張凱+喬新榮

摘要：通過測(cè)定花藥不同發(fā)育時(shí)期的花蕾內(nèi)源激素含量變化，以評(píng)價(jià)化學(xué)殺雄劑2號(hào)對(duì)水稻育性的影響。結(jié)果表明：經(jīng)化學(xué)殺雄劑處理后，不同發(fā)育時(shí)期的花藥IAA、GA3含量顯著降低，而ABA含量則顯著上升；隨著花藥的發(fā)育，處理組中的IAA、GA3含量整體上逐漸降低，而ABA含量在四分體時(shí)期最高，在單胞期又恢復(fù)到花粉母細(xì)胞時(shí)期的水平。綜合分析表明，花藥IAA和GA3含量的降低及ABA含量的上升是化學(xué)殺雄劑2號(hào)誘導(dǎo)水稻雄性不育的主要原因。研究結(jié)果可為揭示化學(xué)殺雄劑誘導(dǎo)植物雄性不育機(jī)理提供理論依據(jù)。

關(guān)鍵詞：化學(xué)殺雄劑；水稻；雄性不育；內(nèi)源激素；花藥

中圖分類號(hào)： S511.01文獻(xiàn)標(biāo)志碼：

文章編號(hào)：1002-1302（2016）08-0095-02

雜交水稻的培育和應(yīng)用對(duì)我國水稻產(chǎn)量的提升作出了巨大的貢獻(xiàn)，創(chuàng)造了享譽(yù)世界的神話。傳統(tǒng)的三系法雜交育種程序繁瑣、周期長(zhǎng)、效率低下，而且成本較高。通過可育系與不育系雜交育種，以獲得具有顯著雜種優(yōu)勢(shì)的雜交新品種，可極大地縮短育種年限。雜種優(yōu)勢(shì)的利用，被認(rèn)為是提升農(nóng)作物產(chǎn)量和價(jià)值的重要技術(shù)[1-2]。而雄性不育系的獲得是雜種優(yōu)勢(shì)利用的關(guān)鍵之一。因此，開發(fā)利用雄性不育親本是確保母本異型雜交和大規(guī)模獲得F1代雜交種子的重要途徑。

研究發(fā)現(xiàn)，化學(xué)殺雄劑2號(hào)對(duì)水稻的殺雄效果較好，特別是在葉枕距7～12 cm時(shí)殺雄率最高，為殺雄最佳時(shí)期[3]。前人對(duì)化學(xué)殺雄劑誘導(dǎo)水稻雄性不育的細(xì)胞學(xué)和生理基礎(chǔ)進(jìn)行了廣泛的研究[4-6]，但未見對(duì)水稻花蕾不同發(fā)育時(shí)期內(nèi)源激素變化的系統(tǒng)報(bào)道。本研究通過測(cè)定殺雄劑2號(hào)處理后，水稻花藥發(fā)育6個(gè)時(shí)期的IAA、GA、ABA含量，以進(jìn)一步研究分析化學(xué)殺雄劑誘導(dǎo)水稻雄性不育的生理基礎(chǔ)。

1材料與方法

1.1材料與試劑

材料為適合豫南地區(qū)種植的粳稻品種水晶3號(hào)。供試化學(xué)殺雄劑2號(hào)為中國科學(xué)院廣州化學(xué)研究所提供，供試濃度為0.05%。

1.2處理方法

試驗(yàn)于2013年5—10月初在大田進(jìn)行，株行距采用 0.1 m×0.5 m，每個(gè)處理種植4行，每行12株，各3次重復(fù)。在水稻葉枕距達(dá)到7～12 cm時(shí)，按最佳單株用藥量為10～11 mL/株，采用小型手動(dòng)噴霧器均勻噴施于水稻葉片表面，對(duì)照噴清水。分別收集造孢細(xì)胞增殖期（花粉母細(xì)胞期）、四分體時(shí)期（減數(shù)分裂期）、單胞期、2胞期、3胞期及成熟期的花藥，保存于-80 ℃，備用。

