同工酶技術(shù)在大麥中的應(yīng)用

李 健 豐先紅

(四川甘孜州農(nóng)業(yè)科學(xué)研究所，四川 康定 626000)

同工酶是基因的直接產(chǎn)物，可以分子水平反映部分從外部表征上難以鑒定的遺傳變異。與形態(tài)性狀相比，同工酶具有重復(fù)性好,并顯性遺傳和直接反映基因調(diào)節(jié)活動(dòng)等特點(diǎn)[1，2]，其分析技術(shù)廣泛應(yīng)用于植物系統(tǒng)演化、生理、病理、遺傳、育種等方面。隨著現(xiàn)代生物技術(shù)和分子生物學(xué)的發(fā)展，對(duì)同工酶的研究也日益廣泛和深入。本文主要探討同工酶技術(shù)在大麥中的應(yīng)用。

1 同工酶的概念

同工酶(等位基因酶，Isozyme)的分離和發(fā)現(xiàn)開(kāi)創(chuàng)了真正意義上分子標(biāo)記技術(shù)的先河。同工酶是一類一級(jí)結(jié)構(gòu)不同、理化性質(zhì)相異，具有種屬、發(fā)育及組織特異性但催化同一化學(xué)反應(yīng)、功能(近似)相同的酶類。同工酶是基因表達(dá)的產(chǎn)物，為遺傳所決定的生化性狀，在進(jìn)行遺傳分析是具有表達(dá)完全、無(wú)顯隱性之分(共顯性表達(dá))、不受外界環(huán)境干擾的特點(diǎn)，因此最早成為生物群體結(jié)構(gòu)的遺傳標(biāo)記。應(yīng)用同工酶研究的生物種類已經(jīng)超過(guò)1200種，涉及的領(lǐng)域極廣，包括種群遺傳、系統(tǒng)分類與進(jìn)化、生物多樣性與種質(zhì)資源的保護(hù)、基因表達(dá)與調(diào)控等等。

2 同工酶技術(shù)在大麥種質(zhì)資源上的研究

同工酶技術(shù)是研究栽培植物及其近緣野生植物各個(gè)種的地理分布和遺傳變異物的最有效的手段之一。Kaler和小西猛郎[3]對(duì)世界各地的大麥種質(zhì)資源進(jìn)行研究后發(fā)現(xiàn)，亞洲類型和歐洲類型具有不同的酶譜特征。亞洲二棱大麥的同工酶酶譜較單一。亞洲多棱大麥的酶譜差異相對(duì)較二棱大麥大，這可能主要是由于亞洲多棱大麥多是由多農(nóng)家種選育而成，地理差異大，變異類型較多的緣故，歐洲和北美洲的部分二棱大麥酶帶相似，酶譜差異小，而有的二棱和四棱酶譜相似，這可能是現(xiàn)代雜交育種的結(jié)果。大麥按二棱或多棱等自然類型分類和按原產(chǎn)地的生態(tài)型分類既有緊密聯(lián)系，又不完全相同。同一類群，其形態(tài)特征相近，酶譜也相似，表明其親緣較近，原產(chǎn)地較近[4]。丁毅等對(duì)我國(guó)野生大麥和栽培大麥的酯酶同工酶的研究表明，地理來(lái)源相同或相近的不同亞種或不同變種，酯酶同工酶酶譜一般表現(xiàn)出相同或相近[5，6]，孫立軍等對(duì)我國(guó)大麥酯酶同工酶的地理分布研究也表明，具有相同或相近帶型的品種分布與大麥生態(tài)區(qū)劃和基因傳播關(guān)系密切[7]。

3 利用同工酶技術(shù)對(duì)大麥雜交育種的分析

同工酶電泳技術(shù)已廣泛用于植物種質(zhì)資源鑒定和遠(yuǎn)緣雜種遺傳分析。李造哲等[8]認(rèn)為大麥酯酶同工酶具有多態(tài)性，可作為遺傳標(biāo)記用于雜種鑒定和回交后代目標(biāo)性狀植株的檢測(cè)。他探討了披堿草和野大麥雜種的遺傳變異和對(duì)親本性狀的繼承情況，發(fā)現(xiàn)雜種F1的酯酶同工酶譜主要表現(xiàn)為雙親酶帶的互補(bǔ)類型，親本的個(gè)別酶帶在雜種F1有丟失現(xiàn)象，正反交雜種F1均產(chǎn)生一條雜種帶，雜種F1酶譜有偏向母本遺傳的傾向，正反交的回交l代酯酶同工酶譜基本相同，但也存在一定的差異，回交l代的酯酶同工酶譜明顯地偏向輪回親本野大麥。

李逸平等[9]研究了(栽培大麥×纖毛鵝觀草)×栽培大麥回交B1的同工酶，親本、雜種F1及其回交1代的酯酶同工酶譜表型均存在一定的差異。結(jié)果表明回交B1植株的酶譜與栽培大麥相似，但也出現(xiàn)了一些變異，具有一些纖毛鵝觀草的酶帶，與回交B1的形態(tài)學(xué)、細(xì)胞學(xué)研究結(jié)果是一致的，有可能從后代中選出具有纖毛鵝觀草優(yōu)良性狀的栽培大麥新材料來(lái)。許如根等[10]通過(guò)對(duì)4個(gè)核質(zhì)互作型雜種大麥及其親本的酯酶同工酶、單株產(chǎn)量構(gòu)成要素及主要農(nóng)藝性狀的分析研究，初步認(rèn)為：核質(zhì)互作型雜種大麥雜種優(yōu)勢(shì)的大小與親本之間的酯酶同工酶的譜帶差異程度和互補(bǔ)程度密切相關(guān)，可根據(jù)雙親的酯酶譜帶差異程度選配雜交組合；苗期的酯酶同工酶類型可作為預(yù)測(cè)不同組合雜種優(yōu)勢(shì)大小的指標(biāo)之一。

