赤霉素与多效唑对甘蔗愈伤再生苗植株内源激素含量的影响①

黄诚梅 班德宇 魏源文③ 邓智年 曹辉庆 吴凯朝

(1广西作物遗传改良生物技术重点开放实验室 广西南宁 530007；2广西农业科学院甘蔗研究所/农业部广西甘蔗生物技术与遗传改良重点实验室/广西甘蔗遗传改良重点实验室 广西南宁 530007)

甘蔗(Saccharum officinarumL.)是主要的糖料作物和能源作物，蔗糖产量占世界食糖总产量的76%，占我国食糖总产量的90%以上。选育与推广高产、高糖的甘蔗优良新品种，结合深耕深松、蔗叶还田、化学调控等旱地甘蔗栽培技术，为广西甘蔗糖产业持续发展提供有力的支撑[1]。

赤霉素(GA)是一种广泛存在的植物激素，参与调控各种各样的植物生长发育和生理过程[2]。赤霉素在甘蔗上的应用能影响果蔗株高、有效茎与产量[3]。Lu等[4]使用赤霉素30 g/667m2/a喷施甘蔗，明显影响甘蔗农艺性状如生长速度、茎重、有效茎、锤度、蔗糖含量与产量。El-Lattief等[5]使用浓度300 mg/mL GA3喷施甘蔗，提高株高、茎径、公顷有效茎数、蔗糖分与甘蔗产量。吴建明等[6-8]在甘蔗伸长初期使用200 mg/L GA3进行叶面喷施处理，明显提高了甘蔗茎长、单茎重与产量，中部茎分别提高了116.29%和28.43%，上、下部茎差异不明显；外源GA3主要通过调节甘蔗幼茎中的ABA和GA，其次是乙烯和生长素，从而促进节间伸长[6]。而多效唑(PP333)作为一种植物生长延缓剂，目前在甘蔗生产上少有应用，PP333单独使用或GA与PP333配合使用在小麦、甜高粱等作物上应用，能缩短植株的下部节间长度，增加植株抗倒伏能力[9-11]。前期试验结果表明[12]，GA处理能明显提高甘蔗愈伤再生苗株高；PP333处理后则抑制植株株高而茎径增粗；GA与PP333配合处理的甘蔗株高与茎径均明显高于对照，但对叶片长度及＋1、＋2、＋3节间等下部茎长影响不大。

由于多年来甘蔗品种单一化且长期连作，种性严重退化，需要对现有品种进行种性恢复以提高蔗糖业工农效益，而在生产上使用甘蔗脱毒健康种苗是目前最有效的技术措施之一[13]。目前，大量快速繁殖甘蔗脱毒健康种苗有：一种是通过诱导嫩叶外植体产生愈伤组织，由愈伤组织再分化成苗[14-16]；另一种是培养幼嫩茎顶端生长点附近的芽(顶芽、腋芽)，并大量分蘖繁殖[17-18]。在许多转基因作物研究中也采用通过愈伤组织再分化成苗方式。而甘蔗愈伤再生苗存在着幼苗比较弱小，根系吸收能力较差，抗逆性能不强，在大田生产上当年产量与品质不高，尤其是抗倒伏能力差等问题，也成为了转基因甘蔗分子育种研究发展的瓶颈，严重影响着甘蔗愈伤再生健康种苗在大田上的推广应用[12]。本试验以甘蔗品种 ‘新台糖22号’(‘ROC22’)愈伤再生苗为材料，于甘蔗生长前期分别使用GA和PP333均匀喷施于植株叶片等生长部位，调查甘蔗植株生长情况，同时分析植株叶片的内源激素含量变化，以探讨植物生长调节剂调控甘蔗愈伤再生苗生长的生理基础。

1 材料与方法

1.1 材料

试验材料为甘蔗品种 ‘新台糖22号’(‘ROC22’)愈伤再生苗。GA为成都市科龙化工试剂厂的化学纯，PP333为上海悦联化工有限公司生产的15%多效唑可湿性粉剂。

1.2 方法

1.2.1 材料种植与处理

试验在广西农业科学院试验基地甘蔗大棚进行。在大棚中选用黑质中粒河沙与菜园土1:1比例作为栽培基质进行桶栽种植，选取生长一致的甘蔗愈伤再生苗杯苗，每桶2株，定时定量淋水、浇灌肥料营养液，其他管理同一般的桶栽试验。材料处理于甘蔗愈伤再生苗生长前期进行，共设6个处理，分别是喷施清水(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次重复。将溶液均匀喷施于植株叶片等生长部位，每个处理喷施溶液1 L。分别于处理后第15、30、45、105、167 d选取对照与处理的甘蔗植株＋1叶距叶环20～60 cm区段的叶片去除中脉后，液氮速冻后保存在-80℃冰箱中用于生理生化指标测定；每个处理随机选取＋1叶10张，重复3次。

