黃誠梅 班德宇 魏源文③ 鄧智年 曹輝慶 吳凱朝

(1廣西作物遺傳改良生物技術(shù)重點開放實驗室 廣西南寧 530007；2廣西農(nóng)業(yè)科學院甘蔗研究所/農(nóng)業(yè)部廣西甘蔗生物技術(shù)與遺傳改良重點實驗室/廣西甘蔗遺傳改良重點實驗室 廣西南寧 530007)

甘蔗(Saccharum officinarumL.)是主要的糖料作物和能源作物，蔗糖產(chǎn)量占世界食糖總產(chǎn)量的76%，占我國食糖總產(chǎn)量的90%以上。選育與推廣高產(chǎn)、高糖的甘蔗優(yōu)良新品種，結(jié)合深耕深松、蔗葉還田、化學調(diào)控等旱地甘蔗栽培技術(shù)，為廣西甘蔗糖產(chǎn)業(yè)持續(xù)發(fā)展提供有力的支撐[1]。

赤霉素(GA)是一種廣泛存在的植物激素，參與調(diào)控各種各樣的植物生長發(fā)育和生理過程[2]。赤霉素在甘蔗上的應用能影響果蔗株高、有效莖與產(chǎn)量[3]。Lu等[4]使用赤霉素30 g/667m2/a噴施甘蔗，明顯影響甘蔗農(nóng)藝性狀如生長速度、莖重、有效莖、錘度、蔗糖含量與產(chǎn)量。El-Lattief等[5]使用濃度300 mg/mL GA3噴施甘蔗，提高株高、莖徑、公頃有效莖數(shù)、蔗糖分與甘蔗產(chǎn)量。吳建明等[6-8]在甘蔗伸長初期使用200 mg/L GA3進行葉面噴施處理，明顯提高了甘蔗莖長、單莖重與產(chǎn)量，中部莖分別提高了116.29%和28.43%，上、下部莖差異不明顯；外源GA3主要通過調(diào)節(jié)甘蔗幼莖中的ABA和GA，其次是乙烯和生長素，從而促進節(jié)間伸長[6]。而多效唑(PP333)作為一種植物生長延緩劑，目前在甘蔗生產(chǎn)上少有應用，PP333單獨使用或GA與PP333配合使用在小麥、甜高粱等作物上應用，能縮短植株的下部節(jié)間長度，增加植株抗倒伏能力[9-11]。前期試驗結(jié)果表明[12]，GA處理能明顯提高甘蔗愈傷再生苗株高；PP333處理后則抑制植株株高而莖徑增粗；GA與PP333配合處理的甘蔗株高與莖徑均明顯高于對照，但對葉片長度及＋1、＋2、＋3節(jié)間等下部莖長影響不大。

由于多年來甘蔗品種單一化且長期連作，種性嚴重退化，需要對現(xiàn)有品種進行種性恢復以提高蔗糖業(yè)工農(nóng)效益，而在生產(chǎn)上使用甘蔗脫毒健康種苗是目前最有效的技術(shù)措施之一[13]。目前，大量快速繁殖甘蔗脫毒健康種苗有：一種是通過誘導嫩葉外植體產(chǎn)生愈傷組織，由愈傷組織再分化成苗[14-16]；另一種是培養(yǎng)幼嫩莖頂端生長點附近的芽(頂芽、腋芽)，并大量分蘗繁殖[17-18]。在許多轉(zhuǎn)基因作物研究中也采用通過愈傷組織再分化成苗方式。而甘蔗愈傷再生苗存在著幼苗比較弱小，根系吸收能力較差，抗逆性能不強，在大田生產(chǎn)上當年產(chǎn)量與品質(zhì)不高，尤其是抗倒伏能力差等問題，也成為了轉(zhuǎn)基因甘蔗分子育種研究發(fā)展的瓶頸，嚴重影響著甘蔗愈傷再生健康種苗在大田上的推廣應用[12]。本試驗以甘蔗品種 ‘新臺糖22號’(‘ROC22’)愈傷再生苗為材料，于甘蔗生長前期分別使用GA和PP333均勻噴施于植株葉片等生長部位，調(diào)查甘蔗植株生長情況，同時分析植株葉片的內(nèi)源激素含量變化，以探討植物生長調(diào)節(jié)劑調(diào)控甘蔗愈傷再生苗生長的生理基礎。

