呂曉康 溫曉霞 廖允成 劉 楊

西北農(nóng)林科技大學農(nóng)學院， 陜西楊凌 712100

外源多胺對小麥小花退化的調控機制

呂曉康 溫曉霞 廖允成 劉 楊*

西北農(nóng)林科技大學農(nóng)學院， 陜西楊凌 712100

小麥穗粒數(shù)與小花退化密切相關， 多胺是調控小花發(fā)育的一種重要植物生長調節(jié)劑。本研究利用小麥品種（系）雙大1號（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）， 分析外源多胺對小麥小花退化的影響及其與內源激素、植株碳氮的關系。結果表明， 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加具有顯著的負效應； 并且多胺的調控具有明顯的位置效應， 對小穗上部弱勢小花退化的調控效應顯著大于下部強勢小花。施用外源Spd和Spm后， 弱勢小花中Spd、Spm顯著增加， 同時玉米素+玉米素核苷（Z+ZR）含量及其與脫落酸（ABA）的比值也顯著升高， 而內源乙烯的釋放速率降低， 并且弱勢小花中可溶性總糖和可溶性蛋白質含量顯著提高。外源Put對弱勢小花的控調效應與此相反， 施用后弱勢小花中Put、ABA含量以及內源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。因此認為， 多胺參與了對小麥小花退化的調控， 其對小麥小花退化的調控與內源激素、植株碳氮代謝密切相關。

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)和粒重構成， 其中穗粒數(shù)對環(huán)境及栽培措施最為敏感， 在保證穗數(shù)的基礎上提高穗粒數(shù)是小麥高產(chǎn)的主要調控目標。小麥穗粒數(shù)是小花分化、發(fā)育、退化和結實等一系列生理過程的最終體現(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效小花［2］。小麥穗生成籽粒的潛在能力遠遠超過實際的結實粒數(shù)［3-4］。因此， 減少小花退化、增加可孕小花數(shù)量， 從而提高小花結實率是實現(xiàn)小麥高產(chǎn)的關鍵問題。

多胺是植物體內一類具有生物活性的低分子量脂肪族含氮堿的總稱， 被認為是生長調節(jié)物質或激素的第二信使［5-6］。植物體內常見的多胺有腐胺（Put）、亞精胺（Spd）、精胺（Spm）等， 其具有刺激細胞分裂、促進生長、延緩衰老、提高抗性、調節(jié)開花、提高種子活力、促進根系吸收等作用， 能顯著調節(jié)植物的生長發(fā)育及其對逆境的響應［7］。多胺參與了對禾谷類作物穎花發(fā)育的調控， 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，促進雄蕊及花粉發(fā)育［8-11］。Ma等［12］研究發(fā)現(xiàn)， OsARG基因通過調控多胺合成途徑關鍵酶精氨酸合成酶影響水稻幼穗中多胺含量， 而該基因的缺失會降低幼穗中多胺含量， 進而導致穗型變小、結實率顯著下降。在小麥上的研究也表明外源施用Spd能夠顯著促進小麥幼穗生長， 提高小麥穗粒數(shù)［13］。這些研究結果表明， 多胺顯著影響禾谷類作物穎花發(fā)育。但是， 關于多胺對小麥小花退化的影響， 還缺乏相關研究。

激素在調控禾谷類作物小花發(fā)育過程中起著重要作用， 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)目和結實率進而減低穗粒數(shù)［14-16］。外源脫落酸（ABA）顯著提高了水稻、小麥的不結實籽粒比例， 降低了結實小花率［17］。外源玉米素（Z）顯著提高小麥小花數(shù)目， 較高的內源細胞分裂素（CTK）有利于小麥小花發(fā)育［2，4］， 細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， 植物營養(yǎng)也顯著影響小花發(fā)育及退化，有研究認為， 小麥小花退化的主要原因是對植株營養(yǎng)的競爭， 由于開花前莖、穗之間對有限營養(yǎng)資源的競爭， 造成穗部生長營養(yǎng)供應不足引起小花退化［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， 在藥隔期至四分體期， 保證氮素營養(yǎng)可減少退化小花數(shù)， 增加結實粒數(shù)。

外源多胺能顯著提高植株內源生長素（IAA）和ABA含量［20-21］， Spd和ETH的合成代謝間存在相互抑制的關系［22］， 外源Spd和Spm能顯著促進水稻弱勢粒淀粉合成［22］。這表明多胺代謝與激素、植株營養(yǎng)之間關系密切。但是關于多胺對小麥小花退化的影響及其與激素、植株營養(yǎng)的關系， 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， 分析了外源多胺對小麥小花退化的影響及其與內源激素、植株碳氮的關系， 旨在探討多胺對冬小麥小花退化的影響及其生理機制， 為穗粒數(shù)形成提供理論依據(jù)。

1　材料與方法

1.1試驗材料與處理

2012—2013和2013—2014年度， 在西北農(nóng)林科技大學標本園（陜西楊凌， 34°20′ N， 108°04′ E）進行田間試驗。供試土壤為壤土， 耕層（0～20 cm）土壤含有機質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（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。小麥生長期進行常規(guī)大田管理。

參考王兆龍等［1，4］和倪英麗［2］關于小麥小花發(fā)育的研究， 并結合本課題組前期預備試驗結果， 每品種設 4個處理， 在倒二葉完全抽出（旗葉露尖， 此期處于開花前 20 d， 小花分化基本結束， 小花開始兩級分化）時選擇長勢一致的植株進行掛牌標記， 每個處理在倒二葉完全抽出期、四分體時期（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。每個注射時期均連續(xù)2 d， 于每天17：00—18：00實施。小區(qū)面積3 m × 3 m， 隨機區(qū)組排列， 3次重復。