1.2.2 植株叶片内源激素含量测定

取处理后不同天数的甘蔗叶片，剪碎混匀后，用液氮研磨成细粉状，准确称取0.5 g作为测定样品。采用ELISA法[19]测定甘蔗叶片样品中生长素(IAA)、赤霉素(GA)、脱落酸(ABA)和玉米素核苷(ZR)，试剂盒为北京城林生物科技有限公司。样品中内源激素用0.1 mol/L的磷酸缓冲液(pH＝7.4)提取，每个样品重复3次。

1.2.3 数据分析

采用DPS v14.10软件进行数据统计分析，以Duncan新复极差法进行多重比较检验差异显著性。

2 结果与分析

2.1 GA与PP333处理甘蔗愈伤再生苗植株生长情况

GA处理能明显提高甘蔗愈伤再生苗株高，降低茎径、叶面积、叶片长度与宽度；PP333处理后则抑制植株株高和茎径增粗，后期均能有效提高其叶面积指数、叶片长度与宽度等；GA与PP333配合处理，其株高与茎径均明显高于对照，也提高了甘蔗叶面积与叶片宽度，但对叶片长度影响不大。经GA与PP333处理均未能提高甘蔗植株＋1、＋2、＋3节间等下部茎长(图1)[12]。

2.2 GA与PP333处理甘蔗愈伤再生苗植株叶片内源激素含量变化

2.2.1 IAA含量变化

由图2可知，经GA与PP333处理的甘蔗愈伤再生苗植株叶片IAA含量变化较于对照比较活跃。处理后第15天，GA单独或与PP333配合使用的IAA含量稍低于对照，而PP333单独使用的2个处理均高于对照。处理后第45天，5个处理均是有所下降，而在处理后第105天则又上升形成一个峰值，而后继续下降。

2.2.2 GA含量变化

由图3可知，经GA处理后，甘蔗叶片GA含量变化趋势与对照相似；而经单独PP333处理后，GA含量变化较平稳，除了第167天外，其余时间均高于对照。经GA与低浓度100 mg/L PP333处理后，GA含量在处理后第30天时急剧下降，而后呈快速上升；而GA与高浓度200 mg/L PP333的GA含量变化幅度最大，其在处理后第45天下降到低谷，而后上升在处理后第167天上升到最高值。

图3 G A与PP333处理甘蔗愈伤再生苗植株叶片的G A含量

2.2.3 ABA含量变化

由图4可知，GA与PP3334个处理甘蔗叶片中ABA含量与对照一样，在叶片生长过程中均呈逐渐上升趋势。4个处理ABA含量变化在处理后第15、30天比较稳定，且含量均高于对照，而各处理之间的变化规律不是很明显。

图4 G A与PP333处理甘蔗愈伤再生苗植株叶片的A BA含量

2.2.4 ZR含量变化

由图5可知，经GA处理后，甘蔗叶片ZR含量变化除了处理第30天明显高于对照，其余时间与对照相差不大；单独使用PP333的2个处理甘蔗叶片ZR含量前期稍有下降，之后变化幅度不大。GA与PP333配合处理，ZR含量总体上随处理时间延长而有所上升，其中GA与高浓度200 mg/L PP333处理的ZR含量在处理后第15天以较快速度下降，而后上升在第105天形成最高峰，随后下降到与对照保持在同一个水平。

图5 G A与PP333处理甘蔗愈伤再生苗植株叶片的ZR含量

2.3 GA与PP333处理甘蔗愈伤再生苗植株叶片GA/IAA、ABA/IAA、ZR/IAA变化

由图6可知，经GA、PP333处理的GA/IAA、A-BA/IAA、ZR/IAA比值变化幅度比较大。GA单独处理的GA/IAA、ABA/IAA、ZR/IAA比值变化趋势相似，尤其是ABA/IAA、ZR/IAA比值均在处理后第45天形成一个峰值，均高于对照。而低浓度PP333处理的GA/IAA、ZR/IAA比值变化趋势比较平稳，ABA/IAA比值则在处理后第45天形成一个峰值；高浓度PP333处理的GA/IAA比值与对照一样变化比较平稳，ABA/IAA、ZR/IAA比值则是在处理后第45天形成一个峰值，而后迅速下降，最后上升。GA与PP333配合使用的2个处理GA/IAA比值处理后第30天下降之后稍有上升，尤其是GA与高浓度PP333组合；ABA/IAA、ZR/IAA比值变化趋势较一致，除了A4处理的ZR/IAA外，均呈现在处理后第30、105天有2个小低谷，第45天则形成一个峰值，之后再迅速上升。