1 材料與方法

1.1 材料

試驗材料為甘蔗品種 ‘新臺糖22號’(‘ROC22’)愈傷再生苗。GA為成都市科龍化工試劑廠的化學純，PP333為上海悅聯(lián)化工有限公司生產(chǎn)的15%多效唑可濕性粉劑。

1.2 方法

1.2.1 材料種植與處理

試驗在廣西農(nóng)業(yè)科學院試驗基地甘蔗大棚進行。在大棚中選用黑質(zhì)中粒河沙與菜園土1:1比例作為栽培基質(zhì)進行桶栽種植，選取生長一致的甘蔗愈傷再生苗杯苗，每桶2株，定時定量淋水、澆灌肥料營養(yǎng)液，其他管理同一般的桶栽試驗。材料處理于甘蔗愈傷再生苗生長前期進行，共設6個處理，分別是噴施清水(CK)、100 mg/L GA(A1)、100 mg/L PP333(A2)、 200mg/LPP333(A3)、 100mg/LGA＋100 mg/L PP333(A4)、 100 mg/L GA＋200 mg/L PP333(A5)， 3次重復。將溶液均勻噴施于植株葉片等生長部位，每個處理噴施溶液1 L。分別于處理后第15、30、45、105、167 d選取對照與處理的甘蔗植株＋1葉距葉環(huán)20～60 cm區(qū)段的葉片去除中脈后，液氮速凍后保存在-80℃冰箱中用于生理生化指標測定；每個處理隨機選?。?葉10張，重復3次。

1.2.2 植株葉片內(nèi)源激素含量測定

取處理后不同天數(shù)的甘蔗葉片，剪碎混勻后，用液氮研磨成細粉狀，準確稱取0.5 g作為測定樣品。采用ELISA法[19]測定甘蔗葉片樣品中生長素(IAA)、赤霉素(GA)、脫落酸(ABA)和玉米素核苷(ZR)，試劑盒為北京城林生物科技有限公司。樣品中內(nèi)源激素用0.1 mol/L的磷酸緩沖液(pH＝7.4)提取，每個樣品重復3次。

1.2.3 數(shù)據(jù)分析

采用DPS v14.10軟件進行數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析，以Duncan新復極差法進行多重比較檢驗差異顯著性。

2 結(jié)果與分析

2.1 GA與PP333處理甘蔗愈傷再生苗植株生長情況

GA處理能明顯提高甘蔗愈傷再生苗株高，降低莖徑、葉面積、葉片長度與寬度；PP333處理后則抑制植株株高和莖徑增粗，后期均能有效提高其葉面積指數(shù)、葉片長度與寬度等；GA與PP333配合處理，其株高與莖徑均明顯高于對照，也提高了甘蔗葉面積與葉片寬度，但對葉片長度影響不大。經(jīng)GA與PP333處理均未能提高甘蔗植株＋1、＋2、＋3節(jié)間等下部莖長(圖1)[12]。

2.2 GA與PP333處理甘蔗愈傷再生苗植株葉片內(nèi)源激素含量變化

2.2.1 IAA含量變化

由圖2可知，經(jīng)GA與PP333處理的甘蔗愈傷再生苗植株葉片IAA含量變化較于對照比較活躍。處理后第15天，GA單獨或與PP333配合使用的IAA含量稍低于對照，而PP333單獨使用的2個處理均高于對照。處理后第45天，5個處理均是有所下降，而在處理后第105天則又上升形成一個峰值，而后繼續(xù)下降。

