11个小麦品种苗期硝酸还原酶活性的测定与系统聚类分析.pdf

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1、11 个小麦品种苗期硝酸还原酶活性的测定与系统聚类分析*周竹青?朱旭彤(华中农业大学农学系?武汉?430070)?摘要?试验分析了 11 个小麦品种(系)苗期硝酸还原酶活性(NRA)。应用系统聚类中的最短距离法、重心法和类平均法对资料进行了聚类分析。结果表明以重心法和类平均法效果较好,并根据小麦硝酸还原酶活性与品种耐肥性的相关性,将 11 个品种(系)的耐肥性分为三大类型,其中 D041为一特殊类型。关键词?小麦?硝酸还原酶?系统聚类?硝酸还原酶(NR)是植物代谢中十分重要的一种酶,它主要是在硝酸亚硝化过程中起催化作用。同时,它对其他代谢如光合作用、碳代谢和能量代谢都有重要影响1。在作物栽培方

2、面,有人把硝酸还原酶活力作为作物营养指标之一。林振武 2,3、汤玉玮4研究表明,小麦品种的耐肥性与硝酸还原酶活力呈负相关,即耐肥性强的品种硝酸还原酶活力总是比耐肥性弱的品种低;并且认为品种间酶活力差异是其遗传特性的反映,可将硝酸还原酶活力作为作物耐肥性的生化指标应用到育种中去。在品质育种方面,Eilrich.G.L 等 5,6认为,硝酸还原酶活力可作为品质育种指标之一。为此,对11个小麦品种(系)的硝酸还原酶进行了测定,用系统聚类中的三种方法对测定结果本文 1997-02-15 收到周竹青:男,31 岁,讲师,在读硕士生进行处理,并对聚类效果进行了比较。1?材料与方法1?1?材料?6280?、

3、95A?10、?8910?、华麦 8号、?9214?、?8912?为华中农业大学育种室育成,半冬性;?81513?、?3778?为湖北省农业科学院育成,半冬性;D041 为山东农业大学育成,弱春性;宁作 13 为宁夏农科院育成,春性;鄂恩 1 号,湖北省恩施州红庙农科所育成,半冬性。麦种用 0?1%次氯酸钠消毒 30min 后浸种 6 8h。在25?催芽 20h 后,播在瓷盘的尼龙网上,加足水,在 PGV?36 生长箱生长。温度 20 22?,光照约 5 000lx(日光灯 7)。麦 苗 6 日 龄 后,用 50mmol/LKNO3诱导 20h,然后取样。1?2?提取温?之说,我们认为该组合作

4、中稻,如播期安排在 5 月上旬末,其抽穗在 8 月中旬(播始历期 95 96d),在这一阶段,苗期基本无低温,8月中旬后高温也已避过。这在我市不同年份和不同乡镇试种已证实。调查我市近 3 年高温出现的时段:1994 年为 7 月20 29 日和 8 月 1 4 日;1995 年为 7 月11 31 日;1996 年在 7 月 22 31 日和 8 月5 9 日。根据江汉平原气候特点,建议?优 838 作中稻以 5 月上中旬播种为宜。13湖北农业科学?HUBEI?AGRICULTURAL?SCIENCES?No.4,1997?取生长旺盛整齐的不同品种(系)幼苗,分别吸干叶面水珠,将小麦叶片剪成小

5、块,称 取 0?5g 叶 片 放 于研 钵 中,冰 冻30min。然后加入适量石英砂和提取液(共0?4ml),将样 品 磨成 匀浆。在 0 4?,4000r/min条件下冷冻离心 20min,上清液即为酶粗提液。1?3?测定采用陈薇、张德颐的方法 1,并稍加改进。1?3?1?溶 液 配 制?磷 酸 缓 冲 液(25mmol/L)+EDTA(1 mmol/L)+半胱氨酸(10 mmol/L),pH=8?8;100 mmol/L KNO3水溶液;NADH,2mg/ml 水;氨基苯磺酰胺1%(重量与 3mol/L HCl 体积之比);萘基乙烯二胺 0?02%(重量与水体积之比)。1?3?2?测定步骤

6、?取 0?4ml 酶粗提液,1?0ml KNO3溶 液,0?3ml NADH 混合后25?保温 30min。立即加入 1ml 氨基苯磺酰胺溶液和 1ml 萘基乙烯二胺,放置 15min 以上。过 滤 后,在 722 型 分 光 光 度 计(540nm)测光吸收 A 值。以不加 NADH(加入 0?3ml 蒸馏水)作为空白对照。从标准曲线可计算到该光吸收的增量相当于多少?g 的NO2-。全部测定重复 3 次,取平均值。数据处理在 386 微机上进行。2?结果与分析2?1?测定结果11 个不同品种(系)的来源、特性、硝酸还原酶测定结果如表 1。表 1?不同品种(系)小麦苗期硝酸还原酶活性(单位:?

