1、赤霉素和脱落酸与籽粒灌浆及对结实的影响 黄升谋 1 邹应斌 21 襄樊学院化学与生物科学系，襄樊 441053；2.湖南农业大学水稻科学研究所，长沙410128摘 要 赤霉素和脱落酸与水稻籽粒灌浆有密切的关系，强弱势籽粒内源赤霉素和脱落酸含量的动态其灌浆强度动态基本一致，对籽粒灌浆起促进作用。于抽穗期喷施脱落酸能显著提高杂交水稻两优培九弱势粒的结实率和充实度,从而提高其产量，对其强势粒的结实率和充实度无显著影响。于水稻抽穗期喷施赤霉素对杂交水稻两优培九的强弱势粒结实率和充实度以及产量均无显著影响。关键词 赤霉素 脱落酸 籽粒灌浆 结实The relationship of gibberelli
2、ng and abscisic acid with grains-filling and the effect on settingHUANG Sheng-Mou1 ZOU Ying-Bin21. Department of chemistry and biology, xiangfan University, xiangfan 432100, Hubei2. Rice Research Institute, Hunan Agricultural University, Changsha 410128, HunanAbstract Gibberelling and abscisic acid
3、correlated closely with grains-filling. Both of the contents of gibberelling and abscisic acid of endogenesis were consistent with grains- filling, it showed that Gibberelling and abscisic acid promoted grains-filling. Application of abscisic acid could significantly increase the setting percentage
4、and grains-filling degree of inferior grains of hybrid rice liangyoupeijiu, consequently increased its yield, whereas it did not significantly effect on superior grains. Application of gibberelling did not effect on the setting percentage and grains-filling degree of inferior grains and superior gra
5、ins and the yield of hybrid rice liangyoupeijiu.Key words: Gibberelling; Abscisic acid; Grains-filling; Setting当前，超高产杂交水稻特别是亚种间杂交水稻选育成功，极大地提高了水稻的产量。它们库容量大，穗大粒多，高产潜力很大，但结实率和充实度较低，特别是弱势粒(下部二次枝梗籽粒)结实率和充实度较低，影响了其产量进一步提高 1。弱势粒约占水稻籽粒的三分之一左右（大穗型品种） ，且随着穗形的增加，弱势粒所占的比例更大。内源植物激素是调节植物生长发育的，而籽粒灌作者简介：黄升谋（1962-）
6、，男，汉族，湖北武汉人，博士，副教授，从事水稻生理研究。E-mail:基金项目：湖南省自然科学基金(01JJY2035)和湖北省教育厅中青年科学基金（2002B2002）资助项目。浆是水稻开花后最重要的生理活动，必然受到植物激素的调控。前人研究表明，有的植物激素能向其作用部位调运营养物质,提高库活性 2，有的能提高水稻籽粒淀粉合成有关酶的活力 3，促进籽粒灌浆，有的能提高韧皮部的装载和卸载4-6，从而直接或间接影响作物的结实率和充实度。籽粒灌浆的速率和最终粒重的大小，在很大程度上取决于籽粒（库）内激素的平衡和调节 7。因此，研究植物激素与籽粒灌浆及对杂交水稻结实率和充实度的影响，找到提高其结实
