外源赤霉酸對(duì)雜交水稻親本種子萌發(fā)的生理影響

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(1.海南熱帶海洋學(xué)院熱帶生物與農(nóng)學(xué)院， 海南 三亞 572022； 2.仲愷農(nóng)業(yè)工程學(xué)院生命科學(xué)學(xué)院， 廣東 廣州 510225)

外源赤霉酸對(duì)雜交水稻親本種子萌發(fā)的生理影響

周述波1，賀立靜1，林偉1，賀立紅2

(1.海南熱帶海洋學(xué)院熱帶生物與農(nóng)學(xué)院， 海南 三亞 572022； 2.仲愷農(nóng)業(yè)工程學(xué)院生命科學(xué)學(xué)院， 廣東 廣州 510225)

外源赤霉酸GA3對(duì)雜交水稻親本金23 B和V 20 B種子進(jìn)行處理，其生理變化結(jié)果表明，外源GA3在濃度為50～110 mg/L時(shí)，隨著濃度增加，可明顯促進(jìn)2個(gè)水稻品種親本種子的萌發(fā)，當(dāng)外源GA3濃度為110 mg/L時(shí)，提高了萌發(fā)種子中可溶性糖的含量，α-淀粉酶的活性，降低了種子內(nèi)源IAA和ABA的含量，增加了內(nèi)源GA3含量。

赤霉酸； 雜交水稻； 種子萌發(fā)

雜交水稻種子萌發(fā)除受溫度，光照，水份，氣體等條件影響外，同時(shí)也受化學(xué)類物質(zhì)如植物生長(zhǎng)調(diào)節(jié)劑的影響，目前在雜交水稻制育種過(guò)程中，為確保父母本花期相遇，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)上常使用植物生長(zhǎng)調(diào)節(jié)劑“920”(主成分為GA3)，以提高雜交制育種過(guò)程中種子的產(chǎn)量，但隨著“920”在雜交水稻生產(chǎn)上的應(yīng)用，田間穗上種子萌發(fā)現(xiàn)象愈發(fā)普遍，眾多研究者認(rèn)為，此現(xiàn)象歸因于其在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)上大量施用導(dǎo)致而成，從而引起雜交水稻親本在制繁種過(guò)程中種子休眠被打破[1-2]，若雜交水稻于成熟后期遭遇長(zhǎng)期陰雨天氣，則易引發(fā)大面積穗上發(fā)芽[3]。本研究采用外源GA3對(duì)發(fā)芽差異顯著的V 20 B與金23 B保持系種子進(jìn)行浸種，以研究其萌發(fā)過(guò)程中生理變化規(guī)律，為植物生長(zhǎng)物質(zhì)對(duì)雜交水稻種子發(fā)芽及田間穗上芽的發(fā)生調(diào)控提供理論依據(jù)與應(yīng)用基礎(chǔ)。

1 材料與方法

1.1 材 料

供試材料由湖南農(nóng)業(yè)大學(xué)水稻研究所與南繁育種基地提供的親本金23 B和V 20 B，材料為生長(zhǎng)周期比較接近而發(fā)芽差異相對(duì)顯著的2個(gè)品種，GA3(85%)：湖南亞華種業(yè)股份有限公司生物藥廠生產(chǎn)。

表2 V 20 B種子萌發(fā)時(shí)可溶性糖、可溶性蛋白及α-淀粉酶活性含量的變化

生理指標(biāo) 對(duì)照(ck) 外源GA3 浸種24h培養(yǎng)24h培養(yǎng)48h浸種24h培養(yǎng)24h培養(yǎng)48h可溶性糖(μg/g)(DW)132．42189．76125．65151．37241．22167．38可溶性蛋白(μg/g)(DW)1．9212．1322．7061．8161．5252．646α?淀粉酶[mg/(g·5min)](FW)0．1860．1310．1030．2250．1960．127

