呂曉康 溫曉霞 廖允成 劉 楊

西北農(nóng)林科技大學(xué)農(nóng)學(xué)院， 陜西楊凌 712100

外源多胺對(duì)小麥小花退化的調(diào)控機(jī)制

呂曉康 溫曉霞 廖允成 劉 楊*

西北農(nóng)林科技大學(xué)農(nóng)學(xué)院， 陜西楊凌 712100

小麥穗粒數(shù)與小花退化密切相關(guān)， 多胺是調(diào)控小花發(fā)育的一種重要植物生長(zhǎng)調(diào)節(jié)劑。本研究利用小麥品種（系）雙大1號(hào)（大穗型）和西農(nóng)538 （小穗型）， 于小花退化階段在穗部施用腐胺（Put）、亞精胺（Spd）和精胺（Spm）， 分析外源多胺對(duì)小麥小花退化的影響及其與內(nèi)源激素、植株碳氮的關(guān)系。結(jié)果表明， 外源Spd和Spm顯著抑制小花退化、提高了可孕小花數(shù)目， 而Put加具有顯著的負(fù)效應(yīng)； 并且多胺的調(diào)控具有明顯的位置效應(yīng)， 對(duì)小穗上部弱勢(shì)小花退化的調(diào)控效應(yīng)顯著大于下部強(qiáng)勢(shì)小花。施用外源Spd和Spm后， 弱勢(shì)小花中Spd、Spm顯著增加， 同時(shí)玉米素+玉米素核苷（Z+ZR）含量及其與脫落酸（ABA）的比值也顯著升高， 而內(nèi)源乙烯的釋放速率降低， 并且弱勢(shì)小花中可溶性總糖和可溶性蛋白質(zhì)含量顯著提高。外源Put對(duì)弱勢(shì)小花的控調(diào)效應(yīng)與此相反， 施用后弱勢(shì)小花中Put、ABA含量以及內(nèi)源ETH釋放速率顯著提高， 而（Z+ZR）與ABA比值和可溶性總糖含量降低。因此認(rèn)為， 多胺參與了對(duì)小麥小花退化的調(diào)控， 其對(duì)小麥小花退化的調(diào)控與內(nèi)源激素、植株碳氮代謝密切相關(guān)。

多胺； 小麥； 小花退化； 激素； 可溶性總糖； 可溶性蛋白

小麥單位面積產(chǎn)量由單位面積穗數(shù)、每穗粒數(shù)和粒重構(gòu)成， 其中穗粒數(shù)對(duì)環(huán)境及栽培措施最為敏感， 在保證穗數(shù)的基礎(chǔ)上提高穗粒數(shù)是小麥高產(chǎn)的主要調(diào)控目標(biāo)。小麥穗粒數(shù)是小花分化、發(fā)育、退化和結(jié)實(shí)等一系列生理過(guò)程的最終體現(xiàn)［1］。研究表明， 小麥所分化的小花數(shù)比較穩(wěn)定， 但最終僅有20%～30%的小花能夠發(fā)育成籽粒， 70%～80%的小花先后退化而成為無(wú)效小花［2］。小麥穗生成籽粒的潛在能力遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)實(shí)際的結(jié)實(shí)粒數(shù)［3-4］。因此， 減少小花退化、增加可孕小花數(shù)量， 從而提高小花結(jié)實(shí)率是實(shí)現(xiàn)小麥高產(chǎn)的關(guān)鍵問(wèn)題。

多胺是植物體內(nèi)一類具有生物活性的低分子量脂肪族含氮堿的總稱， 被認(rèn)為是生長(zhǎng)調(diào)節(jié)物質(zhì)或激素的第二信使［5-6］。植物體內(nèi)常見的多胺有腐胺（Put）、亞精胺（Spd）、精胺（Spm）等， 其具有刺激細(xì)胞分裂、促進(jìn)生長(zhǎng)、延緩衰老、提高抗性、調(diào)節(jié)開花、提高種子活力、促進(jìn)根系吸收等作用， 能顯著調(diào)節(jié)植物的生長(zhǎng)發(fā)育及其對(duì)逆境的響應(yīng)［7］。多胺參與了對(duì)禾谷類作物穎花發(fā)育的調(diào)控， 在水稻上的研究發(fā)現(xiàn)， 保持系幼穗中Spd和Spm含量顯著高于不育系，外源施用MGBG （Spd和Spm合成抑制劑）顯著降低幼穗中Spd和Spm含量， 進(jìn)而抑制雄蕊發(fā)育、降低花粉育性； 氯化鈷能夠提高水稻幼穗中多胺含量，促進(jìn)雄蕊及花粉發(fā)育［8-11］。Ma等［12］研究發(fā)現(xiàn)， OsARG基因通過(guò)調(diào)控多胺合成途徑關(guān)鍵酶精氨酸合成酶影響水稻幼穗中多胺含量， 而該基因的缺失會(huì)降低幼穗中多胺含量， 進(jìn)而導(dǎo)致穗型變小、結(jié)實(shí)率顯著下降。在小麥上的研究也表明外源施用Spd能夠顯著促進(jìn)小麥幼穗生長(zhǎng)， 提高小麥穗粒數(shù)［13］。這些研究結(jié)果表明， 多胺顯著影響禾谷類作物穎花發(fā)育。但是， 關(guān)于多胺對(duì)小麥小花退化的影響， 還缺乏相關(guān)研究。