4 應(yīng)用于大麥再生植株遺傳穩(wěn)定性的研究

在誘導(dǎo)大麥單倍體植株的離體培養(yǎng)過(guò)程中，各種培養(yǎng)因素諸如培養(yǎng)溫度、培養(yǎng)基成分、低溫預(yù)處理等的變化會(huì)提高花培反應(yīng)值[11，12]，但各種理化因素的變異也可能會(huì)使大麥再生植株的基因型發(fā)生變異，致使導(dǎo)入外來(lái)基因后無(wú)法確定變異植株的變異來(lái)源。沈光華等[13]通過(guò)對(duì)3個(gè)不同的大麥品系在培養(yǎng)溫度、激素濃度和低溫預(yù)處理等諸因素不同水平的誘導(dǎo)培養(yǎng)，利用過(guò)氧化物酶同工酶酶譜和酯酶同工酶酶譜的分析手段，結(jié)果表明：在大麥再生植株的誘導(dǎo)培養(yǎng)過(guò)程中，采用常規(guī)的25℃培養(yǎng)溫度和培養(yǎng)基激素為2.5mg/L 2，4-D濃度的處理可以保持材料本身的遺傳穩(wěn)定性；而提高培養(yǎng)溫度和培養(yǎng)基激素2，4-D的濃度及采用低溫預(yù)處理的措施，有可能導(dǎo)致再生植株變異的發(fā)生；不同品系的遺傳穩(wěn)定性是有差異的：在DH30品系的實(shí)驗(yàn)中，30℃培養(yǎng)的再生植株的過(guò)氧化物酶和酯酶的酶譜與對(duì)照相比差異不大。而在A16品系的實(shí)驗(yàn)中，30℃培養(yǎng)的再生植株的過(guò)氧化物酶和酯酶的酶譜與對(duì)照相比差異較大。

5 同工酶技術(shù)在大麥病理學(xué)上的應(yīng)用

自上世紀(jì)60年代以來(lái)，同工酶分析技術(shù)被廣泛地用于植物病原微生物的分類鑒定，并已取得了許多有價(jià)值的結(jié)果，趙桂東等[14]對(duì)禾谷絲核菌和立枯絲核菌的16個(gè)菌絲融合群或亞群的標(biāo)準(zhǔn)菌株及來(lái)自江蘇大麥紋枯病的9個(gè)菌絲融合群或亞群共68個(gè)菌株進(jìn)行了酯酶同工酶的比較分析，發(fā)現(xiàn)立枯絲核菌主酶帶數(shù)的變幅范圍比禾谷絲核菌大；但與各自對(duì)應(yīng)的融合群或亞群的標(biāo)準(zhǔn)菌株的圖譜則相似；無(wú)論禾谷絲核菌，還是立枯絲核菌，各菌絲融合群或亞群之間的電泳圖譜都有顯著差異，酶譜類型與菌株的采集品種和致病性無(wú)關(guān)，但于采集地點(diǎn)似乎有一定聯(lián)系。

6 同工酶技術(shù)在植物生理上應(yīng)用

在植物的不同發(fā)育階段和不同器官組織中同工酶都具有特異性表現(xiàn)，其合成受一系列基因的調(diào)控，常作為遺傳信息的指標(biāo)來(lái)研究植物的生長(zhǎng)發(fā)育和器官分化。從植物種子生活力、組織與器官分化、生長(zhǎng)及胚胎發(fā)育，以及環(huán)境因素和植物激素都會(huì)影響到同工酶的變化。段發(fā)平[15]認(rèn)為大麥穗下第2節(jié)間的過(guò)氧化物酶活性與株高呈顯著負(fù)相關(guān)性，而胚芽鞘的酶活性與株高無(wú)明顯相關(guān)。黃化大麥比野生型大麥生長(zhǎng)緩慢，植株短小，可能是其過(guò)氧化物酶活性較高，從而引起生長(zhǎng)素虧缺而造成的[16]。

7 存在問(wèn)題及應(yīng)用前景

綜上所述，同工酶自首次被提出到現(xiàn)在已經(jīng)將近50年，廣范應(yīng)用于大麥種質(zhì)、遺傳育種、生理、病理等方面，但是在大麥同工酶研究中，同工酶研究種類少，涉及最多的是酯酶同工酶，研究范圍也相對(duì)其他作物窄。同工酶分析簡(jiǎn)便、經(jīng)濟(jì)、快速、準(zhǔn)確的特點(diǎn)技術(shù)在輔助大麥種質(zhì)資源和親源關(guān)系鑒定等諸方面的應(yīng)用有著廣闊的前景。而且隨著技術(shù)的不斷提高，同工酶在大麥研究中應(yīng)用不僅在基礎(chǔ)理論研究上，而且在生產(chǎn)實(shí)踐上均具有十分重要的意義，研究范圍也會(huì)愈加寬闊。

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