免费文献传递   相关文献

Regulation of DTA-6 by Abscission Cellulase and GmAC Gene Expression in Flowers and Pods of Soybean

DTA-6对大豆花荚脱落纤维素酶和GmAC基因表达的调控


叶面喷施生长调节剂(PGRs)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用大田小区试验,R1期对大豆绥农28(SN28)、垦丰16 (KF16)和合丰50 (HF50)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存在差异;能够显著降低花荚脱落率(P<0.05);能够显著增加产量(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。

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 cellulose (AC) activity, abscission cellulose (GmAC) gene expressive, abscission of flowers and pods and yield in soybean. DTA-6 was foliage sprayed at R1 stage on three varieties of Suinong 28 (SN28), Kenfeng 16 (KF16), and Hefeng 50 (HF50) in 2012 and 2013. Our 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 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 AC activity was regulated by DTA-6, resulting in reduced abscission rate of soybean flowers and pods and promoted yield.


全 文 :作物学报 ACTA AGRONOMICA SINICA 2016, 42(1): 5157 http://zwxb.chinacrops.org/
ISSN 0496-3490; CODEN TSHPA9 E-mail: xbzw@chinajournal.net.cn

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).
 通讯作者(Correspondence author): 郑殿峰, E-mail: dianfeng69@gmail.com
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
DOI: 10.3724/SP.J.1006.2016.00051
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, 孙福东 1 刘 涛 1 李建英 2 杜吉到 1
韩毅强 1 郑殿峰 1,
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
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
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,
1Agronomy of College, Heilongjiang Bayi Agricultural University, Daqing 163319, China; 2 Daqing Branch College, Heilongjiang Academy of
Agricultural Sciences, Daqing 163316, China
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 culti-
vars. 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
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
象 [3], 与产量密切相关。多数大豆品种的花荚脱落率
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
52 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
础研究在农业实践中的应用。
1 材料与方法
1.1 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。
1.2 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
第 1期 崔洪秋等: DTA-6对大豆花荚脱落纤维素酶和 GmAC基因表达的调控 53


表 1 实时荧光定量 PCR引物序列
Table 1 Primer sequences used in qRT-PCR
基因名称
Gene name
序列号
Accession number
引物序列
Primer sequence
GmAC U34755 F: 5′-TTGCCCGCCACCCAAAGA-3′
R: 5′-CGTTCCCATCTCCCACCT-3′
GmActin V00450 F: 5′-GGTGATGGTGTGAGTCACACTGTACC-3′
R: 5′-GTGGACAATGGATGGGCCAGACTC-3′

(CMC-Na)测定酶活性[22-23]。
取荚 0.5 g, 加入 2 mL pH 7.2的磷酸缓冲液, 在
0~4℃冰浴中研磨提取, 提取液倒入离心管中, 再分
别用 1 mL的溶液冲洗研钵 2次, 共 4 mL, 一并倒入
离心管中, 4℃下 12 000× g离心 20 min, 取上清液 4
℃保存, 作为纤维素酶粗提液。
取 2支试管, 分别加入 1 mL酶液, 然后在一支
试管中加入 1 mL 羧甲基纤维素钠(CMC-Na), 在另
一支试管中加入 1 mL蒸馏水作为对照。将 2支试管
摇匀后, 在电热恒温培养箱中 40℃保温 24 h, 采用
3,5-二硝基水杨酸比色法 [24], 测定反应体系中还原
糖的含量。以每小时生成 l mg还原糖作为 1个酶活
单位[25]。
1.4 脱落花荚统计
采用铺纱布网法调查脱落花荚。
花荚脱落率(%) = (脱落花数+脱落荚数)/(脱落
花数+脱落荚数+座荚数)×100
1.5 测产与考种
在大豆成熟期, 从每个小区收获 0.65 m2 (垄长
1.00 m×垄宽 0.65 m), 选长势均匀的 10株, 统计株
粒数、株有效荚数、单株粒重、百粒重(干)等。
产量(kg hm–2)=单株粒数×百粒重(g)×公顷株数/
100 000。
采用 Microsoft Excel 2003制图、SPSS19.0统计
分析, 用 Duncan’s法进行多重比较。
2 结果与分析
2.1 R1 期叶面喷施 DTA-6 对大豆脱落纤维素酶
基因相对表达影响
从图 1可知, 花荚离区 GmAC基因相对表达量,
绥农 28 DTA-6处理比 CK降低 51%, 垦丰 16 DTA-6
处理比 CK降低 42%, 合丰 50 DTA-6处理比 CK降
低了 17%。说明 R1 期叶面喷施 DTA-6 在 3 个大豆
品种中, 均降低了大豆花荚离区 GmAC 基因相对表
达量, 绥农 28降低最多, 合丰 50降低最少。

