雜交水稻種子萌芽與稻穗萌芽的內(nèi)源激素變化

周述波　賀立紅　賀立靜

摘要：對(duì)雜交水稻親本金23B和V20B進(jìn)行實(shí)驗(yàn)室種子的發(fā)芽與田間栽培誘導(dǎo)稻穗萌芽試驗(yàn)，研究2個(gè)發(fā)芽率差異顯著的品種在不同階段種子發(fā)芽與稻穗萌芽過程中其內(nèi)源激素的變化。結(jié)果表明，種子萌芽與稻穗萌芽生理差異不是受內(nèi)源激素中單一激素赤霉酸（GA3）與脫落酸（ABA）在種子內(nèi)的絕對(duì)含量決定的，而是種子內(nèi)多種內(nèi)源激素協(xié)同作用的結(jié)果，（GA3+IAA）/（GA3+IAA+ABA）（其中IAA為生長(zhǎng)素）越大的品種越易萌芽，易發(fā)芽V20B的比值大于金23B，而ABA/（GA3+IAA+ABA）越大的品種，越易抑制萌芽，不易發(fā)芽金23B的比值大于V20B；田間稻穗萌芽?jī)?nèi)源激素的變化及其他生理過程比實(shí)驗(yàn)室種子萌芽的生理過程更為復(fù)雜。

關(guān)鍵詞：雜交水稻；種子；稻穗；萌芽；內(nèi)源激素；生理差異；協(xié)同作用

中圖分類號(hào)： S511.01文獻(xiàn)標(biāo)志碼： A

文章編號(hào)：1002-1302（2017）15-0054-03

種子萌發(fā)是植物生長(zhǎng)發(fā)育的開始，雜交水稻種子的萌發(fā)需要的外界環(huán)境條件是適宜的溫度、光照、水分、空氣，可近年來，隨著育種工作者對(duì)新品種選育的加快，在雜交水稻制、繁育過程中，經(jīng)?？梢娞镩g稻穗萌芽的現(xiàn)象，尤其在南方，遇高溫多雨天氣，水稻稻穗的萌芽，會(huì)引起種子產(chǎn)量降低，品質(zhì)下降，年平均稻穗萌芽率在2%～5%，有時(shí)高達(dá)60%以上[1-2]。許多研究者認(rèn)為，此現(xiàn)象歸因于雜交水稻親本在制、繁種過程中內(nèi)源激素的變化打破了種子休眠，導(dǎo)致田間稻穗萌芽。本研究通過選取發(fā)芽差異顯著的金23B與V20B保持系種子進(jìn)行田間栽培與浸種發(fā)芽試驗(yàn)，觀察在人工模擬陰雨環(huán)境下誘導(dǎo)稻穗萌芽過程中與實(shí)驗(yàn)室條件下種子發(fā)芽過程中內(nèi)源激素的變化，通過內(nèi)源激素含量的比較，以探索不同階段不同品種間與種子發(fā)芽難易程度相關(guān)的內(nèi)源激素變化規(guī)律，以期為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)上尋找抑制稻穗萌芽的植物生長(zhǎng)調(diào)節(jié)劑提供理論與應(yīng)用基礎(chǔ)。

1材料與方法

1.1材料

選取由湖南農(nóng)業(yè)大學(xué)雜交水稻研究所提供的發(fā)芽差異顯著且生育期接近的2個(gè)雜交水稻親本品種金23B和V20B，前者為不易稻穗萌芽品種，后者為易稻穗萌芽品種。

1.2試驗(yàn)方法

1.2.1室內(nèi)種子萌芽材料的培養(yǎng)

選取充實(shí)飽滿、大小一致的金23B、V20B種子，用3%次氯酸鈉消毒15 min后，蒸餾水沖洗5次，在25 ℃條件下于暗處浸種處理24 h，然后挑選50粒種子，置于墊有含濕潤(rùn)濾紙的培養(yǎng)皿中，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%，光照度93.6 μmol/（m2·s），光照時(shí)間 12 h]中培養(yǎng)，分別于浸種24 h后、培養(yǎng)24 h（浸種后48 h）和48 h（浸種后的72 h）時(shí)取樣進(jìn)行內(nèi)源植物激素的測(cè)定。

