摘要：选用陆地棉品种中棉42和新陆早36为材料，测定了开花后棉纤维发育过程中可溶性糖和可溶性蛋白质含量及相关酶活性的动态变化。结果表明，棉纤维发育过程中两品种的可溶性蛋白质含量在开花后7～21 d急剧下降，其中中棉42在开花21 d后趋于平缓，新陆早36在开花21 d后仍下降明显，在开花后28 d才趋于平缓；可溶性糖含量在开花后7～14 d下降，至开花后14 d又急剧上升，开花后21 d时达到最大值，随后又开始快速下降， 开花后35 d时可溶性糖含量最小，此后趋于平缓；过氧化物酶（POD）活性总体呈上升趋势；吲哚乙酸氧化酶（IAAO）活性在开花后7 d较低，开花后14 d和28 d左右是棉铃发育中IAAO活性的峰值，开花35 d后两品种棉花IAAO活性都在降低并且变化趋于一致。

 

　　关键词：棉花（Gossypium hirsutum L.）；棉纤维；可溶性糖；可溶性蛋白质；过氧化物酶；吲哚乙酸氧化酶

 

　　中图分类号：S562 文献标识码：A 文章编号：0439-8114（2014）04-0768-03

 

　　Comparison of Biochemical Substances in the Fiber Development of

 

　　Different Cotton Varieties

 

　　GE Jie，LUO Shu-ping，MA De-ying，QIANG Song，YAO Zheng-pei

 

　　（College of Agronomy Xinjiang Agricultural University， Urumqi 830052， China）

 

　　Abstract： Zhongmian 42 and Xinluzao 36 were used as materials. Contents of soluble sugar and protein， dynamic changes of enzyme activities were determined after flowering during cotton fiber developmeat. The results showed that contents of soluble protein sharply declined 7～21 d after flowering during development in flowering. Soluble sugar content decreased 7～14 d after flowering and sharp rose 14 d after flowering， 21 d reached a maximum and then began to rapidly decline until 35 d reached the minimum， then leveled off. Peroxidase（POD） activity generally increased. Indole-3-acetic acid oxidase（IAAO） activity were low at 7 d after flowering. IAAO activity reached to peaks 14 d and 28 d about boll development. IAAO activity of two varieties decreased with the same trend 35 d after flowering.

 

　　Key words：cotton（Gossypium hirsutum L.）； cotton fiber； soluble sugar； soluble protein； peroxidase； indole-3-acetic acid oxidase

 

　　了解开花后棉花（Gossypium hirsutum L.）纤维发育过程中可溶性糖转化和纤维素的累积对降低棉花糖含量、提高纤维强力具有重要意义。杜雄明等[1]认为过氧化物酶（POD）活性和吲哚乙酸氧化酶（IAAO）活性同棉纤维细胞的伸长生长关系较大，在棉纤维细胞快速伸长期活性较低，在伸长生长停止时出现活性高峰。季之娟等[2]、蒋淑丽等[3]认为脱落酸（ABA）和吲哚乙酸（IAA）对纤维次生壁的增厚均有调控作用，次生壁快速增厚期保持较高的ABA/IAA值有利于次生壁的增厚。但目前对新疆棉花不同品种棉纤维发育过程中生化物质及其动态变化规律研究较少。本研究利用高品质棉纤维品种中棉42和新陆早36，对两品种纤维品质形成过程中可溶性糖、可溶性蛋白质含量、过氧化物酶和吲哚乙酸氧化酶的活性变化进行了分析，以期为进一步研究棉纤维分化的机理积累基础性资料。

 

　　1 材料与方法

 

　　1.1 供试材料

 

　　供试棉花品种有高品质棉纤维品种中棉42和新陆早36。

 

　　1.2 棉纤维发育过程中相关指标及测定方法

 

　　对2个供试棉花品种开花后7、14、21、28、35、42 d的棉铃进行采样，样品低温保存。冰浴条件下取出棉纤维，储存于-40 ℃冰箱。测定棉纤维发育过程中可溶性糖含量、可溶性蛋白质含量、POD及IAAO活性的变化。

