棉花细胞质雄性不育花药的活性氧代谢

【目的】阐述棉花细胞质雄性不育花药的活性氧产生与清除的代谢规律。【方法】以棉花细胞质雄性不育系、保持系和杂种F1的不同发育时期花药为材料,分析3个活性氧指标(超氧阴离子、过氧化氢和丙二醛)和活性氧清除酶(超氧化物歧化酶、过氧化氢酶和过氧化物酶)的含量变化,比较3种材料的活性氧产生与清除的代谢状况差异。【结果】比较分析发现,在不育系败育初期的花药中,超氧阴离子(O2.–)、过氧化氢(H2O2)和丙二醛(MDA)3个对细胞有毒性的活性氧指标均高于保持系或杂种F1的花药,同时对活性氧具有清除作用的超氧化物歧化酶(SOD)、过氧化氢酶(CAT)和过氧化物酶(POD)3个抗氧化酶活性也随着提高,表明败育初期花药的活性氧增加对抗氧化酶有诱导作用。但在败育盛期的不育花药中,一方面O2.–、H2O2和MDA含量极显著高,另一方面SOD、CAT、POD酶活性却极显著低,导致活性氧产生与清除失去平衡,这时花粉母细胞大量凋亡。在败育后的花药中,O2.–和H2O2含量与可育花药相近,但MDA含量仍持续提高,以及SOD、CAT、POD酶活性持续降低,表明雄性细胞凋亡后活性氧对花药仍有不利影响。【结论】花药O2.–、H2O2和MDA的过量积累,以及其清除酶活性的显著降低,这一过程在棉花不育花药中是与雄性细胞凋亡同步发生的,但在恢复基因引入后的杂种F1花药中,过量产生的活性氧可被清除。