外源赤霉酸对杂交水稻亲本种子萌发的生理影响

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(1.海南热带海洋学院热带生物与农学院， 海南 三亚 572022； 2.仲恺农业工程学院生命科学学院， 广东 广州 510225)

外源赤霉酸对杂交水稻亲本种子萌发的生理影响

周述波1，贺立静1，林伟1，贺立红2

(1.海南热带海洋学院热带生物与农学院， 海南 三亚 572022； 2.仲恺农业工程学院生命科学学院， 广东 广州 510225)

外源赤霉酸GA3对杂交水稻亲本金23 B和V 20 B种子进行处理，其生理变化结果表明，外源GA3在浓度为50～110 mg/L时，随着浓度增加，可明显促进2个水稻品种亲本种子的萌发，当外源GA3浓度为110 mg/L时，提高了萌发种子中可溶性糖的含量，α-淀粉酶的活性，降低了种子内源IAA和ABA的含量，增加了内源GA3含量。

赤霉酸； 杂交水稻； 种子萌发

杂交水稻种子萌发除受温度，光照，水份，气体等条件影响外，同时也受化学类物质如植物生长调节剂的影响，目前在杂交水稻制育种过程中，为确保父母本花期相遇，农业生产上常使用植物生长调节剂“920”(主成分为GA3)，以提高杂交制育种过程中种子的产量，但随着“920”在杂交水稻生产上的应用，田间穗上种子萌发现象愈发普遍，众多研究者认为，此现象归因于其在农业生产上大量施用导致而成，从而引起杂交水稻亲本在制繁种过程中种子休眠被打破[1-2]，若杂交水稻于成熟后期遭遇长期阴雨天气，则易引发大面积穗上发芽[3]。本研究采用外源GA3对发芽差异显著的V 20 B与金23 B保持系种子进行浸种，以研究其萌发过程中生理变化规律，为植物生长物质对杂交水稻种子发芽及田间穗上芽的发生调控提供理论依据与应用基础。

1 材料与方法

1.1 材 料

供试材料由湖南农业大学水稻研究所与南繁育种基地提供的亲本金23 B和V 20 B，材料为生长周期比较接近而发芽差异相对显著的2个品种，GA3(85%)：湖南亚华种业股份有限公司生物药厂生产。

表2 V 20 B种子萌发时可溶性糖、可溶性蛋白及α-淀粉酶活性含量的变化

生理指标 对照(ck) 外源GA3 浸种24h培养24h培养48h浸种24h培养24h培养48h可溶性糖(μg/g)(DW)132．42189．76125．65151．37241．22167．38可溶性蛋白(μg/g)(DW)1．9212．1322．7061．8161．5252．646α⁃淀粉酶[mg/(g·5min)](FW)0．1860．1310．1030．2250．1960．127

1.2 方 法

1.2.1 植物生长调节剂处理浓度与时间的确定

选取充实饱满、大小一致的金23 B、V 20 B种子，于不同浓度(0，30，50，70，90，110，130 mg/L)的GA3浸种，于25 ℃暗处理24 h，用蒸馏水冲洗干净，从不同浓度处理中各取50粒种子，置于培养皿中(皿底垫湿润滤纸)，重复3次，在型号为RQX-300的人工气候光照培养箱(温度(30±1)℃，相对湿度(85±5)%，光照强度93.6μmol/(m2·s)，光照时间12 h)中培养，在培养24，48 h和72 h分别记录各处理的种子发芽势。根据胚萌的稃壳开裂且露白作为发芽标准，用以确定对种子发芽势影响显著的外源GA3浓度与时间。

1.2.2 材料的培养

对金23 B、V 20 B种子各称重10 g，依据1.2.1中选择对种子发芽势影响明显的GA3浓度浸种，蒸馏水作为对照(ck)浸种，浸24 h后各处理用蒸馏水反复冲洗直到干净，各取3 g检测其相应的生理指标，其余部分置于培养皿中(皿底垫湿润滤纸)，重复3次，于型号为RQX-300的人工气候箱(温度(30±1)℃，相对湿度(85±5)%，光照强度93.6μmol/(m2·s)，光照时间12 h)中培养，分别对培养24 h和48 h的样品取样进行相关生理指标检测。

1.2.3 相关生理指标方法测定及数据统计

可溶性蛋白测定采用考马斯亮兰法[4]；α-淀粉酶活性测定采用3，5-二硝基水杨酸法[5]；可溶性糖测定采用蒽酮比色法[5]，植物激素提取与测定参照王若仲[6]等方法进行。数据统计分析采用SPSS 19.0版软件完成。

