生长素与高粱杂种优势关系分析

商 靖,逄洪波,王兰兰,李雪梅,王艳秋,李玥莹

(1.沈阳师范大学生命科学学院,沈阳 110034;2.辽宁省农业科学院,沈阳 110161)

0 引 言

【研究意义】高粱是一种产量高、抗逆性强、适应性强的C4植物[1]。我国很多地区均有种植地方老品种,但老品种高粱米籽粒较小,产量较低[2]。杂种优势是指2个以上遗传基础不同的亲本杂交产生的杂种后代在生长势、生活力、产量、品质等方面优于亲本的现象[3]。杂种高粱,优势表现为植株矮壮、生长整齐,穗大粒多,抗逆性强,增产幅度一般在30%以上,有的甚至成倍增长。植物内源激素控制植物生长发育,参与杂种优势的调节。【前人研究进展】前人对生长素、赤霉素、脱落酸、水杨酸和杂种优势的关系均有研究[4],参与植物生长和发育的诸多过程[5]。揭示了生长素可能促进杂种的生长发育[6],杨成超[7]从内源激素的角度研究了杨树一年生苗高生长形态建成与杂种优势的关系,不同发育时期节间数量增加量不同可能与生长素、脱落酸含量有关。【本研究切入点】有关生长素与高粱杂种优势关系的研究相对较少。需研究高粱生长素(IAA)与杂种优势之间的潜在关系。【拟解决的关键问题】以11个亲本及组配的11个杂交种为材料,测定生长素含量以及生长素基因的表达,对比分析杂交子代的生长素含量与生长素基因的表达,研究生长素含量与杂种优势的关系,为高粱育种中杂种优势的利用提供重要依据。

1 材料与方法

1.1 材 料

试材为22个高粱品种,分别在抽穗期和成熟期随机取其倒二叶。

以同一父本0-01,分别以繁B-34、003B、LB-16、01-26B为母本,杂交得到子代辽粘6号、辽粘3号、辽杂19、辽杂36;

以同一父本9544.7037,分别以P01B、01-22B、01-26B、1053B为母本,杂交得到子代辽夏梁1号、辽2297、辽2697、辽5397;

以同一母本繁B-34,分别以9544.7037、NK1为父本,杂交得到子代辽糯7号、辽糯11号;

以同一母本01-26B,分别以3550、0-01、9544.7037为父本,杂交得到子代辽杂35、辽杂36、辽2697。

1.2 方 法

1.2.1 生长素含量测定

生长素含量利用高效液相色谱法测定,参考候凯等的方法。采用高效液相色谱仪和色谱柱,流动相为100%甲醇:乙酸(乙酸:水=0.8∶54.2)=45∶55,在流速0.8 mL/min、柱温35℃、波长254 nm条件下检测曲线走向,绘制标准曲线,代入公式换算出生长素含量。

1.2.2 RNA的提取

使用试剂盒提取抽穗期、成熟期高粱叶片中RNA,提取方法按照说明书步骤。

1.2.3 生长素基因引物选取

查找文献[8]确定引物。

1.2.4 cDNA的合成和荧光定量PCR

以总RNA为模版,参照TaKaRa RT-PCR试剂盒说明书反转录合成cDNA。以cDNA为模版进行目的基因、内参基因的扩增,使用SYBR Premix ExTaqII进行RT-PCR扩增。反应条件为:95℃预变性30 s;95℃ 变性5 s,60℃退火30 s,40次循环;72℃ 20 s,溶解曲线程序60～95℃,反应完成以后,电脑自动生成Ct值、熔解曲线。

1.3 数据处理

用Excel、SPSS软件对获取数据进行统计分析,使用Origin软件制图。

2 结果与分析

2.1 生长素含量比较

2.1.1 母本与杂交种的生长素含量在抽穗期、成熟期的比较(父本0-01)

研究表明,同一品种不同时期时4个母本与4个杂交种的生长素含量从抽穗期到成熟期呈上升趋势。父本0-01与不同母本杂交后,杂交品种辽粘3号、辽杂19、辽杂36的生长素含量在成熟期均高于其对应的母本。其中以0-01为父本,LB-16为母本杂交得到的辽杂19,其生长素含量在抽穗期最高,达到了154.78 μg/(g·FW)。以0-01为父本,01-26B为母本杂交得到的辽杂36,其生长素含量在成熟期最高,达到了430.07 μg/(g·FW)。图1、2

图1 母本在抽穗期、成熟期生长素含量变化

图2 杂交种在抽穗期、成熟期生长素含量变化

2.1.2 母本与杂交种的生长素含量在抽穗期、成熟期的比较(父本9544.7037)