激素在調(diào)控禾谷類作物小花發(fā)育過(guò)程中起著重要作用， 乙烯（ETH）顯著提高小麥、玉米及水稻穎花退化率、降低可孕花數(shù)目和結(jié)實(shí)率進(jìn)而減低穗粒數(shù)［14-16］。外源脫落酸（ABA）顯著提高了水稻、小麥的不結(jié)實(shí)籽粒比例， 降低了結(jié)實(shí)小花率［17］。外源玉米素（Z）顯著提高小麥小花數(shù)目， 較高的內(nèi)源細(xì)胞分裂素（CTK）有利于小麥小花發(fā)育［2，4］， 細(xì)胞分裂素氧化酶基因顯著影響小麥和水稻等作物小花發(fā)育及穗粒數(shù)形成［18-19］。除激素外， 植物營(yíng)養(yǎng)也顯著影響小花發(fā)育及退化，有研究認(rèn)為， 小麥小花退化的主要原因是對(duì)植株?duì)I養(yǎng)的競(jìng)爭(zhēng)， 由于開花前莖、穗之間對(duì)有限營(yíng)養(yǎng)資源的競(jìng)爭(zhēng)， 造成穗部生長(zhǎng)營(yíng)養(yǎng)供應(yīng)不足引起小花退化［2-3］。Serrago 等［3］發(fā)現(xiàn)， 小麥可孕小花數(shù)目與碳水化合物含量呈正相關(guān)， 在藥隔期至四分體期， 保證氮素營(yíng)養(yǎng)可減少退化小花數(shù)， 增加結(jié)實(shí)粒數(shù)。

外源多胺能顯著提高植株內(nèi)源生長(zhǎng)素（IAA）和ABA含量［20-21］， Spd和ETH的合成代謝間存在相互抑制的關(guān)系［22］， 外源Spd和Spm能顯著促進(jìn)水稻弱勢(shì)粒淀粉合成［22］。這表明多胺代謝與激素、植株?duì)I養(yǎng)之間關(guān)系密切。但是關(guān)于多胺對(duì)小麥小花退化的影響及其與激素、植株?duì)I養(yǎng)的關(guān)系， 目前還缺乏深入了解。本研究采用外源多胺處理， 在小麥小花兩極分化及退化階段外源向穗部位注射多胺， 分析了外源多胺對(duì)小麥小花退化的影響及其與內(nèi)源激素、植株碳氮的關(guān)系， 旨在探討多胺對(duì)冬小麥小花退化的影響及其生理機(jī)制， 為穗粒數(shù)形成提供理論依據(jù)。

1　材料與方法

1.1試驗(yàn)材料與處理

2012—2013和2013—2014年度， 在西北農(nóng)林科技大學(xué)標(biāo)本園（陜西楊凌， 34°20′ N， 108°04′ E）進(jìn)行田間試驗(yàn)。供試土壤為壤土， 耕層（0～20 cm）土壤含有機(jī)質(zhì)12.07 g kg-1、全氮1.42 g kg-1、速效氮55.56 mg kg-1、速效磷18.33 mg kg-1、速效鉀112.67 mg kg-1， pH 7.11， 容重1.31 g cm-3。供試材料為雙大1號(hào)（大穗型品系）和西農(nóng)538 （小穗型品種）， 2012年和2013年均于10月14日播種， 播量為150 kg hm-2，行距0.20 m。播種前基施375 kg hm-2尿素和375 kg hm-2磷酸二胺。小麥生長(zhǎng)期進(jìn)行常規(guī)大田管理。

參考王兆龍等［1，4］和倪英麗［2］關(guān)于小麥小花發(fā)育的研究， 并結(jié)合本課題組前期預(yù)備試驗(yàn)結(jié)果， 每品種設(shè) 4個(gè)處理， 在倒二葉完全抽出（旗葉露尖， 此期處于開花前 20 d， 小花分化基本結(jié)束， 小花開始兩級(jí)分化）時(shí)選擇長(zhǎng)勢(shì)一致的植株進(jìn)行掛牌標(biāo)記， 每個(gè)處理在倒二葉完全抽出期、四分體時(shí)期（葉齡余數(shù)為0.5）、小花退化期（葉齡余數(shù)為 0.2）向幼穗與葉鞘的空隙中分別注入1 mmol L-1Spd （S1）、1 mmol L-1Spm （S2）、2 mmol L-1Put （P1）和清水， 每株注入500 μL。每個(gè)注射時(shí)期均連續(xù)2 d， 于每天17：00—18：00實(shí)施。小區(qū)面積3 m × 3 m， 隨機(jī)區(qū)組排列， 3次重復(fù)。

