pod同工酶对野生欧李叶果矿质元素含量的影响

pod同工酶对野生欧李叶果矿质元素含量的影响

cerasushumilis是中国特有的野生果树资源。它具有丰富的遗传多样性和良好的生态抗逆性。它不仅含有丰富的糖、蛋白质和氨基酸，而且富含钙和铁的果实营养。因此,研究揭示欧李矿质营养代谢差异及其多样性,尤其是在酶水平上揭示欧李矿质营养代谢上的遗传差异,对于探讨欧李钙高效基因型的筛选途径和方法具有重要的研究意义和应用价值。过氧化物酶(POD)同工酶具有高度多型性、器官组织特异性和相对稳定性,即同一器官的同一发育时期,POD同工酶酶谱和活性强弱是稳定的,能够反映植物生长发育的特点、体内代谢状况以及对外界环境的适应性,可以揭示群体间或群体内不同个体间遗传上的变异性和多样性。生物体的遗传性状(包括形态特征,生理生化特性)都是由基因控制的,等位基因不同,它们所控制的相对遗传性状就不同,但仅通过酶谱的直观描述,无法分析不同类型的遗传差异。研究表明处于相同位置的酶带在不同材料中酶量大小存在明显差异,说明性质相同的酶带,在遗传上并不一定完全一致。鉴于野生欧李丰富的遗传性状表现,通过同工酶分析技术探讨酶谱上酶的表达和量上的差异性,尤其是酶量或酶活性大小变化与矿质营养代谢之间是否存在一定的相关关系。为此,通过研究同一生境条件下野生欧李叶片中过氧化物酶同工酶酶谱特性及酶量(酶带宽窄)大小与叶果中矿质元素含量变化的相关分析,进一步揭示欧李过氧化物酶同工酶与叶果中矿质营养代谢的相关规律,以期为野生欧李矿质营养代谢遗传多样性研究提供理论依据。1材料和方法1.1高生长木花粉花欧李来源于燕山山脉野生欧李群体,实生繁殖并定植于河北科技师范学院园艺园林试验站野生欧李资源圃内,树体丛生,株高70～80cm,树龄10年生,3月上旬芽体开始萌动,始花期为4月中旬,终花期为4月末,花呈白包;果实成熟期为7月下旬至8月上旬,果实质量大小不等,单果鲜重1～10g,果实形状呈扁圆形或圆形或桃形,果实颜色呈粉红色或鲜红色或紫红色,叶片质量大小不等,单叶鲜重0.03～0.19g,叶片形状呈披针形或卵圆形,叶片颜色呈浅绿色或绿色。1.2叶中过氧化物酶同工酶活性测定在欧李果实成熟期(7月下旬至8月上旬),随机选择113株表型性状(主要包括果实大小及形状、叶片大小及形状、果实成熟期等生理性状)差异明显的不同单株个体,在每株的结果基生枝中上部随机采集果实样品60个,同时在相应单株结果基生枝中上部采集健康无病的成熟叶片80片,分别装入塑料袋封好即刻带回实验室。先将果实和叶片用去离子水清洗干净后,再用滤纸吸干水分,随机选取部分果实和叶片样品(叶片和果实各30个),将果实去核后取其果肉,然后将果实和叶片样品经高温(果实80℃,叶片105℃)杀青处理15min,在恒温(果实65℃,叶片70～80℃)条件下烘干经研磨处理后保存;将剩余部分果实和叶片样品保存在超低温(-76℃)冰箱中,待样品收集完整后进行叶片过氧化物酶同工酶和矿质元素等指标的测定与分析。叶片过氧化物酶同工酶测定采用垂直平板不连续聚丙烯酰胺凝胶电泳方法,样品提取、分离、点样、染色等参照文献中测定方法,然后将染色的胶板取出后用水漂洗、照相、绘制图谱,然后于7%冰醋酸中固定保存,每个样品重复电泳2次。利用GelDocXR凝胶成像分析系统(美国伯乐)软件QuantityOne对凝胶图像进行分析,并计算每个样品所对应酶带酶量的相对值大小;叶果中矿质元素含量分析采用HNO3-HClO4(3∶1)消化处理,3200型原子吸收分光光度计测定Ca、K、Mg、Fe、Zn、Mn等元素的含量。