刘遵春,包东娥,扈惠灵

（河南科技学院园艺园林学院,河南新乡453003）

金光杏梅自交不亲和性的生理机制

刘遵春,包东娥,扈惠灵

（河南科技学院园艺园林学院,河南新乡453003）

以金光杏梅为试验材料,对授粉后花柱内保护酶活性及丙二醛含量进行研究,探讨了金光杏梅自交不亲和性的生理机制.结果表明：金光杏梅在自花和异花授粉后均能引起SOD、POD、CAT活性和MDA含量的变化.比较自花和异花授粉的酶活性和MDA含量发现,金光杏梅异花授粉后,花柱内SOD、CAT活性变化呈单峰曲线,在授粉后24 h达到最高峰；花柱内POD活性和MDA含量在授粉后72 h内呈现逐步上升趋势,没有出现峰值；在授粉后同一时期,花柱内SOD、POD、CAT活性异花授粉高于自花授粉,而MDA含量异花授粉低于自花授粉. SOD、POD、CAT活性和MDA含量的变化与自交不亲和基因的调控有关.

金光杏梅；自交不亲和性；生理机制

杏梅属李属的杏李类（Prunus simonii Carr.）,主要分布于华北的山区丘陵地带.金光杏梅是从杏与李的自然杂交后代中选育出的优良变异类型,因其结果早、果个大、品质优,在河南省各地被广泛栽培.近几年各地均出现金光杏梅坐果率低的问题.本课题组通过授粉生物学研究发现,金光杏梅花粉在培养12 h时,萌发率高于10%,从而排除了金光杏梅花粉败育的可能性.同时通过对金光杏梅进行自花和异花授粉试验发现,金光杏梅自花授粉座果率为0,异花授粉座果率在10%以上,说明金光杏梅属自交不亲和性的树种[1].本试验旨在通过研究金光杏梅花柱内保护酶活性、丙二醛（MDA）含量与自交不亲和性的关系,揭示金光杏梅自交不亲和性的生理生化机制,为其自交不亲和性的调控提供依据.

1 材料与方法

1.1试验材料

本试验于2014年在河南科技学院园艺园林学院实验室和古固寨教学实习基地进行.选取生长发育健壮、无病虫害的5～6 a生金光杏梅大树作为供试株,凯特杏为其授粉品种.于3月份采集铃铛花期的花蕾200朵带回实验室,去除花萼、花瓣,取其花药,放在20℃干燥的条件下让其自然散粉,晾干后装入干净的青霉素瓶内,置于4℃冰箱中备用.

1.2试验方法

1.2.1 自花授粉后花柱的采集采集金光杏梅铃铛花期的花枝,在温室内将花枝末端插入水瓶,进行水培催花,待花朵刚刚开放时,用棉棒蘸取金光杏梅花粉进行人工辅助自花授粉,并于授粉后0、24、48、72 h采集花朵,迅速去除花瓣、花丝、花药,切取花柱,放入5 mL离心管中,置于-70℃超低温冰箱中备用.

1.2.2 异花授粉后花柱的采集采集金光杏梅铃铛花期的花枝,在温室内将花枝末端插入水瓶,进行水培催花,待花朵刚刚开放时,用棉棒蘸取凯特杏花粉进行人工辅助异花授粉,并于授粉后0、24、48、72 h采集花朵,迅速去除花瓣、花丝、花药,切取花柱,放入5 mL离心管中,置于-70℃超低温冰箱中备用.

1.2.3 相关指标的测定参照李合生[2]的方法,采用硫代巴比妥酸法测定MDA含量；采用氮蓝四唑（NBT）还原法测定超氧化物歧化酶（SOD）活性；采用愈创木酚法测定过氧化物酶（POD）活性；采用紫外分光光度法测定过氧化氢酶（CAT）活性.

1.3数据处理

用Excel 2003软件对测得的数据进行统计分析.

2 结果与分析

2.1金光杏梅自花和异花授粉后花柱内SOD活性的变化

金光杏梅自花和异花授粉后,花柱内SOD活性的变化见图1.

图1 授粉对金光杏梅花柱内SOD活性的影响Fig.1 Effect ofpollination on SODactivityin style in Jinguangplum

由图1可知,金光杏梅自花授粉和异花授粉后,花柱内SOD活性的变化规律均呈单峰曲线.在授粉24 h内花柱内SOD活性迅速上升,授粉后24 h达到最高值,此时SOD活性分别为授粉前的1.79倍和2.46倍.在授粉后24～72 h,异花授粉花柱内SOD活性缓慢下降,但仍高于授粉前的活性,分别为2.36倍和1.98倍；自花授粉花柱内SOD活性迅速下降.同时比较发现,在授粉后同一时期,异花授粉花柱内SOD活性均高于自花授粉.

2.2金光杏梅自花和异花授粉后花柱内POD活性的变化

金光杏梅自花和异花授粉后,花柱内POD活性的变化见图2.

图2 授粉对金光杏梅花柱内POD活性的影响Fig.2 Effect ofpollination on PODactivityin style in Jinguangplum

由图2可知,金光杏梅异花授粉后72 h内,花柱内POD活性呈现逐步上升趋势,没有出现峰值,各时期花柱内POD活性分别为授粉前的2.66倍、3.11倍和3.25倍.金光杏梅自花授粉后花柱内POD活性也迅速上升,在授粉后48 h达到最高值,此时花柱内POD活性为授粉前的2.25倍；授粉后48～72 h,自花授粉花柱内POD活性迅速下降.同时比较发现,在授粉后同一时期,异花授粉花柱内SOD活性均高于自花授粉.

