DTA-6对大豆花荚脱落纤维素酶和GmAC基因表达的调控

用大田小区试验 , R1 期对大豆绥农 28、垦丰 16 和合丰 50 分别叶面喷施 DTA-6 调节剂 , 对调控花荚离区脱落纤维素 酶 (GmAC)基因相对表达量、荚脱落纤维素酶 (AC)活性、花荚脱落率和产量进行了研究。结果表明 : DTA-6 抑制大豆 花荚离区 GmAC 基因相对表达量 , 最大可达 51% (±CK%); 大豆荚的 AC 活性能够在喷药后阶段性地被降低 , 在不同 品 种 上 增 加 和 降 低幅 度 存 在 差 异 ; 能 够 显 著 降 低 花荚 脱 落率 (P<0.05), 显著增加 产 量 (P<0.05) 。 植物生 长调 节 剂 DTA-6 是通过降低花荚离区 GmAC 基因相对表达量, 调节 AC 活性, 从而减少植株的花荚脱落率, 以实现对产量的调控。 关键词 : DTA-6; GmAC 基因表达 ; 脱落纤维素酶 ; 花荚脱落率 ; 产量
大豆是我国重要的油料和经济作物。 大豆花荚脱 落率过高是大豆籽粒产量的主要限制因素之一 [1-2], 大 豆 花 荚 脱落 是 大 豆 生殖 生 长 的 一种 自 我 调 节现
多数大豆品种的花荚脱落率 象 [3] , 与产量密切相关。 都较高 , 可达 40%~70%[4], 个别甚至高达 80%以上[5], 品种间存在差异 [6]。 实验和实践已证明 , 通过减少花

通讯作者 (Correspondence author): 郑殿峰 , E-mail: dianfeng69@gmail.com
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第一作者联系方式 : 崔洪秋 , E-mail: cuihongqiu@126.com
同等贡献 (Contributed equally to this work)
Received(收稿日期 ): 2015-02-28; Accepted(接受日期 ): 2015-09-06; Published online(网络出版日期 ): 2015-10-08. URL: http://www.cnki.net/kcms/detail/11.1809.S.20151008.1357.004.html
础研究在农业实践中的应用。
1
1.1
材料与方法
材料与设计 试验于 2012 年和 2013 年在黑龙江八一农垦大 学 ( 大庆市林甸县 ) 大豆试验基地进行 , 土壤类型为 草甸黑钙土 , 土壤肥力中等 , 前茬为玉米 , 耕层 (0~ 20 cm)含有机量 3.08%、碱解氮 178.50 mg kg–1、有 效磷 25.4 mg kg–1、 速效钾 257.4 mg kg–1, pH 7.88, 盐 总量 0.1%。 选用东北地区生产上种植面积相对大的和基因 型存在差异的主栽亚有限类型大豆品种绥农 28 (母 本绥农 14, 父本绥农 10, 生育期 120 d, 株高 110 cm, 紫花 , 长叶 , 灰毛 ), 垦丰 16 (母本黑农 34×父本垦农 5 号 , 生育期 120 d, 株高 65 cm 左右 , 白花 , 披针形 叶 , 灰毛 ), 合丰 50 (母本合丰 35, 父本合 95-1101, 生育期 120 d, 株高 90.3 cm, 紫花 , 长叶 )。 植物生长调节剂 2-N,N- 二乙氨基乙基己酸酯 (diethyl aminoethyl hexanoate, 简称 DTA-6, 为叔胺 类活性物质 ), 由福建浩伦公司生产。 在 R1期叶面喷施 60 mg L–1 DTA-6 (2012年大豆 田间 DTA-6 浓度筛选确定 ), 以清水为对照 (CK), 药 液量为 225 L hm–2 。 2012年 5 月 10 日和 2013 年 5 月 16 日机器播种 , 出苗后人工间苗 , 密度 30 万株 hm–2, 小区面积为 19.50 m2, 4次重复 , 随机区组排列。2012 年 10月 7日和 2013年 10月 5日收获。施复合肥 (N-P-K, 15-15-15) 450 kg hm–2, 人工除草田间管理同常规。 RNA 提取及实时荧光定量 RT-PCR 于 R1 期喷施调节剂后 5 d, 取花荚离区组织。 用手术剪刀剥取同处理大豆花荚基部与茎相连离区 组织, 长 3~4 mm, 迅速放入液氮速冻 30 min 后, 用锡 箔包好置–70℃贮藏, 取样所用器械均经高温灭菌。 采用 TRIzol 法提取总 RNA, 以电泳检测 RNA 质 量后, 利用反转录合成 cDNA, 以 GmActin 为内标进 行实时荧光定量 PCR, PCR 体系 (25 μL) 含 SYBR Premix Ex Taq II (2×) 12.5 μL、上下游引物[21] (表 1) 各 1 μL、RT 产物 2 μL、ddH2O 8.5 μL, 扩增条件为 95℃ 30 s, 95℃ 5 s, 58℃ 60 s, 40 个循环; 在 72℃延伸 时收集荧光信号。药品和仪器均来自与 TaKaRa 公司。 1.3 脱落纤维素酶 从 R1 期喷药后 28 d (R4)开始 , 每 7 d 调查一次 , 分别在喷药后 28 d (R4)、35 d (R5)、42 d (R5)、49 d (R6)、 56 d (R6)取样 , 直到叶片完全脱落 , 样品经液 氮速冻后, 于–40℃贮藏。用羧甲基纤维素钠盐 1.2