1.2測(cè)定項(xiàng)目與方法

1.2.1小花發(fā)育 從小麥穗分化開始定期取樣觀察并記載穗分化進(jìn)程， 記載分化小穗數(shù)、小花數(shù)以及穗分化各階段的特征。從開花前18 d開始至開花期每隔4 d選發(fā)育一致的主莖35個(gè)左右， 以穗中部第7～14小穗基部小花為強(qiáng)勢(shì)小花（雙大1號(hào)第1～3位小花、西農(nóng)538第1～2位小花）， 上部小花為弱勢(shì)小花（雙大1號(hào)第4～6位小花、西農(nóng)538第3～5位小花）， 將兩部分小花在冰面上進(jìn)行剝?nèi)?、分裝、稱鮮重， 其后液氮速凍后放入-40℃冰箱中保存。于抽穗期取樣， 采用 XTS2022電子光學(xué)顯微鏡（北京泰克）觀察可孕小花分化數(shù)目， 以具有完整綠色花藥和羽狀柱頭的小花作為可孕小花判斷標(biāo)準(zhǔn)［1］。以各處理總小花數(shù)和可孕小花數(shù)相對(duì)于對(duì)照的增加率來(lái)表示各處理對(duì)小麥小花退化的影響， 增加率 = （處理測(cè)定值 - 對(duì)照測(cè)定值） / 對(duì)照測(cè)定值 × 100。

1.2.2內(nèi)源游離態(tài)多胺測(cè)定 參照劉俊等［23］和Yang等［22］的方法測(cè)定游離態(tài)Spd、Spm和Put含量，5%三氯乙酸提取后采用高效液相色譜法， 用 1525二元梯度泵-2489紫外檢測(cè)器（Waters）測(cè)定。色譜柱為Waters Symmery C18柱（7.5 cm × 4.6 cm × 3.5 μm），流動(dòng)相為甲醇∶水（59∶41）， 流速0.7 mL min-1， 柱溫30℃， 檢測(cè)波長(zhǎng)230 nm。

1.2.3內(nèi)源激素測(cè)定 采用酶聯(lián)免疫法測(cè)定Z+ZR、ABA含量。用80%甲醇（含1 mmol L-1BHT）提取內(nèi)源激素， 試劑盒購(gòu)自中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)， 具體步驟參照試劑盒說(shuō)明書進(jìn)行。使用酶標(biāo)儀測(cè)定激素含量［24］， 采用氣相色譜法測(cè)定乙烯含量［14］。

1.2.4小花可溶性總糖和可溶性蛋白測(cè)定 采用80%乙醇提取可溶性總糖， 用蒽酮比色法測(cè)定其含量［25］。采用Tris-HCl （pH 7.0）緩沖液提取可溶性蛋白，用考馬斯亮藍(lán)法測(cè)定其含量［26］。

1.3數(shù)據(jù)分析

采用 Microsoft Excel 2010進(jìn)行數(shù)據(jù)整理， 用SPSS16.0軟件進(jìn)行強(qiáng)勢(shì)小花與弱勢(shì)小花的t測(cè)驗(yàn)和處理間多重比較（LSD 0.05）， Origin8.0軟件繪圖。2年試驗(yàn)數(shù)據(jù)規(guī)律基本一致， 文中所列內(nèi)源多胺、激素、可溶性總糖、可溶性蛋白含量為2013—2014年度測(cè)定值， 其他指標(biāo)均采用兩年數(shù)據(jù)。

2　結(jié)果與分析

2.1外源多胺對(duì)小麥小花發(fā)育的影響

外源施用多胺對(duì)總小花數(shù)無(wú)顯著影響， 但是其顯著影響小麥可孕小花數(shù)目。與對(duì)照相比， S1和S2處理顯著提高了可孕小花比例， 但是P1處理可孕小花比例顯著低于對(duì)照（圖1）。這表明外源Spd和Spm抑制了小麥小花退化， 而外源 Put促進(jìn)了小麥小花退化（圖1）。外源Spd和Spm顯著提高了小麥穗粒數(shù)， 而外源Put顯著降低了小麥穗粒數(shù)， 2個(gè)品種之間并未表現(xiàn)出明顯的多胺作用差異（圖2）， 表明無(wú)論是大穗型還是小穗型品種， 多胺均能顯著調(diào)控其小花退化及穗粒數(shù)形成。

多胺對(duì)不同小花位小花的調(diào)控效果不同。外源Spd、Spm和Put對(duì)著生在小穗下部的強(qiáng)勢(shì)小花發(fā)育無(wú)顯著影響， 但是其顯著影響著生在小穗上部的弱勢(shì)小花發(fā)育， 外源Spd和Spm顯著提高了兩品種弱勢(shì)小花的可孕小花比率， 而 Put顯著降低了弱勢(shì)小花的可孕小花比率（圖3）。

