全 文 ：1999-01-25收到 , 1999-04-30接受。
国家自然科学基金资助项目(No-39870051)。
赤霉素和光对拟南芥种子萌发和幼苗生长的影响
李凤玲　陈季楚　赵毓橘
(中国科学院上海植物生理研究所 ,上海 200032)
摘要:以拟南芥的赤霉素(GA)缺陷型突变体 ga-1 ,
ga-2 , ga-3和 GA 不敏感型突变体 ga-i 为材料 ,研究了
光和 4种 GA 对拟南芥种子萌发和幼苗生长影响的相
互关系。结果表明:(1)烯效唑对 ga-i 种子萌发的抑
制在光下可明显被GA恢复 , 而在黑暗中 GA的作用不
明显。(2)在光下低浓度的外源 GA3 可使 ga-1 , ga-2
和 ga-3 的种子萌发 , 而在黑暗中同样浓度的 GA3 则难
以使种子萌发。(3)光可以降低种子萌发所需求的 GA
的剂量。(4)ga-i和ga-1 的幼苗的呼吸代谢有明显差
异。以上结果说明:光对拟南芥种子萌发的促进主要
是提高了种子对 GA 反应的敏感性而不是增加 GA 的
生物合成。
关键词:赤霉素 , 突变体 ,拟南芥
学科分类号:Q945
　　植物种子的萌发是一个很复杂的过程 ,受多种
内外因素的影响 ,其中光和GA是较重要的两个因
子。拟南芥种子是典型的需光发芽种子。尽管照
光或赤霉素处理均明显促进萌发早已为人所知 ,然
而两者之间的关系则众说纷纭(Talon 等 1990 ,Zee-
vaart 1992)。井上(1989)认为光的作用在于促进赤
霉素的生物合成 ,从而诱导萌发 , 然而 Dorkx 和
Karssen(1993)认为赤霉素也可直接促进拟南芥种
子的萌发 。本文以拟南芥 GA 的不敏感型和缺陷
型突变体为材料 ,研究了光和 GA在拟南芥种子萌
发过程中的相互关系 。此外还从比较不同拟南芥
突变体幼苗呼吸代谢中主要酶的活性入手进行了
探索 。
1　材料与方法
1.1　材料培养
拟南芥(Arabidopsis thaliana(L.)Heynh.)野生
型 Landsberg erecta种子及GA缺陷型突变体 ga-1 ,
ga-2 , ga-3和对 GA 不敏感型突变体 ga-i 的种子
(均由拟南芥生物资源中心提供)经表面消毒(70%
乙醇 3 min ,然后 6%次氯酸钠 10 min ,最后用无菌
水洗 3次)后播种在含 0.8%琼脂的 PNS(Estelle和
Somerville 1987)培养基上 ,播种后置于暗处作为暗
处理 ,光照处理的则在 35μmol m-2s-1的光照下采
用每天 24 h连续光照 ,均在 25℃恒温培养 。播种
后第 5天观察并统计种子的萌发率 。
1.2　烯效唑和 Prohexadione抑制处理后 GA对种
子萌发的恢复作用
烯效唑是 GA 合成途径中贝壳杉烯氧化的抑
制剂;prohexadione 是GA生物合成途径中依赖 2-氧
代戊二酸盐的加双氧酶(dioxygenases)的抑制剂 。
含有烯效唑(uniconazole)10-5mol/L的 PNS 固体培
养基中 ,分别加入不同浓度的 GA1 、GA3 、GA4 、GA9 。
把不敏感型突变体ga-i种子播种在上述培养基上 ,
分别在光下和暗中培养 ,5 d 后观察并统计种子的
萌发率。prohexadione 的处理浓度为 10-4mol/L。
1.3　外源 GA3 对缺陷型突变体 ga-1 , ga-2 , ga-3
的作用
将 ga-1 , ga-2 , ga-3 的种子播种在含有 GA3
10
-6
mol/L的 PNS固体培养基上 ,分别在光下和暗
中萌发。观察并统计其萌发率。
1.4　在光和黑暗下种子萌发对 GA的需求
GA缺陷型突变体 ga-1 , ga-2 , ga-3 的种子播
种在含有不同浓度(10-4 ～ 10-8 mol/L)GA的培养
基上于黑暗及光照条件下培养 ,观察并统计其萌发
率。
1.5　丙酮酸激酶活性的测定
反应混合液中含 0.1 ml Tris-HCl 200 mmo1/L
(pH 7.4)、 0.1 ml 磷酸烯醇式丙酮酸(PEP)15
mmol/L。0.1 ml ADP 25 mmol/L , 0.1 ml KC1 500
mmol/L ,0.1 ml Tris-钼酸盐 l2.5 mmol/L , pH 7.4 ,
2.3 ml蒸馏水 ,酶液 0.2 m1(相当 1 mg 蛋白质)。
对照不加 ADP 以蒸馏水代替 , 在 37℃下反应 10
min后 ,加入 1 m1 2 ,4-二硝基苯肼 ,再加入 1.2 ml
含有 EDTA 2.0 ×10-3 mol/L 的 2.4 mol/L 的
NaOH ,放置 10 min ,在 510 nm波长下测定 0D值 ,以
ΔOD mg-1 protein min-1表示酶活性 。
1.6　琥珀酸脱氢酶活性的测定
反应混合液中含 0.1 m1 磷酸钾 1.5 mo1/L
101植物生理学报 , Acta Phytophysiologica Sinica　2000 , 26(2):101 ～ 104
(pH 7.4), 0.1 ml 琥珀酸钠 1.2 mol/L(pH 7.4),
0.1 ml 2 , 6-二氯酚靛酚钠(2 , 6-DCPIP)9×l0-4
mol/L及 2.5 ml蒸馏水 。置 30℃水浴中保温 。测
定酶活前加入 0.1 ml的酶液(相当1 mg 蛋白质)和
0.1 ml硫酸甲酯吩嗪 9 mg/ml ,反应开始后 15 ～ 60
s时在 600 nm处测定 OD值 ,用蒸馏水作对照 。以
ΔOD mg-1protein min-1表示酶活性 。
1.7　6-磷酸葡萄糖脱氢酶活性的测定
依照欧阳光察(1985)的方法测定 。
2　结果与讨论
2.1　GAs对氧化/羧化抑制的 ga-i 种子萌发的恢
复作用