作物学报
ACTA AGRONOMICA SINICA 2016, 42(1): 5157 ISSN 0496-3490; CODEN TSHPA9
http://zwxb.chinacrops.org/ E-mail: xbzw@chinajournal.net.cn
DOI: 10.3724/SP.J.1006.2016.00051
Regulation of DTA-6 by Abscission Cellulase and GmAC Gene Expression in Flowers and Pods of Soybean
CUI Hong-Qiu1,2,, FENG Nai-Jie1,, SUN Fu-Dong1, LIU Tao1, LI Jian-Ying2, DU Ji-Dao1, HAN Yi-Qiang1, and ZHENG Dian-Feng1,
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作 物 学 报
第 42 卷
荚脱落提高大豆籽粒产量的潜力很大 [7-8]。各种农艺 措施都将促花保荚、减少脱落作为增加产量的重要 途径。试验研究发现植物生长调节剂能够降低花荚 脱落率 , 化控技术也被作为增产措施 , 在大豆生产 上越来越受到重视 , 不同种类的植物生长调节剂调 控花荚脱落率的机制存在差异 , 由于不同的大豆品 种对调节剂种类和浓度要求较高 , 研究 DTA-6 对大 豆花荚增产的调控机制显得尤为重要。 一些学者认为 , 大豆花荚的形成或败育主要与 光合同化物供应的有效性 [9] 和植物内源激素的有效 性 [10-11] 这两个内部生理因素有关。近年来 , 关于植 物器官脱落的研究已深入到分子生物学水平 [12-13], 有研究认为 , 植物器官脱落的生理生化变化主要集 中在器官基部的离层区内 [14-15], 而调控脱落的水解 酶之一 ——脱落纤维素酶 (abscission cellulose, AC), 在植物器官脱落中发挥着重要作用 , 其变化主要受 脱落纤维素酶基因表达的调控。在调控该基因表达 的多种因素中 , 外源激素效果显著 , 以往关于这方 面的报道很多 , 但主要集中在番茄、柑橘、菜豆等 植物上。关于大豆花荚脱落方面 , 柴国华等 [16] 、李 辉亮等 [17] 、 Cheng 等 [18] 学者做过很多基础性研究工 作 , 主要集中在逆境胁迫及激素对大豆花荚离层细 胞基因表达的调节方面 , 试验结果多未结合田间产 量。冯乃杰等 [19] 通过几年试验研究 , 发现植物生长 调节剂能够调控大豆花荚发育、降低花荚脱落率 , 对大豆叶片、茎和叶柄的显微结构和亚显微结构均 有一定的调节作用 , 并且能显著增加产量。 Ramesh 等 [20]也做了生长调节剂对大豆形态和生理生化相关 研究 , 未见分子方面的研究。 目前 , 植物器官脱落的 研究方向已经从最初的外界环境以及生理生化因素 (如内源激素代谢和养分、 能量供应等 )向分子水平方 向 (如相关基因表达 )转变 , 将生理生化指标、分子研 究和产量结合在一起的研究较少。 通过课题组几年的试验研究 , 发现植物生长调 节剂能够调控大豆花荚发育 , 降低花荚脱落率 , 对 大豆叶片、茎和叶柄的显微结构和亚显微结构都有 一定的调节作用 , 并且能显著增加产量。本研究在 R1 期叶喷 DTA-6, 然后采用分子生物学方法研究主 要脱落酶基因表达量 , 对生理指标脱落纤维素酶活 性进行花后定期动态监测 , 再结合田间植株最终花 荚脱落结果和产量情况 , 分析研究田间环境 DTA-6 调控花荚、增产的作用机制。大豆花荚器官脱落的 分子生物学研究将深化人们对其本质的认识 , 控制 大豆花荚的脱落程度是植物器官脱落分子生物学基
1
Agronomy of College, Heilongjiang Bayi Agricultural University, Daqing 163319, China;
2
Daqing Branch College, Heilongjiang Academy of
Agricultural Sciences, Daqing 163316, China
DTA-6 对大豆花荚脱落纤维素酶和 GmAC 基因表达的调控