1.2.2大田稻穗萌芽材料的培養(yǎng)

試驗(yàn)于2015年在湖南農(nóng)業(yè)大學(xué)雜交水稻研究所試驗(yàn)基地的稻田中進(jìn)行，選取 7.52 m2 作為一小區(qū)單位，4月28日移栽于大田，每個(gè)小區(qū)植稻苗225穴，行株距為20.0 cm×16.7 cm。小區(qū)隨機(jī)區(qū)組排列，3次重復(fù)，采取同大田生產(chǎn)相同的管理方式。

齊穗后27 d，隨機(jī)選取田間水稻移栽于RQX-300的人工氣候光照培養(yǎng)箱[溫度（30±1）℃，相對(duì)濕度（90±5）%，光照度93.6 μmol/（m2·s），光照時(shí)間12 h]中進(jìn)行培養(yǎng)，為讓水稻模擬處于陰雨環(huán)境中，每天共補(bǔ)噴750 mL清水，每次250 mL，分早中晚3次噴灑，共培養(yǎng)72 h，研究培養(yǎng)24、48、72 h 時(shí)稻穗萌芽中內(nèi)源植物激素的變化。

1.2.3內(nèi)源植物激素的測(cè)定

植物激素提取與測(cè)定參照王若仲等方法[3]。

2結(jié)果與分析

對(duì)V20B與金23B于實(shí)驗(yàn)室內(nèi)進(jìn)行種子發(fā)芽試驗(yàn)與田間培育后進(jìn)行模擬陰雨環(huán)境稻穗的萌芽試驗(yàn)，可知2個(gè)階段種子內(nèi)源激素含量的變化。

2.1內(nèi)源GA3含量的變化

由圖1、圖2可知，田間稻穗萌芽階段在培養(yǎng)的48、72 h 內(nèi)源GA3含量遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于種子萌芽階段培養(yǎng)24 h（即浸種后 48 h）與48 h（即浸種后72 h）的GA3含量。不同品種內(nèi)源GA3含量變化規(guī)律比較，種子萌芽階段，V20B內(nèi)源激素的含量在浸種的24 h與培養(yǎng)的24 h均小于金23B，其變化呈不斷上升趨勢(shì)；而在稻穗萌芽階段的內(nèi)源GA3含量在培養(yǎng)的24、48 h 均大于金23B，呈現(xiàn)出先升后降的變化規(guī)律，金23B在2個(gè)萌芽階段中內(nèi)源GA3含量變化均呈現(xiàn)出先升后降的變化規(guī)律。

種子與稻穗萌芽率見表1：實(shí)驗(yàn)室內(nèi)萌芽率在培養(yǎng) 24 h（即浸種后48 h）與48 h（即浸種后72 h）遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于田間稻穗在培養(yǎng)48、72 h時(shí)的萌芽率，稻穗種子內(nèi)源激素GA3含量卻不低于實(shí)驗(yàn)室內(nèi)種子；不同品種比較，V20B實(shí)驗(yàn)室與大田2個(gè)階段萌芽率均大于金23B，而內(nèi)源GA3含量在2個(gè)不同階段則不一樣，表明種子萌芽難易程度與萌芽率不是受內(nèi)源GA3含量單因素作用，應(yīng)與激素間平衡作用有關(guān)。