2 结果与分析

2.1 GA3处理对杂交水稻亲本种子发芽势影响显著的浓度与时间的确定

2个品种用蒸馏水(0 mg/L)培养72 h，V 20 B比金23 B发芽势高出了10%，可知2个品种发芽差异比较显著。而从不同浓度的GA3处理种子后发芽势结果(表1)可知，与对照(0 mg/L)比较，于培养24，48 h时，GA3质量浓度为50～110 mg/L区间时，明显促进2个品种种子发芽，p=0.05水平上差异显著。GA3浓度为110 mg/L与130 mg/L相比，对促进2个品种种子发芽上差异均不显著。培养72 h时，V 20 B发芽势对照与处理差异不显著，而金23 B种子在GA3浓度为70 mg/L时，与对照比较差异显著。可知外源GA3对不易发芽的杂交水稻亲本种子有促进作用。

表1 GA3处理对金23 B和V 20 B种子发芽势(%)的影响

浓度(mg/L) V20B 金23B 24h48h72h24h48h72h065．33a72．67a96．33a62．67ab68．00ab86．33a3066．67a81．33b93．67b64．00a73．33a91．67ab5077．00b88．33c92．67ab75．00bc84．00bc92．33ab7086．00b88．67cd94．00ab82．33cd84．33b93．33b9085．67b89．67cde92．67ab89．33de91．67c94．00b11095．00c95．33e95．33ab92．67e94．33c94．33b13094．33c94．33cde95．33ab93．33e94．67c96．00b

注：不同字母表示平均数的差异达到5%显著水平。

2.2 GA3处理对杂交水稻亲本种子萌发过程中生理变化的影响

从表1可知，对水稻种子发芽有显著影响的GA3质量浓度在50～110 mg/L间，而在110 mg/L时与130 mg/L对种子萌发差异不显著，本实验选取促进种子发芽效果最为显著的浓度(110 mg/L)对亲本种子发芽期生理变化的影响进行研究，于浸种24 h，培养24，48 h时分别对各处理进行取样，测定其各项生理指标，探索植物生长调节剂对杂交水稻亲本种子萌发过程中相关生理变化的影响。

2.2.1 对可溶性糖含量变化的影响

对照中可知易发芽的V 20 B种子中可溶性糖含量高于金23 B，而GA3处理后两品种与对照种子比较，糖含量变化规律表现为先升后降的趋势，且促进了两品种种子中可溶性糖含量的增加，在外源GA3作用下，金23 B种子中可溶性糖含量与V 20 B比较，前者明显高于后者，这可能与GA3在打破种子休眠，促进不易发芽的种子萌发过程中为种子发芽提供更多的糖源有关。

表3 金23 B种子萌发时可溶性糖、可溶性蛋白及α-淀粉酶活性含量的变化

生理指标 对照(ck) 外源GA3 浸种24h培养24h培养48h浸种24h培养24h培养48h可溶性糖(μg/g)(DW)126．24179．36122．41193．25418．37255．79可溶性蛋白(μg/g)(DW)2．4351．7052．6272．5231．7163．331α⁃淀粉酶[mg/(g·5min)](FW)0．1560．1140．0890．1930．2270．162

表4 V 20 B种子中内源激素含量的变化

种子内植物激素 对照(ck) 外源GA3 浸种24h培养24h培养48h浸种24h培养24h培养48hGA3(μg/g)(DW)1．1821．5431．6941．6221．6851．713IAA(μg/g)(DW)0．7261．3130．3080．7140．7420．108ABA(μg/g)(DW)0．1240．3620．7540．0520．0660．078

表5 金23 B种子中内源激素含量的变化

种子内植物激素 对照(ck) 外源GA3 浸种24h培养24h培养48h浸种24h培养24h培养48hGA3(μg/g)(DW)1．6221．7352．0962．2642．3372．459IAA(μg/g)(DW)0．2670．5160．7130．2210．1980．105ABA(μg/g)(DW)0．1590．4860．5620．0610．0460．038

2.2.2 对可溶性蛋白含量变化的影响

外源GA3作用下金23 B种子中可溶性蛋白含量与V 20 B比较，前者高于后者，这可能与种子萌发需要有众多的蛋白参与及合成新的蛋白有关，而GA3为不易发芽的种子金23 B在萌发过程中可能为提供更多蛋白起了一定的促进作用有关。

2.2.3 对α-淀粉酶活性变化的影响

GA3处理和对照种子的α-淀粉酶活性比较，明显的提高了2个品种种子中α-淀粉酶活性，经处理的V 20 B种子中α-淀粉酶活性变化与对照规律相同，呈下降趋势，α-淀粉酶活性变化规律与赵玉锦等[7]研究水稻种子萌发过程中结论相一致。而金23 B中α-淀粉酶活性变化在48 h时活性增强，这可能与GA3诱导α-淀粉酶的合成需要一定的时间有关。