1.2 方 法

1.2.1 植物生長(zhǎng)調(diào)節(jié)劑處理濃度與時(shí)間的確定

選取充實(shí)飽滿、大小一致的金23 B、V 20 B種子，于不同濃度(0，30，50，70，90，110，130 mg/L)的GA3浸種，于25 ℃暗處理24 h，用蒸餾水沖洗干凈，從不同濃度處理中各取50粒種子，置于培養(yǎng)皿中(皿底墊濕潤(rùn)濾紙)，重復(fù)3次，在型號(hào)為RQX-300的人工氣候光照培養(yǎng)箱(溫度(30±1)℃，相對(duì)濕度(85±5)%，光照強(qiáng)度93.6μmol/(m2·s)，光照時(shí)間12 h)中培養(yǎng)，在培養(yǎng)24，48 h和72 h分別記錄各處理的種子發(fā)芽勢(shì)。根據(jù)胚萌的稃殼開(kāi)裂且露白作為發(fā)芽標(biāo)準(zhǔn)，用以確定對(duì)種子發(fā)芽勢(shì)影響顯著的外源GA3濃度與時(shí)間。

1.2.2 材料的培養(yǎng)

對(duì)金23 B、V 20 B種子各稱重10 g，依據(jù)1.2.1中選擇對(duì)種子發(fā)芽勢(shì)影響明顯的GA3濃度浸種，蒸餾水作為對(duì)照(ck)浸種，浸24 h后各處理用蒸餾水反復(fù)沖洗直到干凈，各取3 g檢測(cè)其相應(yīng)的生理指標(biāo)，其余部分置于培養(yǎng)皿中(皿底墊濕潤(rùn)濾紙)，重復(fù)3次，于型號(hào)為RQX-300的人工氣候箱(溫度(30±1)℃，相對(duì)濕度(85±5)%，光照強(qiáng)度93.6μmol/(m2·s)，光照時(shí)間12 h)中培養(yǎng)，分別對(duì)培養(yǎng)24 h和48 h的樣品取樣進(jìn)行相關(guān)生理指標(biāo)檢測(cè)。

1.2.3 相關(guān)生理指標(biāo)方法測(cè)定及數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)

可溶性蛋白測(cè)定采用考馬斯亮蘭法[4]；α-淀粉酶活性測(cè)定采用3，5-二硝基水楊酸法[5]；可溶性糖測(cè)定采用蒽酮比色法[5]，植物激素提取與測(cè)定參照王若仲[6]等方法進(jìn)行。數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析采用SPSS 19.0版軟件完成。

2 結(jié)果與分析

2.1 GA3處理對(duì)雜交水稻親本種子發(fā)芽勢(shì)影響顯著的濃度與時(shí)間的確定

2個(gè)品種用蒸餾水(0 mg/L)培養(yǎng)72 h，V 20 B比金23 B發(fā)芽勢(shì)高出了10%，可知2個(gè)品種發(fā)芽差異比較顯著。而從不同濃度的GA3處理種子后發(fā)芽勢(shì)結(jié)果(表1)可知，與對(duì)照(0 mg/L)比較，于培養(yǎng)24，48 h時(shí)，GA3質(zhì)量濃度為50～110 mg/L區(qū)間時(shí)，明顯促進(jìn)2個(gè)品種種子發(fā)芽，p=0.05水平上差異顯著。GA3濃度為110 mg/L與130 mg/L相比，對(duì)促進(jìn)2個(gè)品種種子發(fā)芽上差異均不顯著。培養(yǎng)72 h時(shí)，V 20 B發(fā)芽勢(shì)對(duì)照與處理差異不顯著，而金23 B種子在GA3濃度為70 mg/L時(shí)，與對(duì)照比較差異顯著?？芍庠碐A3對(duì)不易發(fā)芽的雜交水稻親本種子有促進(jìn)作用。

