外源aba、ga3和naa對(duì)水稻孢子代生長(zhǎng)的影響

外源aba、ga3和naa對(duì)水稻孢子代生長(zhǎng)的影響

這是水稻生長(zhǎng)發(fā)育過程中形成的一種特殊的分枝特征。它的發(fā)生可分為兩個(gè)階段：發(fā)育芽形成和發(fā)育芽生長(zhǎng)。結(jié)果表明，發(fā)芽的形成不受外部因素的影響，但形成后的生長(zhǎng)受到多種因素的控制。除作物遺傳特性、植株的營(yíng)養(yǎng)狀況外,植物激素在分蘗芽的伸長(zhǎng)生長(zhǎng)過程中也起著關(guān)鍵作用。在雙子葉植物的研究中發(fā)現(xiàn),生長(zhǎng)素(IAA)和細(xì)胞分裂素(CTK)在植物側(cè)芽的生長(zhǎng)過程中起關(guān)鍵作用。Lepold認(rèn)為禾本科作物同樣受IAA主導(dǎo)的頂端優(yōu)勢(shì)影響,IAA抑制分蘗的發(fā)生,去除或削弱IAA活性可以解除頂端優(yōu)勢(shì)對(duì)分蘗生長(zhǎng)的抑制。與IAA相反,外源施用CTK可以刺激分蘗的生長(zhǎng),但是,IAA可以抑制CTK對(duì)分蘗生長(zhǎng)的促進(jìn)效應(yīng)。除此之外,其他激素也影響分蘗發(fā)生,外源赤霉素(GA3)能顯著抑制水稻分蘗發(fā)生,內(nèi)源脫落酸(ABA)含量的提高可以刺激分蘗的死亡,在分蘗早期噴施乙烯利能增加甘蔗的分蘗數(shù)目。前人關(guān)于分蘗發(fā)生與激素關(guān)系的研究主要集中于某種外源或內(nèi)源激素對(duì)分蘗發(fā)生數(shù)目的影響,目前對(duì)于水稻分蘗芽萌發(fā)過程中內(nèi)源激素動(dòng)態(tài)變化及其與外源激素關(guān)系的研究較少。本研究以基部分蘗節(jié)著生的分蘗芽為研究對(duì)象,分析了分蘗芽萌發(fā)過程中內(nèi)源激素的動(dòng)態(tài)變化及其與外源萘乙酸(NAA)、ABA和GA3的關(guān)系,旨在探討分蘗芽生長(zhǎng)的激素機(jī)理,為更好地調(diào)控水稻分蘗發(fā)生提供理論依據(jù)。1材料和方法1.1水稻生長(zhǎng)及外施激素處理供試品種為揚(yáng)稻6號(hào)(常規(guī)秈稻)、南粳44(常規(guī)粳稻)。采用濕潤(rùn)育秧,六葉時(shí)選取生長(zhǎng)一致的秧苗移栽至20L的塑料培養(yǎng)容器中,并標(biāo)記葉齡,每個(gè)容器20棵苗。以NH4NO3調(diào)節(jié)培養(yǎng)液氮(N)濃度,其他營(yíng)養(yǎng)元素按國(guó)際水稻研究所吉田昌一的配方。水稻生長(zhǎng)期間每天用1molL-1HCl或lmolL-1NaOH調(diào)節(jié)溶液pH至5.5,每3d更換一次營(yíng)養(yǎng)液。2個(gè)品種均以主莖第5葉腋內(nèi)著生的分蘗芽為測(cè)定對(duì)象。移栽后水培液中氮濃度維持在10mgL-1純氮的低氮水平以控制分蘗芽的伸長(zhǎng)生長(zhǎng),至主莖第8葉露尖將水培液氮濃度調(diào)至40mgL-1純氮的高氮水平使第5葉腋內(nèi)分蘗芽正常伸長(zhǎng)生長(zhǎng),并開始進(jìn)行外施激素處理。設(shè)(1)葉面噴施NAA50mgL-1(NAA);(2)葉面噴施ABA50mgL-1(ABA);(3)葉面噴施GA350mgL-1(GA);(4)葉面噴施清水(CK)4個(gè)處理。每個(gè)處理重復(fù)3次,每個(gè)重復(fù)20個(gè)塑料容器,400棵苗。