[JP3]吲哚乙酸 （IAA）含量（FW）測(cè)定，參照文獻(xiàn)[7]方法測(cè)定。

1.3赤霉素（GA3）含量（FW）測(cè)定

參照文獻(xiàn)[7]的方法測(cè)定。

1.4脫落酸（ABA）提取與含量（FW）測(cè)定

ABA的提取參照Aharoni等的方法[8]，含量測(cè)定則按照ABA ELISA定量試劑盒 （Agrisera，Sweden）步驟進(jìn)行。

2結(jié)果與分析

2.1IAA含量的動(dòng)態(tài)變化

由表1可以看出，IAA含量在對(duì)照和處理組中、花藥不同發(fā)育時(shí)期的變化趨勢(shì)是一致的，均在四分體時(shí)期含量最高，然后下降，且對(duì)照組花藥中的IAA含量在各時(shí)期均顯著高于殺雄劑2號(hào)處理后的水稻花藥。其中在四分體時(shí)期的IAA含量為16.58 ng/g，說明這個(gè)時(shí)期花藥發(fā)育需要大量的IAA，因?yàn)樗艽龠M(jìn)花粉母細(xì)胞減數(shù)分裂期物質(zhì)的代謝，以供應(yīng)其所需的底物和能量。化學(xué)殺雄處理以后，IAA含量降到很低水平，只有7.87 ng/g，說明化學(xué)殺雄劑影響了水稻花藥IAA的代謝合成。

據(jù)后不同小寫字母表示α=0.05水平的差異顯著性。下表同。[FK）]

2.2GA3含量在花藥中的動(dòng)態(tài)變化

化學(xué)殺雄劑2號(hào)是由中國科學(xué)院廣州化學(xué)研究所研制的一種可高效誘導(dǎo)水稻雄性不育的化學(xué)雜交劑。在影響化學(xué)殺雄劑殺雄效果的因素中，處理濃度和噴藥時(shí)期是2個(gè)最關(guān)鍵的因素。研究發(fā)現(xiàn)，化學(xué)殺雄劑2號(hào)的最佳處理濃度為 0.05%，最佳處理時(shí)期為葉枕距7～12 cm時(shí)[3，9]。本研究所采用的處理濃度和時(shí)期，均參考最佳處理濃度和時(shí)間。

植物的生長(zhǎng)發(fā)育、物質(zhì)能量代謝、抗逆境脅迫等均離不開內(nèi)源激素的調(diào)控作用。大量研究表明，農(nóng)作物 （如小麥、水稻、棉花等）雄性不育與其內(nèi)源激素的失調(diào)緊密相關(guān)[10-12]。因此，研究化學(xué)雜交劑處理后不同發(fā)育時(shí)期的水稻花藥內(nèi)源激素的動(dòng)態(tài)變化水平，對(duì)揭示化學(xué)殺雄劑誘導(dǎo)水稻雄性不育機(jī)理，具有十分重要的意義。

IAA是植物組織和器官的養(yǎng)分輸入庫，調(diào)節(jié)營養(yǎng)物質(zhì)的分配[13]。本研究發(fā)現(xiàn)，對(duì)照花藥中的IAA水平顯著高于化學(xué)殺雄劑處理后的花藥，在四分體時(shí)期IAA含量最高，與解海巖等關(guān)于雄性不育棉花花藥的研究結(jié)果一致[12]?；ǚ勰讣?xì)胞物質(zhì)代謝在這個(gè)時(shí)期最旺盛，需要足夠的IAA才能滿足物質(zhì)代謝所需的底物和能量。但是，化學(xué)殺雄劑處理后，導(dǎo)致水稻花藥IAA水平下降，維管束發(fā)育異常，水分和養(yǎng)分的正常分配遭破壞，引起花粉母細(xì)胞營養(yǎng)底物和能量供應(yīng)的不足，最終導(dǎo)致花粉敗育[14]。在研究化學(xué)雜交劑GENESIS誘導(dǎo)的小麥雄性不育過程中發(fā)現(xiàn)，可育系中的IAA含量在單核期、2核期和3核期均顯著低于不育系，但隨著藥物處理劑量的增加而升高[15]。在茄子的功能性雄性不育研究中，也發(fā)現(xiàn)了不育系花藥IAA含量高于可育系[16]。同時(shí)，Homer等研究表明，高水平的IAA累積表達(dá)可誘導(dǎo)乙烯的代謝產(chǎn)生，從而導(dǎo)致植物的雄性不育[17]。總而言之，花藥IAA水平的失衡，是引起植物雄性不育的原因之一。