2.2.2 GA含量變化

由圖3可知，經(jīng)GA處理后，甘蔗葉片GA含量變化趨勢與對照相似；而經(jīng)單獨PP333處理后，GA含量變化較平穩(wěn)，除了第167天外，其余時間均高于對照。經(jīng)GA與低濃度100 mg/L PP333處理后，GA含量在處理后第30天時急劇下降，而后呈快速上升；而GA與高濃度200 mg/L PP333的GA含量變化幅度最大，其在處理后第45天下降到低谷，而后上升在處理后第167天上升到最高值。

圖3 G A與PP333處理甘蔗愈傷再生苗植株葉片的G A含量

2.2.3 ABA含量變化

由圖4可知，GA與PP3334個處理甘蔗葉片中ABA含量與對照一樣，在葉片生長過程中均呈逐漸上升趨勢。4個處理ABA含量變化在處理后第15、30天比較穩(wěn)定，且含量均高于對照，而各處理之間的變化規(guī)律不是很明顯。

圖4 G A與PP333處理甘蔗愈傷再生苗植株葉片的A BA含量

2.2.4 ZR含量變化

由圖5可知，經(jīng)GA處理后，甘蔗葉片ZR含量變化除了處理第30天明顯高于對照，其余時間與對照相差不大；單獨使用PP333的2個處理甘蔗葉片ZR含量前期稍有下降，之后變化幅度不大。GA與PP333配合處理，ZR含量總體上隨處理時間延長而有所上升，其中GA與高濃度200 mg/L PP333處理的ZR含量在處理后第15天以較快速度下降，而后上升在第105天形成最高峰，隨后下降到與對照保持在同一個水平。

圖5 G A與PP333處理甘蔗愈傷再生苗植株葉片的ZR含量

2.3 GA與PP333處理甘蔗愈傷再生苗植株葉片GA/IAA、ABA/IAA、ZR/IAA變化

由圖6可知，經(jīng)GA、PP333處理的GA/IAA、A-BA/IAA、ZR/IAA比值變化幅度比較大。GA單獨處理的GA/IAA、ABA/IAA、ZR/IAA比值變化趨勢相似，尤其是ABA/IAA、ZR/IAA比值均在處理后第45天形成一個峰值，均高于對照。而低濃度PP333處理的GA/IAA、ZR/IAA比值變化趨勢比較平穩(wěn)，ABA/IAA比值則在處理后第45天形成一個峰值；高濃度PP333處理的GA/IAA比值與對照一樣變化比較平穩(wěn)，ABA/IAA、ZR/IAA比值則是在處理后第45天形成一個峰值，而后迅速下降，最后上升。GA與PP333配合使用的2個處理GA/IAA比值處理后第30天下降之后稍有上升，尤其是GA與高濃度PP333組合；ABA/IAA、ZR/IAA比值變化趨勢較一致，除了A4處理的ZR/IAA外，均呈現(xiàn)在處理后第30、105天有2個小低谷，第45天則形成一個峰值，之后再迅速上升。

圖6 G A與PP333處理甘蔗愈傷再生苗植株葉片的G A/IA A、A BA/IA A、ZR/IA A比值

3 討論

植物生長促進劑GA可以打破休眠、種子發(fā)芽、莖的生長、葉的擴大，花粉管的生長、花和種子的發(fā)育、產(chǎn)量和品質(zhì)等多種生長發(fā)育過程[20]。本研究中，GA處理能明顯提高甘蔗株高，但未能明顯改善植株葉片葉面積、葉片長度與寬度[12]。與前人[6-8]研究結(jié)果一致，GA處理明顯提高了甘蔗植株高度與中部莖的長度，而上、下部莖的長度差異不明顯。而植物生長延緩劑PP333對甘蔗生長調(diào)節(jié)效應卻恰恰相反，抑制植株株高，莖徑增粗。GA與PP333配合處理的甘蔗株高與莖徑明顯高于對照，增加植株下部莖節(jié)的莖粗而抑制其長度[12]。

