糜子矮稈突變體海5農(nóng)藝性狀及對GA3的敏感性鑒定

郭英杰 劉洋 劉曉婕 魏瑋 王瑤 張帥 王振山 閆留延 朱學海 賈小平

（1 張家口市農(nóng)業(yè)科學院，075000，河北張家口；2 河南科技大學農(nóng)學院，471000，河南洛陽；3 張家口市雜交黍子技術(shù)創(chuàng)新中心，075000，河北張家口）

糜子（Panicum miliaceumL.）起源于我國，是一年生禾本科植物，有近萬年的栽培歷史[1]。其營養(yǎng)豐富，富含蛋白質(zhì)、膳食纖維和維生素等，兼具食用和藥用價值[2]，同時可作為飼料[3]和著色劑[4]等，具有較高的經(jīng)濟價值。糜子抗旱性強，耐貧瘠，生育周期短，在干旱半干旱地區(qū)有獨特的優(yōu)勢，是該區(qū)域理想的主糧替代物。近年來，隨著環(huán)境惡化、水資源缺失和糧食問題突顯，糜子越來越受到人們的關(guān)注。但是由于糜子存在倒伏現(xiàn)象普遍和產(chǎn)量不高等問題[5]，導致其優(yōu)勢未能完全發(fā)揮出來。

在臨床掃描診斷中，一共出現(xiàn)13例良性包塊和9例惡性包塊、8例轉(zhuǎn)移淋巴結(jié)（其中有6例為CT掃描診斷、2例為MRI掃描診斷）。關(guān)于良性包塊、惡性包塊以及轉(zhuǎn)移淋巴結(jié)的診斷來源和影像學特征等均需要綜合臨床資料進行統(tǒng)計和分析。

株高與抗倒伏、收獲指數(shù)、光合作用效率密切相關(guān)，控制株高能夠有效增強植株的抗倒伏性，提高產(chǎn)量[6]。目前，對植株矮化的研究主要集中在小麥、水稻和玉米等作物上。小麥目前正式命名的矮稈基因有25 個（RHT 1-25），其中有9 個通過EMS 誘變得到，赤霉素（GA3）不敏感矮稈基因有5 個，分別為RHT1、RHT2、RHT3、RHT10和RHT21，GA3敏感矮稈基因有20 個[7]，實際生產(chǎn)中利用較多的有5 個，分別為RHT1、RHT2、RHT8、RHT9和RHT10。研究[8]發(fā)現(xiàn)，RHT1能夠使小麥株高降低24%，促進小穗發(fā)育，使分蘗數(shù)和穗粒數(shù)增加。水稻株高矮化主要與一些激素的合成及信號轉(zhuǎn)導途徑有關(guān)，如目前發(fā)現(xiàn)的與GA3合成或轉(zhuǎn)導相關(guān)的矮稈突變體sd1、d18、d35、slr1、gid1和gid2等[9]，與油菜素內(nèi)酯合成或轉(zhuǎn)導相關(guān)的矮稈基因D2、D11、BRD1、OSDWARF4等[10]。矮化玉米有抗倒伏和產(chǎn)量高的優(yōu)勢，且一般株型緊湊，適合密植，綜合性狀良好[11]。目前，已發(fā)現(xiàn)200 多個控制玉米株高的QTL[12]?？刂朴衩字旮叩幕蛑须[性基因占比較多，如BR1、BR2、D1、D2、D3和D5等[13-15]，其中D1、D2、D3和D5為GA3敏感型，顯性基因占比較少，如D8[16]等。研究[17-18]發(fā)現(xiàn)，BR2基因可使玉米莖節(jié)間距變短，莖粗增大，抗倒伏性增強；突變體與矮化植株配合的F1代植株株高可進一步降低。

但是，目前糜子的研究基本聚焦在栽培[19]、抗逆[20]、資源收集及多樣性分析[21]和品質(zhì)分析[22]等方面，關(guān)于矮化研究很少，導致糜子育種理論基礎(chǔ)相對薄弱。本研究通過EMS 誘變野生型糜子得到性狀穩(wěn)定遺傳的糜子矮稈突變體海5（dm5），對其農(nóng)藝性狀及噴施GA3后表型變化進行研究，探索其矮化的可能生理機制，為糜子矮稈育種及其產(chǎn)能優(yōu)勢發(fā)揮提供一定參考。

1 材料與方法

1.1 試驗地概況

試驗于河北省張家口市農(nóng)業(yè)科學院沙嶺子基地進行。沙嶺子位于華北平原北，海拔643m，屬溫帶大陸性季風氣候，年氣溫在-10.0℃～23.4℃，年均日照時數(shù)2800h，年均降水400mm，晝夜溫差大，光資源豐富，無霜期長。試驗地為水地，土壤為黏土，地勢平坦，肥力良好。

