孟祥波 張鳳麗

（遼寧省錦州市農(nóng)業(yè)科學(xué)院 121000） （《應(yīng)用生態(tài)學(xué)報(bào)》編輯部）

同工酶主要指來(lái)源相同、催化性質(zhì)相同而分子結(jié)構(gòu)有差異的酶蛋白分子。近年來(lái)，同工酶技術(shù)在蔬菜上應(yīng)用研究已相當(dāng)廣泛，已成為蔬菜研究不可缺少的一個(gè)手段。迄今，在蔬菜上已研究過(guò)的同工酶有過(guò)氧化物酶（POD）、酯酶（EST）、蘋果酸脫氫酶（MDH）、酸性磷酸酶（APS）、磷酸酯酶、α-淀粉酶、胞外漆酶（ECI）、超氧化物歧化酶（SOD）、兒茶酚酶（Cat）、醇脫氫酶（ADH）等。

1 同工酶技術(shù)在瓜類蔬菜上的研究現(xiàn)狀

同工酶技術(shù)作為一種常規(guī)的分析手段，已廣泛應(yīng)用于蔬菜的起源、分類、親緣關(guān)系鑒定、遺傳育種、病理和生理等研究領(lǐng)域，極大地推動(dòng)了蔬菜園藝學(xué)科的發(fā)展。在瓜類蔬菜研究中，同工酶技術(shù)的應(yīng)用極其廣泛。

1.1 瓜類種子純度鑒定

由于雜種同工酶譜帶包含有雙親的譜帶及等位基因間的雜交帶，利用同工酶技術(shù)判斷雜交種子的純度既快速又準(zhǔn)確，克服了傳統(tǒng)瓜類種子純度鑒定方法時(shí)間長(zhǎng)、繁瑣的弊端。從20世紀(jì)70年代，人們開始嘗試?yán)秒娪炯夹g(shù)通過(guò)分析同工酶譜帶差異鑒定品種純度。紀(jì)穎彪等利用同工酶和田間形態(tài)檢測(cè)黃瓜F1代的純度，其結(jié)果非常接近，兩者相關(guān)系數(shù)達(dá)0.95。曹宛紅等對(duì)西瓜品種及種間進(jìn)行了同工酶及可溶性蛋白差異分析，結(jié)果是某些野生品種和栽培品種間的鑒定可使用同工酶分析，但如京欣 1號(hào)父母本親緣關(guān)系很近的雜交種的純度無(wú)法鑒定。

1.2 瓜類種質(zhì)資源及親緣關(guān)系鑒定

同工酶技術(shù)已廣泛應(yīng)用于植物系統(tǒng)學(xué)研究植物間的親緣關(guān)系。同工酶是基因表達(dá)的產(chǎn)物，遺傳物質(zhì)不同，同工酶譜帶及酶活性有差異。利用同工酶技術(shù)從分子學(xué)水平揭示了瓜類種質(zhì)資源的遺傳背景，為豐富和搜集瓜類種質(zhì)資源、瓜類品種選育提供依據(jù)和方法。漆小泉等通過(guò)分析南瓜過(guò)氧化物酶和酯酶同工酶，認(rèn)為印度南瓜、美洲南瓜與中國(guó)南瓜的親緣關(guān)系較近，而印度南瓜與美洲南瓜之間的親緣關(guān)系較遠(yuǎn)，這與利用細(xì)胞學(xué)研究的結(jié)論相吻合。仇志軍等對(duì)32個(gè)國(guó)內(nèi)外西瓜品種的親緣關(guān)系進(jìn)行了同工酶分析，親緣關(guān)系越遠(yuǎn)，酶帶差異越大；野生品種由于基因庫(kù)豐富，酶帶數(shù)目多于栽培品種；還將28個(gè)品種分為8類，與實(shí)際的品種親緣關(guān)系相符。目前，對(duì)黃瓜的分類、鑒別、起源關(guān)系的研究等方面都已應(yīng)用了同工酶技術(shù)。