研究表明,同一品种不同时期时4个母本与4个杂交种的生长素含量从抽穗期到成熟期呈上升趋势。父本9544.7037与不同母本杂交后,杂交品种辽夏梁1号、辽2297、辽2697、辽5397的生长素含量在抽穗期、成熟期均高于其对应的母本。其中以9544.7037为父本,1053B为母本杂交得到的辽5397,其生长素含量在抽穗期最高,达到了321.58 μg/(g·FW)。以9544.7037为父本,01-22B为母本杂交得到的辽2297,其生长素含量在成熟期最高,达到了732.57 μg/(g·FW)。图3、4

2.1.3 父本与杂交种的生长素含量在抽穗期、成熟期的比较(母本繁B-34)

研究表明,9544.7037与NK1成熟期的生长素含量均低于抽穗期,与繁B-34杂交得到的杂交种辽糯7号与辽糯11号在成熟期的生长素含量均高于抽穗期。母本繁B-34与不同父本杂交后,杂交品种辽糯7号、辽糯11号的生长素含量在抽穗期均低于其对应的父本,在成熟期均高于对应的父本。其中以繁B-34为母本,NK1为父本杂交得到的辽糯11号,其生长素含量在成熟期最高,达到了353.21 μg/(g·FW)。图5、6

图3 母本在抽穗期、成熟期生长素含量变化

图4 杂交种在抽穗期、成熟期生长素含量变化

图5 父本在抽穗期、成熟期生长素含量变化

图6 杂交种在抽穗期、成熟期生长素含量变化

2.1.4 父本与杂交种的生长素含量在抽穗期、成熟期的比较(母本01-26B)

研究表明,0-01与9544.7037成熟期的生长素含量均低于抽穗期,3550成熟期的生长素含量高于抽穗期。与01-26B杂交得到的杂交种辽杂36成熟期的生长素含量低于抽穗期,而辽杂35与辽2697成熟期的生长素含量均高于抽穗期。母本01-26B与不同父本杂交后,杂交品种辽杂35的生长素含量在抽穗期和成熟期均高于其对应父本,其生长素含量在成熟期达到了704.94 μg/(g·FW)。图7、8

2.2 IAA基因表达比较

2.2.1 母本与杂交种的IAA基因表达在抽穗期、成熟期的比较(父本0-01)

研究表明,在成熟期大部分品种的基因表达量低于抽穗期,辽粘6号在抽穗期基因表达量最大,辽杂19在成熟期基因表达量最大。图9

图7 父本在抽穗期、成熟期生长素含量变化

图8 杂交种在抽穗期、成熟期生长素含量变化

图9 母本与杂交种在抽穗期、成熟期IAA基因的表达量

2.2.2 母本与杂交种的IAA基因表达在抽穗期、成熟期的比较(父本9544.7037)

研究表明,在成熟期除辽2697外,绝大部分品种基因表达量低于抽穗期,辽2297在抽穗期基因表达量最大,辽2697在成熟期基因表达量最大。图10

2.2.3 父本与杂交种的IAA基因表达在抽穗期、成熟期的比较(母本繁B-34)

研究表明,在成熟期,辽糯7号,辽糯11号的基因表达量均高于抽穗期,且辽糯11号在抽穗期和成熟期的基因表达量均最大。图11

图10 母本与杂交种在抽穗期、成熟期IAA基因的表达量

图11 父本与杂交种在抽穗期、成熟期IAA基因的表达量

2.2.4 父本与杂交种的IAA基因表达在抽穗期、成熟期的比较(母本01-26B)

研究表明,在成熟期,除辽杂35外,其余品种的基因表达量低于抽穗期。辽杂36在抽穗期的基因表达量最大,辽杂35在成熟期的基因表达量最大。图12

3 讨 论

生长素(IAA)广泛存在于生长旺盛的植物部位,衰老组织中分布较少[9]。

图12 父本与杂交种在抽穗期、成熟期IAA基因的表达量

GA3是调节玉米苗生长杂种优势的一个因素[10]。种子萌发杂种优势的形成与ABA的代谢调控有重要关系[11]。水杨酸合成通路与生长素浓度的变化是导致杂交子代生长,果实物质积累的主要原因[12],有研究通过全基因组分析与木豆杂种优势相关的表观遗传和转录变化发现生长素和水杨酸的变化调节了杂种植物的生长[13]。

4 结 论

杂种辽粘3号、辽杂19、辽杂35、辽杂36、辽2297、辽2697、辽5397、辽糯7号、辽糯11号、辽夏梁1号在成熟期的生长素含量比其亲本的含量高。以对应的母本或父本为对照,杂种辽杂35、辽杂36、辽2297、辽2697、辽5397、辽糯7号、辽糯11号、辽夏梁1号在抽穗期、成熟期生长素基因表达量均高于其亲本。生长素是调节高粱生长杂种优势的一个因素,但可能不是唯一因素。