谷子矮稈突變體對赤霉素的敏感性研究

郭曉麗

（衡水學(xué)院生命科學(xué)系 河北 衡水 053000）

赤霉素作為一類重要的植物激素，在植物的生長發(fā)育過程中發(fā)揮著重要的作用。它能在環(huán)境脅迫下調(diào)控植物的生長和發(fā)育，如葉的伸展、節(jié)間間距的變長(細(xì)胞伸長)、側(cè)根數(shù)的減少和種子的萌發(fā)誘導(dǎo)等。眾多研究表明，矮化突變體對赤霉素的反應(yīng)可以分為不敏感型和缺陷型2類，不敏感型主要表現(xiàn)為對赤霉素的反應(yīng)遲鈍型；缺陷型突變體表現(xiàn)為施加相應(yīng)的赤霉素之后可恢復(fù)到野生型[1，2]。

植物矮稈突變體是培育抗倒伏高產(chǎn)新品種、研究植物矮化調(diào)控機(jī)理極其重要的材料[3]。“衡谷12號”是河北省農(nóng)林科學(xué)院旱作農(nóng)業(yè)研究所培育的具有矮稈、成穗率高、分蘗性強(qiáng)、早熟等癥狀的谷子矮稈突變體新品種，并在谷子的抗病性、抗倒性、抗逆性等方面較正常植株有所提高[4]。本文通過研究谷子矮稈突變體衡谷12號和對照品種冀谷19號經(jīng)外源赤霉素處理后在根長、節(jié)間間距以及側(cè)根數(shù)等方面的變化，進(jìn)一步了解衡谷12號矮稈突變體對赤霉素反應(yīng)的敏感性。

1 材料和方法

1.1 試驗(yàn)材料。谷子品種“衡谷12號”、“冀谷19號”均由河北省農(nóng)科院旱作所提供。

1.2 試驗(yàn)方法

1.2.1 材料培養(yǎng)與處理。每個(gè)品種各取300粒種子，經(jīng)0.1%氯化汞消毒10 min，然后用蒸餾水沖洗3遍。分別播于鋪有3層濕潤濾紙的10個(gè)直徑約10 cm的培養(yǎng)皿中，每個(gè)培養(yǎng)皿中鋪30粒種子，其中8個(gè)培養(yǎng)皿每天澆濃度為0.74μmol/L、2.22μmol/L、6.67μmol/L、20 μmol/L的赤霉素(GA)，4個(gè)為1組，并設(shè)置1組重復(fù)，另外2個(gè)培養(yǎng)皿澆等量的蒸餾水作為對照組。每天用蒸餾水處理種子，保持谷子生長時(shí)對水分的需求。為了使供試種子發(fā)芽更加整齊，進(jìn)行12 h光照12 h黑暗催芽培養(yǎng)，溫度控制在25℃～28℃。

1.2.2 數(shù)據(jù)測量與分析。待谷子幼苗培養(yǎng)到1葉1心時(shí)，用直尺分別測量衡谷12號和冀谷19號的根長、側(cè)根數(shù)、節(jié)間間距，測量數(shù)據(jù)精確到0.01 cm。本試驗(yàn)要重復(fù)2次，最后數(shù)據(jù)用SPSS12.軟件分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同GA濃度對谷子根長的影響。赤霉素在高等植物的生長和發(fā)育過程中起著重要的調(diào)節(jié)作用，它可以促進(jìn)種子發(fā)芽以及植物細(xì)胞的伸長[5]。由圖1可知，通過浸漬法處理衡谷12號與冀谷19號后，與未施加赤霉素的幼苗作對比，處理后主根的長度隨著赤霉素濃度的增大呈現(xiàn)上升趨勢，說明赤霉素對植物根系的生長具有促進(jìn)作用，且赤霉素溶液濃度越高效果越明顯。