图 1 R1期叶喷 DTA-6对大豆花荚离区 GmAC基因相对表达量
的影响
Fig. 1 Effect of DTA-6 sprayed at R1 stage on GmAC gene
expression in soybean
图柱顶端不同字母表示处理间在 0.05水平上显著。SN28: 绥农
28; KF16: 垦丰 16; HF50: 合丰 50。
Different letters superscripted show significant difference in
relative expression between treatments at the 0.05 probability
level. SN28: Suinong 28; KF16: Kenfeng 16; HF50: Hefeng 50.

2.2 R1叶喷 DTA-6对大豆荚脱落纤维素酶的影响
从图 2 可知, 绥农 28DTA-6 处理 AC 活性在喷
药后 28、42和 49 d高于 CK, 其他 2个时间均低于
CK, 与 CK 相比随时间递进呈“高–低–高–低”交替;
垦丰 16 DTA-6处理, 除了喷药后 42 d略高于CK (没
有显著差异)外, 其他时间均低于 CK, 差异不显著。
合丰 50 DTA-6处理在喷药后 28~42 d荚脱落纤维素
酶活性高于 CK, 49 d和 56 d显著低于 CK。
从喷药后 42 d为转折点, 之前绥农 28、垦丰 16
两个品种处理高于对照, 之后处理低于对照, 合丰
50变化趋势相反。DTA-6对大豆荚 AC的调控随着
喷药后天数的变化而变化, 品种不同时变化也不尽
相同。推测该差异是品种差异造成的。
2.3 R1 期叶面喷施 DTA-6 对大豆花荚脱落率的
影响
从图 3 可以看出, 经 DTA-6 处理的 3 个品种都
表现降低花荚脱落率, 与 CK差异显著(P<0.05)。说
明始花期(R1)叶面喷施 DTA-6 能够有效地降低大豆
花荚脱落率。品种间差异与 DTA-6对 GmAC基因表
达的影响相对应, 说明 GmAC基因在 DTA-6对花荚
脱落率的影响中起着重要作用。
54 作 物 学 报 第 42卷



图 2 R1叶喷 DTA-6对大豆荚脱落纤维素酶活性的影响
Fig. 2 Effect of DTA-6 sprayed at R1 stage on the GmAC activity of soybean pods
SN28: 绥农 28; KF16: 垦丰 16; HF50: 合丰 50。
SN28: Suinong 28; KF16: Kenfeng 16; HF50: Hefeng 50.


图 3 R1期叶面喷施 DTA-6对花荚脱落率的影响
Fig. 3 Effects of DTA-6 on abscission rate of flowers and pods
in soybean
图柱顶端不同字母表示处理间差异达 0.05显著水平。SN28: 绥
农 28; KF16: 垦丰 16; HF50: 合丰 50。
Superscripted by different letters are significantly different between
treatment at the 0.05 probability level. SN28: Suinong 28; KF16:
Kenfeng 16; HF50: Hefeng 50.
2.4 R1 期叶面喷施 DTA-6 对大豆产量及其构成
因子的影响
由图 4 可知, 除 2012 年垦丰 16 DTA-6 处理产
量没有显著高于 CK外, DTA-6处理的 3个品种产量
均显著(P<0.05)高于 CK, 增产幅度不一致。2 年的
产量结果均表明, DTA-6 对不同基因型亚有限大豆
品种产量有显著增产效果。增幅不同是品种差异和
年度差异造成的。品种产量变化趋势与 DTA-6 对
GmAC 基因表达的影响相对应, 说明 GmAC 基因虽
然对产量没有直接作用, 但可通过影响脱落关键酶
影响花荚脱落率, 进而影响产量。
从表 2可知, DTA-6处理比 CK增加了单株结荚
数, 垦丰 16中差异显著(P<0.05), 其他 2个品种中差
异不显著。DTA-6处理比 CK增加了单株粒数, 绥农