7、率和充实度的措施有着重要理论与实践意义。材料与方法供试材料为水稻品种两优培九。1 籽粒灌浆生长分析 于抽穗期选择整齐一致的穗挂牌标记 300 穗，从抽穗当天开始，每 4 天取一次样，每次取 30 穗，烘干，然后分强势粒（上部 3 个一次枝梗上抽穗当天开花的籽粒） 、弱势粒（下部 3 个二次枝梗上除去顶粒，抽穗后 6 天开花的籽粒）和单穗称重，考查籽粒灌浆动态。2 赤霉素和脱落酸的提取及含量测定分别称取强势粒和弱势粒新鲜样品各 0.5 克，加入 80%甲醇 11ml，于冰浴弱光下研磨成匀浆，于 4冰厢中浸提 15 小时，3000g 离心 10 分钟，上清液进行真空冷冻离心，浓缩除去甲醇，加入 0
8、.1molL1 醋酸铵 8ml 复溶，27000g 离心 20 分钟，上清液经聚乙烯聚吡咯烷酮柱和二乙基氨基乙基交联葡聚糖凝胶柱，再过 C18Sep-Pak 小柱，定容至 10.0ml，再过 0.45 滤膜，滤液即为上机试液。流动相为：甲醇2%醋酸0.1molL -1NH4AC H 2O=40 40 10 10 色谱柱：C18 柱+C18 预柱，用岛津高效液相色谱仪于 UV254nm 紫外检测赤霉素和脱落酸的含量。3 植物生长调节剂处理试验于湖南农业大学水稻科学研究所试验地进行。于抽穗期用赤霉素和脱落酸 2 种植物激素喷施穗部，浓度分别是：赤霉素：30mg/L; 脱落酸：210 -5mol/L
9、;以喷水为对照，随机区组设计，重复 4 次， 小区面积 23 米，一般大田水肥管理。然后观察处理后结实率、充实度以及产量的差异。4 结实率、充实度以及产量的考查于成熟期取穗数相同的 20 株，分强势粒、弱势粒及其它籽粒考查其结实率、充实度以及产量。充实度以结实籽粒千粒重与比重大于 1.1g/ml 籽粒千粒重之比表示。结果与分析1 籽粒灌浆动态籽粒灌浆动态由图 1 所示。抽穗后的天数（D）A:单穗累积灌浆曲线抽穗后的天数（D）抽穗后的天数（D）B:单穗灌浆强度曲线抽穗后的天数（D）C：强弱势粒灌浆强度曲线注：Y1：强势粒 Y2：弱势粒图 1：籽粒灌浆曲线单穗重weightofsingleear(
10、g)灌浆速率Grainsfillingrate(g/dear)灌浆速率Grains-fillingrate(g/d100grains)2 2 2 2 2 2Figure 1: The curve of grains-filling由图 1 可知，两优培九单穗累积灌浆曲线为双“S”型，两个拐点分别为16 天和 28 天，单穗灌浆强度曲线有两个高峰，也为 16 天和 28 天，为 2 次灌浆型。从强弱势粒灌浆强度曲线可知，两优培九为明显的异步灌浆型，强势粒灌浆起步早，抽穗后，灌浆强度迅速增加，8 天到达高峰，然后迅速下降；弱势粒抽穗后 0-16 天灌浆处于停滞状态，以后开始缓慢上升，28 天到达高
11、峰，以后开始缓慢下降。强势粒灌浆高峰期灌浆强度高，灌浆持续时间较短；弱势粒灌浆高峰期灌浆强度较低，持续时间较长。2 赤霉素、脱落酸含量动态变化及与籽粒灌浆的关系植物激素是调节植物生长发育的，水稻籽粒灌浆是水稻灌浆期最重要的生理活动，必然受到植物激素的调控。杂交水稻两优培九籽粒发育过程中赤霉素、脱落酸的含量变化如图 2 所示。从图 2 可知，抽穗后强势粒赤霉素含量迅速上升，6 天到达高峰，6-12 天缓慢下降，12-18 天迅速下降，以后缓慢下降。弱势粒抽穗后 0-12 天赤霉素含量变化较小，且显著低于强势粒，6 天后迅速上升，18-24 天后到达高峰， 24-30 天迅速下降，以后又缓慢下降。