區(qū)炳慶等采用垂直平板聚丙烯酰胺凝膠電泳技術(shù)，分析研究了美洲南瓜和中國(guó)南瓜共10個(gè)不同栽培品種的過(guò)氧化物酶 （POD）及多酚氧化酶（PPO）同工酶，結(jié)果表明：POD同工酶分離出10條酶帶，酶譜較復(fù)雜；PPO同工酶共分離出6條酶帶，酶譜簡(jiǎn)單，分離清晰。因此PPO同工酶技術(shù)在南瓜品種親緣關(guān)系鑒定方面具有準(zhǔn)確、直觀、明了等優(yōu)點(diǎn)，尤其對(duì)于美洲南瓜效果較好，認(rèn)為 PPO同工酶可作為鑒定美洲南瓜品種間親緣關(guān)系的一個(gè)指標(biāo)。黃秀麗等利用PAGE對(duì)南瓜屬不同種及品種間4種蛋白組分的電泳譜帶進(jìn)行了比較，發(fā)現(xiàn)不同種間水溶蛋白和鹽溶蛋白譜帶差異較大，且各栽培種都有特征蛋白條帶。不同栽培種間酸溶蛋白譜帶的差異較小，因此可用水溶蛋白和鹽溶蛋白電泳譜帶區(qū)分不同栽培種。分析蛋白譜帶可知美洲南瓜與中國(guó)南瓜親緣關(guān)系較近，與印度南瓜則較遠(yuǎn)，這與漆小泉等的實(shí)驗(yàn)結(jié)果一致。由此可見，種子蛋白PAGE可用于分析南瓜屬不同種之間的親緣關(guān)系。

1.3 雜種優(yōu)勢(shì)預(yù)測(cè)

雜種優(yōu)勢(shì)與同工酶酶譜類型有關(guān)，具雜種酶譜或互補(bǔ)酶譜的組合常屬?gòu)?qiáng)優(yōu)勢(shì)組合；具單一親本酶譜的組合，不同作物優(yōu)勢(shì)表現(xiàn)不同；而無(wú)差異型酶譜的組合，一般為無(wú)優(yōu)勢(shì)或弱優(yōu)勢(shì)組合。預(yù)先分析親本酶譜，在一定程度上可減少育種工作的盲目性，有利于育種工作者較快捷地選配出高優(yōu)組合。Schwartz（1960）是最早利用同工酶預(yù)測(cè)雜種優(yōu)勢(shì)的。張興平等報(bào)道了西瓜雜種POD同工酶表現(xiàn)“偏父型”酶譜的大多在產(chǎn)量和抗性方面表現(xiàn)較強(qiáng)的雜種優(yōu)勢(shì)，雜種缺少雙親某些酶帶的均表現(xiàn)為雜種負(fù)勢(shì)或優(yōu)勢(shì)不明顯。

1.4 瓜類抗性鑒定

植物在溫度不適宜條件下或病原菌侵入體內(nèi)后生理代謝會(huì)發(fā)生變化，引起體內(nèi)多種同工酶系統(tǒng)活性的改變，因此可通過(guò)同工酶的變化來(lái)判斷抗性大小，為進(jìn)一步篩選抗性強(qiáng)類型提供依據(jù)。近年來(lái)，同工酶在瓜類作物抗性方面的研究主要在抗病性、抗寒性上?？共》矫婕性诳箍菸『涂共《镜难芯俊Ｍ蹊ⅫS瓜接種病原菌后，引起體內(nèi)過(guò)氧化物酶活性提高以及過(guò)氧化物酶同工酶的變異，從中篩選出抗枯萎病的品種和植株。顧衛(wèi)紅等探討了同工酶系統(tǒng)（POD、COT、CYT）與甜瓜枯萎病的關(guān)系。張興平等對(duì)感染病毒后的薄皮甜瓜和厚皮甜瓜功能葉片同工酶進(jìn)行分析表明，POD和CAT酶帶數(shù)目增多，出現(xiàn)了新的譜帶，尤其CAT同工酶，病株出現(xiàn)了健株中未曾發(fā)現(xiàn)的CAT2譜帶。劉鴻先將不同耐寒力黃瓜幼苗的子葉置于低溫條件下，研究了各細(xì)胞器中SOD同工酶的變化，發(fā)現(xiàn)同工酶易受外界條件影響而發(fā)生變化，說(shuō)明通過(guò)分析同工酶可初步判斷其對(duì)低溫的抗性大小。