2.3金光杏梅自花和异花授粉后花柱内CAT活性的变化

金光杏梅自花和异花授粉后,花柱内CAT活性的变化见图3.

图3 授粉对金光杏梅花柱内CAT活性的影响Fig.3 Effect ofpollination on CATactivityin style in Jinguangplum

由图3可知,金光杏梅自花和异花授粉24 h内,花柱内CAT酶活性均迅速上升,授粉后24 h达到最高值,此时CAT活性分别为授粉前的5.2倍和8.08倍.在授粉后24～72 h时,异花授粉花柱内CAT活性略微下降,仍保持很高的活性；自花授粉花柱内CAT活性迅速下降.同时比较发现,在授粉后同一时期,异花授粉花柱内CAT活性均高于自花授粉,其变化规律与SOD活性相似.

2.4金光杏梅自花和异花授粉后花柱内MDA含量的变化

金光杏梅自花和异花授粉后花柱内MDA含量的变化见图4.

由图4可知,金光杏梅自花和异花授粉花柱内MDA含量在授粉后72 h内均呈现逐步上升趋势,没有出现峰值.在授粉72 h时,自花授粉和异花授粉MDA含量分别为授粉前的4.34倍和2.16倍.同时比较发现,金光杏梅异花授粉后各时间MDA含量均低于自花授粉.

图4 授粉对金光杏梅花柱内MDA含量的影响Fig.4 Effect ofpollination on MDAcontent in style in Jinguangplum

3 结论与讨论

正常情况下,植物体内自由基的产生和清除处于动态平衡状态.逆境胁迫下这种平衡被打破,导致过量的自由基对植物细胞产生毒害作用,使细胞膜遭到破坏或死亡.作为植物体内保护酶系统的重要组成部分,SOD、POD、CAT在清除自由基方面发挥着重要作用[3-4].植物授粉受精是植物孕育新一代生命的过程,授粉必然会引起特定组织内生理生化的变化.本研究发现,金光杏梅自花授粉后0～24 h,花柱内SOD、POD、CAT活性均迅速上升,SOD、CAT活性在授粉后24 h达到最高值,POD活性在授粉后48 h达到高峰,花粉管能够正常生长；授粉24 h后花柱内SOD、CAT活性迅速下降,POD活性略有增长后也迅速下降.授粉后48～72 h是花粉管穿过花柱进入子房的时间,此时花柱内SOD、POD、CAT活性均下降,而花柱内MDA含量仍维持较高水平或上升,造成花粉管停止生长.金光杏梅异花授粉后,花柱内SOD、CAT活性变化呈单峰曲线,在授粉后24 h达到最高值,此后均下降；花柱内POD活性和MDA含量在授粉后72 h内呈现逐步上升趋势,没有出现峰值.比较自花和异花授粉的酶活性和MDA含量发现,在授粉后同一时期,花柱内SOD、POD、CAT活性异花授粉高于自花授粉,而MDA含量异花授粉低于自花授粉.说明金光杏梅自身拥有了一套高效的保护性酶系统,它有助于金光杏梅受精过程的完成.这种保护性酶系统可能与金光杏梅本身所具有的自交不亲和基因的调控有关[5-6].对金光杏梅异花和自花授粉后不同时期的酶活性和MDA含量比较发现,授粉后24 h内,异花授粉和自花授粉的3种酶的活性和MDA含量变化趋势相似,而在授粉24 h以后,异花授粉的酶活性明显高于自花授粉的酶活性,异花授粉的MDA含量明显低于自花授粉的MDA含量.这种现象也进一步反映了自交不亲和性基因对保护性酶系统的调控[7].

[1]刘遵春,苏艳新,张传来,等.金光杏梅授粉生物学特性研究[J].河南科技学院学报（自然科学版）,2013,41（2）：27-30.

[2]李合生.植物生理学实验技术指导[M].北京：高等教育出版社,2001.

[3]吴能表,徐光德,唐于婷,等.甘蓝自交不亲和柱头花粉萌发和保护性酶活性变化[J].西南师范大学学报,2004,29（5）：848-851.

[4]齐国辉.鸭梨自交不亲和与亲和变异的生理生化特性及分子机理研究[D].保定：河北农业大学,2005.

[5]王保成,孙万仓,范惠玲,等.芸芥自交亲和系与自交不亲和系SOD、POD和CAT酶活性[J].中国油料作物学报,2006, 28（2）：162-165.

[6]张雪梅,李保国,赵志磊,等.苹果自花授粉花粉管生长和花柱保护酶活性与内源激素含量的关系[J].林业科学,2009, 45（11）：20-25.

[7]张绍铃,吴巨友,吴俊,等.蔷薇科果树自交不亲和性分子机制研究进展[J].南京农业大学学报,2012,35（5）：53-63.

（责任编辑：邓天福）

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

国家自然科学基金-河南联合基金项目（U1304323）；河南省教育厅科学技术研究重点项目（14A210021）；河南科技学院2013年大学生创新训练项目（2013CX036）

刘遵春（1976—）,男,山东聊城人,博士,副教授.主要从事果树栽培研究.