套作大豆苗期耐蔭抗倒的內源赤霉素代謝途徑研究.pdf

1、近年來，玉米大豆套作種植模式在西南地區(qū)迅速發(fā)展，實現(xiàn)玉米大豆和諧共生，一季雙收，增加了大豆產量。然而，該模式下，高稈作物玉米對低位作物大豆的蔭蔽作用，使大豆苗期生長微環(huán)境發(fā)生變化，特別是光環(huán)境的變化（光強和光質），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，即莖稈細長纖弱而容易倒伏，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60Coγ射線輻射后產生的變異后代）為試驗材料，從分子水平上對調控大豆內源赤霉素代謝關鍵酶的基因表達進行研究，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)建成和倒伏程度產生差異的原因，為削弱作物的避蔭反應、篩選耐蔭抗倒大豆材料提供理論依據。研究結果如下:
　　1.在大豆單作和玉豆套作模式下，對兩個不同基因型大豆表型進行了研究。結果表明: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，主莖節(jié)數(shù)減少，節(jié)間過度伸長，莖稈纖細，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)境對不同基因型大豆品種的影響不同，植株的表型可以作為評價大豆耐蔭抗倒的一個重要指標。
　　2.對兩大豆品種的莖

4、稈解剖結構進行了研究。結果表明:套作下，南豆12和南032-4莖稈髓部、木質部、韌皮部細胞增長，形成層細胞無明顯變化，各個組織厚度減小，細胞數(shù)減少。南032-4比南豆12受套作環(huán)境影響大，各個組織細胞長度較南豆12長。說明大豆株高過高，莖稈纖細，主要源于細胞的伸長，非細胞的分裂。
　　3.通過液相色譜質譜聯(lián)用儀對大豆莖稈內源赤霉素GA53，GA20，GA1，GA4，GA8和GA34含量測定。結果表明:不同套作時間和不同大豆品種莖稈

5、內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，莖稈伸長幅度差異越大。大豆莖稈中未能檢測到GA20，GA8和GA34。
　　

6、4.采用熒光定量PCR試驗對赤霉素代謝途徑中關鍵酶基因的相對表達量進行分析。結果表明:編碼赤霉素代謝途徑關鍵酶各基因家族中，GmGA20ox2和GmGA3ox1基因引起植株增高，莖稈內赤霉素含量增加。同時，活性赤霉素含量對赤霉素代謝途徑中關鍵酶基因存在正負反饋作用，如植株中活性赤霉素含量高，GmGA20ox1，GmGA3ox6, GmGA2ox1，GmGA2ox2, GmGA2ox6和GmGA2ox7基因將過量表達，將會引起植株矮化。南

7、032-4莖稈內源赤霉素合成酶GA-20氧化酶基因、GA3-氧化酶基因和赤霉素降解酶GA2-氧化酶基因表達量均高于南豆12（除GmGA2ox4外），導致前者莖尖維持較高活性赤霉素GA4水平，最終表現(xiàn)出較強的避蔭性反應。
　　5.室內盆栽結果表明: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量下調，赤霉素分解酶基因，除GmGA2ox4外均上調，試驗結果與大田試驗結果一致，說明莖稈內赤霉素代謝途

8、徑中關鍵酶基因的轉錄水平調控植株高矮。
　　6.對編碼赤霉素代謝途徑中關鍵酶基因的克隆測序結果表明，不同大豆品種的赤霉素合成酶基因GmGA3ox6和GmGA20ox2存在單個不同位點，該基因與調控植株株高存在密切關系。而克隆的GmGA20ox1序列相似度達100％，說明不同品種中該基因調控植株株高受環(huán)境因素影響。
　　綜上，玉米大豆套作種植模式下，大豆內源赤霉素對莖稈過度伸長主要由GA4調控，GA4合成受基因型和光環(huán)境的共同