1.2 試驗設(shè)計

以野生型糜子wt260 及糜子矮稈dm5為研究材料。wt260 為石湖千斤糜，由中國農(nóng)業(yè)科學院陸平研究員提供。dm5為由wt260 經(jīng)甲基磺酸乙酯（EMS）誘導（誘變濃度為0.4%，時間為20h）后在突變體庫中獲得的能夠穩(wěn)定遺傳的突變體材料。

2.1.2 農(nóng)藝性狀變化 由表2 可得，dm5的株高為60.72cm，相比wt260，降低了44.00cm；分蘗數(shù)為6.40，增加了4.90；穗柄長為6.42cm，減小了3.69cm；穗長為13.52cm，減小了2.60cm。這些性狀差異均達到極顯著水平（P＜0.01）。莖粗、莖節(jié)數(shù)、倒3 葉長度、倒3 葉寬度、倒3 葉面積與wt260 相比均無顯著差異（P＞0.05）。

鑒于此，以京津冀城市群為載體，以土地綜合承載力為基礎(chǔ)，擴大生態(tài)環(huán)境容量，不斷調(diào)整優(yōu)化區(qū)域經(jīng)濟發(fā)展結(jié)構(gòu)和空間結(jié)構(gòu)，確保區(qū)域經(jīng)濟健康增長，推進京津冀城市群土地綜合承載力約束下區(qū)域經(jīng)濟發(fā)展的持續(xù)增效策略，促進京津冀城市群土地綜合承載力與區(qū)域經(jīng)濟發(fā)展由良好協(xié)調(diào)向優(yōu)質(zhì)協(xié)調(diào)發(fā)展轉(zhuǎn)變。

1.3 測定項目與方法

2.1.1 葉片顏色變化 由圖1 和表1 可得，野生型wt260 植株苗期及抽穗期葉片呈綠色，成熟期逐漸變黃。dm5苗期葉片呈黃色，其SPAD 值為19.96，與wt260 相比差異達到極顯著水平（P＜0.01），抽穗期植株葉片變綠，其SPAD 值為31.16，與wt260 葉片相比無明顯差異；成熟期葉片呈綠色，其SPAD 值與wt260 相比有極顯著差異（P＜0.01）。說明糜子矮稈dm5幼苗為黃苗，隨著植株生長，葉色變綠，且能夠維持至植株成熟，推測其衰老期較wt260 晚。

1.3.2 莖節(jié)細胞 在糜子灌漿期，選取噴施及未噴施GA3的wt260 和dm5主莖莖節(jié)進行切片。觀察莖稈縱切面同一視野薄壁細胞的大小及數(shù)量。

1.4 數(shù)據(jù)處理

利用Excel軟件和SPSS 21進行數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 dm5 主要農(nóng)藝性狀

1.3.1 表型數(shù)據(jù) 在試驗田隨機選取長勢均一的糜子dm5及其對照材料wt260 各10 株，在糜子苗期、抽穗期和成熟期檢測劍葉的相對葉綠素含量（SPAD 值）；在糜子成熟期，測量株高、莖粗、莖節(jié)數(shù)、分蘗數(shù)、節(jié)間長、穗柄長、穗長、倒3葉長和倒3 葉寬，計算倒3 葉面積。在糜子拔節(jié)期分別用水和50mg/L GA3溶液噴施wt260 及dm5各5 株，共噴3 次，每次間隔7d，噴施處理液需均勻分布在植株表面。在糜子成熟期，分別記錄wt260 及dm5試驗組和對照組的株高、莖節(jié)數(shù)、穗柄長、穗長和節(jié)間長度。

表1 不同生長時期wt260 和dm5 的SPAD 對比Table 1 Comparison of chlorophyll contents(SPAD value)of wt260 and dm5 at different stages

圖1 wt260、dm5 苗期及成熟期植株Fig.1 Plants of wt260 and dm5 at seedling and mature stages

試驗于2017 年6 月進行，每個小區(qū)4 行，行長3m，行距33cm，株距10cm，5 次重復，田間管理與當?shù)卮筇锷a(chǎn)管理方式相同。

表2 wt260 及dm5 農(nóng)藝性狀Table 2 Agronomic traits of wt260 and dm5

2.2.2 各節(jié)間長度變化 由圖3 可知，噴施GA3后，相比對照組，wt260 第5～8 節(jié)間長度均極顯著增大（P＜0.01），第7 節(jié)間長度增大最多，為58.71%，第5、6、8 節(jié)間長度分別增大32.45%、47.57%、40.78%，第1～4 節(jié)間長度無明顯變化。dm5第1～4 節(jié)間長度均極顯著增大（P＜0.01），第1 節(jié)間長度增大最多，達到171.54%，第2、3、4 節(jié)間長度分別增大97.74%、78.95%、49.33%，第5～8 節(jié)間長度無明顯變化。對于wt260 而言，植株的節(jié)間序數(shù)越大，噴施GA3后的節(jié)間長度變化率越大，推測wt260 植株頂部莖節(jié)對GA3更敏感；對于dm5而言，植株的節(jié)間序數(shù)越小，噴施GA3后的節(jié)間長度變化率越大，推測dm5植株基部莖節(jié)對GA3更敏感；整體而言，dm5節(jié)間長度變化率大部分在70%以上，wt260 節(jié)間長度變化率均在60%以下，說明dm5對GA3更敏感。