7、M/g 鲜重?h)品种(系)编号重?复?平?均628095A-10D041宁作 138151389103778华麦 8号89129214鄂恩 1号12345678910110?320?391?240?180?550?740?210?390?550?600?300?320?371?080?180?580?670?180?390?370?640?280?250?401?200?090?530?850?320?320?460?620?260?300?391?170?160?550?750?240?370?460?620?28?从表 1 可看出,不同品种(系)间硝酸还原酶活性差异很大。变幅为 0?16

8、 1?17,标准差为 0?274,变异系数为 56?8%。活性最高的为 D041,最低为宁作 13,D041 的NRA 是宁作 13 的 7?3 倍。2?2?硝酸还原酶活力相异性系统聚类分析对硝酸还原酶活力资料分别进行最短距离法、重心法和类平均法聚类,对应的 3 个系统聚类图如图 1 图 3。图 1?最短距离法系统聚类图14湖北农业科学?HUBEI?AGRICULTURAL?SCIENCES?No.4,1997图 2?重心法系统聚类图图 3?类平均法系统聚类图?在用最短距离法聚类所得的聚类图(图1)中,若在平均相异距离 d*=0?08 处划线,则可将供试材料分为 5 类:G3、G4、G6 分别

9、各为一类;若在 d*=0?1 处划线,供试材料分为 3 类:G3、G6 分别各为一类,其余作为第 3 类。最短距离法聚类较快,可一定程度上反映不同品种(系)之间硝酸还原酶活性差异,但有不足之处,如G3、G6 各成一类,而其余 9 个品种(系)构成一类,这与实际情况不太吻合。重心法和类平均法所聚类的结果基本一致(图 2、图 3)。下面以类平均法为例加以说明。若在 d*=0?16 处划线,可分为 5 大类:第 1 类为 G3;第 2 类为 G6;第 3 类为G5、G10;第 4 类为 G1、G11、G7、G4;第 5 类为 G9、G2、G8。其中 G3 与其余材料之间相异系数高达 0?78,明显表

10、现为一独特类型。在 d*=0?34 处找线,则分为 3大类:G3 为 1 类,G5、G10、G6 为第 2类,其余为第 3 类,此种分类较为合理。G3 仍为独特类型。D041 是由山东农业大学育成,属弱春性,田间观察苗期叶色深绿,叶短而宽,分蘖能力强,明显不同于其他品种(系)。15湖北农业科学?HUBEI?AGRICULTURAL?SCIENCES?No.4,1997从聚类结果看,重心法和类平均法基本反映了不同品种(系)硝酸还原酶活力之间差异程度,此两种方法优于最短距离法。3?讨论?汤玉玮 4、林振武2分析了约 800 个水稻品种、100 多个小麦品种、50 个玉米杂交种、4 个小黑麦品种、1

11、2 个棉花品种,结果都表明硝酸还原酶活力与作物耐肥性呈负相关。小麦品种幼苗硝酸还原酶活力可作为小麦耐肥性的生化指标。本文根据聚类分析结果,可以初步推断,D041 对 NO-3的吸收速度快,吸收量大,耐肥性最弱,抗倒伏能力差;?81513?、?8910?、?9214?3 个品系耐肥性中等;其余 7 个品种(系)则耐肥性强,抗倒能力相对较强。该大类又可分为两个亚类:?8913?、95A-10、华麦 8 号耐肥性较相近,为一亚类;?6280?、鄂恩 1 号?、?3778?最为接近,宁作 13 虽与前三者划为一个亚类,但有一定差异。对不同品种(系)在苗期进行硝酸还原酶活力测定和聚类分析,有一定的实用价

12、值。它可为小麦田间管理提供理论依据,如某一品种苗期 NRA 高,则应控制氮肥用量,防后期倒伏。在小麦产量和品质育种中,也可作为一个重要的生理生化育种指标。这样在育种中可根据 NRA 高低从选育的早代进行筛选,有目的地选育耐肥高产和适应于较低肥力水平上的耐肥中等和较弱的品种,以满足不同地区需要。致谢?试验和数据处理分别得到段远霖和杨志坚同学协助,特此致谢。参考文献1?陈薇,张德颐?植物组织中NR 的提取、测定和纯化?植物生理学通讯,1980(4):45 492?林振武,陈敬祥,汤玉玮?硝酸还原酶活力与作物耐肥性的研究:1?不同耐肥性的水稻、玉米、小麦硝酸还原酶活力?中国农业科学,1983(3):

13、37 433?林振武,陈敬祥?硝酸还原酶作为作物育种的生化指标研究?河北农业大学学报,1987,10(3):1041104?汤玉玮,林振武,陈敬祥?硝酸还原酶活力与作物耐肥性的相关性及其在生化育种上应用的探讨?中国农业科学,1985(6):395?Eilrich.G.L and R.H.Hageman.Crop sci.1973,13:596?Joseph,H.S.and J.P.Mrchael.Plant physiology.1979,63:346 3537?伍素辉,李合生?光对湖北光敏核不育水稻硝酸还原酶诱导的影响?华中农业大学学报,1992,11(3):208 212Determina

14、tion and hierachical cluster analysis for nitrate reductaseactivity of 11 wheat varieties in seedlings stageZhou Zhuqing(Huazhong Agricultural University,Wuhan?430070)?Abstract?T he experiment was conducted on the nitrate reductase activity(NRA)of 11 wheat varieties(orstrains)in seedling period.Thre

15、e hierachical cluster analysis methods,i.e.nearest neighbour method、weighingmethod and UPGMA method were applied to the data of NRA.The results showed that weighing method and UP-GMA method were optimal.Based on a close correlation between NRA of wheat seedling and nitrogen response ofwheat varieties,those samples were divided into 3 main types of nitrogen response;of them,D041 was a specialtype.Key words?wheat(Triticum eastivum),nitrate reductase,hierachical clustering method16湖北农业科学?HUBEI?AGRICULTURAL?SCIENCES?No.4,1997