试验了烯效唑和 pohexadione 两种 GA 合成抑
制剂。我们观察到烯效唑 10-5mol/L 几乎完全抑
制 ga-i 种子的萌发 ,当加入外源GAs时抑制作用
被部分解除 ,有趣的是 GAs 对萌发的恢复效果可
因光照而得到显著的促进(图 1)。prohexadione 是
GA生物合成途径中依赖 2-氧代戊二酸盐的加双氧
酶的抑制剂 ,与烯效唑实验不同之处是先让 ga-i
种子在黑暗中吸涨 36 h ,然后播种在含 prohexadione
10-4 mol/L的固体培养基上 ,从图 2可以看出 ,pro-
hexadine 明显抑制种子的萌发 ,而加入外源 GA3 可
以解除 prohexadione 的抑制作用。与图 1的结果相
似。上述结果表明 GAs对抑制剂抑制萌发的恢复
效果可因光照而明显加强 ,光照促进这一恢复过
程 ,可能是光照提高了 ga-i 种子对赤霉素的敏感
性使然。
图 1　GAs 对烯效唑抑制 ga-i 种子萌发的恢复
Fig.1　Effects of GAs on the recovery of the germination inhibited by uniconazole(10-5 mol/ L)in GAs insensitive mutant ga-i
2.2　在光和黑暗下种子萌发对 GA的要求
我们用数年前收获的拟南芥种子进行发芽实
验时 ,发现即使在光照条件下 ,种子也不能萌发 ,这
表明光对种子萌发的促进与对内源 GA的生物合
成的促进并不存在必然的相关 ,但是当施予 GA3
时 ,无论光下还是暗中均能诱导种子萌发 ,并且此
时的光对 GA3 诱导的种子萌发有明显的增效作
用 ,在光下GA3 10-6 mol/L 就能使70%以上的种子
萌发 ,而在黑暗中 GA3 10-4 mol/L 才能使大部分种
子萌发 ,GA3 10-5 mol/L 只能使少数种子萌发(图
3)。这一结果还表明在光的作用下可以大大降低
拟南芥种子萌发时对外源赤霉素的需求量 ,同时也
佐证了光提高了拟南芥种子对赤霉素的敏感性。
102 植　物　生　理　学　报　　　　　　　　　　　　　26卷
2.3　GA3和光对 ga-1 ,ga-2 , ga-3种子萌发的作用
在上述结果的基础上再用赤霉素缺陷型突变
体 ga-1 , ga-2 , ga-3进行了试验。这些突变体由于
编码内根-贝壳杉烯合成酶A基因的突变而不能合
成赤霉素(Thomas 等 1994), 我们观察到种子
无论在光下还是在暗处 ,不施用外源赤霉素几乎不
图 2　GA3 对 prohexadione(10-4 mol/ L)抑制作用的恢复
Fig.2　Effects of GA3 on the recovery of the germination inhibited
by prohexadione(10-4 mol/L)in ga-i
图 3　在光和黑暗下 GA3对野生型拟南芥种子萌发的影响
Fig.3　Effects of GA3 and light on wild type Arabidopsis seed ger-
mination
能萌发(图 4),萌发后如不经常施用不能正常生
长。这一结果不但表明对种子的萌发 GA3 是比光
更为基本的要求 ,而且光促进萌发的作用可能更重
要的是在于光提高了拟南芥种子对外源赤霉素的
敏感性 。光促进种子萌发的机理是颇为复杂的
(Kobayashi等 1996 ,Muthukrishanan等 1983), ga-i 是
一种对赤霉素不敏感型的突变体 ,但如图 1所示 ,
光仍然促进 ga-i 种子的萌发 ,这从另一角度佐证
上述关于光的作用是提高种子对赤霉素的敏感性
的结论。同时也暗示 ga-i 对赤霉素不敏感可能并
非由于赤霉素受体的缺失 ,不敏感的问题看来还需
要从其它方面进行探索 。
图 4　GA3和光对 ga-1 , ga-2 , ga-3种子萌发的促进作用
Fig.4　Seed germination response of ga-1 , ga-2 , ga-3 to exoge-
nous GA3 and light
2.4　ga-i和 ga-1幼苗中与呼吸代谢有关的酶活性
拟南芥种子萌发后 ,我们进一步研究了在光下
生长的这些突变体幼苗的呼吸代谢活动 ,测定了呼
吸代谢中细胞质中糖酵解(EMS)特有的丙酮酸激
酶 ,三羧酸循环(TCA)中特有的琥珀酸脱氢酶和磷
酸戊糖途径特有的 6-磷酸葡萄糖脱氢酶的活性 。
分别测定了野生型 , ga-i 和ga-1的这 3种酶的酶
活性 ,结果如表 1。从表 1可见 ga-i 与野生型之
间 ,这 3种酶的酶活性都很接近 ,而野生型和 ga-i
均与ga-1之间存在着较大的差异 ,前者EMS-TCA
表 1　在光下生长的突变体(ga-1 , ga-i)幼苗呼吸代谢中的
酶活性
Table 1　The activities of succinic dehydrogenase , puruvate kinase
and glucose-6-phosphate dehydrogenase in mutants(ga-1 and ga-
i)seedlings
Mutants
Enzyme activity(ΔOD mg-1 protein min-1)
Succinic
dehydrogenase
Pyruvate
kinase
Glucose-6-phosphate
dehydrogenase
ga-1 0.00 0.27 0.11
ga-i 0.13 0.21 0.00
Ler 0.10 0.29 0.01
1032期　　　　　　　　　　李凤玲等:赤霉素和光对拟南芥种子萌发和幼苗生长影响的研究
途径中的酶活性较高 ,后者磷酸戊糖途径中的酶活
性较高 。这一结果为进一步从其它方面进行探索