2.2外源多胺對(duì)小麥小花內(nèi)源多胺含量的影響

從開花前18 d到開花期， 小花中Spd、Spm和Put含量呈明顯的下降趨勢(shì)（圖4）。雙大1號(hào)小花中Spd和 Spm含量顯著高于同期西農(nóng)538， 而雙大1號(hào)小花中Put含量顯著低于同期西農(nóng)538。對(duì)于同一個(gè)品種， 強(qiáng)勢(shì)下小花中Spd和Spm含量顯著高于弱勢(shì)小花， 而強(qiáng)勢(shì)下小花中Put含量顯著低于弱勢(shì)小花。外源Put和Spm分別顯著提高了小花中內(nèi)源Put和Spm含量， 外源Spd顯著提高了小花中內(nèi)源Spd和Spm含量。

2.3外源多胺對(duì)小麥小花內(nèi)源激素含量的影響

在小花兩級(jí)分化及退化階段， 小花中 Z+ZR含量呈先升高后下降的趨勢(shì)， 在開花前18 d至開花前10 d， 小花中Z+ZR含量無(wú)顯著變化， 且強(qiáng)勢(shì)小花和弱勢(shì)小花之間無(wú)顯著差異（圖5）。從開花前10 d開始，小花內(nèi)源Z+ZR含量迅速提高， 至開花前2 d達(dá)到峰值， 其后快速下降， 此期強(qiáng)勢(shì)小花內(nèi)源 Z+ZR上升幅度較弱勢(shì)小花大， 在開花前6 d和2 d， 強(qiáng)勢(shì)小花中 Z+ZR含量顯著高于弱勢(shì)小花。在整個(gè)小花兩級(jí)分化及退化階段， 雙大1號(hào)小花內(nèi)源Z+ZR含量顯著高于西農(nóng)538。外源Spd和Spm顯著提高了小花內(nèi)源Z+ZR含量， 但是外源Put對(duì)小花內(nèi)源Z+ZR含量無(wú)顯著影響。

小麥強(qiáng)勢(shì)小花和弱勢(shì)小花內(nèi)源 ABA含量在小花兩級(jí)分化及退化階段的變化存在顯著不同， 強(qiáng)勢(shì)小花內(nèi)源ABA含量呈現(xiàn)先降低后升高的趨勢(shì)， 從開花前18 d至開花前6 d強(qiáng)勢(shì)小花內(nèi)源ABA含量呈顯著下降趨勢(shì)， 其后又顯著上升。與此相反， 弱勢(shì)小花內(nèi)源 ABA含量在小花兩級(jí)分化及退化階段呈現(xiàn)上升趨勢(shì)。外源Spd和Spm對(duì)小花中ABA含量無(wú)顯著影響， 但是外源Put顯著提高了小花中ABA含量。雙大1號(hào)小花ABA含量顯著高于西農(nóng)538。

圖1　外源多胺對(duì)小麥總小花數(shù)和可孕小花增加率的影響Fig. 1 Effects of exogenous polyamines on increased rates of total and fertile florets of wheatS1： 施用1 mmol L-1Spd； S2： 施用1 mmol L-1Spm； P1： 施用2 mmol L-1Put。T： 總小花數(shù)； F： 可孕小花數(shù)。S1： exogenous 1 mmol L-1Spd applied； S2： exogenous 1 mmol L-1Spm applied； P1： exogenous 2 mmol L-1Put applied. T： number of total floret； F： number of fertile floret.

圖2　外源多胺對(duì)小麥穗粒數(shù)的影響Fig. 2 Effects of exogenous polyamines on the kernel number per spike of wheatS1： 施用1 mmol L-1Spd； S2： 施用1 mmol L-1Spm； P1： 施用2 mmol L-1Put； CK： 對(duì)照（清水）。S1： 1 mmol L-1exogenous Spd applied； S2： 1 mmol L-1exogenous Spm applied； P1： 2 mmol L-1exogenous Put applied； CK： control.

2.4外源多胺對(duì)小麥小花內(nèi)源激素含量的影響

在小花兩級(jí)分化及退化階段， 小花中 Z+ZR含量呈先升高后下降的趨勢(shì)， 在開花前18 d至開花前10 d， 小花中Z+ZR含量無(wú)顯著變化， 且強(qiáng)勢(shì)小花和弱勢(shì)小花之間無(wú)顯著差異（圖5）。從開花前10 d開始，小花內(nèi)源Z+ZR含量迅速提高， 至開花前2 d達(dá)到峰值， 其后快速下降， 此期強(qiáng)勢(shì)小花內(nèi)源 Z+ZR上升幅度較弱勢(shì)小花大， 在開花前6 d和2 d， 強(qiáng)勢(shì)小花中 Z+ZR含量顯著高于弱勢(shì)小花。在整個(gè)小花兩級(jí)分化及退化階段， 雙大1號(hào)小花內(nèi)源Z+ZR含量顯著高于西農(nóng)538。外源Spd和Spm顯著提高了小花內(nèi)源Z+ZR含量， 但是外源Put對(duì)小花內(nèi)源Z+ZR含量無(wú)顯著影響。

圖3　外源多胺對(duì)不同花位可孕小花率的影響Fig. 3 Effect of exogenous polyamines on the fertile floret number ratio of different floret set of wheatS1： 施用1 mmol L-1Spd； S2： 施用1 mmol L-1Spm； P1： 施用2 mmol L-1Put； CK： 對(duì)照（清水）。S1： 1 mmol L-1exogenous Spd applied； S2： 1 mmol L-1exogenous Spm applied； P1： 2 mmol L-1exogenous Put applied； CK： control.

