生長素與高粱雜種優(yōu)勢關系分析

商 靖,逄洪波,王蘭蘭,李雪梅,王艷秋,李玥瑩

(1.沈陽師范大學生命科學學院,沈陽 110034;2.遼寧省農(nóng)業(yè)科學院,沈陽 110161)

0 引 言

【研究意義】高粱是一種產(chǎn)量高、抗逆性強、適應性強的C4植物[1]。我國很多地區(qū)均有種植地方老品種,但老品種高粱米籽粒較小,產(chǎn)量較低[2]。雜種優(yōu)勢是指2個以上遺傳基礎不同的親本雜交產(chǎn)生的雜種后代在生長勢、生活力、產(chǎn)量、品質(zhì)等方面優(yōu)于親本的現(xiàn)象[3]。雜種高粱,優(yōu)勢表現(xiàn)為植株矮壯、生長整齊,穗大粒多,抗逆性強,增產(chǎn)幅度一般在30%以上,有的甚至成倍增長。植物內(nèi)源激素控制植物生長發(fā)育,參與雜種優(yōu)勢的調(diào)節(jié)。【前人研究進展】前人對生長素、赤霉素、脫落酸、水楊酸和雜種優(yōu)勢的關系均有研究[4],參與植物生長和發(fā)育的諸多過程[5]。揭示了生長素可能促進雜種的生長發(fā)育[6],楊成超[7]從內(nèi)源激素的角度研究了楊樹一年生苗高生長形態(tài)建成與雜種優(yōu)勢的關系,不同發(fā)育時期節(jié)間數(shù)量增加量不同可能與生長素、脫落酸含量有關。【本研究切入點】有關生長素與高粱雜種優(yōu)勢關系的研究相對較少。需研究高粱生長素(IAA)與雜種優(yōu)勢之間的潛在關系。【擬解決的關鍵問題】以11個親本及組配的11個雜交種為材料,測定生長素含量以及生長素基因的表達,對比分析雜交子代的生長素含量與生長素基因的表達,研究生長素含量與雜種優(yōu)勢的關系,為高粱育種中雜種優(yōu)勢的利用提供重要依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材 料

試材為22個高粱品種,分別在抽穗期和成熟期隨機取其倒二葉。

以同一父本0-01,分別以繁B-34、003B、LB-16、01-26B為母本,雜交得到子代遼粘6號、遼粘3號、遼雜19、遼雜36;

以同一父本9544.7037,分別以P01B、01-22B、01-26B、1053B為母本,雜交得到子代遼夏梁1號、遼2297、遼2697、遼5397;

以同一母本繁B-34,分別以9544.7037、NK1為父本,雜交得到子代遼糯7號、遼糯11號;

以同一母本01-26B,分別以3550、0-01、9544.7037為父本,雜交得到子代遼雜35、遼雜36、遼2697。

1.2 方 法

1.2.1 生長素含量測定

生長素含量利用高效液相色譜法測定,參考候凱等的方法。采用高效液相色譜儀和色譜柱,流動相為100%甲醇:乙酸(乙酸:水=0.8∶54.2)=45∶55,在流速0.8 mL/min、柱溫35℃、波長254 nm條件下檢測曲線走向,繪制標準曲線,代入公式換算出生長素含量。

1.2.2 RNA的提取

使用試劑盒提取抽穗期、成熟期高粱葉片中RNA,提取方法按照說明書步驟。

1.2.3 生長素基因引物選取

查找文獻[8]確定引物。

1.2.4 cDNA的合成和熒光定量PCR

以總RNA為模版,參照TaKaRa RT-PCR試劑盒說明書反轉(zhuǎn)錄合成cDNA。以cDNA為模版進行目的基因、內(nèi)參基因的擴增,使用SYBR Premix ExTaqII進行RT-PCR擴增。反應條件為:95℃預變性30 s;95℃ 變性5 s,60℃退火30 s,40次循環(huán);72℃ 20 s,溶解曲線程序60～95℃,反應完成以后,電腦自動生成Ct值、熔解曲線。

1.3 數(shù)據(jù)處理

用Excel、SPSS軟件對獲取數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計分析,使用Origin軟件制圖。

2 結果與分析

2.1 生長素含量比較

2.1.1 母本與雜交種的生長素含量在抽穗期、成熟期的比較(父本0-01)

研究表明,同一品種不同時期時4個母本與4個雜交種的生長素含量從抽穗期到成熟期呈上升趨勢。父本0-01與不同母本雜交后,雜交品種遼粘3號、遼雜19、遼雜36的生長素含量在成熟期均高于其對應的母本。其中以0-01為父本,LB-16為母本雜交得到的遼雜19,其生長素含量在抽穗期最高,達到了154.78 μg/(g·FW)。以0-01為父本,01-26B為母本雜交得到的遼雜36,其生長素含量在成熟期最高,達到了430.07 μg/(g·FW)。圖1、2

圖1 母本在抽穗期、成熟期生長素含量變化

圖2 雜交種在抽穗期、成熟期生長素含量變化

2.1.2 母本與雜交種的生長素含量在抽穗期、成熟期的比較(父本9544.7037)