表1 GA3處理對(duì)金23 B和V 20 B種子發(fā)芽勢(shì)(%)的影響

濃度(mg/L) V20B 金23B 24h48h72h24h48h72h065．33a72．67a96．33a62．67ab68．00ab86．33a3066．67a81．33b93．67b64．00a73．33a91．67ab5077．00b88．33c92．67ab75．00bc84．00bc92．33ab7086．00b88．67cd94．00ab82．33cd84．33b93．33b9085．67b89．67cde92．67ab89．33de91．67c94．00b11095．00c95．33e95．33ab92．67e94．33c94．33b13094．33c94．33cde95．33ab93．33e94．67c96．00b

注：不同字母表示平均數(shù)的差異達(dá)到5%顯著水平。

2.2 GA3處理對(duì)雜交水稻親本種子萌發(fā)過(guò)程中生理變化的影響

從表1可知，對(duì)水稻種子發(fā)芽有顯著影響的GA3質(zhì)量濃度在50～110 mg/L間，而在110 mg/L時(shí)與130 mg/L對(duì)種子萌發(fā)差異不顯著，本實(shí)驗(yàn)選取促進(jìn)種子發(fā)芽效果最為顯著的濃度(110 mg/L)對(duì)親本種子發(fā)芽期生理變化的影響進(jìn)行研究，于浸種24 h，培養(yǎng)24，48 h時(shí)分別對(duì)各處理進(jìn)行取樣，測(cè)定其各項(xiàng)生理指標(biāo)，探索植物生長(zhǎng)調(diào)節(jié)劑對(duì)雜交水稻親本種子萌發(fā)過(guò)程中相關(guān)生理變化的影響。

2.2.1 對(duì)可溶性糖含量變化的影響

對(duì)照中可知易發(fā)芽的V 20 B種子中可溶性糖含量高于金23 B，而GA3處理后兩品種與對(duì)照種子比較，糖含量變化規(guī)律表現(xiàn)為先升后降的趨勢(shì)，且促進(jìn)了兩品種種子中可溶性糖含量的增加，在外源GA3作用下，金23 B種子中可溶性糖含量與V 20 B比較，前者明顯高于后者，這可能與GA3在打破種子休眠，促進(jìn)不易發(fā)芽的種子萌發(fā)過(guò)程中為種子發(fā)芽提供更多的糖源有關(guān)。

表3 金23 B種子萌發(fā)時(shí)可溶性糖、可溶性蛋白及α-淀粉酶活性含量的變化

生理指標(biāo) 對(duì)照(ck) 外源GA3 浸種24h培養(yǎng)24h培養(yǎng)48h浸種24h培養(yǎng)24h培養(yǎng)48h可溶性糖(μg/g)(DW)126．24179．36122．41193．25418．37255．79可溶性蛋白(μg/g)(DW)2．4351．7052．6272．5231．7163．331α?淀粉酶[mg/(g·5min)](FW)0．1560．1140．0890．1930．2270．162

表4 V 20 B種子中內(nèi)源激素含量的變化

種子內(nèi)植物激素 對(duì)照(ck) 外源GA3 浸種24h培養(yǎng)24h培養(yǎng)48h浸種24h培養(yǎng)24h培養(yǎng)48hGA3(μg/g)(DW)1．1821．5431．6941．6221．6851．713IAA(μg/g)(DW)0．7261．3130．3080．7140．7420．108ABA(μg/g)(DW)0．1240．3620．7540．0520．0660．078

表5 金23 B種子中內(nèi)源激素含量的變化

種子內(nèi)植物激素 對(duì)照(ck) 外源GA3 浸種24h培養(yǎng)24h培養(yǎng)48h浸種24h培養(yǎng)24h培養(yǎng)48hGA3(μg/g)(DW)1．6221．7352．0962．2642．3372．459IAA(μg/g)(DW)0．2670．5160．7130．2210．1980．105ABA(μg/g)(DW)0．1590．4860．5620．0610．0460．038