图 4 R1期叶面喷施 DTA-6对大豆产量的影响
Fig. 4 Effects of DTA-6 sprayed at R1 stage on soybean yield
图柱顶端不同字母表示差异达 0.05显著水平。SN28: 绥农 28; KF16: 垦丰 16; HF50: 合丰 50。
Superscripted by different letters are significantly different between treatments at the 0.05 probability level. SN28: Suinong 28; KF16: Kenfeng 16;
HF50: Hefeng 50.
第 1期 崔洪秋等: DTA-6对大豆花荚脱落纤维素酶和 GmAC基因表达的调控 55


表 2 R1期叶面喷施 DTA-6对大豆产量构成因子的影响
Table 2 Effects of DTA-6 sprayed at R1 stage on yield components of soybean
品种
Variety
处理
Treatment
单株荚数
Pod number per plant
单株粒数
Seed number per plant
百粒重(干重)
100-seed dry weight (g)
CK 29.75±5.80 a 64.00±9.00 b 15.49±0.45 a 绥农 28
Suinong 28 DTA-6 34.25±3.92 a 76.28±8.47 a 15.40±0.30 a
CK 31.44±1.89 b 68.31±3.63 a 13.80±0.29 a 垦丰 16
Kenfeng 16 DTA-6 34.30±2.10 a 74.90±5.66 a 14.05±0.25 a
CK 22.98±4.72 a 59.02±2.95 b 16.96±0.40 a 合丰 50
Hefeng 50 DTA-6 29.48±4.25 a 73.84±3.24 a 16.87±0.41 a
同品种内数值后不同字母表示差异达 0.05显著水平。
Values followed by different letters in the same variety are significantly different at the 0.05 probability level.