研究表明,同一品種不同時期時4個母本與4個雜交種的生長素含量從抽穗期到成熟期呈上升趨勢。父本9544.7037與不同母本雜交后,雜交品種遼夏梁1號、遼2297、遼2697、遼5397的生長素含量在抽穗期、成熟期均高于其對應的母本。其中以9544.7037為父本,1053B為母本雜交得到的遼5397,其生長素含量在抽穗期最高,達到了321.58 μg/(g·FW)。以9544.7037為父本,01-22B為母本雜交得到的遼2297,其生長素含量在成熟期最高,達到了732.57 μg/(g·FW)。圖3、4

2.1.3 父本與雜交種的生長素含量在抽穗期、成熟期的比較(母本繁B-34)

研究表明,9544.7037與NK1成熟期的生長素含量均低于抽穗期,與繁B-34雜交得到的雜交種遼糯7號與遼糯11號在成熟期的生長素含量均高于抽穗期。母本繁B-34與不同父本雜交后,雜交品種遼糯7號、遼糯11號的生長素含量在抽穗期均低于其對應的父本,在成熟期均高于對應的父本。其中以繁B-34為母本,NK1為父本雜交得到的遼糯11號,其生長素含量在成熟期最高,達到了353.21 μg/(g·FW)。圖5、6

圖3 母本在抽穗期、成熟期生長素含量變化

圖4 雜交種在抽穗期、成熟期生長素含量變化

圖5 父本在抽穗期、成熟期生長素含量變化

圖6 雜交種在抽穗期、成熟期生長素含量變化

2.1.4 父本與雜交種的生長素含量在抽穗期、成熟期的比較(母本01-26B)

研究表明,0-01與9544.7037成熟期的生長素含量均低于抽穗期,3550成熟期的生長素含量高于抽穗期。與01-26B雜交得到的雜交種遼雜36成熟期的生長素含量低于抽穗期,而遼雜35與遼2697成熟期的生長素含量均高于抽穗期。母本01-26B與不同父本雜交后,雜交品種遼雜35的生長素含量在抽穗期和成熟期均高于其對應父本,其生長素含量在成熟期達到了704.94 μg/(g·FW)。圖7、8

2.2 IAA基因表達比較

2.2.1 母本與雜交種的IAA基因表達在抽穗期、成熟期的比較(父本0-01)

研究表明,在成熟期大部分品種的基因表達量低于抽穗期,遼粘6號在抽穗期基因表達量最大,遼雜19在成熟期基因表達量最大。圖9

圖7 父本在抽穗期、成熟期生長素含量變化

圖8 雜交種在抽穗期、成熟期生長素含量變化

圖9 母本與雜交種在抽穗期、成熟期IAA基因的表達量

2.2.2 母本與雜交種的IAA基因表達在抽穗期、成熟期的比較(父本9544.7037)

研究表明,在成熟期除遼2697外,絕大部分品種基因表達量低于抽穗期,遼2297在抽穗期基因表達量最大,遼2697在成熟期基因表達量最大。圖10

2.2.3 父本與雜交種的IAA基因表達在抽穗期、成熟期的比較(母本繁B-34)

研究表明,在成熟期,遼糯7號,遼糯11號的基因表達量均高于抽穗期,且遼糯11號在抽穗期和成熟期的基因表達量均最大。圖11

圖10 母本與雜交種在抽穗期、成熟期IAA基因的表達量

圖11 父本與雜交種在抽穗期、成熟期IAA基因的表達量

2.2.4 父本與雜交種的IAA基因表達在抽穗期、成熟期的比較(母本01-26B)

研究表明,在成熟期,除遼雜35外,其余品種的基因表達量低于抽穗期。遼雜36在抽穗期的基因表達量最大,遼雜35在成熟期的基因表達量最大。圖12

3 討 論

生長素(IAA)廣泛存在于生長旺盛的植物部位,衰老組織中分布較少[9]。

圖12 父本與雜交種在抽穗期、成熟期IAA基因的表達量

GA3是調(diào)節(jié)玉米苗生長雜種優(yōu)勢的一個因素[10]。種子萌發(fā)雜種優(yōu)勢的形成與ABA的代謝調(diào)控有重要關系[11]。水楊酸合成通路與生長素濃度的變化是導致雜交子代生長,果實物質(zhì)積累的主要原因[12],有研究通過全基因組分析與木豆雜種優(yōu)勢相關的表觀遺傳和轉(zhuǎn)錄變化發(fā)現(xiàn)生長素和水楊酸的變化調(diào)節(jié)了雜種植物的生長[13]。

4 結 論

雜種遼粘3號、遼雜19、遼雜35、遼雜36、遼2297、遼2697、遼5397、遼糯7號、遼糯11號、遼夏梁1號在成熟期的生長素含量比其親本的含量高。以對應的母本或父本為對照,雜種遼雜35、遼雜36、遼2297、遼2697、遼5397、遼糯7號、遼糯11號、遼夏梁1號在抽穗期、成熟期生長素基因表達量均高于其親本。生長素是調(diào)節(jié)高粱生長雜種優(yōu)勢的一個因素,但可能不是唯一因素。