圖1 不同濃度赤霉素對衡谷12號和冀谷19號根長的影響

2.2 不同GA濃度對谷子節(jié)間間距的影響。在高等植物的生長和發(fā)育過程中，赤霉素對植物細(xì)胞的影響不僅表現(xiàn)在根長上，對谷子的不同部位都有影響[6]。由圖2可知，通過浸漬法處理衡谷12號與冀谷19號幼苗后，與未施加赤霉素的幼苗作對比，施加赤霉素的幼苗節(jié)間間距隨著溶液濃度的增大而增大，說明赤霉素能明顯促進(jìn)谷子幼苗節(jié)間的伸長，且隨著赤霉素溶液濃度的增大，節(jié)間間距也增大。

圖2 不同濃度赤霉素對衡谷12號和冀谷19號節(jié)間間距的影響

2.3 不同GA濃度對谷子側(cè)根數(shù)的影響。赤霉素在高等植物的生長和發(fā)育過程中不僅具有促進(jìn)生長的作用，還能夠抑制谷子的側(cè)根數(shù)[7]。由圖3可知，通過浸漬法處理衡谷12號與冀谷19號幼苗的根系后，與未施加赤霉素的谷子幼苗作對比，發(fā)現(xiàn)施加赤霉素的側(cè)根數(shù)目整體呈現(xiàn)下降趨勢，說明赤霉素對2種谷子幼苗側(cè)根的生長有抑制作用，側(cè)根數(shù)目會隨著赤霉素濃度的增大而減少，但2個(gè)品種側(cè)根數(shù)的減少程度有較大不同。隨著GA濃度的不斷提高，衡谷12號側(cè)根數(shù)呈現(xiàn)急劇的減少，而冀谷19號用20μmol/L的GA處理時(shí)，側(cè)根數(shù)與對照相比僅減少了0.6。

圖3 不同濃度赤霉素對衡谷12號和冀谷19號側(cè)根數(shù)影響

3 討論

赤霉素反應(yīng)敏感型谷子矮稈突變體可以應(yīng)用于赤霉素生物合成途徑的研究上，一般來說，在這種突變體中，赤霉素合成途徑中的某些步驟被阻斷，就導(dǎo)致了內(nèi)源赤霉素水平的虧缺[8]。通過本次試驗(yàn)我們發(fā)現(xiàn)衡谷12號矮稈突變體也存在著內(nèi)源赤霉素水平的缺少，它在幼苗期的根、莖中的赤霉素含量明顯低于對照品種冀谷19號，從而使得水培養(yǎng)的根和莖的節(jié)間間距低于赤霉素培養(yǎng)的長度。谷子矮稈品種對赤霉素的反應(yīng)通常分為敏感型與不敏感型[9]，本試驗(yàn)通過測量衡谷12號和冀谷19號品種在赤霉素處理前后的根長、節(jié)間間距和側(cè)根數(shù)，初步確定衡谷12號為赤霉素敏感型，但其具體的原因還有待于進(jìn)一步研究。

我們發(fā)現(xiàn)衡谷12號經(jīng)赤霉素處理以后，從6.67 μmol/L開始有了顯著的差異，到了20 μmol/L時(shí)差異更加顯著。由此可以推斷，衡谷12號對赤霉素敏感性強(qiáng)度與根長、節(jié)間間距的長度成正比，與側(cè)根數(shù)成反比，并且濃度越高差異性越顯著。

矮稈突變體赤霉素反應(yīng)敏感性鑒定方法很多，如點(diǎn)滴法、浸漬法和噴灌法等[10]。本次試驗(yàn)采用赤霉素浸漬法來鑒定矮稈突變體的反應(yīng)程度，浸漬法具有操作相對簡單、實(shí)驗(yàn)時(shí)間短等優(yōu)點(diǎn)，但操作過程容易受到污染，并且存在一定的操作誤差，所以針對GA反應(yīng)敏感性的鑒定需要綜合多種方法，進(jìn)而得出準(zhǔn)確判斷。