ABA抑制雜交水稻親本種子萌發(fā)的基礎生理變化研究

周述波，賀立紅，賀立靜，林 偉（.海南熱帶海洋學院熱帶生物與農學院，海南 三亞 570；.仲愷農業(yè)工程學院生命科學學院，廣東 廣州 505）

ABA抑制雜交水稻親本種子萌發(fā)的基礎生理變化研究

周述波1，賀立紅2，賀立靜1，林 偉1
（1.海南熱帶海洋學院熱帶生物與農學院，海南 三亞 572022；2.仲愷農業(yè)工程學院生命科學學院，廣東 廣州 510225）

用外源ABA對雜交水稻親本金23B和V20B種子進行處理，其萌發(fā)過程中生理變化結果表明，ABA濃度為70～110 mg/L時，隨著濃度增加，對兩個水稻品種親本種子的萌發(fā)抑制效果顯著；ABA濃度為110 mg/L時，降低了兩品種種子萌發(fā)過程中可溶性糖的含量、α-淀粉酶的活性，改變了可溶性蛋白的時空規(guī)律，降低了種子內源GA3與IAA的含量，增加了內源ABA含量；種子萌發(fā)受到抑制不是由種子內源ABA含量的高低決定，用外源ABA處理種子，金23B內源ABA含量高于V20B，但對種子萌發(fā)抑制的效果前者差于后者，種子萌發(fā)抑制與GA3/ABA比值大小密切相關。

ABA；雜交水稻；抑制；萌發(fā)

周述波，賀立紅，賀立靜，等. ABA抑制雜交水稻親本種子萌發(fā)的基礎生理變化研究［J］.廣東農業(yè)科學，2016，43 （8）：1-5.

雜交水稻種子的萌發(fā)不僅受光照、溫度、氣體、水分等條件的影響，也受化學類物質如植物生長調節(jié)劑的調控，目前在雜交水稻制育種過程中，田間穗上種子萌發(fā)現象愈發(fā)普遍，眾多學者認為此現象歸因于大量九二○（主成分為GA3）的施用，導致雜交水稻親本在制繁種過程中種子休眠被打破，生產上雜交水稻親本育種或制種過程中為滿足父母本花期相遇，常使用九二○，但隨著其應用，種子在成熟后期遭遇陰雨天氣時經常導致出現大面積穗上發(fā)芽。為保證種子質量與產量，則需控制種子在收獲前于田間不出現萌芽的現象，而目前研究調控植物種子休眠的物質有無機物如氫氰酸，有機物如酒石酸、檸檬酸、酰氨、水楊酸及植物生長調節(jié)劑脫落酸（ABA）等［1-2］，有研究表明一定濃度的ABA對蕃茄［3］、綠豆、小麥的萌發(fā)具有抑制作用［4］。用ABA處理蒺藜狀苜蓿種子，可抑制萌發(fā)［5］。本研究通過采用ABA對發(fā)芽差異顯著的金23B與V20B保持系種子進行浸種處理，以研究其萌發(fā)過程中生理變化規(guī)律，為探索能有效抑制雜交水稻種子發(fā)芽及田間穗上芽發(fā)生的植物生長調節(jié)劑提供理論依據與應用基礎。

1　材料與方法

1.1試驗材料

發(fā)芽差異顯著的兩個雜交水稻親本金23B 和V20B由湖南農業(yè)大學南繁育種科研基地與水稻研究所提供，ABA（80%）為四川龍莽福生科技有限責任公司產品。

1.2試驗方法

1.2.1外源ABA濃度和處理時間的確定 選取充實飽滿、大小一致的金23B、V20B種子，分別用0、30、50、70、90、110、130 mg/L的ABA于25℃暗處浸種處理24 h，用蒸餾水洗凈。每個處理取50粒種子置于培養(yǎng)皿中（皿底墊濕潤濾紙），在RQX-300人工氣候光照培養(yǎng)箱〔溫度30（±1）℃，相對濕度85（±5）%，光照強度93.6 μmol/m2·s，光照時間12 h〕中培養(yǎng)，分別記錄培養(yǎng)24、48、72 h各處理的種子發(fā)芽勢，以胚萌使稃殼開裂且露白為發(fā)芽標準，3次重復，以確定對種子發(fā)芽勢影響顯著的外源ABA的濃度與時間。

1.2.2試驗材料的培養(yǎng) 稱取金23B與V20B種子各10 g，依據1.2.1結果選擇對種子發(fā)芽勢影響明顯的ABA濃度浸種，以蒸餾水浸種作對照，24 h后用蒸餾水反復沖洗干凈，各取3 g檢測其相應的生理指標，其余部分置于培養(yǎng)皿中（皿底墊濕潤濾紙），3次重復，于RQX-300人工氣候箱〔溫度30（±1）℃，相對濕度85（± 5）%，光照強度93.6 μmol/m2·s，光照時間12 h〕中培養(yǎng)，培養(yǎng)24、48 h分別取樣進行相關生理指標檢測。