崔洪秋 1,2, 冯乃杰 1, 韩毅强 1 郑殿峰 1,
1
孙福东 1
刘
涛1
李建英 2
杜吉到 1
黑龙江八一农垦大学农学院 , 黑龙江大庆 163319; 2 黑龙江省农业科学院大庆分院 , 黑龙江大庆 163316
摘
要 : 叶面喷施生长调节剂可以调控大豆花荚脱落。2012— 2013 年在大庆林甸县黑龙江八一农垦大学试验基地采
本 研 究 由 国 家 自 然 科 学 基 金 项 目 (31171503, 31271652), 国 家 科 技 支 撑 计 划 项 目 (2012BAD20B04), 黑 龙 江 省 研 究 生 创 新 科 研 项 目 (YJSCX2012-253HLJ), 黑龙江省杰出青年基金项目(JC201309)和黑龙江农垦总局科技攻关项目(HNK12A-06-03, HNK12A-09-02)资助。 This study was supported by the National Natural Science Foundation of China (31171503, 31271652), the National Key Technology R&D Program of China (2012BAD20B04), Heilongjiang Provincial Graduate Science and Technology Innovation Projects for Graduate Sdutents (YJSCX2012-253HLJ), Heilongjiang Provincial Funds for Distinguished Young Scientists (JC201309), and Key Scientific and Technological Projects from Heilongjiang Agriculture and Reclamation Bureau (HNK12A-06-03, HNK12A-09-02).
Abstract: It is effective to regulate abscission of soybean flowers and pods by spraying plant growth regulators (PGRs). This study was carried out to determine the effect of DTA-6 on abscission cellulase (AC) activity, abscission cellulase gene (GmAC) expressive, abscission of flowers and pods, and yield in soybean. DTA-6 was foliage sprayed at R1 stage on three varieties of Suinong 28, Kenfeng 16, and Hefeng 50 in 2012 and 2013. The results demonstrated that DTA-6 treatment inhibited GmAC gene expression in abscission zone of flower and pod, with the maximum reduction of 51% among three varieties compared with the control. The abscission cellulase activity was periodically decreased by DTA-6, with different decrements among soybean cultivars. DTA-6 significantly decreased (P<0.05) abscission rate of soybean flowers and pods, and significantly increased yield (P<0.05). The relative expression of abscission cellulase gene (GmAC) in abscission zone of flowers-pods was decreased and the AC activity was regulated by DTA-6, resulting in reduced abscission rate of soybean flowers and pods and promoted yield. Keywords: DTA-6; GmAC expression; Abscission cellulase; Flowers and pods abscission; Yield