 

　　可溶性糖含量的测定采用蒽酮法[4]略有改动，先绘制标准曲线，再测定各管在波长620 nm 处的吸光度； 可溶性蛋白质含量测定采用考马斯亮蓝G-250法，参考刘康等[5]的方法绘制标准曲线，再以标准牛血清蛋白为对照，测定各管在波长595 nm下的吸光度；POD活性测定采用愈创木酚法； IAAO活性测定参照何之常[6]的方法， 其活性以每毫克IAAO在1 h内分解破坏IAA的量（μg）表示酶活性[μg/（mg·h）]的大小。

 

　　2 结果与分析

 

　　2.1 中棉42和新陆早36棉纤维发育过程中可溶性蛋白质含量的变化

 

　　细胞壁蛋白质在纤维发育过程中至少有2个明显的蛋白质合成高峰期，出现在纤维起始分化期和铃龄15～20 d，合成的蛋白质可能参与调节纤维伸长终止与次生壁合成的开始[7]。从图1可以看出，中棉42和新陆早36棉纤维发育过程中可溶性蛋白质含量的变化在开花后7～21 d急剧下降，开花21 d后中棉42的可溶性蛋白质含量变化趋于平缓，而新陆早36可溶性蛋白质含量仍下降较快，开花后28 d才趋于平缓。中棉42和新陆早36棉纤维发育过程中可溶性蛋白质含量变化趋势一致，可溶性蛋白质含量新陆早36总体上低于中棉42。

 

　　2.2 中棉42和新陆早36棉纤维发育过程中可溶性糖含量的变化

 

　　从图2可以看出， 中棉42和新陆早36可溶性糖含量在开花后7～14 d下降，之后又急剧上升，21 d时达到最大值，均为3.1 mg/g， 随后又开始快速下降，开花后35 d时为最小，此后趋于平缓。棉纤维发育过程中可溶性糖含量总体上新陆早36低于中棉42。

 

　　2.3 中棉42和新陆早36棉纤维发育过程中POD活性的变化

 

　　从图3可以看出，中棉42和新陆早36开花后棉铃中POD活性总体呈上升趋势。新陆早36在开花后7～14 d POD活性增长速度较缓，之后POD活性增长较快。中棉42在开花后7～14 d POD活性增长速度较缓，14～21 d迅速上升，之后又有所下降，28 d后POD活性迅速上升。

 

　　2.4 中棉42和新陆早36棉纤维发育中IAAO活性的变化

 

　　IAAO活性同棉纤维细胞的伸长生长关系密切，表现在棉纤维细胞快速伸长期活性较低，而在伸长生长停止时出现活性高峰，同棉纤维细胞的伸长生长呈负相关[7]。由图4可知，中棉42和新陆早36 开花后7 d IAAO活性较低，开花后14 d和28 d IAAO活性出现了2个峰值，在这2个时间点新陆早36的IAAO活性均高于中棉42。开花28 d后两品种棉花IAAO活性都在降低且变化趋于一致。在纤维细胞伸长早期， IAAO活性较低，随后不断上升，在纤维细胞停止伸长时都有高峰出现。纤维细胞伸长停止后，IAAO活性则下降。

 

　　3 讨论

 

　　POD、IAAO是与植物细胞生长密切相关的2种酶[7]，POD对植物生长有调节作用，它参与细胞壁多种结构成分的聚合作用，使植物细胞壁失去伸展性，从而限制植物细胞伸长。POD和IAAO调控着纤维伸长的结束和次生壁加厚的起始，王学德等[8]、Guo等[9]认为POD是限制植物细胞伸长的两大类壁蛋白质之一，通过促进细胞壁中木质素的合成和细胞壁内结构蛋白质、半纤维素和果胶的交联，阻碍了细胞壁的伸长，其含量一般在初生壁的伸长期较低，到次生壁加厚期活性提高。IAAO则影响细胞壁中IAA的有效含量，起调整内源IAA与其他内源激素间比例的作用[10]。在纤维伸长阶段，GA3刺激纤维使其有一定程度的伸长， IAA使纤维素含量增加促使纤维的伸长。胡宏标等[11]研究指出，胞内过氧化物酶的活性中棉所12号在纤维伸长停止期（花后25 d）出现1个高峰，似乎对纤维伸长有一定的抑制作用。单世华等[12]认为，陆地棉品种在正常条件下纤维细胞早在开花前几天就已开始分化，开花后5～15 d为纤维伸长期， 且棉纤维次生壁加厚从开花后15 d左右开始， 延续至开花后36 d左右达到高峰。张恒木等[13]认为IAA和玉米素核苷与纤维分化的起始密切相关，IAA促进纤维次生壁的加厚。