小麥強(qiáng)勢(shì)小花和弱勢(shì)小花內(nèi)源 ABA含量在小花兩級(jí)分化及退化階段的變化存在顯著不同， 強(qiáng)勢(shì)小花內(nèi)源ABA含量呈現(xiàn)先降低后升高的趨勢(shì)， 從開花前18 d至開花前6 d強(qiáng)勢(shì)小花內(nèi)源ABA含量呈顯著下降趨勢(shì)， 其后又顯著上升。與此相反， 弱勢(shì)小花內(nèi)源 ABA含量在小花兩級(jí)分化及退化階段呈現(xiàn)上升趨勢(shì)。外源Spd和Spm對(duì)小花中ABA含量無(wú)顯著影響， 但是外源Put顯著提高了小花中ABA含量。雙大1號(hào)小花ABA含量顯著高于西農(nóng)538。

在小花兩級(jí)分化及退化過(guò)程中， 小花中ETH釋放量呈降低趨勢(shì)。弱勢(shì)小花ETH釋放量顯著強(qiáng)勢(shì)小花， 且西農(nóng)538小花ETH釋放量顯著高于雙大1號(hào)。外源Spd和Spm顯著降低了弱勢(shì)小花中ETH釋放量， 而外源Put則顯著提升了弱勢(shì)小花中ETH釋放量。但是外源多胺對(duì)強(qiáng)勢(shì)小花中ETH釋放量無(wú)顯著影響。

2.5外源多胺對(duì)小麥小花可溶性糖和蛋白含量的影響

在小麥小花兩級(jí)分化及退化過(guò)程中， 強(qiáng)勢(shì)小花中可溶性總糖和蛋白含量顯著高于弱勢(shì)小花， 小花中可溶性總糖含量表現(xiàn)出升高-下降-升高-下降的趨勢(shì)， 在花前14 d和6 d達(dá)到峰值， 而可溶性蛋白含量表現(xiàn)為升高-下降-升高的趨勢(shì)， 在花前 6 d達(dá)到峰值（圖6）。雙大1號(hào)小花中可溶性總糖和蛋白含量高于同期西農(nóng)538。外源Spd、Spm和Put對(duì)強(qiáng)勢(shì)小花內(nèi)源可溶性總糖和蛋白含量均無(wú)顯著影響。除此之外， 外源 Put對(duì)弱勢(shì)小花內(nèi)源可溶性總糖和蛋白含量也無(wú)顯著影響， 但是外源Spd和Spm顯著提高了弱勢(shì)小花中可溶性總糖和蛋白含量。

3　討論

3.1多胺對(duì)小麥小花退化的影響

多胺是植物體內(nèi)一類具有生物活性的低分子量脂肪族含氮堿的總稱， 被認(rèn)為是生長(zhǎng)調(diào)節(jié)物質(zhì)或激素的第二信使， 也有學(xué)者將其歸為植物激素的一類［5-6］。研究表明， 多胺參與了對(duì)禾谷類作物穎花發(fā)育的調(diào)控［8-13］。外源施用MGBG顯著降低了水稻幼穗中Spd 和Spm含量， 進(jìn)而抑制雄蕊發(fā)育、降低花粉育性； 提高水稻幼穗中多胺含量能夠促進(jìn)雄蕊及花粉發(fā)育；降低水稻幼穗中多胺含量會(huì)導(dǎo)致穗型變小、結(jié)實(shí)率顯著下降［8-11］。外源施用Spd能夠顯著促進(jìn)小麥幼穗生長(zhǎng)， 提高小麥穗粒數(shù)［13］。在本研究中， 小麥強(qiáng)勢(shì)小花內(nèi)源Spd和Spm含量顯著高于弱勢(shì)小花， 同時(shí)外源Spd和Spm顯著提高了可孕小花數(shù)目。與此不同，小麥強(qiáng)勢(shì)小花內(nèi)源 Put含量顯著高于弱勢(shì)小花， 而外源Put顯著降低了可孕小花數(shù)目。這表明3種多胺對(duì)小麥小花退化的調(diào)控效果不同， Spd和Spm能夠促進(jìn)小花發(fā)育， 顯著提高可孕小花比率， 而Put可能參與了對(duì)小花發(fā)育的抑制。同時(shí)本研究發(fā)現(xiàn) Spd 和Spm對(duì)小麥小花發(fā)育的調(diào)控存在明顯的位置效應(yīng)，其主要調(diào)控小穗上部的弱勢(shì)小花發(fā)育， 但其對(duì)強(qiáng)勢(shì)小花發(fā)育無(wú)顯著影響。Put是Spd和Spm的合成前體， 從本試驗(yàn)結(jié)果推測(cè)， 強(qiáng)勢(shì)小花和弱勢(shì)小花間Put與 Spd、Spm含量相反的現(xiàn)象可能與兩者在 Put向Spd、Spm轉(zhuǎn)化、合成上的不同有關(guān)， 弱勢(shì)小花可能Put向Spd、Spm轉(zhuǎn)化能力較弱， 造成了小花中大量Put積累， 造成對(duì)其生長(zhǎng)的不利影響， 此時(shí)外源施用Put加劇了這一過(guò)程， 造成弱勢(shì)小花大量退化， 可孕小花比率顯著下降。

