套作大豆苗期耐蔭抗倒的內(nèi)源赤霉素代謝途徑研究.pdf

1、近年來(lái)，玉米大豆套作種植模式在西南地區(qū)迅速發(fā)展，實(shí)現(xiàn)玉米大豆和諧共生，一季雙收，增加了大豆產(chǎn)量。然而，該模式下，高稈作物玉米對(duì)低位作物大豆的蔭蔽作用，使大豆苗期生長(zhǎng)微環(huán)境發(fā)生變化，特別是光環(huán)境的變化（光強(qiáng)和光質(zhì)），影響了大豆的光合作用效率和形態(tài)建成等，套作大豆出現(xiàn)典型的避蔭性反應(yīng)，即莖稈細(xì)長(zhǎng)纖弱而容易倒伏，最終影響大豆收獲。
　　因此，本研究于2013-2014年，以具有耐蔭抗倒典型差異的大豆品種南豆12（西南地區(qū)套作大豆審定品種

2、）和南032-4（與南豆12同源，均由地方品種“忠縣十月黃”經(jīng)60Coγ射線輻射后產(chǎn)生的變異后代）為試驗(yàn)材料，從分子水平上對(duì)調(diào)控大豆內(nèi)源赤霉素代謝關(guān)鍵酶的基因表達(dá)進(jìn)行研究，探尋玉豆帶狀套作模式下不同耐蔭抗倒型大豆莖稈形態(tài)建成和倒伏程度產(chǎn)生差異的原因，為削弱作物的避蔭反應(yīng)、篩選耐蔭抗倒大豆材料提供理論依據(jù)。研究結(jié)果如下:
　　1.在大豆單作和玉豆套作模式下，對(duì)兩個(gè)不同基因型大豆表型進(jìn)行了研究。結(jié)果表明:與單作大豆比，套作大豆受玉米蔭

3、蔽的影響，南豆12和南032-4均出現(xiàn)典型的避蔭性反應(yīng)，主莖節(jié)數(shù)減少，節(jié)間過(guò)度伸長(zhǎng)，莖稈纖細(xì)，株高顯著增加，苗期出現(xiàn)藤蔓化和倒伏，但品種間程度不同，差異顯著。南032-4受套作蔭蔽的影響較大，莖稈藤蔓化和倒伏率較南豆12高。V2期，套作下兩大豆品種倒伏率差異不顯著;V6期，套作下品種間倒伏率差異極顯著。綜上，套作特殊的光環(huán)境對(duì)不同基因型大豆品種的影響不同，植株的表型可以作為評(píng)價(jià)大豆耐蔭抗倒的一個(gè)重要指標(biāo)。
　　2.對(duì)兩大豆品種的莖

4、稈解剖結(jié)構(gòu)進(jìn)行了研究。結(jié)果表明:套作下，南豆12和南032-4莖稈髓部、木質(zhì)部、韌皮部細(xì)胞增長(zhǎng)，形成層細(xì)胞無(wú)明顯變化，各個(gè)組織厚度減小，細(xì)胞數(shù)減少。南032-4比南豆12受套作環(huán)境影響大，各個(gè)組織細(xì)胞長(zhǎng)度較南豆12長(zhǎng)。說(shuō)明大豆株高過(guò)高，莖稈纖細(xì)，主要源于細(xì)胞的伸長(zhǎng)，非細(xì)胞的分裂。
　　3.通過(guò)液相色譜質(zhì)譜聯(lián)用儀對(duì)大豆莖稈內(nèi)源赤霉素GA53，GA20，GA1，GA4，GA8和GA34含量測(cè)定。結(jié)果表明:不同套作時(shí)間和不同大豆品種莖稈

5、內(nèi)源赤霉素代謝途徑中GA53，GA1和GA4的含量均存在差異。V2期，單作南豆12合成低水平的赤霉素，南032-4各赤霉素含量較高;套作下南豆12中GA4含量較南032-4明顯降低。V6期，品種間GA53和GA1的含量差異不顯著，GA4含量差異明顯。說(shuō)明品種間各赤霉素的含量在V2期就出現(xiàn)差異，到V6期差異更明顯，其中GA4含量差異最大。GA4含量差異越大，莖稈伸長(zhǎng)幅度差異越大。大豆莖稈中未能檢測(cè)到GA20，GA8和GA34。
　　

6、4.采用熒光定量PCR試驗(yàn)對(duì)赤霉素代謝途徑中關(guān)鍵酶基因的相對(duì)表達(dá)量進(jìn)行分析。結(jié)果表明:編碼赤霉素代謝途徑關(guān)鍵酶各基因家族中，GmGA20ox2和GmGA3ox1基因引起植株增高，莖稈內(nèi)赤霉素含量增加。同時(shí)，活性赤霉素含量對(duì)赤霉素代謝途徑中關(guān)鍵酶基因存在正負(fù)反饋?zhàn)饔茫缰仓曛谢钚猿嗝顾睾扛?，GmGA20ox1，GmGA3ox6, GmGA2ox1，GmGA2ox2, GmGA2ox6和GmGA2ox7基因?qū)⑦^(guò)量表達(dá)，將會(huì)引起植株矮化。南

7、032-4莖稈內(nèi)源赤霉素合成酶GA-20氧化酶基因、GA3-氧化酶基因和赤霉素降解酶GA2-氧化酶基因表達(dá)量均高于南豆12（除GmGA2ox4外），導(dǎo)致前者莖尖維持較高活性赤霉素GA4水平，最終表現(xiàn)出較強(qiáng)的避蔭性反應(yīng)。
　　5.室內(nèi)盆栽結(jié)果表明:綠膜模擬的蔭蔽環(huán)境下，與赤霉素處理植株比，烯效唑處理后植株矮壯，赤霉素合成酶基因表達(dá)量下調(diào)，赤霉素分解酶基因，除GmGA2ox4外均上調(diào)，試驗(yàn)結(jié)果與大田試驗(yàn)結(jié)果一致，說(shuō)明莖稈內(nèi)赤霉素代謝途

8、徑中關(guān)鍵酶基因的轉(zhuǎn)錄水平調(diào)控植株高矮。
　　6.對(duì)編碼赤霉素代謝途徑中關(guān)鍵酶基因的克隆測(cè)序結(jié)果表明，不同大豆品種的赤霉素合成酶基因GmGA3ox6和GmGA20ox2存在單個(gè)不同位點(diǎn)，該基因與調(diào)控植株株高存在密切關(guān)系。而克隆的GmGA20ox1序列相似度達(dá)100％，說(shuō)明不同品種中該基因調(diào)控植株株高受環(huán)境因素影響。
　　綜上，玉米大豆套作種植模式下，大豆內(nèi)源赤霉素對(duì)莖稈過(guò)度伸長(zhǎng)主要由GA4調(diào)控，GA4合成受基因型和光環(huán)境的共同