2.2內(nèi)源IAA含量的變化

由圖3、圖4可知，實(shí)驗(yàn)室內(nèi)種子的發(fā)芽與田間稻穗萌芽在這2個(gè)不同時(shí)期比較，發(fā)現(xiàn)2個(gè)品種的IAA含量變化規(guī)律不同，V20B呈現(xiàn)出先升后降的變化趨勢(shì)，金23B則呈不斷上升的趨勢(shì)；V20B材料中IAA含量在實(shí)驗(yàn)室條件下浸種24 h與培養(yǎng)24 h、大田條件下培養(yǎng)24、48 h均高于金23B，表明IAA含量與不同品種發(fā)芽差異、種子發(fā)芽難易程度有一定的相關(guān)性。

2.3內(nèi)源ABA含量的變化

由圖5、圖6可知，種子萌發(fā)階段內(nèi)源ABA含量呈不斷升高的變化規(guī)律，而稻穗萌芽階段，V20B內(nèi)源ABA含量不斷降低，金23B則呈先升后降的變化趨勢(shì)。金23B的內(nèi)源ABA含量在種子萌芽階段明顯大于稻穗萌芽階段，V20B在種子培養(yǎng)的24、48 h比稻穗萌芽培養(yǎng)的48、72 h階段也要高。許多研究認(rèn)為，抑制種子萌發(fā)的主要物質(zhì)與種子ABA含量密切相關(guān)；而本研究發(fā)現(xiàn)，稻穗萌芽階段中金23B種子的ABA含量反而比實(shí)驗(yàn)室離體種子萌發(fā)的ABA含量低，可知稻穗萌芽比種[CM（25]子發(fā)芽過程更復(fù)雜。不同品種在2個(gè)不同階段比較發(fā)現(xiàn)，endprint

除種子萌芽階段培養(yǎng)48 h外，其余時(shí)間V20B內(nèi)源ABA含量均低于金23B，可知不同品種間種子發(fā)芽難易與內(nèi)源ABA含量有很大關(guān)系，ABA含量高的品種不易發(fā)芽。

2.4內(nèi)源激素的比率

植物激素對(duì)植物的生長(zhǎng)發(fā)育起十分重要的調(diào)節(jié)作用，而同一種植物激素在植物生長(zhǎng)發(fā)育中起不同的作用，不同植物激素對(duì)植物的生長(zhǎng)發(fā)育起促進(jìn)與拮抗作用，植物的生長(zhǎng)不是單一激素作用的結(jié)果，而是受多種激素的協(xié)同作用[4]。

由表2、表3可知，在種子發(fā)芽階段與稻穗萌芽階段，并非種子中GA3含量越高，或IAA含量越高種子越易萌芽，而是取決于（GA3+IAA）/（GA3+IAA+ABA）的大小，V20B在實(shí)驗(yàn)[JP2]室和大田條件下種子萌芽率均大于金23B，2個(gè)時(shí)期中（GA3+IAA）/（GA3+IAA+ABA）前者均大于后者，而ABA/（GA3+

IAA+ABA）則前者小于后者，表明不同品種種子萌芽難易程度取決于促進(jìn)型的植物激素或抑制型的植物激素占種子內(nèi)激素總量的比值，促進(jìn)型植物激素（GA3+IAA）所占的比例越高或抑制型內(nèi)源激素ABA含量越低的品種越易發(fā)芽。

3結(jié)論與討論

種子萌芽受內(nèi)外因子共同作用，外因主要有溫度、光照、水分含量與氣體等多因素的外界環(huán)境條件，內(nèi)因主要為種子的特性如種皮、胚等[5]的休眠，種皮物理性阻礙、不透水透氣、種皮中發(fā)芽抑制物質(zhì)存在等，胚未完成生理后熟、胚中發(fā)芽抑制物存在等。田間稻穗種子的萌芽更是受多因素的調(diào)節(jié)，其生理變化過程比種子萌芽更為復(fù)雜，稻穗萌芽除有種子萌芽的生理規(guī)律，還受稻株母體的生理代謝與調(diào)控影響，與穗部結(jié)構(gòu)對(duì)種子的萌動(dòng)等[6]均有關(guān)。

