同工酶技術在大麥中的應用

李 健 豐先紅

(四川甘孜州農業科學研究所，四川 康定 626000)

同工酶是基因的直接產物，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。與形態性狀相比，同工酶具有重復性好,并顯性遺傳和直接反映基因調節活動等特點[1，2]，其分析技術廣泛應用于植物系統演化、生理、病理、遺傳、育種等方面。隨著現代生物技術和分子生物學的發展，對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在大麥中的應用。

1 同工酶的概念

同工酶(等位基因酶，Isozyme)的分離和發現開創了真正意義上分子標記技術的先河。同工酶是一類一級結構不同、理化性質相異，具有種屬、發育及組織特異性但催化同一化學反應、功能(近似)相同的酶類。同工酶是基因表達的產物，為遺傳所決定的生化性狀，在進行遺傳分析是具有表達完全、無顯隱性之分(共顯性表達)、不受外界環境干擾的特點，因此最早成為生物群體結構的遺傳標記。應用同工酶研究的生物種類已經超過1200種，涉及的領域極廣，包括種群遺傳、系統分類與進化、生物多樣性與種質資源的保護、基因表達與調控等等。

2 同工酶技術在大麥種質資源上的研究

同工酶技術是研究栽培植物及其近緣野生植物各個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]對世界各地的大麥種質資源進行研究后發現，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，這可能是現代雜交育種的結果。大麥按二棱或多棱等自然類型分類和按原產地的生態型分類既有緊密聯系，又不完全相同。同一類群，其形態特征相近，酶譜也相似，表明其親緣較近，原產地較近[4]。丁毅等對我國野生大麥和栽培大麥的酯酶同工酶的研究表明，地理來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出相同或相近[5，6]，孫立軍等對我國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區劃和基因傳播關系密切[7]。

3 利用同工酶技術對大麥雜交育種的分析

同工酶電泳技術已廣泛用于植物種質資源鑒定和遠緣雜種遺傳分析。李造哲等[8]認為大麥酯酶同工酶具有多態性，可作為遺傳標記用于雜種鑒定和回交后代目標性狀植株的檢測。他探討了披堿草和野大麥雜種的遺傳變異和對親本性狀的繼承情況，發現雜種F1的酯酶同工酶譜主要表現為雙親酶帶的互補類型，親本的個別酶帶在雜種F1有丟失現象，正反交雜種F1均產生一條雜種帶，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。結果表明回交B1植株的酶譜與栽培大麥相似，但也出現了一些變異，具有一些纖毛鵝觀草的酶帶，與回交B1的形態學、細胞學研究結果是一致的，有可能從后代中選出具有纖毛鵝觀草優良性狀的栽培大麥新材料來。許如根等[10]通過對4個核質互作型雜種大麥及其親本的酯酶同工酶、單株產量構成要素及主要農藝性狀的分析研究，初步認為：核質互作型雜種大麥雜種優勢的大小與親本之間的酯酶同工酶的譜帶差異程度和互補程度密切相關，可根據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測不同組合雜種優勢大小的指標之一。

4 應用于大麥再生植株遺傳穩定性的研究

在誘導大麥單倍體植株的離體培養過程中，各種培養因素諸如培養溫度、培養基成分、低溫預處理等的變化會提高花培反應值[11，12]，但各種理化因素的變異也可能會使大麥再生植株的基因型發生變異，致使導入外來基因后無法確定變異植株的變異來源。沈光華等[13]通過對3個不同的大麥品系在培養溫度、激素濃度和低溫預處理等諸因素不同水平的誘導培養，利用過氧化物酶同工酶酶譜和酯酶同工酶酶譜的分析手段，結果表明：在大麥再生植株的誘導培養過程中，采用常規的25℃培養溫度和培養基激素為2.5mg/L 2，4-D濃度的處理可以保持材料本身的遺傳穩定性；而提高培養溫度和培養基激素2，4-D的濃度及采用低溫預處理的措施，有可能導致再生植株變異的發生；不同品系的遺傳穩定性是有差異的：在DH30品系的實驗中，30℃培養的再生植株的過氧化物酶和酯酶的酶譜與對照相比差異不大。而在A16品系的實驗中，30℃培養的再生植株的過氧化物酶和酯酶的酶譜與對照相比差異較大。

5 同工酶技術在大麥病理學上的應用

自上世紀60年代以來，同工酶分析技術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值的結果，趙桂東等[14]對禾谷絲核菌和立枯絲核菌的16個菌絲融合群或亞群的標準菌株及來自江蘇大麥紋枯病的9個菌絲融合群或亞群共68個菌株進行了酯酶同工酶的比較分析，發現立枯絲核菌主酶帶數的變幅范圍比禾谷絲核菌大；但與各自對應的融合群或亞群的標準菌株的圖譜則相似；無論禾谷絲核菌，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關，但于采集地點似乎有一定聯系。

6 同工酶技術在植物生理上應用

在植物的不同發育階段和不同器官組織中同工酶都具有特異性表現，其合成受一系列基因的調控，常作為遺傳信息的指標來研究植物的生長發育和器官分化。從植物種子生活力、組織與器官分化、生長及胚胎發育，以及環境因素和植物激素都會影響到同工酶的變化。段發平[15]認為大麥穗下第2節間的過氧化物酶活性與株高呈顯著負相關性，而胚芽鞘的酶活性與株高無明顯相關。黃化大麥比野生型大麥生長緩慢，植株短小，可能是其過氧化物酶活性較高，從而引起生長素虧缺而造成的[16]。

7 存在問題及應用前景

綜上所述，同工酶自首次被提出到現在已經將近50年，廣范應用于大麥種質、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，研究范圍也相對其他作物窄。同工酶分析簡便、經濟、快速、準確的特點技術在輔助大麥種質資源和親源關系鑒定等諸方面的應用有著廣闊的前景。而且隨著技術的不斷提高，同工酶在大麥研究中應用不僅在基礎理論研究上，而且在生產實踐上均具有十分重要的意義，研究范圍也會愈加寬闊。

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[3] 小西猛郎.大麥育種同工酶的利用[J].國外農學：麥類作物，1990(1)：11-l3

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