1.2.3相關生理指標測定及數據統計分析 可溶性蛋白測定采用考馬斯亮蘭法［6］，α-淀粉酶活性測定采用3，5-二硝基水楊酸法［7］，可溶性糖測定采用蒽酮比色法［7］，植物激素提取與測定參照王若仲等［8］的方法。試驗數據采用SPSS19.0軟件進行統計分析。

2　結果與分析

2.1不同濃度ABA處理對雜交水稻親本種子發(fā)芽勢的影響

由表1可知，用蒸餾水培養(yǎng)兩個品種種子72 h，V20B比金23B發(fā)芽勢高10.67個百分點，表明兩個品種發(fā)芽差異顯著。與對照比較，種子培養(yǎng)24、48 h，濃度為70～110 mg/L的ABA顯著抑制種子發(fā)芽，而110 mg/L與130 mg/L的ABA對抑制兩個品種種子發(fā)芽差異不顯著；培養(yǎng)72 h，各處理兩個品種種子發(fā)芽勢均與對照差異顯著，隨ABA濃度增加，對V20B種子發(fā)芽的抑制效果與對照比較差異更加明顯，而對金23B種子發(fā)芽的抑制效果比V20B遲鈍，表明外源ABA對雜交水稻親本種子發(fā)芽有明顯的抑制作用，尤其對易發(fā)芽品種效果較理想。

表1　不同濃度ABA處理對金23 B和V20B種子發(fā)芽勢（%）的影響

2.2ABA對雜交水稻親本種子萌發(fā)過程中的生理變化影響本試驗選取抑制效果最顯著的ABA濃度110 mg/L對親本種子發(fā)芽生理變化的影響進行研究，浸種24 h，培養(yǎng)24、48 h取樣測定生理指標，探索ABA對水稻種子抑制萌發(fā)生理變化規(guī)律的影響。

2.2.1對可溶性糖含量的影響 由表2、表3可知，ABA浸種處理降低了種子的可溶性糖含量，對種子發(fā)芽需要提供大量糖源起到了很好的抑制作用，在外源ABA作用下，金23B種子的可溶性糖含量比V20B高，這與ABA對金23B抑制種子發(fā)芽效果沒有V20B顯著的結果相吻合。

表2　V20B種子萌發(fā)時可溶性糖、可溶性蛋白含量及α-淀粉酶活性變化

表3　金23B種子萌發(fā)時可溶性糖、可溶性蛋白含量及α-淀粉酶活性變化

2.2.2對可溶性蛋白含量的影響 由表2、表3可知，與對照比較，經ABA處理后可溶性蛋白含量的變化為先降后升，這可能與種子萌芽時需多種酶催化，將可溶性蛋白分解變?yōu)樾》肿拥陌被幔瑥亩鴮е驴扇苄缘鞍缀拷档?，隨著氨基酸運送到生長部位后又重新合成新的蛋白質導致其含量升高有關，這一變化規(guī)律反映在ABA作用下，種子內可溶性蛋白的轉化在時空上發(fā)生了一定的改變，從而對種子發(fā)芽具有一定的抑制作用。外源ABA作用下金23B種子的可溶性蛋白含量低于V20B，表明種子萌芽過程中可能對糖的需求比對可溶性蛋白的需求要快，而可溶性蛋白主要為后期種子萌芽后生長發(fā)育的調節(jié)起重要作用。

2.2.3對α-淀粉酶活性的影響 由表2、表3可知，與對照比較，ABA浸種處理明顯降低了兩個品種種子的α-淀粉酶活性，且變化均呈下降趨勢，其中金23B的α-淀粉酶活性高于V20B，這與ABA對抑制V20B發(fā)芽的效果比金23B好相一致，表明ABA可能與通過抑制α-淀粉酶活性而阻礙種子萌芽有關。

2.2.4對水稻種子萌發(fā)過程中內源激素變化的影響 ABA處理雜交水稻種子，對內源激素含量產生了影響，由表4、表5可知，雜交水稻種子經ABA處理后，內源GA3含量兩個品種均低于對照，ABA抑制種子萌發(fā)可能與降低了種子內GA3含量有關，但V20B中GA3含量不管是ABA浸種處理還是對照反而均比金23B低，表明種子萌發(fā)不僅與內源GA3含量有關，GA3/ABA值大小可能起了重要作用，從而表現出對種子萌發(fā)起促進或抑制作用。ABA浸種處理后兩個品種種子的內源ABA含量均顯著高于對照，尤其在浸種24 h和培養(yǎng)24 h效果較明顯，這與種子在萌發(fā)過程中可能吸收了外源ABA有關。有研究發(fā)現，種子在吸脹萌發(fā)過程中ABA可從種皮轉移到胚［9］。內源IAA含量在浸種24 h和培養(yǎng)24 h均低于對照，表明ABA在一定程度上對種子萌芽過程中內源IAA具有抑制作用。

