摘 要：本研究利用日本晴水稻作為研究材料，分析了黑暗和光照條件下不同植物生長調(diào)節(jié)劑對植物主根生長的影響。結(jié)果表明，IAA、JA、ACC、KT和2，4-EBL均抑制水稻幼苗主根的生長，抑制效果與濃度呈正相關(guān)；黑暗和光照條件下生長的水稻幼苗對植物生長調(diào)節(jié)劑的敏感性不同，IAA、JA、KT和2，4-EBL對黑暗條件下生長的水稻幼苗主根的抑制效果更為明顯，而ACC對光下生長的水稻幼苗主根的抑制效果更明顯，據(jù)此推測，光影響水稻幼苗對植物激素的敏感性。

關(guān)鍵詞：水稻；激素；植物生長調(diào)節(jié)劑；光；主根

中圖分類號：S511.01 文獻(xiàn)標(biāo)識號：A 文章編號：1001-4942（2013）10-0043-05

植物生長和發(fā)育過程是一個復(fù)雜的生理生化及物質(zhì)代謝過程，植物激素在植物的生長和發(fā)育過程中起著重要的調(diào)控作用^[1，2]，幾乎參與了植物生命周期的所有階段。外部或內(nèi)部激素對植物進(jìn)行一系列調(diào)控，從而直接或間接影響植物的營養(yǎng)生長和生殖生長，進(jìn)而影響植物的生物產(chǎn)量、營養(yǎng)品質(zhì)和生物安全性等^[3～5]。因此，研究植物生長物質(zhì)（激素）對植物生長發(fā)育的調(diào)節(jié)具有重要的理論和實(shí)踐意義^[6]。目前報道的植物激素至少有7類，脫落酸（Abscisic acid， ABA）、生長素（Auxin）、油菜素內(nèi)酯（Brassinosteroid）、細(xì)胞分裂素（Cytokinin）、乙烯（Ethylene）、赤霉素（Gibberellin， GA）和茉莉酸（Jasmonate， JA）^{[3， 7]}。

光不僅是光合作用的能量來源，同時也是一種重要的環(huán)境信號^[8]。植物感受不同光質(zhì)、光強(qiáng)等信號，不斷調(diào)整自身的生長發(fā)育，從而最大限度適應(yīng)不斷變化的環(huán)境。已有大量研究表明，光影響植物從種子萌發(fā)到果實(shí)成熟過程中的多個發(fā)育過程^[9，10]。近幾年來，關(guān)于光與植物激素信號途徑交叉作用的報道越來越多^[11]。光信號能夠影響植物激素代謝和應(yīng)答反應(yīng)，而激素狀態(tài)也能夠影響植物對光的應(yīng)答能力。擬南芥中的研究表明，光信號影響ABA、GA和生長素代謝和應(yīng)答途徑中相關(guān)基因的表達(dá)^[12～14]。HY5（Long hypocotyl 5）編碼bZIP（Basic leucine zipper）蛋白，該蛋白是植物光形態(tài)建成的正調(diào)控因子^[15]。最近的研究表明GA和細(xì)胞分裂素能夠在蛋白水平上調(diào)控HY5的表達(dá)。GA對擬南芥光形態(tài)建成的抑制作用一部分是通過降低HY5蛋白豐度而實(shí)現(xiàn)的^[16]。外源細(xì)胞分裂素處理能夠使黑暗生長的幼苗表現(xiàn)出光下生長表型，是由于細(xì)胞分裂素能夠誘導(dǎo)HY5蛋白的積累^[17]。

目前水稻中光信號和激素交叉作用的研究還非常少，我們已有的研究結(jié)果表明光敏色素介導(dǎo)的光信號影響水稻幼苗對GA和ABA的應(yīng)答反應(yīng)。光照條件下，利用GA生物合成抑制劑多效唑（Paclobutrazol， PAC）處理水稻幼苗能夠抑制地上部分的生長，phyB（Phytochrome B）介導(dǎo)的光信號負(fù)調(diào)控此反應(yīng)^[18]；種子萌發(fā)實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，phyB介導(dǎo)的光信號負(fù)調(diào)控水稻幼苗對ABA的敏感性^[19]。為了研究光對另外幾種植物激素對植物生長的影響，我們比較了幾種植物生長調(diào)節(jié)劑IAA（indole-3-acetic acid）、JA、ACC（1-Aminocyclopropanecarboxylic Acid）、KT（Kinetin）和2，4-EBL（2，4-Epibrassinolide）在黑暗和光照條件下對水稻幼苗主根生長的影響，為深入研究光信號與植物激素在調(diào)控水稻生長發(fā)育中的交叉作用機(jī)理奠定基礎(chǔ)。