外源植物生長調(diào)節(jié)劑能夠?qū)χ参锏纳磉^程如內(nèi)源激素的合成、代謝或運輸產(chǎn)生積極的調(diào)節(jié)作用，并且能夠直接或間接調(diào)節(jié)植物體內(nèi)源激素的含量與平衡，具有促進、抑制或改變植物生理過程的功能[21-22]。研究表明，GA3對IAA合成有促進作用，與IAA含量呈正相關(guān)；PP333則是降低GA3含量的同時可間接控制IAA含量[23-24]。本實驗中，GA單獨使用的處理則對甘蔗內(nèi)源IAA呈低谷與峰值變化趨勢，處理前期對內(nèi)源ABA有促進作用，而對GA和ZR含量影響不大；在處理前期PP333處理增加了甘蔗植株葉片內(nèi)源IAA、GA、ZR、ABA含量，均高于對照，而后期稍有抑制效應。GA與PP333配合，促進了內(nèi)源IAA、ZR含量，前期促進了內(nèi)源GA、ABA含量，尤其是GA與高濃度PP333配合處理。吳建明等[8]認為，GA對甘蔗幼莖玉米素無明顯影響。本研究也表明，GA單獨處理后對ZR含量影響不大，這可能是外源赤霉素對甘蔗幼莖的細胞分裂素不產(chǎn)生影響或是改變了細胞分裂的其他種類。外源PP333對甘蔗葉片內(nèi)源生長素有一定的促進作用，這可能是PP333處理后甘蔗莖粗比對照稍高的原因。

內(nèi)源激素含量及其平衡是調(diào)控植物生長發(fā)育的重要因素[25-29]，且在植物的生長發(fā)育過程中，任何一種生理過程往往不是某一種激素的單獨作用，而是多種激素相互作用的結(jié)果[27-28]。對于受頂端優(yōu)勢影響很大的甘蔗而言也是如此，頂端產(chǎn)生極性向下運輸?shù)腎AA是這種相對抑制的最初信號，它直接或者間接地抑制側(cè)芽的生長[29]。本試驗結(jié)果也表明，內(nèi)源ABA/IAA、GA/IAA、ZR/IAA比值可以反映促進伸長的激素與抑制伸長的激素之間的相對平衡狀態(tài)。單獨GA處理的ABA/IAA、GA/IAA、ZR/IAA比值變化趨勢相似。說明外源GA對甘蔗內(nèi)源激素的影響是相互關(guān)聯(lián)的，而促進生長的激素與抑制生長的激素的平衡狀態(tài)決定甘蔗伸長效果。而經(jīng)PP333處理的甘蔗愈傷再生苗植株，在后期促進了ZR/IAA的比值，尤其是低濃度PP333處理；ABA/IAA在甘蔗生長整個過程中總體上高于對照；GA/IAA比值在處理后各個時間均比對照高，這表明了外源PP333促進了GA/IAA比值，尤其是高濃度PP333處理。經(jīng)外源PP333處理后提高了以上激素比值，這可能是外源PP333對甘蔗幼莖的細胞分裂素產(chǎn)生了抑制作用或是提高內(nèi)源生長素的含量。經(jīng)GA與PP333配合處理后，前期促進了GA/IAA比值，且高于對照，而后急劇下降，后期又對GA/IAA比值有促進效應，尤其是低濃度PP333處理；對于ABA/IAA、ZR/IAA比值處理與對照一樣。

綜上所述，本研究認為，GA與PP333處理甘蔗愈傷再生苗，其植株體內(nèi)內(nèi)源激素IAA、ZR含量及其GA/IAA、ZR/IAA比值變化較大，激素之間的平衡調(diào)節(jié)著甘蔗莖生長過程。研究植物激素對甘蔗愈傷再生苗生長發(fā)育過程的生理生化變化，將為生產(chǎn)中有效提高甘蔗抗倒伏能力及其產(chǎn)量和質(zhì)量提供理論基礎。