数据处理根据每张POD同工酶胶版上的谱带的分布及迁移率绘制模式图。遗传距离的分析采用“0-1”方法记录酶带位置,有带为1,无带为0,通过DPS数据分析软件进行系统聚类分析。2结果与分析2.1凝胶图像结果分析根据113份野生欧李单株个体材料电泳谱图结果,同一生境条件下欧李叶片过氧化物酶(POD)同工酶酶谱类型共归纳为7种,各酶谱类型出现频率差异较大,最多分离出5条酶带,其中Rf0.126和Rf0.716酶带为113份供试材料所共有(表1);利用DPS数据处理系统对其进行进行系统聚类分析,得到树形聚类图(图1)。由图1中可以看出,当遗传距离Rf=1.04时,113份供试单株个体酶谱可划分为2个基本类型和3个特殊类型。第一基本类型,包括2种酶谱类型。由具有Rf0.126和Rf0.716酶带的酶谱类型Ⅰ和具有Rf0.126、Rf0.716和Rf0.753酶带的酶谱类型Ⅲ组成,表明该两种类型单株个体间的遗传距离较为接近,其特点是含有两条相同的酶带Rf0.126和Rf0.716出现。第二基本类型,包括2种酶谱类型。由具有Rf0.126、Rf0.235和Rf0.716酶带的酶谱类型Ⅱ和具有Rf0.126、Rf0.235、Rf0.716和Rf0.753酶带的酶谱类型Ⅴ组成,表明该两种类型单株个体具有较近的遗传距离,其特点是含有三条相同的酶带Rf0.126、Rf0.235和Rf0.716出现。上述2个基本类型,包括参试欧李单株个体材料总数的92.92%。此外含有其他3种特殊类型(7.08%),包括具有Rf0.017、Rf0.126和Rf0.716酶带的酶谱类型Ⅳ和具备Rf0.017、Rf0.126、Rf0.235和Rf0.716酶带的酶谱类型Ⅵ与具有Rf0.017、Rf0.126、Rf0.235、Rf0.716、Rf0.753酶带的酶谱类型Ⅶ。其特点是出现频率较低。经QuantityOne系统软件对凝胶图像结果进行量化分析,结果显示(表2),酶谱相对酶量大小变化因酶谱迁移距离、酶谱类型、单株个体等因素不同其变异程度存在明显变化,其变化特点一是相同酶谱类型不同单株个体其酶带相对酶量大小和变异系数存在明显差异;二是不同酶谱类型各酶带相对酶量大小和变异系数差异较大,其中7种酶谱类型中均以Rf0.716酶带相对酶量大小均值最大,酶谱类型Ⅰ和类型Ⅲ以以Rf0.126酶带变异系数最大,酶谱类型Ⅱ和类型Ⅴ以Rf0.235酶带变异系数最大,酶谱类型Ⅳ、类型Ⅵ和类型Ⅶ以Rf0.017酶带变异系数最大。由此可见,欧李不同单株个体酶谱类型分类与相对酶量大小变化规律相吻合,表明同一生境条件下欧李叶片过氧化物酶(POD)同工酶相对酶量大小的变化在一定程度上反映出单株个体间的亲缘关系和遗传差异。2.2果实元素含量变异系数研究结果显示(表3,4),欧李果实成熟期叶片和果实中矿质元素含量变化因单株个体、酶谱类型和元素种类不同而存在明显差异,变异系数差异变化较大。其中叶片中矿质元素含量变异系数最高达61.03%(酶谱类型Ⅲ中Fe元素),其次为酶谱类型Ⅰ中Na元素,变异系数达53.65%,变异系数大小总体(平均)表现为Mn>Fe>Zn>Ca>Mg>K;果实中矿质元素含量变异系数,除K元素变异系数与叶片相比较低外,其他元素含量的变异系数均明显高于叶片,变异系数最高达88.89%(酶谱类型Ⅰ中Fe元素),变异系数大小总体表现为Fe>Mn>Ca>Zn>Mg>K。