圖4　外源多胺對(duì)小麥小花內(nèi)源多胺含量的影響（2013-2014）Fig. 4 Effect of exogenous polyamines on endogenous PA contents in wheat floret （2013-2014）S： 強(qiáng)勢(shì)小花； I： 弱勢(shì)小花； S1： 施用1 mmol L-1Spd； S2： 施處理對(duì)不同部位枝梗上用1 mmol L-1Spm； P1： 施用2 mmol L-1Put； CK： 對(duì)照（清水）。S： superior floret； I： inferior floret； S1： 1 mmol L-1exogenous Spd applied； S2： 1 mmol L-1exogenous Spm applied； P1： 2 mmol L-1exogenous Put applied； CK： control.

圖5　外源多胺對(duì)小麥小花內(nèi)源激素含量的影響（2013-2014）Fig. 5 Effect of exogenous polyamines on endogenous hormone contents in wheat floret （2013-2014）S： 強(qiáng)勢(shì)小花； I： 弱勢(shì)小花； S1： 施用1 mmol L-1Spd； S2： 施用1 mmol L-1Spm； P1： 施用2 mmol L-1Put； CK： 對(duì)照（清水）。S： superior floret； I： inferior floret； S1： 1 mmol L-1exogenous Spd applied； S2： 1 mmol L-1exogenous Spm applied； P1： 2 mmol L-1exogenous Put applied； CK： control.

圖6　外源多胺對(duì)小麥小花可溶性總糖和蛋白含量的影響（2013-2014）Fig. 6 Effects of exogenous polyamines on soluble sugar and protein contents in wheat floret （2013-2014）S： 強(qiáng)勢(shì)小花； I： 弱勢(shì)小花； S1： 施用1 mmol L-1Spd； S2： 施用1 mmol L-1Spm； P1： 施用2 mmol L-1Put； CK： 對(duì)照（清水）。S： superior floret； I： inferior floret； S1： 1 mmol L-1exogenous Spd applied； S2： 1 mmol L-1exogenous Spm applied； P1： 2 mmol L-1exogenous Put applied； CK： control.

3.2多胺對(duì)小麥小花退化的調(diào)控與激素的關(guān)系

多胺的合成前體為蛋氨酸， 與ETH相同， 這暗示多胺的代謝可能與ETH存在密切聯(lián)系。外源施用Spd能抑制番茄或李果實(shí)中ETH的產(chǎn)生， 使用ACC合成酶抑制劑處理水稻植株能促進(jìn)多胺合成［27］。本研究發(fā)現(xiàn)外源 Spd和 Spm顯著降低了弱勢(shì)小花中ETH釋放量， 而外源 Put顯著提高了弱勢(shì)小花中ETH釋放量， 這與本課題組在小麥籽粒灌漿中的研究結(jié)果［28］類似。ETH顯著抑制禾谷類作物小花發(fā)育，在小麥、玉米及水稻的研究中均發(fā)現(xiàn)ETH顯著降低可孕花數(shù)目和穗粒數(shù)［14-16］。這表明外源Spd和Spm對(duì)小麥弱勢(shì)小花退化的抑制作用可能與其對(duì)ETH釋放量的抑制作用有關(guān)， 而外源 Put可能通過(guò)促進(jìn)小花中ETH釋放量加劇了小麥弱勢(shì)小花退化。