28和合丰 50中差异显著(P<0.05), 垦丰 16中差异不
显著。DTA-6 处理比 CK 增加了百粒重(干), 但在 3
个品种中差异均不显著。说明 R1期叶面喷施 DTA-6
能够影响产量构成因子, 结荚数和单株粒数在个别
品种上显著(P<0.05)增加, 百粒重差异不显著。
3 讨论
3.1 GmAC基因相对表达量
在 3个大豆品种中, R1期叶面喷施 DTA-6均降
低了大豆花荚离区 GmAC 基因相对表达量, 其中绥
农 28 (51%)降低最多, 与预计的结果相似花荚脱落
的减少与大豆花荚离区 GmAC 基因相对表达量降低
的结果是一致, 只是不同的品种上降低的幅度不同。
纤维素酶是细胞壁水解酶之一, 其作用越来越
受到重视。利用基因工程克隆植物纤维素酶基因 ,
通过转基因、反义抑制调控植物的生理效应已有报
道[26-27]。作为调控脱落的水解酶基因, GmAC 基因,
在大豆花荚脱落中发挥着重要作用。用 14C 标记氨
基酸的示踪实验结果表明, 脱落发生时, 离层细胞
氨基酸和蛋白质的含量增加 [28]; 与此同时, 细胞内
mRNA和 rRNA的含量也增加, 而在 ABA诱导的脱
落中, RNA 和蛋白质能在几小时内迅速增加[29]。这
些蛋白质大部分是与脱落有关的酶[30]。说明脱落酶
基因表达量与脱落酶活性有着重要的对应关系。有
研究报道, 脱落纤维素酶在大豆的叶片、花和荚的
脱落层中也存在[31]。柴国华[21]认为, GmAC基因表达
存在组织特异性, 离层>嫩叶>根>老叶>茎, 大豆植
株在离层脱落纤维素酶的活性最高 , 最容易脱落 ,
反之 , 茎中活性最低 , 最不容易脱落 , 该结论和
Kemmerer 等[31]的研究结果类似。Tucker 等[32]在研
究菜豆时发现, AC 基因的组织表达模式, 在离层区
及邻近维管束中超量表达, 在上胚轴和茎中表达量
很低。因而在本试验中, 我们也选用表达量最高的
花荚离区作为材料, 试验结果显示 DTA-6 处理后在
离区检测到了 GmAC 基因表达, 但表现出的结果是抑
制了 GmAC基因相对表达量。
柴国华[21]的研究还表明, 最适浓度 3种激素(乙
烯、ABA、IAA)处理大豆植株, 能显著影响花荚脱
落率, 且存在品种差异性, 其变化趋势与各激素对
GmAC 基因表达的影响相对应, 说明 GmAC 基因在
激素对花荚脱落率的影响中起着重要作用。DTA-6
作为植物生长调节剂对大豆花荚的离区脱落纤维素
酶基因有调控作用, 结论与前人研究激素作用结果
基本相符。首先, DTA-6对大豆脱落纤维素酶基因表
达量有抑制作用 , 都能降低表达量; 其次 , 在不同
品种上表现的降低趋势不一致。关于外源植物生长
调节剂 DTA-6调控 GmAC基因表达过程中上下游基
因的变化, 内源激素信号传导, 各种物质间的相互
作用, 还有待进一步研究。
3.2 脱落纤维素酶
DTA-6处理的AC和 CK比较差异显著(P<0.05),
随着时间的推移, 变化呈先升高后降低再升高的趋
势, 合丰 50接近成熟期时生理衰老引起其酶活性快
速下降。喷施 DTA-6后, AC活性在不同品种间存在
差异, 且随着喷药后天数的变化而呈现各自的变化
特点。DTA-6处理与 CK相比, 在 3个品种的脱落纤
维素酶变化趋势是在喷药后 42 d (R5)较低, 喷药后
28 d (R4)和喷药后 56 d (R6)较高, 这与宋莉萍 “在
合丰 50上 R1期喷 DTA-6处理 AC活性, 呈先升高
后降低再升高的趋势”部分一致[33]。合丰 50 在喷药
后 49 d 前与宋莉萍的结论(喷药后 50 d)基本一致,
本实验在喷药后 56 d, AC大幅降低, 宋莉萍试验中
没有体现, 分析其原因可能是合丰 50接近成熟期时,
生理衰老引起的酶活性快速下降。
56 作 物 学 报 第 42卷