1.2測(cè)量設(shè)計(jì)和方法1.2.1種子鮮的測(cè)定從處理開始至處理后120h每24h取樣一次,取主莖第5葉腋內(nèi)的分蘗芽,每處理共取40個(gè)芽,測(cè)定其長(zhǎng)度,然后10個(gè)芽為一組,置萬分之一天平上稱其鮮重。1.2.2米素z+玉米素核苷zr含量測(cè)定從處理開始至處理后120h每24h取樣一次,用酶聯(lián)免疫法測(cè)定IAA、ABA、GA1+4和玉米素(Z)+玉米素核苷(ZR)含量,酶聯(lián)免疫試劑盒購自中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué),使用Spectramaxplus型酶標(biāo)儀測(cè)定,每樣品重復(fù)測(cè)定3次,取平均值。IAA、Z+ZR、ABA和GA1+4的回收率分別為79.2%±4.9%、86.5%±3.7%、82.3%±4.1%和76.5%±4.6%。1.2.3植株全氮、非結(jié)構(gòu)性陸克氏原螯蝦nsc含量測(cè)定于處理后24h、72h、120h取樣,用凱氏定氮法測(cè)定植株全氮(N)含量,用高氯酸提取,蒽酮比色法測(cè)定非結(jié)構(gòu)性碳水化合物(NSC)含量。每個(gè)樣品重復(fù)3次,取平均值。1.3數(shù)據(jù)分析采用SPSS16.0軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)處理和統(tǒng)計(jì)分析,用Origin8.0軟件繪圖。2結(jié)果與分析2.1aba和ga對(duì)蝌蚪芽生長(zhǎng)的影響處理后48h內(nèi)不同處理分蘗芽鮮重和長(zhǎng)度沒有差異。CK在處理48h后分蘗芽鮮重和長(zhǎng)度急劇增加,并顯著高于其他處理,40mgL-1氮素顯著促進(jìn)分蘗芽的生長(zhǎng);GA和NAA處理后120h內(nèi)分蘗芽一直處于生長(zhǎng)停滯狀態(tài),增加氮素促進(jìn)分蘗芽生長(zhǎng)的效應(yīng)完全被抑制;ABA處理72h后分蘗芽鮮重和長(zhǎng)度也快速增加,并顯著高于同期GA和NAA處理,但顯著低于CK。2個(gè)品種呈相同規(guī)律(圖1)。2.2南縣南縣后2h內(nèi)分哌節(jié)-4,10與CK相比,GA處理分蘗節(jié)中IAA含量出現(xiàn)了明顯先升后降現(xiàn)象,但出現(xiàn)高峰含量的時(shí)間,揚(yáng)稻6號(hào)在處理后48h,而南粳44在處理后24h,至處理后120h與CK已無顯著差異。NAA和ABA處理的表現(xiàn)與GA處理完全不同,處理后的120h內(nèi)分蘗節(jié)中IAA含量始終以NAA處理顯著低于CK,而ABA處理與對(duì)照無顯著差異(圖2-A,B)。分蘗芽IAA含量的變化與分蘗節(jié)不同,所有外源激素處理與CK的差異未表現(xiàn)出規(guī)律性(圖2-C,D)。2.3兩種處理的差異處理后120h內(nèi)分蘗節(jié)中ABA含量,CK基本保持不變,ABA、GA和NAA處理均呈先升后降趨勢(shì)。其中,ABA處理2個(gè)品種均在處理后24h達(dá)到峰值,而GA和NAA處理的峰值揚(yáng)稻6號(hào)在處理后72h,南粳44在處理后48h,峰值期和峰值均顯著晚于和低于ABA處理。在處理后96h,各處理間分蘗節(jié)中ABA含量已無顯著差異。分蘗芽的表現(xiàn)不同,各處理(含CK)分蘗芽中ABA含量均在處理后48h達(dá)到最高,且ABA、GA和NAA處理始終高于或顯著高于CK(圖3)。