ABA和 CTK參與了對(duì)水稻、小麥等禾谷類作物小花退化的調(diào)控［2，4，14］。外源多胺可以提高內(nèi)源ABA濃度［3］； 外源Spd和Spm可以顯著提高水稻弱勢(shì)籽粒 Z+ZR含量， 而 Spd和 Spm合成抑制劑MGBG能顯著降低水稻弱勢(shì)籽粒Z+ZR含量［22］。這表明多胺與ABA、CTK代謝間關(guān)系密切。本研究發(fā)現(xiàn)外源Spd、Spm和Put對(duì)強(qiáng)勢(shì)小花中ABA和Z+ZR含量無(wú)顯著影響， 但是Spd和Spm顯著提高了弱勢(shì)小花中 Z+ZR和 ABA含量， 而 Put對(duì)弱勢(shì)小花中Z+ZR含量無(wú)顯著影響， 但是其顯著提高了弱勢(shì)小花中ABA含量， 且P1處理小花中ABA含量顯著高于S1和S2處理。這表明， 多胺對(duì)弱勢(shì)小花發(fā)育的調(diào)控可能與內(nèi)源Z+ZR和ABA關(guān)系密切， 但是并不是僅與某一種激素有關(guān)。通過(guò)將ABA和Z+ZR做比值發(fā)現(xiàn)， 外源 Spd和 Spm顯著提高了弱勢(shì)小花（Z+ZR）/ABA值， 而外源Put則顯著降低了弱勢(shì)小花（Z+ZR）/ABA值（圖7）， 這表明外源多胺對(duì)弱勢(shì)小花退化的調(diào)控可能與其對(duì)ABA、Z+ZR之間比值的調(diào)控有關(guān)， 其通過(guò)調(diào)控 ABA、Z+ZR的平衡關(guān)系調(diào)控小麥小花退化。

圖7　外源多胺對(duì)小麥弱勢(shì)小花Z+ZR與ABA比值的影響（2013-2014）Fig. 7 Effects of exogenous polyamines on the ratio of Z+ZR to ABA in inferior floret of wheat （2013-2014）S1： 施用1 mmol L-1Spd； S2： 施用1 mmol L-1Spm； P1： 施用2 mmol L-1Put； CK： 對(duì)照（清水）。S1： 1 mmol L-1exogenous Spd applied； S2： 1 mmol L-1exogenous Spm applied； P1： 2 mmol L-1exogenous Put applied； CK： control.

植物生長(zhǎng)發(fā)育過(guò)程很多是受到多種激素平衡的影響， 而不是受到某一種特定激素的調(diào)控［29］。本研究結(jié)果顯示， 多胺對(duì)小麥小花退化的調(diào)控與 ETH、ABA和Z+ZR存在密切關(guān)系， 可能是多胺與這些激素間的平衡調(diào)控著小麥小花的退化， 這些激素或生長(zhǎng)調(diào)節(jié)物質(zhì)間的相互關(guān)系， 還需要進(jìn)行進(jìn)一步的深入研究。

3.3多胺對(duì)小麥小花退化的調(diào)控與碳氮代謝的關(guān)系

談桂露等［30］推測(cè)內(nèi)源多胺可能是通過(guò)調(diào)節(jié)籽粒蔗糖-淀粉代謝途徑關(guān)鍵酶活性實(shí)現(xiàn)對(duì)籽粒灌漿的調(diào)節(jié)， Yang等［22］報(bào)道Spm和Spd能夠顯著提高水稻弱勢(shì)粒蔗糖合成酶等碳代謝相關(guān)酶活性從而促進(jìn)弱勢(shì)粒淀粉合成。本課題組研究表明， 在小麥籽粒灌漿過(guò)程中， 外源Spd和Spm能顯著提高小麥葉綠素含量及凈光合速率， 影響植株碳氮代謝［31］。在本研究中， 外源Spd、Spm和Put對(duì)強(qiáng)勢(shì)小花可溶性總糖和可溶性蛋白含量均無(wú)顯著影響， 但是， 外源 Spd 和Spm顯著提高了弱勢(shì)小花中可溶性總糖和可溶性蛋白含量， 而外源 Put顯著降低了弱勢(shì)小花中可溶性總糖含量。有研究認(rèn)為， 小麥小花退化的主要原因是對(duì)植株?duì)I養(yǎng)的競(jìng)爭(zhēng)， 由于開花前莖、穗之間對(duì)有限營(yíng)養(yǎng)資源的競(jìng)爭(zhēng)， 造成穗部生長(zhǎng)營(yíng)養(yǎng)供應(yīng)不足引起小花退化， 而弱勢(shì)小花正因?yàn)閷?duì)營(yíng)養(yǎng)競(jìng)爭(zhēng)的劣勢(shì)造成其大量退化［1，3］。其中， 碳氮營(yíng)養(yǎng)的供應(yīng)最為重要。Serrago等［3］發(fā)現(xiàn)小麥可孕小花數(shù)目與碳水化合物含量呈正相關(guān)； 也有研究認(rèn)為， 小花的大量退化并不受碳水化合物供給總量的限制， 而更多的與同化物在營(yíng)養(yǎng)器官與穗中的分配比例有關(guān)［2］。氮肥可以延長(zhǎng)穗分化的時(shí)間， 增加小穗小花的數(shù)目， 特別是藥隔期至四分體期， 保證氮素營(yíng)養(yǎng)可減少退化小花數(shù)， 增加結(jié)實(shí)粒數(shù)［2］。從這些研究我們推測(cè)， 外源多胺對(duì)小花退化的調(diào)控與其對(duì)小花碳氮營(yíng)養(yǎng)的調(diào)控關(guān)系密切。外源Spd和Spm顯著提高了弱勢(shì)小花中碳氮含量， 保證了弱勢(shì)小花發(fā)育過(guò)程中有比較充足的碳氮營(yíng)養(yǎng)， 從而減少了弱勢(shì)小花的退化， 而外源 Put顯著降低了弱勢(shì)小花中可溶性總糖含量， 這會(huì)加劇小花發(fā)育過(guò)程中營(yíng)養(yǎng)的不足， 從而加劇小花退化。