多聚半乳糖醛缩酶(polymerziatoin)和纤维素酶
(cellulase)在植物整个生长发育阶段有重要作用, 其
变化主要受两类相应基因表达调控。诸多研究表明,
纤维素酶、多聚半乳糖醛酸酶等细胞壁降解酶活性
与离区脱落进程有着密切的关系[34-35]。纤维素酶己
被认为是影响菜豆、棉花等叶柄外植体脱落的主要
酶, 并受植物激素的调节[36]。Oberholste等[37]观察到
用乙烯利处理整体植株和外植体时, 发现大豆花的
脱落有细胞学上和超微结构上的不同。如果多种水
解酶同工酶在脱落中是需要的, 那么引起脱落的生
理条件是相对重要的[38]。更应该注意的是, 基因在
自然条件下与诱导脱落中的表达是不一样的。说明
脱落是一个由多种酶参加的复杂过程, 在脱落过程
中哪种酶起主导作用, 要看脱落发生时具体的生理
条件[39]。试验中 DTA-6处理和 CK的变化不同与“基
因在自然条件下与诱导脱落中的表达是不一样的”
结果基本相符, 在生理条件方面的研究, 我们还有
待进一步的完善。
3.3 花荚脱落率和产量
DTA-6 处理的绥农 28、垦丰 16、合丰 50 都表
现为降低花荚脱落率, 与 CK差异显著(P<0.05)。R1
叶面喷施 DTA-6 能够有效地降低大豆花荚脱落率,
这一结果与柴国华 “最适浓度三种激素 (乙烯、
ABA、IAA)处理大豆植株, 能显著影响花荚脱落率,
且存在品种特异性”的结论基本一致[21]。说明植物生
长调节剂 DTA-6与激素乙烯、ABA、IAA处理效果
有着相似的规律。品种的变化趋势与 DTA-6 对
GmAC 基因表达的影响相对应说明 GmAC 基因在
DTA-6对花荚脱落率的影响中起着重要作用。DTA-6
处理的 3个品种产量均高于 CK, 差异显著(P<0.05)。
表明 DTA-6对亚有限大豆品种产量都有显著增产效
果。2 年的产量结果, 均表明 DTA-6 对不同基因型
亚有限大豆品种产量都有显著的增产效果, 与郑殿
峰等研究结果“喷施调节剂后, 在不同大豆品种上都
有增产的效应, 但是不同大豆品种增产幅度不同”基
本一致[40]。大豆花荚离区 GmAC基因相对表达量变
化规律与花荚脱落率基本一致, 与产量相反。DTA-6
处理在喷药后 5 d, 花荚离区GmAC基因相对表达量
在不同品种上表现出不同的程度抑制, 喷药 28 d后
豆荚的 AC 活性降低, 最终反映在大豆花荚脱落率
有效降低、产量显著增加上。
4 结论
DTA-6通过抑制大豆花荚离区 GmAC基因相对
表达量, 阶段性地降低大豆荚的AC酶活性, 显著降
低花荚脱落率(P<0.05), 进而显著增加产量(P<0.05),
并且存在品种差异。
References
[1] Heindl J C, Brun W A. Patterns of reproductive abscission, seed
yield, and yield components in soybean. Crop Sci, 1984, 24:
542–545
[2] Rylott P D, Smith M L. Effects of applied plant growth sub-
stances on pod set in broad beans (Vicia faba var. Major). J Agric
Sci Camb, 1990, 114: 41–47
[3] 韩静, 王幼群, 王晓理. 植物器官脱落的机制及其研究进展.
植物学通讯, 1999, 16: 405–410
Han J, Wang Y Q, Wang X L. Progress in researches on the
mechanism of abscission of plant organs. Chin Bull Bot, 1999, 16:
405–410 (in Chinese with English abstract)
[4] Heitholt J J. Role of assimilate and carbon-14 photosynthate
rtitilning in soybean reproductive abortion. Crop Sci, 1986, 26:
999–1004
[5] Reese R N, Dybing C D, White C A, Page S M, Larson1 J E. Ex-
pression of vegetative storage protein (VSP-beta) in soybean ra-
ceme tissues in response to flower set. J Exp Bot, 1995, 46:
957–964
[6] Wiebold W, Ashley D, Boerma H R. Reproductive abscission
levels and patterns for eleven determinate soybean cultivars.
Agron J, 1981, 73: 43–46
[7] 董志新, 莫庸, 陈新红, 黄文华, 阎洁. 多效唑对大豆化学调
控诱导效应的研究. 石河子农学院学报, 1996, 34(2): 7–12
Dong Z X, Mo Y, Chen X H, Huang W H, Yan J. Study
pacolobutrazol chemical regulating effect on soybean. J Shihezi
Agric Coll, 1996, 34(2): 7–12 (in Chinese with English abstract)
[8] 汪宝卿, 慈敦伟, 张礼凤, 李伟, 徐冉. 同化物供应和内源激
素信号对大豆花荚发育的调控. 大豆科学, 2010, 29: 878–888
Wang B Q, Ci Z W, Zhang L F, Li W, Xu R. Research progress of
assimilation supply and endogenous hormones signals regulation
involved in flower and pod development of soybean. Soybean Sci,
2010, 29: 878–888 (in Chinese with English abstract)
[9] Heitholt J J, Egli D B, Lepgget J E. Characteristics of reproduc-
tive abortion in soybean. Crop Sci, 1986, 26: 589–595
[10] Kokubun M. Honda I Intra-race mevariation in pod-set probabi-
lity is associated with cytokine in content in soybeans. Plant Prod
Sci, 2000, 3: 354–359
[11] Yashima Y, Kaihatsu A, Nakajina T. Kokubun M. Effects of
source/sink ratio and cytokine in application on pod set in soy-
bean. Plant Prod Sci, 2005, 8: 139–144
[12] Shahri W, Tahir I. Flower senescence: some molecular aspects.
Planta, 2014, 239: 277–297
[13] Xie R J, Deng L, Jing L, He S L, Ma Y T, Yi S L, Zheng Y Q,
Zheng L. Recent advances in molecular events of fruit abscission.
Biol Plant, 2013, 57: 201–209
[14] MacDonald M T, Lada R R, Dorais M, Pepin S. Endogenous and
exogenous ethylene induces needle abscission and cellulase ac-
tivity in post-harvest balsam fir (Abies balsamea L). Trees, 2011,
25: 947–952
[15] Iwai H, Terao A, Satoh S. Changes in distribution of cell wall
第 1期 崔洪秋等: DTA-6对大豆花荚脱落纤维素酶和 GmAC基因表达的调控 57