图6 G A与PP333处理甘蔗愈伤再生苗植株叶片的G A/IA A、A BA/IA A、ZR/IA A比值

3 讨论

植物生长促进剂GA可以打破休眠、种子发芽、茎的生长、叶的扩大，花粉管的生长、花和种子的发育、产量和品质等多种生长发育过程[20]。本研究中，GA处理能明显提高甘蔗株高，但未能明显改善植株叶片叶面积、叶片长度与宽度[12]。与前人[6-8]研究结果一致，GA处理明显提高了甘蔗植株高度与中部茎的长度，而上、下部茎的长度差异不明显。而植物生长延缓剂PP333对甘蔗生长调节效应却恰恰相反，抑制植株株高，茎径增粗。GA与PP333配合处理的甘蔗株高与茎径明显高于对照，增加植株下部茎节的茎粗而抑制其长度[12]。

外源植物生长调节剂能够对植物的生理过程如内源激素的合成、代谢或运输产生积极的调节作用，并且能够直接或间接调节植物体内源激素的含量与平衡，具有促进、抑制或改变植物生理过程的功能[21-22]。研究表明，GA3对IAA合成有促进作用，与IAA含量呈正相关；PP333则是降低GA3含量的同时可间接控制IAA含量[23-24]。本实验中，GA单独使用的处理则对甘蔗内源IAA呈低谷与峰值变化趋势，处理前期对内源ABA有促进作用，而对GA和ZR含量影响不大；在处理前期PP333处理增加了甘蔗植株叶片内源IAA、GA、ZR、ABA含量，均高于对照，而后期稍有抑制效应。GA与PP333配合，促进了内源IAA、ZR含量，前期促进了内源GA、ABA含量，尤其是GA与高浓度PP333配合处理。吴建明等[8]认为，GA对甘蔗幼茎玉米素无明显影响。本研究也表明，GA单独处理后对ZR含量影响不大，这可能是外源赤霉素对甘蔗幼茎的细胞分裂素不产生影响或是改变了细胞分裂的其他种类。外源PP333对甘蔗叶片内源生长素有一定的促进作用，这可能是PP333处理后甘蔗茎粗比对照稍高的原因。

内源激素含量及其平衡是调控植物生长发育的重要因素[25-29]，且在植物的生长发育过程中，任何一种生理过程往往不是某一种激素的单独作用，而是多种激素相互作用的结果[27-28]。对于受顶端优势影响很大的甘蔗而言也是如此，顶端产生极性向下运输的IAA是这种相对抑制的最初信号，它直接或者间接地抑制侧芽的生长[29]。本试验结果也表明，内源ABA/IAA、GA/IAA、ZR/IAA比值可以反映促进伸长的激素与抑制伸长的激素之间的相对平衡状态。单独GA处理的ABA/IAA、GA/IAA、ZR/IAA比值变化趋势相似。说明外源GA对甘蔗内源激素的影响是相互关联的，而促进生长的激素与抑制生长的激素的平衡状态决定甘蔗伸长效果。而经PP333处理的甘蔗愈伤再生苗植株，在后期促进了ZR/IAA的比值，尤其是低浓度PP333处理；ABA/IAA在甘蔗生长整个过程中总体上高于对照；GA/IAA比值在处理后各个时间均比对照高，这表明了外源PP333促进了GA/IAA比值，尤其是高浓度PP333处理。经外源PP333处理后提高了以上激素比值，这可能是外源PP333对甘蔗幼茎的细胞分裂素产生了抑制作用或是提高内源生长素的含量。经GA与PP333配合处理后，前期促进了GA/IAA比值，且高于对照，而后急剧下降，后期又对GA/IAA比值有促进效应，尤其是低浓度PP333处理；对于ABA/IAA、ZR/IAA比值处理与对照一样。

综上所述，本研究认为，GA与PP333处理甘蔗愈伤再生苗，其植株体内内源激素IAA、ZR含量及其GA/IAA、ZR/IAA比值变化较大，激素之间的平衡调节着甘蔗茎生长过程。研究植物激素对甘蔗愈伤再生苗生长发育过程的生理生化变化，将为生产中有效提高甘蔗抗倒伏能力及其产量和质量提供理论基础。