，测定不同时期的抗氧化酶（CAT、POD、SOD）的酶活性。

CAT酶活性测定（Thompson，1997）采用紫外分光光度计比色法，以OD240 nm每分种减少0.01为一个酶活单位。

POD酶活性测定采用愈疮木酚法[4]；以OD470 nm每分种增加0.1为一个酶活单位。

SOD酶活性测定采用氮蓝四唑（NBT）光下还原法[5]，以抑制氮蓝四唑（NBT）光反应50%为一个酶活单位。

1.4 数据分析

试验结果采用Excel软件进行统计分析。

2 结果与分析

2.1 核不育系组合及其亲本不同时期抗氧化酶活性变化

2.1.1 核不育系组合及其亲本不同时期CAT酶活性变化 如图1所示，不同亲本及其杂交一代CAT酶活性随着时间的推移不断变化，但是核不育系杂交组合和亲本的变化规律基本一致。自6月1日测定开始，CAT酶活性一直升高，一直到7月21日左右达到最高峰，然后开始下降。在3个核不育系母本中，GA18从四川引进，HN10和RA1是通过GA18回交改良后的新核不育系，3个核不育系母本相比，在各个时期HN10的CAT酶活明显最高，其次是RA1，最后是GA18，其中HN10在7月21日CAT酶活最高达到10 989.08 U/（g·FW），明显高于其他核不育系。3个父本中，不同时期的CAT酶活变化不一致，6月1日和7月21日两个时期，FXX的CAT酶活较其他父本高，分别为5 092.29、10 512.03 U/（g·FW），6月18日和8月11日这两个时期中41的CAT酶活较其他父本高，分别为6 587.32、7 987.53 U/（g·FW）。

2.1.2 核不育系组合及其亲本不同时期POD酶活性变化 对3个核不育系和3个常规棉优选系以及其杂交一代的POD酶活研究发现，在9个组合和6个亲本中发现，核不育系及其所得的杂交一代的POD酶活变化趋势和亲本的变化趋势基本一致，表现为随着棉花的发育其POD酶活性一直升高，尤其是在后期，POD酶活性上升趋势更为明显，说明POD酶在棉株生长发育后期起着关键作用。3个核不育系母本相比，在各个时期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发病较厉害，可能导致了POD酶活性存着时空特异性表达。

2.1.3 核不育系组合及其亲本不同时期SOD酶活性变化 由图3可知，SOD和CAT酶活性变化基本一致，自6月1日测定开始，不同亲本及其杂交组合SOD酶活一直升高，一直到7月21日左右达到最高峰，到8月11日起明显表现为下降趋势。3个核不育系母本相比，各个时期HN10的SOD酶活最高，其次是RA1，GA18最低，其中HN10在7月21日SOD酶活最高达到1 250.03 U/（g·FW），而GA18同一时期的SOD酶活性为997.03 U/（g·FW），3个父本中，中41各个时期的SOD酶活性高于其他两个父本。

2.2 不同时期核不育系组合抗氧化酶酶活性杂种优势分析

2.2.1 不同时期核不育系组合CAT酶活性杂种优势分析 由表2可知，在3个核不育系的杂交组合中，各个不同时期的CAT酶活性的超亲优势不明显，只有少数几个组合在特定的时期存在着超亲优势，组合HN10×中41的4个不同时期中有3个时期表现出超亲优势，但优势不明显，最高在6月18日，为3.35%；组合GA18×中41在前两个时期存在超亲优势，优势较为明显，6月1日为6.47%，6月18日为19.81%；其他组合在4个不同时期也存在不同的超亲优势，如组合GA18×FXX在8月11日存在超亲优势，组合RA1×FXX在6月18日存在超亲优势，组合RA1×中41在6月1日存在超亲优势。可见在CAT酶活性方面，杂交组合的超亲优势不明显，如果需要得到超亲优势，必须从更多的组合中去筛选。在负向超亲优势上，除了组合RA1×晋38的负向超亲优势在7月21日为-0.28%，其他均为正值，说明在CAT酶活杂种优势上，杂交组合的酶活优势介于父母本之间。在中亲优势上，HN10×中41、RA1×FXX在每个时期的CAT酶活性均存在中亲优势，其他组合只是在部分时期存在中亲优势。