2.2.4 对内源激素变化的影响

GA3处理杂交水稻亲本种子对内源激素影响情况见表4、表5，与对照比较，内源GA3含量2个品种均高于对照，这可能与种子吸收外源GA3转化为内源GA3有关。对照V 20 B在培养的24，48 h，内源GA3分别增加了0.461μg/g(DW)和0.512μg/g(DW)，金23 B增加了0.113μg/g(DW)和0.374μg/g(DW)，内源GA3含量变化比较显著，但处理后的两品种种子中内源GA3含量在整个培养过程中，变化不明显，基本维持在一稳定水平，这可能与种子吸收外源GA3含量后在细胞内达到饱和状态有关。

内源IAA和ABA的含量在处理后2个品种种子中均低于对照，可能与种子萌发初期主要以水解淀粉提供能量与合成物质有关，GA3诱导α-淀粉酶诱导合成，促进胚乳中的淀粉降解，高浓度的GA3起主导作用，因此导致种子中结合态的IAA不能完全游离出来，IAA含量相对偏少，且激素间为保持相互平衡，而ABA与GA3的生理作用表现为相拮抗，内源GA3含量高，则可能引起ABA含量相应较少。

3 讨 论

GA3有诱导α-淀粉酶合成，打破种子休眠，促进萌发等生理作用[8-9]，本研究发现，外源GA3在浓度为50～110 mg/L时有利于促进2个杂交水稻亲本种子的萌发，这与目前大田制育种过程中为解除不育系包颈，从而施用大量“920”以提高母本柱头外露率，实现在花期与父本相遇而提高制育种过程中杂交水稻种子产量，而残留于种子中的“920”，当遭遇到长期的阴雨天气则引起田间穗上芽发生的现象相吻合[10]。种子萌发过程中大分子物质先降解为小分子物质，淀粉在酶的作用下先降解为糖类物质，与吴国欣[11]、胡子有[12]等得出的“GA3能提高种子内淀粉酶活性，让胚乳中淀粉水解为糖供胚生长，以加快种子的代谢，从而促进种子发芽”的结论相一致。本研究选用易穗上发芽的V 20 B和不易穗上发芽的金23 B亲本种子作为实验材料，发现差异显著的2个品种在可溶性糖含量与α-淀粉酶活性方面，易发芽的V 20 B高于金23 B，可知种子中α-淀粉酶活性越强，糖含量越高越易发芽。

用外源GA3处理杂交水稻亲本种子后，也引起了两品种种子中ABA，GA3和IAA等内源激素的含量水平发生了改变。内源GA3主要诱导α-淀粉酶的合成，从而促进种子的萌发，本研究发现，处理后2个品种种子的发芽率均大大提高，同时种子中内源GA3含量也大大增加,在浸种与培养的24 h内，而IAA与ABA含量水平均不同程度的降低与减少，表明促进种子发芽与内源激素GA3含量密切相关，可知GA3对促进杂交水稻种子打破休眠起了十分重要的作用。这为农业生产上找到与GA3生理作用相拮抗的生长抑制剂来降低种子及田间穗上芽的发生具有一定的指导作用。同时发现当GA3浓度大于110 mg/L时，促进杂交水稻2个品种亲本种子的萌发效果不显著，这可能与水稻种子萌发过程中对GA3吸收会出现阈值有关。钱海丰等研究发现，当GAs含量在大麦胚中出现饱和时，α-淀粉酶基因对GAs作用表现出迟钝[13]。

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声 明

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《种子》编辑部

The Physiological Effects of Exogenous Gibberellicacid on Germination of Hybrid Rice Parent Line Seeds

ZHOUShubo1，HELijing1，LINWei1，HELihong2

(1.College of Tropical Biology and Agronomy,Hainan Tropical Ocean University, Sanya Hainan 572022,China； 2.College of Life Science,Zhongkai University of Agriculture and Engineering,Guangzhou Guangdong 510225,China)

With seeds of hybrid rice parent line Jin 23 B and V 20 B as experimental material，the study is focused on the physiogical effects of exogenous GA3on germination of hybrid rice seeds.The results showed that seed germination of two varities were significantly promoted by 50-110 mg/L GA3，with the content increasing，physiological analysis indicated that soluble sugar content were increased，α-amylases activity were promoted,IAA and ABA content were degraded,and endogenous GA3were increased by 110 mg/L during seed germination.

gibberellicacid； hybrid rice； seed germination

2016-07-19

海南省自然科学基金项目外源生长调节剂对杂交水稻穗上芽发生的生理调控研究(编号：20153150)；三亚市院地科技合作项目外源生长物质对杂交水稻穗上芽发生的影响研究(编号：2014 YD 32)；琼州学院校级青年科学基金项目杂交水稻穗上芽发生的生理机制研究(编号：QYQN 201243)。

周述波(1974—)，男，硕士，副教授，主要从事植物生理生化等研究。

贺立红(1970—)，女，博士，教授，E-mail:helihong70@163.com。

10.16590/j.cnki.1001-4705.2016.12.035

S 511

A

1001-4705(2016)12-0035-04