12、强弱势赤霉素含量高峰期与籽粒灌浆高峰期基本一致。单粒赤霉素含量抽穗期强势粒很低，抽穗后 6 天迅速上升，12 天到达高峰，比单位重含量高峰晚 6 天，以后逐渐下降。弱势粒抽穗后 0-12 天单粒赤霉素含量变化较小，12 天后迅速上升，24 天到达高峰，以后逐渐下降。强弱势粒单粒赤霉素含量与其灌浆强度有显著的正相关。抽穗后的天数（D） 抽穗后的天数（D） 图 2：强弱势粒赤霉素含量注：Y1：强势粒 Y2：弱势粒从图 2 可知，强势粒抽穗后脱落酸含量迅速上升，6 到达高峰，6-12 天缓赤霉素含量Thecontentsofgibberellin(ng/gfw)单粒赤霉素含量Thesinglegra
13、incontentsofgibberellin(ng/g)(ng/gfw)慢降低，12 天后迅速降低，24 天后又缓慢降低。而弱势粒 0-12 天脱落酸含量变化很小，12 天后迅速增加，18-24 天到达高峰，以后迅速降低。强弱势粒脱落酸含量高峰期与其灌浆高峰期基本一致。强势粒单粒脱落酸含量抽穗期很低，0-6 天迅速上升，12 天到达高峰，以后迅速降低。弱势粒单粒脱落酸含量 0-12天也很低，12 天后迅速增加，24 天到达高峰，以后逐步降低。强弱势粒脱落酸单粒含量变化趋势与籽粒灌浆趋势一致，与其灌浆强度有显著的正相关。抽穗后的天数（D） 抽穗后的天数（D） 图 8：强弱势粒脱落酸含量注：Y1
14、：强势粒 Y2：弱势粒3 赤霉素和脱落酸对产量的影响于抽穗期喷施赤霉素和脱落酸，并以喷水为对照，得产量及结实特性如下表：产量及结实特性Yield and the feature of setting处理 产量 强势粒(superior grains ) 弱势粒(inferior grains)treatment yield/g 结实率 千粒重 充实度 结实率 千粒重 充实度setting weight of one filling setting weight of one fillingpercentage/% thousand grains/g rate/% percentage/% th
15、ousand grains/g rate/%脱落酸 182.15 89.5 25.7 92.3 66.2 25.4 91.2赤霉素 153.62 88.2 24.7 88.8 62.0 24.3 87.3水 151.96 89.1 25.1 90.1 62.0 24.0 86.2注：产量为 5 兜的产量脱落酸含量Thecontentsofabscisic(ng/g) 每粒脱落酸含量 The singlegraincontentsof abscisicacid(ng/g)从上表可知，与抽穗期喷水相比，经脱落酸处理的产量显著提高（LSD 0.05=25.64；LSD 0.01=37.31） ，其弱
16、势粒结实率（LSD 0.05=3.2；LSD 0.01=4.6）和充实度（LSD 0.05=3.4；LSD 0.01=4.8）也显著高于喷水处理，而强势粒结实率和充实度虽然也高于喷水处理，但未达显著水平。而经赤霉素和生长素处理的产量、结实率和充实度与水处理的相比，差异都未达显著水平。可见，用脱落酸处理能提高杂交水稻二优培九的产量，其原因是提高了其弱势粒结实率和充实度。小结与讨论从本研究可知，杂交水稻 2 优培九强弱势粒为典型的异步灌浆型组合，其单穗灌浆强度曲线为双峰型，表现出“二次灌浆”特性。其强弱势粒赤霉素和脱落酸单粒含量与籽粒灌浆曲线基本一致，对籽粒灌浆表现出一定的促进作用。赤霉素一方面能
17、促进色氨酸合成 IAA，另一方面能抑制吲哚乙酸氧化酶和过氧化物酶的活性，促进 IAA 的合成，抑制其降解，提高 IAA 的含量；赤霉素能影响维管蛋白基因表达，影响皮层维管的排列，促进细胞的伸长和扩大；赤霉素能延缓籽粒衰老，延长灌浆时间，有利于胚乳细胞的发育，从而促进籽粒灌浆充实。而 ABA 则随着籽粒灌浆进程含量逐渐增高，且籽粒灌浆越快，其含量增加越多。前人研究表明，脱落酸可以抑制一些水解酶的活性， 促进 ADPG 焦磷酸酶和淀粉合成酶等的活性、从而有利于淀粉和蛋白质的合成与累积，增加对蔗糖的需求而促进物质运转 3；ABA 通过调节库中酸性转化酶的活性促进蔗糖分解为葡萄糖和果糖，从而促进库对蔗
