GA3和ABA對馬鈴薯薯形的影響

摘要：采用高效液相色譜串聯(lián)質(zhì)譜法測定馬鈴薯2個不同薯形品種會-2和PB06成熟塊莖中植物激素赤霉素（GA3）及脫落酸（ABA）的含量，發(fā)現(xiàn)橢圓薯形品種會-2成熟塊莖中GA3含量高、ABA含量低，相反圓薯形品種PB06塊莖中GA3含量低、ABA含量高。由此推測，植物激素ABA和GA3可能參與調(diào)控馬鈴薯塊莖形狀的發(fā)育。外源添加植物生長調(diào)節(jié)劑GA3及ABA同樣影響試管薯的形狀。添加0.01 μmol/L GA3，試管薯縱莖與橫徑的比值增加到150;添加5 μmol/L ABA，塊莖縱徑與橫莖的比值輕微下降，與對照相比沒有顯著差異。但是同時添加0.01 μmol/L GA3和5 μmol/L ABA，試管薯縱莖與橫徑的比值相對單獨添加0.01 μmol/L GA3顯著降低到1.37。因此，ABA和GA3在調(diào)控試管薯的薯形中起到拮抗效應(yīng)，該作用可能是通過影響薯形相關(guān)基因的表達或關(guān)閉而實現(xiàn)的。

關(guān)鍵詞：馬鈴薯;薯形;脫落酸（ABA）;赤霉素（GA3）;塊莖形態(tài);拮抗效應(yīng)

中圖分類號：S532.01文獻標志碼： A

文章編號：1002-1302（2019）18-0125-04

收稿日期：2018-06-14

基金項目：江西省教育廳科學技術(shù)研究項目（編號：GJJ161010）。

作者簡介：胡月清（1980—），女，江西撫州人，博士，講師，主要從事植物激素與生長發(fā)育研究。Tel：（0795）3202591;E-mail：huyueqing427@163.com。

薯形是馬鈴薯的一個重要農(nóng)藝性狀，野生種薯形非常豐富[1]，但是由于只有形狀優(yōu)良、整齊一致的薯形才被育種者選擇和保留，所以栽培種的薯形變異較少，大多為圓形、橢圓形、長形3種類型[2]。薯形不但是品種鑒別的重要依據(jù)，也是不同食品加工需求的重要篩選指標。長薯形的馬鈴薯通常被用作加工成薯條，而圓薯形的馬鈴薯通常被加工成薯片。相對馬鈴薯產(chǎn)量及抗性的研究，目前關(guān)于薯形方面的研究較少[3]。1個世紀前，Salaman發(fā)現(xiàn)薯形的遺傳符合孟德爾遺傳定律[4]，并且圓薯形對長薯形是顯性[5]。1985年，Masson將控制圓薯形的基因命名為Ro，并確定該基因距著絲粒12.2 cm[6]。隨后，van Eck等將Ro基因定位在第10號染色體上并指明它是控制薯形遺傳的主效位點，其貢獻率達到75%[7]。隨著研究手段的豐富，控制薯形的作用位點相繼被鑒定出來。Sliwka等利用RAPD標記構(gòu)建遺傳圖譜，將薯形相關(guān)的基因定位到第2、第11號染色體上[8]。Prashar等通過構(gòu)建SNP連鎖圖譜，將與薯形相關(guān)較大的QTL位點定位于第10、第2號染色體上，其中位于第10號染色體上的位點是主效位點[9]，位置與van Eck等報道的Ro基因[7]幾乎一致。2014年全基因組關(guān)聯(lián)分析（genome-wide association study，GWAS）首次被運用在薯形研究中，并發(fā)現(xiàn)4個與薯形遺傳相關(guān)的位點分別在第2、第10、第11、第12號染色體上，該結(jié)果進一步對已知的薯形相關(guān)位點進行了驗證[10]。目前多個薯形相關(guān)基因得到了開發(fā)和驗證[11-13]。塊莖的誘導(dǎo)受赤霉素（GA3）和脫落酸（ABA）等多種植物激素的控制[14]，而形態(tài)的建成伴隨著塊莖的發(fā)育而發(fā)生。既然GA3和ABA可以拮抗地調(diào)控塊莖的形成，那么它們也有可能調(diào)控塊莖的形態(tài)建成即薯形，本研究正是基于此推測而展開的。

1?材料與方法

1.1?試驗材料

研究材料為橢圓形薯形材料會-2及圓薯形材料PB06。

1.2?材料培養(yǎng)