polysaccharides in floral and fruit abscission zones during fruit
development in tomato (Solanum lycopersicum). J Plant Res,
2013, 126: 427–437
[16] 柴国华, 吕慧颖, 李辉亮, 陈建南, 聂晶, 张利明, 朱保葛. 热
胁迫对大豆花荚离层细胞基因表达、能量供应及花荚脱落率
的影响. 农业生物技术学报, 2006, 14: 574–577
Chai G H, Lü H Y, Li H L, Chen J N, Nie J, Zhang M L, Zhu B G.
Effects of heat stress on HSP70 gene expression and energy sup-
ply in abscission zone of flowers-pods, and abscission rate of
flowers-pods in soybean cultivars. J Agric Biotechnol, 2006, 14:
574–577 (in Chinese with English abstract)
[17] 李辉亮. 激素和热激对大豆[Glycine max (L.) Merrill]花荚脱落
的影响及其分子机理研究. 湖南农业大学硕士学位论文, 湖
南长沙, 2006
Li H L. Studies on the Effects of Hormone and Heat Shock on
Soybean (Glycine max (L.) Merrill) Legume Abscission and Its
Molecule Mechanism. MS Thesis of Hunan Agricultural Univer-
sity, Changsha, China, 2006 (in Chinese with English abstract)
[18] Cheng Y Q, Liu J F, Yang X D, Ma R, Liu C M, Liu Q. RNA-seq
analysis reveals ethylene-mediated reproductive organ develop-
ment and abscission in soybean (Glycine max (L.) Merr). Plant
Mol Biol Rep, 2013, 31: 607–619
[19] 冯乃杰, 郑殿峰, 刘冰, 张玉先, 杜吉到, 梁喜龙. 三种植物
生长物质对大豆叶茎解剖结构的影响. 植物生理学通讯, 2008,
127: 351–354
Feng N J, Zheng D F, Liu B, Zhang Y X, Du J D, Liang X L. Ef-
fects of plant growth substances on leaf and stem anatomical
structure in Glycine max (Linn.) Merrill. Plant Physiol Commun,
2008, 127: 351–354 (in Chinese with English abstract)
[20] Ramesh R, Ramprasad E. Effect of plant growth regulators on
morphological, physiological and biochemical parameters of
soybean (Glycine max L. Merrill). In: SpringerBriefs in Applied
Sciences and Technology, 2015, pp 61–71
[21] 柴国华. 激素、逆境对大豆脱落纤维素酶基因表达的调控及其
对花荚脱落的影响. 西北农林科技大学硕士学位论文, 陕西
杨凌, 2006
Chai G H. Regulation of Abscission Cellulose Gene Expression and
Effect of Flowers and Pods Abscission in Soybean by Hormones or
Unfavorable Circumstances. MS Thesis of Northwest A&F Univ,
Yangling, China, 2006 (in Chinese with English abstract)
[22] 宋莉萍, 刘金辉, 郑殿峰, 冯乃杰. 不同时期 PGRs 对大豆花
荚脱落率及纤维素酶活性的影响. 中国油料作物学报, 2011,
33: 253–258
Song L P, Liu J H, Zheng D F, Feng N J. Regulation of plant
growth regulators on abscission rate and cellulase activity of
soybean flowers and pods. Chin J Oil Crop Sci, 2011, 33:
253–258 (in Chinese with English abstract)
[23] Ghose T. Measurement of cellulase activities. Pure Appl Chem,
1987, 58: 257–268
[24] 郝建军, 刘延吉. 植物生理学实验技术. 沈阳: 辽宁科学技术
出版社, 2001. pp 9–13
Hao J J, Liu Y J. Plant Physiology Experimental Techniques.
Shenyang: Liaoning Science and Technology Publishing House,
2001. pp 9–13
[25] 林祥木. 产纤维素酶菌株的诱变选育及其产酶条件的研究.
福建农林大学硕士学位论文, 福建福州, 2004
Lin X M. Studies on Isolation of Strains Producing Cellulase and
Conditions of Enzyme Production. MS Thesis of Fujian Agricul-