1 材料與方法

1.1 植物材料

試驗(yàn)所用水稻品種為日本晴（Oryza sativa L. cv. Nipponbare）

1.2 激素處理

水稻種子去殼、表面消毒后，播種于含不同種類、不同濃度植物生長調(diào)節(jié)劑（購于Sigma公司）的0.4%（W/V）瓊脂培養(yǎng)基中，4℃冰箱中放置過夜，次日分別將其移至黑暗和光照（28℃，光照強(qiáng)度為7 200 lx）條件下培養(yǎng)7 d。

1.3 水稻幼苗主根長度測量及結(jié)果分析

測量水稻幼苗主根的長度，每個處理至少測量15棵， 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)使用Excel 2003進(jìn)行分析，分別計算不同種類、不同濃度植物生長調(diào)節(jié)劑處理的主根長度的平均值。

2 結(jié)果與分析

2.1 光對水稻主根生長的影響

首先比較了黑暗和光照條件下未經(jīng)任何激素處理的生長7 d的水稻主根的長度，結(jié)果表明光照條件下的主根長度顯著低于黑暗條件下主根的長度（圖1），說明光抑制主根的延伸。為了比較光信號在主根對不同植物生長調(diào)節(jié)物質(zhì)應(yīng)答反應(yīng)中的作用，分別以黑暗和光照條件下未經(jīng)任何激素處理的水稻幼苗主根的長度為100%，計算不同種類、不同濃度的植物生長調(diào)節(jié)物質(zhì)下主根的相對長度。

2.2 光對IAA抑制水稻主根生長的影響

比較了黑暗和光照條件下不同濃度IAA對幼苗主根生長的影響。黑暗條件下，外源IAA抑制水稻幼苗主根的生長，且隨著IAA濃度的增加抑制效果逐漸增強(qiáng)（圖2A）。光照條件下，外源IAA也抑制幼苗主根的生長（圖2B）。與黑暗條件相比，光照條件下外源IAA對幼苗主根生長的抑制效果減弱，如1 μmol/L IAA導(dǎo)致黑暗生長的水稻幼苗主根為對照的40%，而光照條件下水稻幼苗主根為對照的60%。據(jù)此推測，光減弱了外源IAA對水稻幼苗主根生長的抑制。

2.3 光對JA抑制水稻主根生長的影響

比較了黑暗和光照條件下不同濃度JA對幼苗主根生長的影響。黑暗條件下，外源JA抑制水稻幼苗主根的生長，且隨著JA濃度的增加抑制效果逐漸增強(qiáng)（圖3A）。光照條件下，外源JA也抑制幼苗主根的生長（圖3B）。與黑暗條件相比，光照條件下外源JA對幼苗主根生長的抑制效果減弱，如1 μmol/L JA導(dǎo)致黑暗生長的水稻幼苗主根為對照的40%，而光照條件下水稻幼苗主根為對照的50%。據(jù)此推測，光減弱了外源JA對水稻幼苗主根生長的抑制。

2.4 光對ACC抑制水稻主根生長的影響

比較了黑暗和光照條件下不同濃度ACC對幼苗主根生長的影響。黑暗條件下，較低濃度的外源ACC對水稻幼苗主根沒有明顯的作用，但較高濃度抑制水稻幼苗主根的生長，且隨著ACC濃度的增加抑制效果逐漸增強(qiáng)（圖4A）。光照條件下，外源ACC也抑制幼苗主根的生長（圖4B）。與黑暗條件相比，光照條件下外源ACC對幼苗主根生長的抑制效果顯著增強(qiáng)，如0.01 μmol/L ACC不影響黑暗生長水稻幼苗主根，而光照條件下水稻幼苗主根為對照的50%。10 μmol/L ACC導(dǎo)致黑暗生長的水稻幼苗主根為對照的80%，而光照條件下水稻幼苗主根為對照的50%。據(jù)此推測，光增強(qiáng)了外源ACC對水稻幼苗主根生長的抑制。

2.5 光對KT抑制水稻主根生長的影響

比較了黑暗和光照條件下不同濃度KT對幼苗主根生長的影響。黑暗條件下，外源KT抑制水稻幼苗主根的生長，且隨著KT濃度的增加抑制效果逐漸增強(qiáng)（圖5A）。光照條件下，外源KT也抑制幼苗主根的生長（圖5B）。與黑暗條件相比，光照條件下外源KT對幼苗主根生長的抑制效果減弱，如2 mg/L KT導(dǎo)致黑暗生長的水稻幼苗主根為對照的30%，而光照條件下水稻幼苗主