將脫毒苗帶腋芽的單莖段接種于MS培養(yǎng)基（30 g/L蔗糖、0.75%瓊脂粉，pH值為5.8）中，于22 ℃、光照16 h/d下培養(yǎng)。生長3～4周后，將長勢一致的完全展開6～7張葉片的會-2及PB06脫毒苗經(jīng)過4 d的煉苗、移栽至塑料盆中。2016年9月于湖南農(nóng)業(yè)大學植物激素與生長發(fā)育湖南省重點實驗室網(wǎng)室進行盆栽試驗。等到2個品種馬鈴薯塊莖完全成熟時，對馬鈴薯塊莖取樣，用液氮研磨成粉末，測定植物激素的含量。

為了研究ABA和GA3在試管薯形態(tài)發(fā)育中的作用，將基礎(chǔ)MS培養(yǎng)基中添加8%蔗糖培養(yǎng)20 d的會-2試管薯的形態(tài)作為對照。分別添加5 μmol/L ABA、0.01 μmol/L GA3、0.1 μmol/L GA3及混合添加0.01 μmol/L GA3和5 μmol/L ABA，觀測試管薯的形態(tài)。

1.3?植物激素的測定

采用高效液相色譜串聯(lián)質(zhì)譜法測定GA3及ABA的含量，植物激素的提取和純化參照參考文獻[15-16]的方法進行。首先，稱取200 mg左右鮮樣液氮冷凍后迅速用組織勻漿機（QIAGEN，Germany）勻漿，加入1.5 mL 80% 甲醇和5 μL內(nèi)標（20 μg/mL 2H6-ABA、2H2-GA3）于4 ℃冰箱中浸提8 h 以上。12 800 r/min離心10 min，上清液冷凍濃縮至干后用200 μL磷酸鈉緩沖液（pH值7.8）溶解，12 800 r/min離心10 min，取20 μL上清經(jīng)高效液相色譜分離純化，80%甲醇洗脫液再次冷凍濃縮至干。用40 μL 10%甲醇溶解，12 800 r/min 離心10 min，取5 μL通過液相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用儀（LC-MS/MS）檢測和分析。

ABA質(zhì)譜方法：采用負離子模式，質(zhì)譜多反應(yīng)監(jiān)測（MRM）檢測，ESI電離源，霧化氣流速為3 L/min，干燥氣流速為15 L/min，脫溶劑管溫度為280 ℃，加熱模塊溫度為480 ℃，ABA（m/z）為262.9/153，碰撞能15 V，2H6-ABA（m/z）為269.35/159.25，碰撞能15 V。GA3質(zhì)譜方法：霧化氣流速為3 L/min，干燥氣流速為15 L/min，脫溶劑管溫度為250 ℃，加熱模塊溫度為450 ℃，GA3（m/z）為345.1/143.1，碰撞能30 V。

1.4?塊莖及試管薯形態(tài)測定

用游標卡尺分別測定成熟的馬鈴薯塊莖及培養(yǎng)20 d試管薯的最大縱莖表示塊莖長度、最大橫徑表示塊莖寬度;再用縱莖與橫徑的比值表示薯形。

1.5?數(shù)據(jù)處理

所有數(shù)據(jù)均為3次生物學重復(fù)的“平均值±標準差”，采用DPS 14.50進行數(shù)據(jù)的統(tǒng)計分析。

2?結(jié)果與分析

2.1?會-2和PB062個品種成熟塊莖形態(tài)及其ABA和GA3含量的比較

收獲成熟期的2個馬鈴薯栽培品種，外形觀察發(fā)現(xiàn)會-2成長橢圓形，而PB06成圓形（圖1-A）。進一步用游標卡尺測量塊莖的橫徑和縱徑，并計算縱徑與橫徑的比值（去除縱徑或橫徑小于3 cm的數(shù)值）。結(jié)果表明，成熟期的2個品種的橫徑?jīng)]有顯著差別，會-2的縱徑比PB06的縱徑顯著增長，會-2縱徑與橫徑的比值為1.47，而PB06縱徑與橫徑的比值顯著偏低，為1.24（表1）。

會-2成熟塊莖ABA的含量為32.83 ng/g，而PB06的含量為46.15 ng/g;會-2成熟塊莖GA3的積累為3.43 ng/g，PB06為1.12 ng/g。PB06中ABA含量與GA3含量的比值為41.21，會-2為9.83（表1）。上述結(jié)果表明，ABA與GA3的含量或者它們的比值與馬鈴薯塊莖的形狀相關(guān)，ABA含量高、GA3含量低，換言之即ABA與GA3比值較大的品種塊莖的形狀接近圓形，相反塊莖的形狀接近長橢圓形。