2.2.2 不同时期核不育系组合POD酶活性杂种优势分析 由表3可知，在POD酶活性超亲优势上，只有3个组合在特定时期存在超亲优势，分别为组合HN10×FXX、HN10×晋38、RA1×晋38，超亲优势不明显。在负向超亲优势上，除了组合GA18×FXX、GA18×晋38、GA18×中41在1个时期为负值外，其余均为正值，POD酶活性负向超亲优势上与CAT酶活性基本一致，酶活杂种优势介于双亲之间。在酶活中亲优势上，组合HN10×FXX、RA1×FXX在各个时期均存在中亲优势，组合HN10×晋38在前3个时期存在中亲优势。

2.2.3 不同时期核不育系组合SOD酶活性杂种优势分析 由表4可知，在超亲优势上，核不育系组合SOD酶活性杂种优势与CAT和POD酶活性基本一致，超亲优势不明显，只是在某个时期，有几个组合存在超亲优势，如组合HN10×FXX在8月11日超亲优势为5.06%，组合HN10×晋38在8月11日超亲优势为1.75%，组合RA1×中41在6月1日超亲优势为2.44%，几个组合的超亲优势不高。在负向超亲优势方面以正值居多。在中亲优势方面，与其他两个酶相比存在不同，全部组合的SOD酶活性仅在部分时期表现出中亲优势，这给选择高优势SOD酶活性的杂交组合带来一定的困难。

3 小结与讨论

在棉花生长发育阶段，不论是亲本还是杂交种，CAT和SOD酶活性均自6月1日起持续上升，在7月21日左右达到最高，随后开始下降。POD酶活性自6月1日至8月11日一直上升。抗氧化酶活性的增强，品种自由基清除酶对体内有毒自由基及时清除以保证细胞器、核酸、蛋白质等免受伤害，保护活性，使之早熟不早衰，能够充分利用地下养分和光能，提高抗性从而最后达到高产优质[6]。在3个核不育系母本中，在各个时期里，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为品种选育辅助技术，通过该技术先后育成早熟不早衰短季棉品种中棉所20、24、27和36等，大大提高了育种进程[7]。通过对3个核不育系杂交组合比产也表明，虽然所有组合子棉产量的竞争优势全部为负值，但是3个组合的竞争优势相对于其他不育系存在着优势，尤其是组合HN10×中41的皮棉产量超过对照，竞争优势为2.68%[8]。该组合在杂种优势上不显著，但是在生产上可以大大节约种子成本。

在核不育系的抗氧化酶的杂种优势上，虽然部分组合存在着超亲优势，在CAT、POD和SOD酶活性方面，有几个组合在某1个时期或几个时期存在超亲优势，其他组合的抗氧化酶酶活性主要介于双亲之间。在中亲优势方面，部分组合存在着CAT和POD酶活性中亲优势，例如在CAT酶活性方面，组合HN10×中41和RA1×FXX在所有时期的中亲优势均较为明显。在POD酶活性方面，组合HN10×FXX、RA1×FXX在各个时期均存在中亲优势。由此可见，在抗氧化酶上，应该选择双亲酶活性都高的亲本，才能在杂交一代表现为高优势的酶活性，可以为亲本选择提供依据。

参考文献：

[1] 陈旭升，狄佳春，刘建光，等.棉花杂种优势应用研究现状及发展趋势[J].中国农业科学导报，2002（3）：43-46.

[2] 许长成，邹 琦.大豆叶片干旱促衰老及其与膜脂过氧化的关系[J].作物学报，1993，19（4）：359-364.

[3] 何 萍，金继正.氮钾营养对春玉米叶片衰老过程中激素变化与活性氧代谢的影响[J].植物营养与肥料学报，1999，5（4）：289-296.

[4] 袁朝兴，丁 静.水分胁迫对棉花叶片中IAA从含量、IAA氧化酶和过氧化物酶活性的影响[J].植物生理学报，2000，18（2）：179-180.

[5] 王爱国，罗广华，邵从本，等.大豆种子超氧化物歧化酶的研究[J].植物生理学报，1983，9（1）：77-83.

[6] 喻树迅，黄祯茂，姜瑞云，等.不同短季棉品种衰老过程生化机理的研究[J].作物学报，1994，9（5）：629-635.

[7] 喻树迅，宋美珍，范术丽，等.短季棉早熟不早衰生化辅助育种技术研究[J].中国农业科学，2005，38（4）：664-670.

[8] 陈全求，蓝家样，黄 云，等.棉花核不育系杂种优势比较[J].棉花科学，2015，37（5）13-18.