 

　　本试验结果显示，在相同的生长环境下，中棉42开花后棉纤维中可溶性蛋白质含量在开花后7～21 d急剧下降，开花21 d后趋于平缓，新陆早36在开花后21 d仍下降较快，直至开花后28 d才趋于平缓，且新陆早 36下降幅度高于中棉42。初步判断中棉42纤维细胞伸长期基本完成在开花后21 d左右，而新陆早36纤维细胞伸长期基本完成是在开花后28 d。中棉42和新陆早36可溶性糖含量在开花后21 d时达到最大值，通过可溶性糖含量和可溶性蛋白质含量的变化可推断开花后21～28 d左右为中棉42和新陆早36纤维伸长的基本完成时间。

 

　　POD和IAAO在棉纤维细胞分化发育过程中的关系非常密切，有分工和协同作用。通过对棉花纤维发育过程中一些生理生化指标的测定，开展研究不同品种纤维品质形成过程中内源激素含量、相关酶活性变化规律，探讨不同处理下相关酶活性的响应机制十分重要，可为新疆棉区选育新品种提供理论指导。

 

　　参考文献：

 

　　[1] 杜雄明，潘家驹.影响棉纤维分化和发育的因素[J].生命科学，2000，12（4）：177-180.

 

　　[2] 季之娟，薛庆中.植物蛋白质组学研究进展[J].生命科学，2004， 16（4）：241-246.

 

　　[3] 蒋淑丽，王学德.棉花纤维突变体胚珠发育过程中主要生化物质的积累特征[J].浙江大学学报（农业与生命科学版），2002， 28（1）：16-21.

 

　　[4] H？譈LSKAMP M. Plant trichomes： A model for cell differentiation[J].Nat Rev Mol Cell Biol，2004，5（6）：471-480.

 

　　[5] 刘 康，胡凤萍，张天真.棉花胚珠与纤维蛋白质的两种提取方法比较研究[J].棉花学报，2005，17（6）：323-327.

 

　　[6] 何之常.HPGMR农垦58s光敏感期叶片中阳离子过氧化物酶的变化[J].植物科学学报，1995，13（2）：157-162.

 

　　[7] 高云光，饶翠婷，贺海燕，等.铃期温度对不同棉花品种棉铃发育过程及纤维比强度的影响[J].棉花学报，2010，22（6）：580-585.

 

　　[8] 王学德，朱玉贤，季道藩，等.棉纤维相关cDNA的克隆及其在4个纤维突变体中的结构变异[J].科学通报，2000，45（17）：1852-1857.

 

　　[9] GUO Y M，SHEN S H，JING Y X， et al. Plant proteomics in the post-genomic Era[J]. Acta Botonica Siniea，2002，44（6）：631-641.

 

　　[10] 夏其昌，曾 嵘.蛋白质化学与蛋白质组学[M].北京：科学出版社，2004.

 

　　[11] 胡宏标，张文静，王友华，等.棉纤维加厚发育相关物质对纤维比强度的影响[J].西北植物学报，2007，27（4）：726-733.

 

　　[12] 单世华，王明林，汪建明，等.不同开花期IAA、GA3和POD对棉纤维伸长发育的影响[J].棉花学报，2001，13（2）：100-104.

 

　　[13] 张恒木，赵旌旌，王隆华.试管棉纤维发育中IAA氧化酶和POD活性的变化（简报）[J].植物生理学通讯，2000，36（4）：315-317.