多胺對(duì)小麥退化的調(diào)控與激素、植株碳氮營(yíng)養(yǎng)均存在密切聯(lián)系， 且多胺與激素、多胺與植株碳氮營(yíng)養(yǎng)、激素與植株碳氮影響之間均關(guān)系密切， 表明多胺可能通過(guò)多種途徑參與了對(duì)小麥小花退化的調(diào)控， 其可能是小花退化的調(diào)控因子網(wǎng)絡(luò)中的重要一環(huán)。但是關(guān)于多胺對(duì)小麥小花退化的調(diào)控機(jī)理以及各種調(diào)控途徑之間的相互關(guān)系， 還需進(jìn)一步研究。

4　結(jié)論

外源多胺顯著影響小麥小花退化， Spd和 Spm作用相似， 而Put作用相反， 其效應(yīng)與小花穗位有關(guān)，對(duì)小穗上部弱勢(shì)小花的影響明顯， 而對(duì)小穗下部強(qiáng)勢(shì)小花無(wú)顯著影響。施用外源Spd和Spm后， 小麥小花退化明顯被抑制， 提高了可孕小花數(shù)； 小花內(nèi)源激素含量， 如 Spd、Spm、Z+ZR， 以及 Z+ZR與ABA比值顯著升高， 同時(shí)降低了內(nèi)源ETH釋放速率；弱勢(shì)小花中可溶性總糖以及可溶性蛋白質(zhì)含量顯著提高。Spd和Spm通過(guò)提高弱勢(shì)小花內(nèi)源Z+ZR與ABA的比值、改善弱勢(shì)小花碳氮營(yíng)養(yǎng)促進(jìn)了小麥弱勢(shì)小花發(fā)育， 抑制了弱勢(shì)小花的退化從而提高了可孕小花數(shù)及穗粒數(shù)。

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Effect of Exogenous Polyamines on Mechanism of Floret Degeneration in Wheat

LYU Xiao-Kang， WEN Xiao-Xia， LIAO Yun-Cheng， and LIU Yang*

College of Agronomy， Northwest A&F University， Yangling 712100， China

Kernel number per spike has a close relationship with floret degeneration in wheat， which is regulated greatly by polyamines （PAs）， one of important plant growth regulators. In this study， we applied exogenous spermine （Spm）， spermidine （Spd） and putrescine （Put） to the young spikes of cultivars Shuangda 1 （large-spike type） and Xinong 538 （small-spike type） to investigate the effects of PAs on floret degeneration， endogenous hormones， and the carbon and nitrogen changes in wheat floret. The results indicated that exogenous Spd and Spm had similar effects on floret degeneration whereas exogenous Put was in function. In the treatments with external Spd and Spm applied， the floret degeneration was inhibited and the number of fertile florets increased significantly. In the external Put treatment， floret degeneration aggravated and the fertile floret number decreased significantly. Such influence by external PAs was different in upper and lower florets of a spike and the upper florets （inferior florets）showed greater effects than the lower ones （superior florets）. The concerntrations of endogenous Spd and Spm， zeatin （Z） + zeatin ridoside （ZR）， and the ratio of Z+ZR-to-abscisic acid （ABA） in inferior florets increased after applying exogenous Spd and Spm. However， the evolution rate of endogenous ethylene （ETH） in inferior floret decreased. As a result， the total soluble sugar and protein contents increased significantly in inferior floret. In contrast， exogenous Put showed reverse effects compared to Spd and Spm. Our results indicate that PAs were involved in the regulation of floret degeneration by changing the endogenous hormone concerntrations and the carbon and nitrogen metabolism in wheat plants.

Polyamine； Wheat； Floret degeneration； Hormone； Total soluble sugar； Soluble protein

10.3724/SP.J.1006.2016.01391

本研究由國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目（31301260）， 國(guó)家科技支撐計(jì)劃項(xiàng)目（2015BAD22B03-05）和中國(guó)博士后科學(xué)基金面上項(xiàng)目（2015M572604）資助。

This study was supported by the National Natural Science Foundation of China （31301260）， the National Key Technology R&T Program of China （2015BAD22B03-05）， and the China Postdoctoral Science Foundation （2015M572604）.

（Corresponding author）： 劉楊， E-mail： liuyang0328@126.com， Tel： 029-87082291

聯(lián)系方式： E-mail： 1175780812@qq.com

Received（）： 2015-11-29； Accepted（接受日期）： 2016-05-09； Published online（網(wǎng)絡(luò)出版日期）： 2016-05-30.

URL： http：//www.cnki.net/kcms/detail/11.1809.S.20160530.0905.010.html