GA3可增強(qiáng)植物細(xì)胞壁的伸展性，對(duì)細(xì)胞的長(zhǎng)度和體積具有促進(jìn)作用，與花藥正常發(fā)育和花粉成熟緊密相關(guān)[13]。在棉花不育系花藥中，絨氈層細(xì)胞和花粉母細(xì)胞較可育系小很多，只有其30%～50%[18]；在油菜可育系品種中，也觀察到了比不育系大的花器官[19]。本研究結(jié)果顯示，處理組水稻花藥GA3含量顯著低于對(duì)照組，表明GA3含量的降低，可能是導(dǎo)致花粉敗育的因子之一。

ABA是植物體內(nèi)的一種生長(zhǎng)抑制劑，可通過抑制細(xì)胞分裂和伸長(zhǎng)而抑制細(xì)胞的生長(zhǎng)，從而促進(jìn)細(xì)胞的衰老[13]。大量研究表明，花藥中ABA含量高低與花粉的育性具有重要相關(guān)性，且可育品種的ABA水平顯著低于不育系[12，19-21]。本研究也發(fā)現(xiàn)，化學(xué)殺雄劑2號(hào)處理后的水稻花藥ABA含量顯著高于未處理的水稻花藥?？梢酝茰y(cè)，化學(xué)殺雄劑2號(hào)處理水稻以后，ABA在花藥中的累積，促進(jìn)花粉母細(xì)胞的衰老和死亡，最終形成敗育的花粉，導(dǎo)致雄性不育。

關(guān)于植物激素調(diào)控與雄性不育關(guān)系的研究報(bào)道已經(jīng)比較多，但是具體的機(jī)制仍不是特別清晰。許多研究認(rèn)為，激素可直接誘導(dǎo)植物雄性不育[14，16]。但是許多最新的研究發(fā)現(xiàn)，植物內(nèi)源激素可作為信號(hào)分子，調(diào)控體內(nèi)基因的表達(dá)[22-23]。因此，可能還存在基因內(nèi)源激素調(diào)控育性基因表達(dá)的間接機(jī)制，但是需要進(jìn)一步的深入研究。

可以認(rèn)為，植物內(nèi)源激素在正常發(fā)育條件下處于一個(gè)比較均衡的水平，化學(xué)殺雄劑2號(hào)處理水稻后，打破了水稻花藥內(nèi)源激素的平衡狀態(tài)，引起IAA和GA3含量的降低，而ABA含量上升，最終導(dǎo)致水稻育性的改變。研究結(jié)果對(duì)水稻雄性不育機(jī)理的揭示具有重要意義。

參考文獻(xiàn)：

[1]李培武，丁小霞，張文，等. 甘藍(lán)型油菜葉片硫苷含量的雜種優(yōu)勢(shì)研究[J]. 中國油料作物學(xué)報(bào)，2007，29（4）：387-390.

[2]傅廷棟. 雜交油菜的育種與利用[M]. 武漢：湖北科學(xué)技術(shù)出版社，1995：6.

[3]陳佩琳. 施藥時(shí)期在水稻化學(xué)殺雄制種中的主導(dǎo)作用[J]. 華南農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，1984，5 （4）：13-23.

[4]華南農(nóng)學(xué)院農(nóng)學(xué)系作物生態(tài)遺傳研究室. 殺雄劑一號(hào)誘導(dǎo)水稻雄性不育的細(xì)胞學(xué)觀察[J]. 遺傳學(xué)報(bào)，1978，5 （3）：181-185.

[5]謝學(xué)民，奚海福，黃建中，等. 化學(xué)殺雄劑對(duì)水稻花藥氨基酸含量與育性的影響[J]. 浙江農(nóng)業(yè)學(xué)報(bào)，1994，6 （1）：51-53.

[6]黃雪清，高東迎，楊安南，等. 化學(xué)殺雄劑Ⅲ號(hào)誘導(dǎo)水稻雄性不育過程中幼穗、穎花、花藥中核酸和蛋白質(zhì)代謝研究[J]. 作物學(xué)報(bào)，2001，27（6）：827-831.