ture and Forestry University, Fuzhou, China, 2004 (in Chinese
with English abstract)
[26] Lasbbrook C C, Giovannoni J J, Hall B D, Robert L F, Alan B B.
Transgenic analysis of tomato endo-1,4-beta-glucanase gene
function. Role of cell in floral abscission. Plant J, 1998, 13:
303–310
[27] Brummell D A, Hall B D, Bennett A B. Antisense suppression of
tomato endo-l.4-beta-glucanase cell mRNA accumulation in-
creases the force required to break fruit abscission zones but does
not affect fruit softening. Plant Mol Biol, 1999, 40: 615–622
[28] Leopold A C. The mechanism of foliar abscission. Soc Exp Biol
Symp, 1967, 21: 507–516
[29] Abeles F B. Abscission regulation of senescence protein synthesis
and enzymesretion by ethylene. Hort Sci, 1971, 6: 371–376
[30] Gonzalez-Bosch C, del Campillo E, Bennett A B. Immunodetection
and characterization of tomato endo-1,4-glucanase cell protein in
flower abscission zones. Plant Physiol, 1997, 114: 1541–1546
[31] Kemmerer E C, Tucker M L. Comparative study of cellulases as-
sociated with adventitious root initiation, apical buds and leaf,
flower and pod abscission zones in soybean. Plant Physiol, 1994,
104: 557–562
[32] Tucker M L, Seiton R, del Campillo E. Bean abscission cellulase:
regulation of gene expression by ethylene and auzin characteriza-
tion of a cDNA. Plant Pbysiol, 1988, 88: 1257–1262
[33] 宋莉萍. 不同时期叶施 PGRs 对大豆花荚的调控效应. 黑龙江
八一农垦大学博士学位论文, 黑龙江大庆, 2011
Song L P. Regulation on Soybean Flower and Pod by Foliage
Applying Plant Growth Regulators in Different Development
Stages. PhD Dissertation of Heilongjiang Bayi Agricultural Uni-
versity, Daqing, China, 2011 (in Chinese with English abstract)
[34] Bonghi C, Rascio N, Ramina A, Casadoro G. Cellulase and poly-
galacturonase involvement in the abscission of leaf and fruit ex-
plants of peach. Plant Mol Biol, 1992, 20: 839–848
[35] Clements J C, Atkins C A. Characterization of a non-abscission
mutant in Lupinus ungustifolius L.: physiological aspects. Ann
Bot, 2001, 88: 629–635
[36] Abeles F B, Rubinstein B. Regulation of ethylene evolution and
leaf abscission by auxin. Plant Physiol, 1964, 39: 963–969
[37] Oberholster S D. Pedicel abscission of soybean: cytological and
ultrastructural changes induced by auxin and ethephon. Can J Bot,
1991, 69: 2177–2186
[38] Moree D J. Cell wall dissolution and enzyme. sretion during leaf
abscission. Plant Physiol, 1969, 43: 1545–1559
[39] Berger R K, Reid P D. Role of polygalacturonase in bean leaf
abscission. Plant Physiol, 1979, 63: 1133–1137
[40] 郑殿峰, 赵黎明, 于洋, 冯乃杰, 赵玖香. 植物生长调节剂
对大豆花荚脱落及产量的影响 . 大豆科学 , 2008, 27:
783–786
Zheng D F, Zhao L M, Yu Y, Feng N J, Zhao J X. Effects of
plant growth regulators (PGRs) on the abscission of flower
and pod of soybean. Soybean Sci, 2008, 127: 783–786 (in
Chinese with English abstract)