2.2.2 對(duì)可溶性蛋白含量變化的影響

外源GA3作用下金23 B種子中可溶性蛋白含量與V 20 B比較，前者高于后者，這可能與種子萌發(fā)需要有眾多的蛋白參與及合成新的蛋白有關(guān)，而GA3為不易發(fā)芽的種子金23 B在萌發(fā)過(guò)程中可能為提供更多蛋白起了一定的促進(jìn)作用有關(guān)。

2.2.3 對(duì)α-淀粉酶活性變化的影響

GA3處理和對(duì)照種子的α-淀粉酶活性比較，明顯的提高了2個(gè)品種種子中α-淀粉酶活性，經(jīng)處理的V 20 B種子中α-淀粉酶活性變化與對(duì)照規(guī)律相同，呈下降趨勢(shì)，α-淀粉酶活性變化規(guī)律與趙玉錦等[7]研究水稻種子萌發(fā)過(guò)程中結(jié)論相一致。而金23 B中α-淀粉酶活性變化在48 h時(shí)活性增強(qiáng)，這可能與GA3誘導(dǎo)α-淀粉酶的合成需要一定的時(shí)間有關(guān)。

2.2.4 對(duì)內(nèi)源激素變化的影響

GA3處理雜交水稻親本種子對(duì)內(nèi)源激素影響情況見(jiàn)表4、表5，與對(duì)照比較，內(nèi)源GA3含量2個(gè)品種均高于對(duì)照，這可能與種子吸收外源GA3轉(zhuǎn)化為內(nèi)源GA3有關(guān)。對(duì)照V 20 B在培養(yǎng)的24，48 h，內(nèi)源GA3分別增加了0.461μg/g(DW)和0.512μg/g(DW)，金23 B增加了0.113μg/g(DW)和0.374μg/g(DW)，內(nèi)源GA3含量變化比較顯著，但處理后的兩品種種子中內(nèi)源GA3含量在整個(gè)培養(yǎng)過(guò)程中，變化不明顯，基本維持在一穩(wěn)定水平，這可能與種子吸收外源GA3含量后在細(xì)胞內(nèi)達(dá)到飽和狀態(tài)有關(guān)。

內(nèi)源IAA和ABA的含量在處理后2個(gè)品種種子中均低于對(duì)照，可能與種子萌發(fā)初期主要以水解淀粉提供能量與合成物質(zhì)有關(guān)，GA3誘導(dǎo)α-淀粉酶誘導(dǎo)合成，促進(jìn)胚乳中的淀粉降解，高濃度的GA3起主導(dǎo)作用，因此導(dǎo)致種子中結(jié)合態(tài)的IAA不能完全游離出來(lái)，IAA含量相對(duì)偏少，且激素間為保持相互平衡，而ABA與GA3的生理作用表現(xiàn)為相拮抗，內(nèi)源GA3含量高，則可能引起ABA含量相應(yīng)較少。

3 討 論

GA3有誘導(dǎo)α-淀粉酶合成，打破種子休眠，促進(jìn)萌發(fā)等生理作用[8-9]，本研究發(fā)現(xiàn)，外源GA3在濃度為50～110 mg/L時(shí)有利于促進(jìn)2個(gè)雜交水稻親本種子的萌發(fā)，這與目前大田制育種過(guò)程中為解除不育系包頸，從而施用大量“920”以提高母本柱頭外露率，實(shí)現(xiàn)在花期與父本相遇而提高制育種過(guò)程中雜交水稻種子產(chǎn)量，而殘留于種子中的“920”，當(dāng)遭遇到長(zhǎng)期的陰雨天氣則引起田間穗上芽發(fā)生的現(xiàn)象相吻合[10]。種子萌發(fā)過(guò)程中大分子物質(zhì)先降解為小分子物質(zhì)，淀粉在酶的作用下先降解為糖類物質(zhì)，與吳國(guó)欣[11]、胡子有[12]等得出的“GA3能提高種子內(nèi)淀粉酶活性，讓胚乳中淀粉水解為糖供胚生長(zhǎng)，以加快種子的代謝，從而促進(jìn)種子發(fā)芽”的結(jié)論相一致。本研究選用易穗上發(fā)芽的V 20 B和不易穗上發(fā)芽的金23 B親本種子作為實(shí)驗(yàn)材料，發(fā)現(xiàn)差異顯著的2個(gè)品種在可溶性糖含量與α-淀粉酶活性方面，易發(fā)芽的V 20 B高于金23 B，可知種子中α-淀粉酶活性越強(qiáng)，糖含量越高越易發(fā)芽。