1.5 檢測(cè)瓜類多倍體

同工酶酶譜特殊帶的增減變化或新譜帶的出現(xiàn)，在一定程度上可反映出與染色體數(shù)目、變位等有關(guān)的遺傳變異情況。陳清華等曾用過(guò)氧化物酶和酯酶同工酶鑒定二倍體 （2X）、三倍體（3X）、四倍體（4X）西瓜，結(jié)果表明，四倍體西瓜的酯酶活性比二倍體低；而無(wú)籽西瓜組合母本的譜帶與F1差異較明顯。馬德偉也認(rèn)為甜瓜四倍體過(guò)氧化物同工酶的活性低于二倍體。再次證實(shí)了在其他作物研究中隨染色體倍性的增加，同工酶活性降低的結(jié)論，可以利用這個(gè)特點(diǎn)鑒定瓜類多倍體。

1.6 生長(zhǎng)發(fā)育狀況的估測(cè)

在大白菜、甜瓜、茄子、草菇、香菇、甘藍(lán)等多種蔬菜上的大量研究已證實(shí)，同工酶具有階段特異性和組織特異性。朱立武等發(fā)現(xiàn)西瓜種子未萌發(fā)、萌發(fā)時(shí)、子葉期和真葉期POD酶帶數(shù)目不同、酶活性有差異。南瓜的休眠種子、萌發(fā)2d、4d、5d的幼苗子葉中谷氨酸脫氫酶的同工酶數(shù)目有較大差異，因此，根據(jù)蔬菜同工酶數(shù)目及活性的變化，可初步估測(cè)生長(zhǎng)發(fā)育的趨勢(shì)。

1.7 性別分化的鑒定

同工酶是基因表達(dá)的產(chǎn)物，基因調(diào)控植物的性別，同工酶變化先于性別的表現(xiàn)，因此分析同工酶差異就可初步鑒定性別，進(jìn)而采取相應(yīng)措施控制性別分化，這將對(duì)蔬菜栽培和育種工作產(chǎn)生較大影響，尤其在瓜類、雌雄異株的蔬菜作物上顯得尤為重要。菠菜、石刁柏和瓜類蔬菜已有了應(yīng)用同工酶控制性別分化的研究。

1.8 基因圖譜的建立和基因連鎖的標(biāo)記

同工酶作為生化和遺傳標(biāo)記已被廣泛應(yīng)用，具有不受環(huán)境修飾，不具有上位干擾和多效應(yīng)等優(yōu)點(diǎn)，因此在基因連鎖研究和基因圖譜的建立中可被用作遺傳標(biāo)記。Knerr通過(guò)對(duì)黃瓜F2群體和回交群體的同工酶研究，構(gòu)建了具有12個(gè)同工酶位點(diǎn)的連鎖圖，圖譜總長(zhǎng)266cM，包括4個(gè)連鎖組。Meglic等利用同工酶和形態(tài)抗病標(biāo)記位點(diǎn)一張多種標(biāo)記的連鎖圖，包括4個(gè)連鎖組。

2 存在問(wèn)題及應(yīng)用前景

同工酶技術(shù)已應(yīng)用在瓜類作物許多方面。但我們?cè)诓捎眠@項(xiàng)技術(shù)時(shí)，應(yīng)注意同工酶的一些特殊性——具有階段特異性和組織特異性。為保證實(shí)驗(yàn)結(jié)果具有可比性、代表性，首先應(yīng)找出同工酶相對(duì)穩(wěn)定時(shí)期和相對(duì)穩(wěn)定部位進(jìn)行取樣。如朱立武等發(fā)現(xiàn)西瓜休眠種子有3條弱的POD酶帶，種子萌發(fā)時(shí)酶帶迅速增至6條，但活性仍較弱，子葉期和真葉期酶帶和活性較前一階段明顯增強(qiáng)。南瓜的休眠種子中只有一種谷氨酸脫氫酶的同工酶，萌發(fā)2d的幼苗子葉內(nèi)又形成此酶的2種同工酶，經(jīng)4d同工酶增至5種，而經(jīng)5d后則為7種。因此，在確定某同工酶酶帶是否是雜種帶和特征帶時(shí)，應(yīng)在不同時(shí)期不同部位反復(fù)驗(yàn)證，才能得出最為確切的結(jié)論。

為使同工酶技術(shù)在瓜類作物研究中發(fā)揮出更經(jīng)濟(jì)、便捷、快速、準(zhǔn)確的特點(diǎn)，進(jìn)一步深入研究建立同工酶技術(shù)測(cè)定方法的標(biāo)準(zhǔn)化體系，是我們應(yīng)該重視解決的問(wèn)題，以拓寬同工酶在各種作物的應(yīng)用空間。