圖2 wt260 及dm5 節(jié)間長度變化Fig.2 Internode length changes of wt260 and dm5

2.2 噴施GA3 后dm5 表型變化

由圖4 可得，植株wt260 及dm5莖稈縱切細胞均排列規(guī)則，整齊。通過觀察發(fā)現(xiàn)噴施GA3后，wt260 及dm5的莖稈縱切細胞長度均增大。前述研究發(fā)現(xiàn)wt260 及dm5噴施GA3后株高均顯著增大，莖節(jié)數(shù)均沒有明顯差異，說明噴施GA3后，莖稈縱向細胞伸長，使wt260 及dm5植株增高。

表3 噴施GA3 前后wt260 及dm5 主要表型變化Table 3 Main phenotypic changes of wt260 and dm5 before and after spraying GA3

2.1.3 各節(jié)間長度變化 由圖2 可得，對wt260及dm5節(jié)間長度進行分析發(fā)現(xiàn)其趨勢一致，均隨著節(jié)間序數(shù)的增加先增大后減小。wt260 的第4 節(jié)間長度最大，第1 節(jié)間長度最小，dm5的第5 節(jié)間長度最大，第1 節(jié)間長度最小。與wt260 相比，dm5的第1～8 個節(jié)間長度均明顯減小，差異均極顯著（P＜0.01）。dm5各節(jié)間長度的變化率為-65.25%～-45.31%，其中第1 節(jié)間的減小幅度最大，其余減小幅度則在50%左右。整體對比wt260及dm5發(fā)現(xiàn)，節(jié)間序數(shù)越小，節(jié)間長度減小率越大，節(jié)間序數(shù)越大，節(jié)間長度減小率越小。

圖3 噴施GA3 前后wt260（a）及dm5（b）節(jié)間長度變化Fig.3 Internode length change of wt260(a)and dm5(b)before and after spraying GA3

2.3 dm5 主莖剖面細胞形態(tài)學變化

2.2.1 主要表型變化 由表3 可得，噴施GA3后，野生型wt260 的株高為133.20cm，增加27.20%，穗柄長為12.80cm，增加26.61%，穗長為19.00cm，增加17.87%，以上性狀噴施和不噴施差異顯著或極顯著。dm5的株高為79.20cm，噴施GA3后增加30.43%；穗柄長為9.58cm，噴施GA 3 后增加49.22%；穗長為16.70cm，噴施GA 3 后增加23.52%，且噴施和不噴施差異均極顯著（P＜0.01），說明GA3的噴施能夠使糜子野生型及其突變體的株高、穗柄長和穗長明顯增大，但對糜子的莖節(jié)數(shù)沒有顯著影響（P＞0.05）。

圖4 噴施GA3 前后wt260 及dm5 主莖縱切細胞Fig.4 Main stem longitudinal observation of wt260 and dm5 before and after spraying GA3

3 討論

另外由于生鮮產(chǎn)品在質(zhì)量方面存在很大的不確定性，商品容易出現(xiàn)問題，售后糾紛很多屢見不鮮。根據(jù)調(diào)查，有消費者反應稱收到每日優(yōu)鮮水果腐敗變質(zhì)甚至生蟲，也有罐頭生銹等情況，但在跟售后反應此情況以后，每日優(yōu)鮮客服卻表示不予退還，只能退貨款的30%，而且還存在客服不及時處理的情況。

本研究通過EMS 誘變得到dm5，其株高及各莖節(jié)長度均顯著縮短，莖節(jié)數(shù)無明顯變化。其莖稈縱切細胞排列規(guī)則，相比于野生型wt260，dm5細胞長度減小，推測造成糜子突變體dm5矮化的原因可能是莖稈細胞長度的減小。郝小花等[23]對EMS 誘變得到的超矮稈突變株水稻ag1進行研究，發(fā)現(xiàn)倒2 節(jié)間的細胞長度顯著變短。馬寧[24]對不同株高甘藍型油菜進行研究發(fā)現(xiàn)，矮稈主要與其莖稈縱切細胞較小有關(guān)，這些結(jié)果均與本研究結(jié)果一致。此外造，成植株矮化的原因還有莖節(jié)間數(shù)目減少[18]、莖節(jié)細胞數(shù)目減少[23]或莖節(jié)細胞數(shù)目減少與細胞長度縮短共同作用[25]等。