[7]張能剛，周燮. 三種內(nèi)源酸性植物激素與農(nóng)墾585育性轉(zhuǎn)換的關(guān)系[J]. 南京農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，1992，15 （3）：7-12.

〖FQ（21。54，ZX，DY-W〗[KH*4D]

[8]Aharoni N，Blumenfeld A，Richmond A E. Hormonal activity in detached lettuce leaves as affected by leaf water content[J]. Plant Physiology，1977，59（6）：1169-1173.

[9]傅秀林， 吳長(zhǎng)明， 金京花. 化學(xué)殺雄劑2號(hào)對(duì)水稻的殺雄效果分析[J]. 吉林農(nóng)業(yè)科學(xué)，1993（4）：15-17.[ZK）]

[10]李英賢，張愛民，黃鐵城. 小麥細(xì)胞質(zhì)雄性不育與花粉組織內(nèi)源激素的關(guān)系[J]. 農(nóng)業(yè)生物技術(shù)學(xué)報(bào). 1996，4（4）：307-313.

[11]Tang R S，Zheng J C，Jin Z Q，et al. Possible correlation between high temperature-induced floret sterility and endogenous levels of IAA，GAs and ABA in rice （Oryza sativa L.）[J]. Plant Growth Regulation，2008，54（1）：37-43.

[12]解海巖，蔣培東，王曉玲，等. 棉花細(xì)胞質(zhì)雄性不育花藥敗育過程中內(nèi)源激素的變化[J]. 作物學(xué)報(bào)，2006，32（7）：1094-1096.

[13]Buchanan B B，Gruissen W，Jones R L. Biochemistry & molecular biology of plants[M]. Beijing：Science Press，2002：850-895.

[14]李六林，張紹玲. 植物生長(zhǎng)物質(zhì)對(duì)雄性育性的調(diào)節(jié)作用[J]. 中國農(nóng)學(xué)通報(bào)，2006，22（5）：211-215.

[15]劉宏偉，張改生，王軍衛(wèi)，等. GENESIS誘導(dǎo)小麥雄性不育與幼穗中乙烯含量的關(guān)系[J]. 西北農(nóng)林科技大學(xué)學(xué)報(bào)：自然科學(xué)版，2003，31（3）：39-42.

[16]丁澤琴. 茄子功能性不育的細(xì)胞學(xué)及內(nèi)源激素變化研究[D]. 重慶：西南大學(xué)，2014.

[17]Homer H，Milton A R. Microsporogenesis in normal and cytoplasmic male sterile pepper[J]. American Journal of Botany，1973，60（4）：7.

[18]王學(xué)德，張?zhí)煺妫思荫x. 細(xì)胞質(zhì)雄性不育棉花小孢子發(fā)生的細(xì)胞學(xué)觀察和線粒體DNA 的 RAPD分析[J]. 中國農(nóng)業(yè)科學(xué)，1998，31（2）：70-75.

[19]蔣梁材，劉啟鑫. 甘藍(lán)型油菜雄性不育系與可育系花蕾的生理生化特性[J]. 中國油料，1994，16（1）：11-14.

[20]趙玉錦，童哲，陳華君. 內(nèi)源植物激素與光敏核不育水稻農(nóng)墾58S 育性的關(guān)系[J]. 植物學(xué)報(bào)，1996，38（12）：936-941.

[21]吳智明，胡開林，符積欽，等. 辣椒胞質(zhì)雄性不育與花蕾內(nèi)源激素含量的關(guān)系[J]. 華南農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，2010，31 （2）：1-4

[22]Zhang H，Xu C，He Y，et al. Mutation in CSA creates a new photoperiod-sensitive genic male sterile line applicable for hybrid rice seed production[J]. Proceedings of the National Academy of Sciences，2013，110（1）：76-81.

[23]Sheoran I S，Dumonceaux T，Datla R，et al. Anthocyanin accumulation in the hypocotyl of an ABA-over producing male-sterile tomato （Lycopersicon esculentum） mutant[J]. Physiologia Plantarum，2006，127（4）：681-689.

[FQ）]