表4　V20B種子內源激素含量（μg/g，DW）的變化

表5　金23B種子內源激素含量（μg/g，DW）的變化

3　結論與討論

雜交水稻種子的萌發(fā)，離不開α-淀粉酶活性的提高，可溶性糖含量的增加，可溶性蛋白的有規(guī)律的變化，植物內源激素含量也對種子的萌發(fā)發(fā)揮著關鍵的調控作用［10］。ABA作為種子發(fā)芽的抑制物質，主要促進種子的休眠，其作用原理主要是ABA通過阻礙種胚吸水、細胞壁降解酶的合成等進程，誘導種胚細胞停止分裂和胚乳不能軟化，從而進一步抑制種子的萌發(fā)和促進種子的休眠［11］。

本試驗結果表明，用70～110 mg/L的外源ABA處理易發(fā)芽的V20B與不易發(fā)芽的金23B種子，對前者發(fā)芽的抑制效果比后者更顯著，可知ABA是影響水稻種子休眠的主要因素之一，生產上應用ABA等抑制劑對降低穗上芽的發(fā)生具有一定指導意義。本研究通過ABA浸種處理，降低了雜交水稻種子的α-淀粉酶活性，減少了可溶性糖含量，改變了可溶性蛋白含量在時空上的變化，降低了內源GA3的水平，改變了IAA含量，提高了內源ABA含量。本研究發(fā)現，兩個品種水稻種子經外源ABA浸種處理后，金23B的內源ABA含量高于V20B，但是對發(fā)芽的抑制效果比后者差，表明抑制種子萌發(fā)不是由內源ABA含量的高低決定，而應為GA3/ABA值與種子萌發(fā)關系密切。另外，研究還發(fā)現，當外源ABA濃度大于110 mg/L，對種子發(fā)芽的抑制效果不再隨濃度的增加而增強，這可能與水稻種子萌發(fā)過程中對ABA吸收存在濃度閥值有關，與莫云容等［12］的研究結論一致。孫果忠等［9］研究認為，當ABA濃度水平達到一定值，胚對ABA不敏感。

［1］ 張笑，趙純欽，黃靜，等. 外源脫落酸、水楊酸對小麥種子萌發(fā)及生理特性的影響［J］. 應用與環(huán)境生物學報，2014，20（1）：139-143.

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［3］ 左志梅，趙凱，朱海山. 外源ABA對不同品種番茄種子萌發(fā)的影響［J］. 長江蔬菜，2014 （18）：35-38.

［4］ 徐福樂，羅立津. ABA對作物種子萌發(fā)和幼苗生長的影響［J］. 福建農業(yè)科技，2007（6）：69-71.

［5］ 劉建利，曹君邁，任賢. 外源激素對蒺藜狀苜蓿種子萌發(fā)、休眠的調控［J］. 遼寧農業(yè)科學，2008（5）：54-55.

［6］ 郝建軍，劉延吉. 植物生理學實驗技術［M］. 沈陽：遼寧科學技術出版社，2001.

［7］ 蕭浪濤，王三根. 植物生理學實驗技術［M］. 北京：中國農業(yè)出版社，2005.

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（責任編輯 鄒移光）

Study on basic physiological effects of exogenous ABA on germination of hybrid rice parent line seeds

ZHOU Shu-bo1，HE Li-hong2，HE Li-jing1，LIN Wei1
（1. College of Tropical Biology and Agronomy，Hainan Tropical Ocean University，Sanya 572022，China；2. College of Life Science，Zhongkai University of Agriculture and Engineering，Guangzhou 510225，China）

With seeds of hybrid rice parent line Jin 23B and V20B as experimental materials，the study was focused on the physiological effects of exogenous ABA on germination of hybrid rice seeds. The results showed that seed germination was significantly restrained by 70-110 mg/L ABA with the content increasing. Physiological and biochemical analysis indicated that α-amylases activity degraded，soluble sugar content reduced，soluble protein content changed，and phytohormones contents were affected，endogenous GA3and IAA degraded，and endogenous ABA content increased by 110 mg/L ABA. The content of endogenous ABA of Jin23B was higher than that of V20B，but the inhibition effect in seed germination of Jin23B was worse than that of V20B，therefore，seed germination was not determined by the level of endogenous ABA content in seed，and was closely related to the GA3/ABA ratio.

abscisic acid；hybrid rice；inhibition；seed germination

S511.032

A

1004-874X（2016）08-0001-05

2016-03-08

海南省自然科學基金（20153150）；三亞市院地科技合作項目（2014YD32）；瓊州學院校級青年科學基金（QYQN201243）

周述波（1974-），男，碩士，副教授，E-mail：zosobo@163.com

賀立紅（1970-），女，博士，教授，E-mail：helihong70@163.com