2.4外源naa和ga3對(duì)不同芽體zr含量的影響外源40mgL-1氮素顯著提高了分蘗節(jié)和分蘗芽中Z+ZR含量,在處理后120h內(nèi),CK處理分蘗節(jié)和分蘗芽中Z+ZR含量均呈現(xiàn)出明顯的上升趨勢(shì);外源NAA和GA3完全抑制了氮素對(duì)分蘗節(jié)和分蘗芽中Z+ZR含量的增加作用,在處理后120h內(nèi),NAA和GA處理分蘗節(jié)和分蘗芽中Z+ZR含量基本保持不變,從處理后24h開始,其值顯著低于CK處理;從處理后24h開始,ABA處理分蘗節(jié)和分蘗芽中Z+ZR含量顯著高于GA處理和NAA處理,但低于同期CK處理(圖4)。2.5ga1+4研究在處理后120h內(nèi),CK、ABA和NAA處理分蘗節(jié)和分蘗芽中GA1+4含量基本保持不變,且處理間無顯著差異;GA處理短暫提高了2個(gè)品種分蘗節(jié)中GA1+4含量,其值在處理后24h達(dá)到峰值,而后迅速下降,處理后48h所有處理間均無顯著差異(圖5)。2.6南冀縣nc、nc含量處理間的變異不同處理(含CK)對(duì)植株氮和NSC(非結(jié)構(gòu)性碳水化合物)含量未產(chǎn)生顯著影響。處理后24、72和120h,揚(yáng)稻6號(hào)植株氮含量處理間的變幅為40.3~43.1、57.0~58.3和69.6~72.1mgplant-1;NSC含量處理間的變幅為45.7~48.8、53.8~57.8和56.5~58.5mgplant-1。南粳44植株氮含量處理間的變幅為23.9~25.8、34.5~36.1和36.4~39.6mgplant-1;NSC含量處理間的變幅為19.1~21.1、29.2~31.6和32.0~34.8mgplant-1。隨處理后時(shí)間延長(zhǎng)植株氮和NSC含量顯著提高,但同一次觀測(cè)不同處理之間無顯著差異,而揚(yáng)稻6號(hào)與南粳44兩個(gè)品種之間差異顯著。各處理的詳細(xì)數(shù)據(jù)未列出。3不同的外源noa和naa對(duì)蝌蚪芽生長(zhǎng)的抑制效應(yīng)氮素充足是水稻分蘗生長(zhǎng)前提,本研究結(jié)果表明水培液40mgL-1氮條件下分蘗能正常萌發(fā)生長(zhǎng)這與丁艷鋒等和蔣彭炎等研究結(jié)果相同。本研究發(fā)現(xiàn),在保證水稻氮素正常供應(yīng)條件下,外施激素對(duì)水稻分蘗萌發(fā)生長(zhǎng)有明顯抑制作用,外施50mgL-1GA3或NAA幾乎能夠完全抑制分蘗芽生長(zhǎng),而外施50mgL-1ABA的抑制效果相對(duì)較差。前人研究認(rèn)為植物側(cè)芽的生長(zhǎng)主要受生長(zhǎng)素和細(xì)胞分裂素的互作調(diào)控,細(xì)胞分裂素在根部或莖部合成,運(yùn)輸至側(cè)芽刺激側(cè)芽生長(zhǎng),外施細(xì)胞分裂素促進(jìn)小麥分蘗芽生長(zhǎng),小麥分蘗發(fā)生衰亡與分蘗節(jié)內(nèi)Z+ZR含量密切相關(guān),抽穗后去除頂穗增加了節(jié)和芽中Z+ZR含量進(jìn)而刺激水稻休眠分蘗芽的萌發(fā)。轉(zhuǎn)入異戊烯基腺嘌呤轉(zhuǎn)移酶基因(ipt)的研究也證明CTK對(duì)促進(jìn)側(cè)芽生長(zhǎng)的重要作用。與CTK相反,IAA在頂部合成,通過極性運(yùn)輸抑制CTK的合成和運(yùn)輸從而抑制側(cè)芽生長(zhǎng),消除或削弱IAA的活性可以打破側(cè)芽的休眠使其萌發(fā),施用外源生長(zhǎng)素類激素可以消除CTK對(duì)側(cè)芽生長(zhǎng)的促進(jìn)作用。更多的研究認(rèn)為調(diào)控側(cè)芽生長(zhǎng)的是IAA和CTK的比值,而不是二者的絕對(duì)濃度。本研究發(fā)現(xiàn),水稻分蘗芽正常萌發(fā)生長(zhǎng)過程中需要分蘗節(jié)和分蘗芽保持較高的Z+ZR含量,但是,在水稻分蘗芽正常萌發(fā)生長(zhǎng)過程中未發(fā)現(xiàn)分蘗節(jié)和分蘗芽中IAA含量降低現(xiàn)象。