2.6 光對2，4-EBL抑制水稻主根生長的影響

比較了黑暗和光照條件下不同濃度2，4-EBL對幼苗主根生長的影響。黑暗條件下，外源2，4-EBL抑制水稻幼苗主根的生長，且隨著2，4-EBL濃度的增加抑制效果逐漸增強(qiáng)（圖6A）。光照條件下，外源2，4-EBL也抑制幼苗主根的生長（圖6B）。與黑暗條件相比，光照條件下外源2，4-EBL對幼苗主根生長的抑制效果減弱，如100 nmol/L 2，4-EBL導(dǎo)致黑暗生長的水稻幼苗主根為對照的60%，而光照條件下水稻幼苗主根為對照的80%。據(jù)此推測，光減弱了外源2，4-EBL對水稻幼苗主根生長的抑制。

3 討論

本研究結(jié)果表明，IAA、JA、KT、ACC和2，4-EBL均抑制水稻幼苗主根的生長，且隨著植物生長調(diào)節(jié)劑濃度的升高抑制效果更為明顯。關(guān)于這些激素對水稻幼苗生長的調(diào)控作用已有報道。利用IAA處理5 d的水稻幼苗，能夠抑制水稻主根的生長^[20]，且隨著外源IAA濃度的增大抑制效果更為明顯，這與本研究的結(jié)果一致。ARF（Auxin response factor）是生長素途徑的早期反應(yīng)因子，外源2，4-D（2，4-Dichlorophenoxyacetic acid）處理能夠抑制日本晴水稻幼苗根的生長，但是在OsARF12基因的缺失突變體Osarf12中卻不能^[21]，推測外源生長素類物質(zhì)可能通過調(diào)控水稻內(nèi)部生長素應(yīng)答途徑而影響水稻根的生長。Wang等^[22]發(fā)現(xiàn)水稻幼苗主根經(jīng)過JA處理后生長受到抑制，其抑制程度與濃度呈正相關(guān)，與本研究結(jié)果一致。Wang等^[22]和周愛清^[23]發(fā)現(xiàn)油菜素內(nèi)酯在一定濃度下會使水稻主根卷曲，較高濃度下會抑制水稻主根的生長。Kitomi等^[24]也發(fā)現(xiàn)利用細(xì)胞分裂素KT處理水稻幼苗能夠抑制根冠根和側(cè)根的啟動和生長，與我們的結(jié)果一致。Mao等^[25]用ACC處理水稻幼苗能明顯抑制主根的生長，抑制效果與ACC濃度呈正相關(guān)。在本研究中，對于黑暗條件下生長的水稻幼苗，低濃度ACC處理（0.01、0.1和1 μmol/L）不抑制主根的生長，而高濃度ACC抑制主根生長。這與Wuriyanghan等^[26]的報道略有不同，在他們的研究中，即使低濃度的ACC（如0.01、0.1 μmol/L）也能夠抑制幼苗主根的生長，可能是所用水稻的品種不同所致。

許多植物生長調(diào)節(jié)劑對植物都具有雙重作用，例如生長素，不論是根、芽，還是莖，生長素都是在較低濃度下促進(jìn)其生長，較高濃度時抑制其生長。在本研究中，外源IAA均抑制水稻幼苗主根的生長，且抑制效果與濃度呈正相關(guān)，這可能與我們試驗(yàn)中使用的IAA濃度較高有關(guān)。在今后實(shí)驗(yàn)中，我們將進(jìn)一步降低IAA或其他植物生長調(diào)節(jié)物質(zhì)的濃度，分析其對主根伸長的影響。

本研究首次系統(tǒng)地比較了黑暗和光照條件下不同植物生長調(diào)節(jié)劑對水稻幼苗主根生長的影響，結(jié)果表明，不同植物生長調(diào)節(jié)劑對光照和黑暗的反應(yīng)不同，光信號負(fù)調(diào)控IAA、JA、KT和2，4-EBL對主根生長的抑制作用，而正調(diào)控ACC的抑制作用。光信號如何影響水稻幼苗激素反應(yīng)的相關(guān)研究在擬南芥中已有報道，Oh等^[27]利用ChIP-chip（Chromatin immunoprecipitation-chip）和基因芯片（Gene chip）技術(shù)發(fā)現(xiàn)擬南芥PIF1（Phytochrome interacting factor 1）可以直接結(jié)合166個靶基因的啟動子，這些基因不僅包括GA和ABA信號途徑的應(yīng)答基因，還包括其它激素信號途徑基因，如生長素信號途徑基因IAA16（Indole acetic acid-induced protein 16）和ARF18，細(xì)胞分裂素信號途徑基因CRF1（Cytokinin response factor1）、CRF2和CRF3，JA信號途徑基因JAZ1（Jasmonate-zim-domain protein 1）和BR信號途徑基因BIM1（Bes1-interacting myc-like protein1），據(jù)此推測，擬南芥光敏色素感受光信號后通過與PIF1相互作用調(diào)控植物對不同激素的應(yīng)答反應(yīng)。然而，在水稻中是否存在相似的調(diào)控機(jī)制還需要進(jìn)一步研究。

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