朱美榮等認(rèn)為，小麥穗萌芽在生理上主要?dú)w因于籽粒內(nèi)部長(zhǎng)時(shí)間存在較高濃度的可溶性糖、可溶性蛋白、較高活性與種子萌發(fā)相關(guān)的酶如α-淀粉酶多酚、氧化酶、過氧化物酶等，以及高內(nèi)源GAs含量、低ABA含量等特征。其中，α-淀粉酶活性與內(nèi)源激素含量對(duì)穗萌芽與種子發(fā)芽起決定性作用[7]。

本研究發(fā)現(xiàn)，內(nèi)源植物激素對(duì)不同品種、不同階段的種子萌發(fā)起重要的調(diào)節(jié)作用，種子萌發(fā)受內(nèi)源激素影響，但不是單一激素含量在種子中起作用，實(shí)驗(yàn)室條件下V20B種子萌芽率比金23B高，但是內(nèi)源GA3含量在前期2個(gè)檢測(cè)時(shí)期V20B低于金23B；實(shí)驗(yàn)室條件下種子的萌發(fā)與田間稻穗萌芽期相比，萌芽率種子萌芽階段高于稻穗萌芽階段，而GA3含量稻穗萌芽階段卻不低于種子萌芽階段，這與李銘等認(rèn)為解除種子休眠、促進(jìn)萌發(fā)與GAs含量密切相關(guān)[8]，馬煥普通過對(duì)蘋果種子層積后期解除休眠、讓其萌發(fā)過程中發(fā)現(xiàn)有大量GA3累積結(jié)論[9]不一致。這可能與不同品種種子對(duì)GA3敏感性有基因型差異，小麥籽粒胚乳對(duì)GA3不敏感的品種不易形成穗上發(fā)芽，對(duì)GAs敏感的品種容易發(fā)生穗上萌芽有關(guān)[6]，Griffiths等研究發(fā)現(xiàn)敲除GAs受體GID1A、GID1B、GID1C后種子不能萌發(fā)[10]，表明GAs與種子萌發(fā)相關(guān)，但并非是其在種子內(nèi)的含量多少而決定種子萌發(fā)的難易程度。而在雜交水稻親本種子萌芽與稻穗萌芽過程中內(nèi)源激素GA3與IAA的含量之和的比率卻是引起不同品種種子在不同階段萌芽難易程度的主要原因。

ABA對(duì)種子萌發(fā)主要起生理抑制作用，許多學(xué)者認(rèn)為ABA對(duì)誘導(dǎo)休眠起正調(diào)節(jié)作用，Matakiadis等通過對(duì)擬南芥的ABA代謝缺陷型突變體的研究發(fā)現(xiàn)，編碼ABA 8′-羥化酶的基因CYP707A1、CYP707A2失活會(huì)增強(qiáng)種子的休眠性[11-12]，Kucera等發(fā)現(xiàn)內(nèi)源ABA含量下降可解除種子休眠[13]，一定濃度的ABA可抑制GAs在種子內(nèi)所起的生理作用，能抑制α-淀粉酶基因的表達(dá)和其酶的活性，并誘導(dǎo)特殊蛋白如α-淀粉酶抑制蛋白的形成[7]，ABA對(duì)未成熟胚或休眠成熟胚中α-淀粉酶-1的表達(dá)能起抑制作用[14]。徐成彬等認(rèn)為，穗上發(fā)芽率與籽粒內(nèi)源ABA含量之間的相關(guān)性不顯著，種子休眠與萌發(fā)是脫落酸、乙烯、赤霉素和細(xì)胞分裂素等植物激素共同作用的結(jié)果[15]。本研究發(fā)現(xiàn)，種子萌發(fā)與稻穗萌芽過程不是由1種激素含量決定的，而是受激素間的平衡與協(xié)調(diào)相互影響，品種間發(fā)芽難易程度取決于種子內(nèi)促進(jìn)型植物激素GAs與IAA之和占種子內(nèi)激素比例或ABA所占的比例大小。

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