植株高度的降低能夠顯著提高抗倒伏能力，直接影響作物的高產(chǎn)和穩(wěn)產(chǎn)[26-27]。對比dm5及wt260，dm5第1～4 莖節(jié)長度變化顯著，噴施GA3后，矮稈突變體dm5第1～4 莖節(jié)增長最多，這一結(jié)果從正反兩面說明了糜子矮稈突變體dm5基部莖節(jié)長度對株高的影響更大，這與前人研究結(jié)果一致。崔淑佳等[28]對矮稈、中稈、高稈共20 個小麥品種（系）的株高及各節(jié)間長進行研究，發(fā)現(xiàn)矮稈小麥主要是通過縮短不同節(jié)間長度來降低株高，特別是基部節(jié)間。魏國才[29]發(fā)現(xiàn)，造成矮稈玉米植株較矮的主要原因是節(jié)間長度縮短，特別是基部節(jié)間縮短最多，而節(jié)間數(shù)無變化。此外，基部莖節(jié)也與植株的抗倒性密切相關(guān)。蘇亞蕊等[30]對不同小麥材料不同生育時期抗倒性的研究發(fā)現(xiàn)，較長的基部莖節(jié)長度對植物抗倒伏能力有消極作用。在玉米上，基部莖節(jié)的表現(xiàn)也決定了其抗倒伏能力。在華北平原，30%～60%的玉米倒伏發(fā)生在莖稈，且莖折均發(fā)生在基部第3～5 莖節(jié)[31-32]。這就直接或間接地說明基部莖節(jié)在植株矮化及抗倒伏中起到重要作用。

1.1.1 CKD的診斷標準［7］（1）腎損害（腎臟結(jié)構(gòu)或功能異常）≥3月，伴或不伴腎小球濾過率（GFR）下降?？沙霈F(xiàn)以下表現(xiàn)之一：病理學檢查出現(xiàn)異常；或腎損害指標顯示陽性：如血、尿成分異?；蛴跋駥W檢查異常；（2）GFR＜60 mL/（min·1.73 m2）≥3月，有或無腎臟損傷的依據(jù)。

噴施GA3后，dm5的株高顯著增大，推測dm5可能為GA3敏感型矮稈突變體，由于內(nèi)源GA3合成途徑受阻，使植株體內(nèi)缺乏內(nèi)源GA3，導致矮稈。其株高及莖節(jié)增長率均高于野生型，說明相比于wt260，dm5對GA3更敏感，這可能與二者含有不同內(nèi)源生物活性的GA 水平有關(guān)[6]。但dm5的株高并未恢復至wt260 株高，且二者差異顯著（P＜0.01），這可能與GA3噴施的時間、濃度和次數(shù)等有關(guān)。

(4)通過實行支農(nóng)惠農(nóng)政策減緩貧困。從2002年開始，政府陸續(xù)出臺了一系列增加農(nóng)民收入、減少農(nóng)民支出的支農(nóng)惠農(nóng)強農(nóng)政策，直接增加農(nóng)民的收入，對減少農(nóng)村貧困產(chǎn)生了重要的作用。2002—2014年“四項補貼”(良種補貼、種糧補貼、農(nóng)機購置補貼和農(nóng)資綜合補貼)，從146億元增加到1683億元[注]2014年數(shù)據(jù)來自財政部：http://yss.mof.gov.cn/2014czys/2015071t201507091629855.html；2002年數(shù)據(jù)來自《中國財政年鑒2003》。。研究[1]表明這些以“多予少取”為取向的支農(nóng)惠農(nóng)強農(nóng)政策，具有較好的益貧效果，對農(nóng)村減貧發(fā)揮了積極作用。

作為一種新的糜子矮稈資源，dm5矮化的分子機制還有待進一步研究，挖掘其可能存在的矮稈突變位點，篩選糜子矮稈基因分子標記，可為糜子育種的發(fā)展提供新思路。

通過網(wǎng)絡(luò)教學平臺來組織教學是一種新的教學模式，為職業(yè)學校數(shù)學教學提供了豐富的教學手段。它通過網(wǎng)絡(luò)技術(shù)將數(shù)學教學內(nèi)容以文字、圖形、圖像、動畫等多種形式表現(xiàn)出來，使得數(shù)學內(nèi)容在展示上更加靈活、生動、形象。

4 結(jié)論

經(jīng)EMS 誘變得到的糜子矮稈突變體dm5株高明顯降低，造成這一現(xiàn)象的原因可能為莖節(jié)縱向細胞長度減小、基部莖節(jié)長度顯著下降。通過噴施GA3初步推測突變體dm5為GA3合成缺陷型矮稈突變體。因此，突變體dm5可為糜子矮化育種提供研究材料。