2.2?外源植物生長調(diào)節(jié)劑ABA及GA3對試管薯形態(tài)的調(diào)控

為了進一步驗證ABA及GA3含量與塊莖形態(tài)的關(guān)系，以及它們對塊莖形態(tài)建成的作用是否與塊莖形成一樣存在拮抗效應(yīng)。因此，以會-2為研究材料開展試管薯驗證體系。8%蔗糖培養(yǎng)基中添加5 μmol/L ABA后，試管薯的體積變小，橫徑和縱徑都變短，但是縱徑與橫徑的比值沒有顯著變化。添加0.01 μmol/L GA3后，橫徑顯著變小，縱徑變化不顯著，縱徑與橫徑的比值顯著增加，比值達到1.50，也就是說試管薯變得更呈長橢圓形了。隨著GA3含量的增加，橫徑進一步變小，縱徑則進一步更加，此時橫徑與縱徑的比值最大，達到2.29，試管薯的外形顯得更細長。在8%蔗糖培養(yǎng)基中同時添加0.01 μmol/L GA3和5 μmol/L ABA，發(fā)現(xiàn)ABA減緩了GA3導(dǎo)致的試管薯變長的效應(yīng)，此時試管薯縱徑與橫徑的比值為1.37，相對只添加0.01 μmol/L GA3減小，但是仍然比單獨添加8%蔗糖及8%蔗糖與5 μmol/L ABA組合顯著增加。不同處理下試管薯薯形外觀變化見圖1，薯形測量數(shù)據(jù)見表2。上述結(jié)果表明，生長調(diào)節(jié)劑GA3可使得試管薯變長;生長調(diào)節(jié)劑ABA可使試管薯變圓，但與對照相比差異并不顯著;且ABA可以拮抗GA3對試管薯變得更加橢圓的效應(yīng)。該試驗結(jié)果與“內(nèi)源植物激素ABA含量低、GA3含量高，塊莖則更顯得橢圓（縱徑與橫徑的比值增加）”相一致。所以，植物激素ABA與GA3可以影響試管薯的形態(tài)。

3?討論與結(jié)論

薯形是馬鈴薯的一個重要外觀品質(zhì)，無論是直接鮮食，還是加工成各種產(chǎn)品后食用，對塊莖的形狀都有嚴格的要求。為了方便去皮，鮮食消費者往往選擇塊莖大小均勻、形狀規(guī)則的品種。圓薯形品種大西洋（Atlantic）是炸薯片的最佳選擇，長形品種夏波蒂（Shepody）和布爾班克（Burbank）則是炸薯條的最適品種。所以，薯形的遺傳研究對于選育滿足食品工業(yè)不同加工需求和鮮薯消費需求的新品種具有十分重要的意義。

本研究的2個品種PB06和會-2分別是圓薯形品種和橢圓形薯形品種。在研究植物激素對塊莖發(fā)育的調(diào)控時發(fā)現(xiàn)，長薯形品種會-2的塊莖中相對圓薯形品種PB06具有更高的GA3含量、GA3含量/ABA含量的值和更低的ABA含量。由此推測，植物激素GA3和ABA可能與塊莖的形態(tài)建成相關(guān)。試管薯體系的驗證結(jié)果表明，添加0.01 μmol/L GA3后試管薯的薯形顯著變長，當添加0.1 μmol/L GA3后縱徑與橫徑的比值達到2.29，而同時添加ABA后縱徑與橫徑的比值縮小，該結(jié)果與上述“高ABA含量、低GA含量的馬鈴薯品種為圓形，反之為橢圓形（長形）”的結(jié)果相一致。

ABA與GA3是一對經(jīng)典的植物激素組合，二者在種子的休眠與萌發(fā)、根的發(fā)育及開花等方面都表現(xiàn)出拮抗的生物學效應(yīng)，因此它們的平衡對植物生長發(fā)育是必要的[17-18]。塊莖形成過程中ABA與GA3也存在拮抗效應(yīng)，GA3為抑制塊莖形成的植物激素，而ABA是促進因子[19-21，14]，馬鈴薯塊莖的形態(tài)建成與塊莖發(fā)育是同步的，既然ABA與GA3拮抗調(diào)控塊莖的形成，那么它們對薯形的形成可能也有類似的作用。但是，這種拮抗效應(yīng)是如何產(chǎn)生的、有哪些因子在精細調(diào)控這種拮抗、這2種植物激素合成及信號途徑的重要基因與已知的薯形控制基因間存在怎樣的互作關(guān)系，是今后研究須要解決的重要科學問題。

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