18、糖的吸收和卸载 5，ABA 通过调节 ATP酶的活性，减少 H+穿过膜的运转动力，增加了 H+/蔗糖共运输，从而促进了同化物向籽粒的运输 6。另外，ABA 能促进有机物韧皮部卸载并和赤霉素一起共同调控籽粒灌浆期的成熟和衰老。所以脱落酸能促进籽粒灌浆充实。从本研究可知，外源赤霉素处理对水稻结实率和充实度的影响并不显著，其原因是多方面的。首先，内源激素对植物都有一定的生理作用，而外源激素可能根本就没有生理作用或没有某一项生理作用。因为越来越多的分子生物学证据表明，植物激素除了能直接调节某些酶的活性直接影响生理活动外，主要是通过与受体蛋白或其它蛋白结合因子（反式作用因子）结合（IAA 和 ABA 的
19、结合蛋白已有不少研究，已克隆出了 ABA 的顺式作用元件和反式作用因子） ，然后通过激素-受体蛋白（结合因子）复合物与其 DNA 结合位点（顺式作用元件）结合从而改变 DNA 的空间构象，使 RNA 聚合酶与启动子形成开放启动子复合物，从而启动特定基因表达。植物激素通过与不同蛋白结合因子结合，从而调控不同基因表达，这可能就是植物激素具有多种生理功能的分子基础。在原核生物中，很多功能上相关的基因前后相连成串，由一个共同的控制区进行转录调控，组成一个操纵元，各种基因产物是根据需要按比例确定的。在植物体内，植物激素与其受体蛋白（结合因子）可能也是按一定的比例而存在，这样内源激素就可以与其受体蛋白（结
20、合因子）结合，从而发挥其生理功能。而外源激素进入，打破了两者的平衡，因而没有相应的受体蛋白（结合因子）与之结合，因而不能显示相应的生理功能。所以赤霉素处理没能提高二优培九的产量是可以理解的。 研究植物激素与籽粒灌浆的关系，多数学者都是以单位重量籽粒植物激素含量为单位研究的，少数学者以单粒植物激素含量为单位研究的 1，3 。水稻籽粒灌浆是以籽粒为单位进行的，随着籽粒灌浆的进行，无机物和有机物进入籽粒，这就对植物激素起着稀释作用，使籽粒后期含量偏低，前期相对偏高。然而单粒植物激素含量未必减少。本研究 2 种植物激素的单粒含量都与籽粒灌浆强度有高度的正相关，含量越高，灌浆强度越高。说明 2 种植物激
21、素对籽粒灌浆自始至终都有促进作用。而以单位重植物激素含量为单位则 2 种植物激素含量与灌浆强度相关不显著，仅仅其高峰期与灌浆高峰期一致。特别是弱势粒灌浆前期，其单位重植物激素含量较高，但籽粒灌浆强度极低，而抽穗后 30 天，2 种植物激素的单位重较低，灌浆强度较高。所以以单粒植物激素含量为单位可能更反映植物激素与籽粒灌浆的关系。参 考 文 献1 黄升谋，邹应斌. .水稻强弱势粒结实生理研究. 作物学报, 2005,31(1):102-1072 Borkovee V, Prochazka S. Pre-Anthesis Interaction of Cytokinins and ABA in t
22、he Transport of14C-sucrose to the Ear of winter wheat (Triticu m aestivu m L)J.Journal of Agronomy and Crops Science,1992,169(4):229-235.3 杨建昌,王志琴,朱庆森,苏宝林.ABA 与 GA 对水稻籽粒灌浆的调控 .作物学报，1999，25（3）:341-3473 柏新付，蔡永萍，聂凡.脱落酸与稻麦籽粒灌浆的关系.植物生理学通讯，1989（3）：40.4 张上隆，陈昆松，叶庆富等. 柑橘授粉处理和单性结实子房（幼果）内源 IAA，ABA 和ZT 含量的变化，园
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