谷子矮杆突变体对外源赤霉素的响应研究

(1.衡水学院生命科学系， 河北 衡水 053000； 2.河北省农科院旱作农业研究所， 河北 衡水 053000)

谷子原产于中国，古称粟，在我国北方有较广泛的种植。谷子富含多种人体必需营养元素，是传统食疗和食补的重要来源。同时，谷子作为我国北方的特色粮食作物，具有单穗粒多、基因组小、抗逆性强等特点，正在逐步成为新的模式植物[1]。

矮杆突变体可为改善作物株型、培育优质高产新品种提供便利，也可为研究植物矮化基因及其调控机理提供材料。二十世纪五六十年代,作物矮杆和半矮杆基因的应用，曾使水稻和小麦的产量大幅提高[2],因此，矮杆突变体的获得及育种研究，对提高作物产量极其重要。研究表明，许多植物矮化突变与赤霉素(gibberellin,GA)的代谢有关。赤霉素 (GAs)是植物体内一种重要的内源激素, 它不仅在植物的生长和发育过程中起到重要的调节作用，也可在逆境下调控植物的生长[3-4]。

谷子矮杆突变体衡谷12号，是由河北省农林科学院旱作农业研究所发现的天然培育具有成穗率高、分蘖性强、矮秆、早熟等特征的谷子品种[5]，通过采用不同浓度的外源赤霉素对衡谷12号和对照品种冀谷19号进行处理，期望对谷子矮杆突变体衡谷12号的矮化机理有所了解，为进一步利用矮杆突变体开展育种研究提供一定的理论基础。

1 材料与方法

1.1 材 料

供试谷子品种衡谷12号(矮杆突变体)和冀谷19号(对照)均由河北省农科院旱作农业研究所提供。

1.2 方 法

参照村上浩[6]的方法，并稍加修改。取2谷子品种各300粒，经0.1%氯化汞消毒10 min，蒸馏水冲洗，分别置于铺有3层湿润滤纸的培养皿中，每个培养皿中30粒种子，待种子萌发后，置于25 ℃培养箱中光照培养。在幼苗生长到1叶1心期时，用移液枪移取2μL配置好的6组不同浓度(0.003 2,0.016,0.08,0.4,2,10 mg·L-1)的外源赤霉素溶液，在幼苗刚出现的第2叶和第1叶的分蘖处进行点滴处理。待幼苗长至2叶1心期，用直尺测量不同品种谷子幼苗的主根长，侧根数与节间距，设置2个重复。

数据采用SPSS 12.U软件作图分析。

2 结果与分析

2.1 不同浓度外源赤霉素对谷子主根长的影响

赤霉素在高等植物的生长过程中可促进植物细胞的伸长[6]。由图1可以看出，经外源赤霉素处理后，2个谷子品种的主根长均有不同程度的提高，同时随着赤霉素浓度的增加，促进的效果越明显。在低浓度(0.003 2 mg·L-1和0.016 mg·L-1)赤霉素处理时， 冀谷19的主根长明显高于矮杆突变体衡谷12，随后二者基本趋于一致，但在最高值10 mg·L-1时，冀谷19又明显高于衡谷12。

2.2 不同浓度赤霉素对谷子侧根数的影响

赤霉素在高等植物的生长过程中对植物侧根的发育也有一定的影响。由图2可以看出，随着赤霉素浓度的提高，2谷子品种的侧根数均受到不同程度的抑制，且浓度越高抑制作用越明显。但在低浓度0.003 2 mg·L-1时，赤霉素对冀谷19号的侧根数有明显的促进作用，但已明显抑制衡谷12号的侧根数。同时，随着赤霉素浓度的升高，衡谷12号的抑制作用要明显高于冀谷19号，且浓度为10 mg·L-1时，衡谷12号的侧根数仅为对照的1/10。

图1 不同浓度赤霉素对谷子主根长的影响

图2 不同浓度赤霉素对谷子侧根数的影响

2.3 不同GA浓度对谷子节间距的影响

赤霉素在植物的发育过程中，对植物的节间发育有一定的影响。由图3可以看出，经不同浓度赤霉素处理后，2个谷子品种的节间距均有不同程度的增加，且随着浓度的升高，促进趋势越明显。赤霉素浓度为0.003 2 mg·L-1时，节间距较对照高出近1倍，当浓度为10 mg·L-1时，衡谷12号高出对照近6倍，冀谷19号则高出对照近10倍。

图3 不同浓度赤霉素对谷子节间距的影响

3 讨 论

赤霉素作为植物体内重要的内源激素之一，在植物生长发育过程中发挥着重要的作用，如种子萌发，根系发育，非生物胁迫等方面[4,8]。在植物中，主要由分裂旺盛的组织来合成赤霉素，即在根系分生组织中合成，其主要作用部位为根的内皮层[9]。有研究表明，低浓度的赤霉素就可明显促进植物主根的伸长[10]。本研究中，外源赤霉素处理时，2个谷子品种主根长均呈增加趋势，仅在低浓度和高浓度处理时，突变体品种相对较矮，表明外源赤霉素对2个谷子品种的主根长均起到一定的促进作用，并且矮杆突变体与对照品种的差异不明显。

植物激素是植物侧根发育过程中重要的调控因子，有研究表明，外源赤霉素能明显诱导侧根特异相关基因NAC1的表达[11]。此外，在对棉花种子的处理中发现，低浓度的赤霉素可明显增加侧根数目，高浓度时,则抑制侧根数目[12]。本研究发现，赤霉素在较低浓度时对冀谷19号的侧根数有明显的促进作用，但对衡谷12号则始终表现为抑制作用，说明赤霉素对不同物种不同品种间的侧根数均有不同程度的影响。

植物的株高是多基因控制的数量性状，并且不同基因间存在一定的互作效应，节间距的缩短是植株变矮的一个重要特征。温玥等研究表明，在一定浓度的赤霉素处理下，油茶新梢节间距显著增加[13]。本研究中外源赤霉素处理也可明显促进节间距的伸长。

谷子作为一种粮草兼用的高效作物，在未来会发挥更好的应用前景。利用矮杆突变体进一步创造高产优质谷子新品种，进一步扩大种植区域，具有重要的研究价值。衡谷12号矮杆突变体对外源赤霉素处理后，在不同性状均表现出具有较高的敏感性，由此初步推断此突变体的矮杆性状可能由非赤霉素通路中的基因突变所致，可能存在其他相关基因的突变，进而导致此品种的矮杆性状。后续将开展相关研究，深入挖掘矮杆相关基因，为以后进一步利用矮杆突变体进行新品种选育奠定基础。