由此可以看出,同一生境条件下欧李叶片和果实中因单株个体遗传性状特征差异不同而表现相应的矿质营养代谢遗传的差异性和多样性。2.3叶片和果实中ca、mn元素含量的相关性相关分析结果显示(表5,6),欧李不同酶谱类型相对酶量大小与叶片和果实中矿质元素含量变化均存在一定的相关规律,相关程度大小因元素种类、酶谱类型以及谱带位置不同有所差异。其中酶谱类型Ⅰ中Rf0.126谱带和Rf0.716谱带酶量大小与叶片和果实中Ca元素分别呈显著负相关和正相关,与果实中Mn元素分别呈显著负相关和正相关;酶谱类型Ⅱ中Rf0.235酶带酶量大小与叶片中Ca、Mn元素分别呈显著负相关和极显著正相关,与果实中Ca元素呈显著负相关,与果实中K、Zn元素呈极显著正相关,酶谱类型Ⅱ中Rf0.716酶带酶量大小与叶片中Mn元素呈极显著负相关,与果实中K、Zn元素呈极显著负相关;酶谱类型Ⅲ中的Rf0.126酶带酶量大小与果实中Mg元素呈显著正相关,Rf0.716酶带酶量大小与果实中K、Fe元素分别呈显著和极显著负相关;酶谱类型Ⅴ中Rf0.235酶带酶量大小与叶片中Ca元素呈显著负相关。由此可以看出,同一生境条件下欧李叶片过氧化物酶同工酶酶谱相对酶量大小变化在一定程度上反映了叶片和果实组织器官中矿质营养代谢水平和遗传差异。3欧李不同菌株对矿质营养代谢的特性研究表明,过氧化物酶同工酶酶谱只是一种表现型,酶谱上酶的表达与否及量的多少是受其基因和基因型决定的,只通过酶谱的直观描述,就无法得知量的差异,缺少量的分析资料,则无法确定差异的程度大小,这样就掩盖了相同酶带在不同的材料中酶活性和酶量上的明显差异,而这种差异往往是由遗传差异而引起的。本研究结果显示,不同酶谱类型中相同位置的酶带在不同单株个体中表现出酶量上的明显差异(表2),这就进一步证实性质相同的酶带,在遗传上并不一定完全一致,不仅表现为欧李不同单株个体在叶片和果实的大小、形状、颜色以及果实成熟期、品质等遗传生理特征的差异性和多样性,而且在叶片和果实矿质营养吸收和代谢方面同样表现出遗传的差异性(表3,4),与文献研究结论一致。同时结果显示,欧李不同单株个体酶谱类型聚类结果与相对酶量大小差异变化规律相吻合,表明同一生境条件下欧李叶片过氧化物酶(POD)同工酶相对酶量大小的变化在一定程度上反映出单株个体间的亲缘关系和遗传差异。由此可见,对过氧化物酶同工酶进行数量化分析,对于研究揭示园艺作物数量性状遗传和种质创新是一种有效的研究方法。目前利用过氧化物酶同工酶酶谱类型、带型分析来进行亲缘关系及生理病理等研究较普遍,而利用同工酶的定量分析来研究材料的遗传差异和相关关系具有一定的价值。刘继红等研究发现,玉米过氧化物酶同工酶酶量大小与单株产量间存在显著的正相关关系,并提出利用过氧化物酶同工酶对作物产量早期预测的可能性。本研究相关分析结果表明,同一生境条件下欧李果实成熟期叶片过氧化物酶同工酶酶谱相对酶量大小与叶片和果实中矿质营养元素吸收存在一定的相关关系(表5,6),表明欧李叶片过氧化物酶同工酶酶量大小变化与叶果矿质营养代谢存在着密切关系,在一定程度上反映了欧李矿质营养元素的代谢差异和水平。由此看出,不仅可以利用同工酶技术运用于植物的分类鉴定、亲缘关系以及抗寒性和抗病性鉴定等研究领域,同时可利用过氧化物酶同工酶的酶活性和酶量大小来研究生物体矿质营养代谢等生理性状遗传的变异和分析,本研究反映的是欧李果实成熟期叶片过氧化物酶同工