在本研究中,CK處理在顯著促進(jìn)分蘗芽生長(zhǎng)的同時(shí),雖然對(duì)分蘗節(jié)和分蘗芽中IAA含量影響不大,但卻顯著提高了其中Z+ZR含量,處理后24h分蘗節(jié)和分蘗芽中IAA/Z+ZR值分別下降26.3%~32.7%和27.0%~38.5%,表明水稻分蘗芽的生長(zhǎng)和休眠也與IAA/Z+ZR值密切相關(guān),而不僅僅是受二者絕對(duì)濃度控制。外施GA3和NAA幾乎完全抑制水稻分蘗芽生長(zhǎng),這與前人研究結(jié)果類似。外源GA3顯著提高了分蘗節(jié)中IAA含量,而且顯著抑制了分蘗節(jié)和分蘗芽中Z+ZR含量的增高,進(jìn)而提高了IAA/Z+ZR值,這可能是GA3抑制分蘗芽生長(zhǎng)的主要因素。NAA是一種人工合成的生長(zhǎng)素類激素,其對(duì)側(cè)芽生長(zhǎng)的抑制效應(yīng)強(qiáng)于IAA。本研究發(fā)現(xiàn)外源NAA強(qiáng)烈抑制側(cè)芽生長(zhǎng)的同時(shí)顯著抑制分蘗節(jié)和分蘗芽中Z+ZR含量的提高,雖然其降低了分蘗節(jié)中IAA含量,但是顯著提高了分蘗節(jié)和分蘗芽中IAA/Z+ZR值,這表明外源NAA抑制了IAA的合成,并完全代替了IAA的作用抑制CTK的合成,提高IAA/Z+ZR值,進(jìn)而抑制分蘗芽生長(zhǎng),這與前人研究結(jié)果相似。以上結(jié)果表明外源GA3和NAA對(duì)分蘗芽生長(zhǎng)的抑制效應(yīng)是通過提高分蘗節(jié)和分蘗芽中IAA/Z+ZR值來實(shí)現(xiàn)的。另外,本研究發(fā)現(xiàn)各處理對(duì)分蘗芽中IAA含量都沒有顯著影響,說明IAA對(duì)分蘗芽生長(zhǎng)的抑制作用是間接的,是通過影響分蘗節(jié)部位的激素平衡進(jìn)而影響分蘗芽的萌發(fā)生長(zhǎng),另有其他植物的研究也證實(shí)了IAA主要通過極性運(yùn)輸在木質(zhì)部和束間厚壁組織中起作用,這種作用不是直接的而是間接的。從結(jié)果中我們發(fā)現(xiàn)外源氮素能夠降低分蘗芽中ABA含量,而外源ABA、GA3和NAA在抑制分蘗芽萌發(fā)的同時(shí),提高了分蘗節(jié)和分蘗芽中ABA含量但是與GA3和NAA不同,外源ABA并未完全抑制分蘗芽的生長(zhǎng),只是減緩了其生長(zhǎng)速率(圖1),而且ABA含量的顯著變化發(fā)生在IAA和Z+ZR之后,這表明ABA可能不是水稻分蘗芽生長(zhǎng)的主要調(diào)控因素,而且可能受到IAA或Z+ZR的誘導(dǎo)。Tucker等認(rèn)為ABA受到IAA的調(diào)控,作為第二信使抑制側(cè)芽生長(zhǎng),而且有研究發(fā)現(xiàn)ABA和IAA的互作與側(cè)芽生長(zhǎng)有關(guān),這些結(jié)果和本試驗(yàn)結(jié)果暗示ABA可能受到IAA的調(diào)控進(jìn)而控制水稻分蘗芽萌發(fā)。張祖德推測(cè)外源GA3通過影響植株?duì)I養(yǎng)來抑制分蘗芽生長(zhǎng),本研究外施激素試驗(yàn)結(jié)果顯示,外源GA3和NAA幾乎完全抑制了氮素對(duì)分蘗芽生長(zhǎng)的促進(jìn)效應(yīng),但是,GA處理、NAA處理植株中N和NSC含量與CK處理間并無顯著差異,說明分蘗芽的生長(zhǎng)休眠與植株中碳氮代謝并沒有必然的關(guān)系其生長(zhǎng)主要受激素代謝調(diào)控。但是各種激素在水稻分蘗芽生長(zhǎng)過程中