这些突变体的重要生理生化过程提供了线索 。
参 考 文 献
欧阳光察(1985).6-磷酸葡萄糖脱氢酶活性测定.见:薛应
龙主编.植物生理学实验手册.上海:上海科学技术出
版社 , 183～ 184
井上(1989).フィトクロムとジベレリン.植物の化学调
节 , 24:105 ～ 113
Dorkx MPM , Karssen CM(1993).Effect of light and temperature
on seed dormancy and gibberellin-stimulated germination in
Arabidopsis thaliana :studies with gibberellin-deficient and
-insensitive mutants.Physiol Plant , 89:360～ 68
Estelle MA , Somerville C(1987).Auxin-resistant mutants of Ara-
bidopsis thaliana with an altered morphology.Mol Gen
Genet , 206:200 ～ 206
Muthukrishanan S , Chandra GR, Elizabeth SM (1983).Hormonal
controlα-amylase gene expression in barley.J Biol Chem ,
258:2370～ 2375
Kobayashi M , Clive RS , Bernard O (1996).Gibberellin
metabolism in maize.Phant Physiol , 110:413
Thomas B , Raymond L , Rodriguez (1994).Metabolite signal regu-
late gene expression and source/ sink relations in cereal
seedlings.Plant Physiol , 106:1235
Talon M , Koornneef M , Zeevaart AD (1990).Endogenous gib-
berellins in Arabidopsis thaliana and possible steps blocked
in the biosynthetic pathways of the semidwarf ga-4 and ga-5
mutants.Proc Natl Acad Sci USA , 87:7983
Zeevaart JAD (1992).Gibberellin mutants in Arabidopsis
thaliana.In:Karssen CM , Van Loon LC , Vreugdenhi D
(eds).Progress in Plant Growth Regulation.Dordrecht:
Kluwer Academic Publishers , 34～ 43
Effects of Gibberellin and Light on Seed Germination and Seedling
Growth of Arabidopsis
LI Feng-Ling　CHEN Ji-Chu　ZHAO Yu-Ju
(Shanghai Institute of Plant Physiology , Chinese Academy of Sciences , Shanghai 200032)
Abstract:ga-1 , ga-2 , ga-3 are gibberellin de-
ficient Arabidopsis mutants , ga-i is a gib-
berellin insensitive mutant.The relationship be-
tween the role of gibberellin and light during
seed germination and seedlings was investigated.
Inhibition of ga-i germination by unicona-
zole and prohexadione was recovered partially by
application of GA3 in light , but not in the dark
(Figs.1 , 2).GA3 was active inducing ga-1 ,
ga-2 and ga-3 germination in light , but not in
the dark(Fig.4).Light lowered GA concentra-
tion required for germination from 10-4 mol/L
in the dark to 10-6 mol/L in light (Fig.3).
The respiratory metabolism of ga-1 was different
from ga-i and wild type (Ler)(Table 1).
These results show that light might in-
creased sensitivity of Arabidopsis seed to exoge-
nously applied GA rather than the capacity to
synthesize GAs
Key words:gibberellins , mutants , Arabidopsis
104 Acta Phytophysiologica Sinica　2000 , 26(2):101 ～ 104