用外源GA3處理雜交水稻親本種子后，也引起了兩品種種子中ABA，GA3和IAA等內(nèi)源激素的含量水平發(fā)生了改變。內(nèi)源GA3主要誘導(dǎo)α-淀粉酶的合成，從而促進(jìn)種子的萌發(fā)，本研究發(fā)現(xiàn)，處理后2個(gè)品種種子的發(fā)芽率均大大提高，同時(shí)種子中內(nèi)源GA3含量也大大增加,在浸種與培養(yǎng)的24 h內(nèi)，而IAA與ABA含量水平均不同程度的降低與減少，表明促進(jìn)種子發(fā)芽與內(nèi)源激素GA3含量密切相關(guān)，可知GA3對(duì)促進(jìn)雜交水稻種子打破休眠起了十分重要的作用。這為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)上找到與GA3生理作用相拮抗的生長(zhǎng)抑制劑來(lái)降低種子及田間穗上芽的發(fā)生具有一定的指導(dǎo)作用。同時(shí)發(fā)現(xiàn)當(dāng)GA3濃度大于110 mg/L時(shí)，促進(jìn)雜交水稻2個(gè)品種親本種子的萌發(fā)效果不顯著，這可能與水稻種子萌發(fā)過(guò)程中對(duì)GA3吸收會(huì)出現(xiàn)閾值有關(guān)。錢(qián)海豐等研究發(fā)現(xiàn)，當(dāng)GAs含量在大麥胚中出現(xiàn)飽和時(shí)，α-淀粉酶基因?qū)As作用表現(xiàn)出遲鈍[13]。

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聲 明

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感謝各位作者朋友對(duì)我刊的關(guān)心與支持！

《種子》編輯部

The Physiological Effects of Exogenous Gibberellicacid on Germination of Hybrid Rice Parent Line Seeds

ZHOUShubo1，HELijing1，LINWei1，HELihong2

(1.College of Tropical Biology and Agronomy,Hainan Tropical Ocean University, Sanya Hainan 572022,China； 2.College of Life Science,Zhongkai University of Agriculture and Engineering,Guangzhou Guangdong 510225,China)

With seeds of hybrid rice parent line Jin 23 B and V 20 B as experimental material，the study is focused on the physiogical effects of exogenous GA3on germination of hybrid rice seeds.The results showed that seed germination of two varities were significantly promoted by 50-110 mg/L GA3，with the content increasing，physiological analysis indicated that soluble sugar content were increased，α-amylases activity were promoted,IAA and ABA content were degraded,and endogenous GA3were increased by 110 mg/L during seed germination.

gibberellicacid； hybrid rice； seed germination

2016-07-19

海南省自然科學(xué)基金項(xiàng)目外源生長(zhǎng)調(diào)節(jié)劑對(duì)雜交水稻穗上芽發(fā)生的生理調(diào)控研究(編號(hào)：20153150)；三亞市院地科技合作項(xiàng)目外源生長(zhǎng)物質(zhì)對(duì)雜交水稻穗上芽發(fā)生的影響研究(編號(hào)：2014 YD 32)；瓊州學(xué)院校級(jí)青年科學(xué)基金項(xiàng)目雜交水稻穗上芽發(fā)生的生理機(jī)制研究(編號(hào)：QYQN 201243)。

周述波(1974—)，男，碩士，副教授，主要從事植物生理生化等研究。

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

10.16590/j.cnki.1001-4705.2016.12.035

S 511

A

1001-4705(2016)12-0035-04