1.2測定項目與方法

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個左右， 以穗中部第7～14小穗基部小花為強勢小花（雙大1號第1～3位小花、西農(nóng)538第1～2位小花）， 上部小花為弱勢小花（雙大1號第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行剝取、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準［1］。以各處理總小花數(shù)和可孕小花數(shù)相對于對照的增加率來表示各處理對小麥小花退化的影響， 增加率 = （處理測定值 - 對照測定值） / 對照測定值 × 100。

1.2.2內源游離態(tài)多胺測定 參照劉俊等［23］和Yang等［22］的方法測定游離態(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紫外檢測器（Waters）測定。色譜柱為Waters Symmery C18柱（7.5 cm × 4.6 cm × 3.5 μm），流動相為甲醇∶水（59∶41）， 流速0.7 mL min-1， 柱溫30℃， 檢測波長230 nm。

1.2.3內源激素測定 采用酶聯(lián)免疫法測定Z+ZR、ABA含量。用80%甲醇（含1 mmol L-1BHT）提取內源激素， 試劑盒購自中國農(nóng)業(yè)大學， 具體步驟參照試劑盒說明書進行。使用酶標儀測定激素含量［24］， 采用氣相色譜法測定乙烯含量［14］。

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

1.3數(shù)據(jù)分析

采用 Microsoft Excel 2010進行數(shù)據(jù)整理， 用SPSS16.0軟件進行強勢小花與弱勢小花的t測驗和處理間多重比較（LSD 0.05）， Origin8.0軟件繪圖。2年試驗數(shù)據(jù)規(guī)律基本一致， 文中所列內源多胺、激素、可溶性總糖、可溶性蛋白含量為2013—2014年度測定值， 其他指標均采用兩年數(shù)據(jù)。

2　結果與分析

2.1外源多胺對小麥小花發(fā)育的影響

外源施用多胺對總小花數(shù)無顯著影響， 但是其顯著影響小麥可孕小花數(shù)目。與對照相比， 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個品種之間并未表現(xiàn)出明顯的多胺作用差異（圖2）， 表明無論是大穗型還是小穗型品種， 多胺均能顯著調控其小花退化及穗粒數(shù)形成。

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

2.2外源多胺對小麥小花內源多胺含量的影響

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（圖4）。雙大1號小花中Spd和 Spm含量顯著高于同期西農(nóng)538， 而雙大1號小花中Put含量顯著低于同期西農(nóng)538。對于同一個品種， 強勢下小花中Spd和Spm含量顯著高于弱勢小花， 而強勢下小花中Put含量顯著低于弱勢小花。外源Put和Spm分別顯著提高了小花中內源Put和Spm含量， 外源Spd顯著提高了小花中內源Spd和Spm含量。

2.3外源多胺對小麥小花內源激素含量的影響

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

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

圖1　外源多胺對小麥總小花數(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外源多胺對小麥小花內源激素含量的影響

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

圖3　外源多胺對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.

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

在小花兩級分化及退化過程中， 小花中ETH釋放量呈降低趨勢。弱勢小花ETH釋放量顯著強勢小花， 且西農(nóng)538小花ETH釋放量顯著高于雙大1號。外源Spd和Spm顯著降低了弱勢小花中ETH釋放量， 而外源Put則顯著提升了弱勢小花中ETH釋放量。但是外源多胺對強勢小花中ETH釋放量無顯著影響。

2.5外源多胺對小麥小花可溶性糖和蛋白含量的影響

在小麥小花兩級分化及退化過程中， 強勢小花中可溶性總糖和蛋白含量顯著高于弱勢小花， 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， 在花前14 d和6 d達到峰值， 而可溶性蛋白含量表現(xiàn)為升高-下降-升高的趨勢， 在花前 6 d達到峰值（圖6）。雙大1號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對強勢小花內源可溶性總糖和蛋白含量均無顯著影響。除此之外， 外源 Put對弱勢小花內源可溶性總糖和蛋白含量也無顯著影響， 但是外源Spd和Spm顯著提高了弱勢小花中可溶性總糖和蛋白含量。

3　討論

3.1多胺對小麥小花退化的影響

多胺是植物體內一類具有生物活性的低分子量脂肪族含氮堿的總稱， 被認為是生長調節(jié)物質或激素的第二信使， 也有學者將其歸為植物激素的一類［5-6］。研究表明， 多胺參與了對禾谷類作物穎花發(fā)育的調控［8-13］。外源施用MGBG顯著降低了水稻幼穗中Spd 和Spm含量， 進而抑制雄蕊發(fā)育、降低花粉育性； 提高水稻幼穗中多胺含量能夠促進雄蕊及花粉發(fā)育；降低水稻幼穗中多胺含量會導致穗型變小、結實率顯著下降［8-11］。外源施用Spd能夠顯著促進小麥幼穗生長， 提高小麥穗粒數(shù)［13］。在本研究中， 小麥強勢小花內源Spd和Spm含量顯著高于弱勢小花， 同時外源Spd和Spm顯著提高了可孕小花數(shù)目。與此不同，小麥強勢小花內源 Put含量顯著高于弱勢小花， 而外源Put顯著降低了可孕小花數(shù)目。這表明3種多胺對小麥小花退化的調控效果不同， Spd和Spm能夠促進小花發(fā)育， 顯著提高可孕小花比率， 而Put可能參與了對小花發(fā)育的抑制。同時本研究發(fā)現(xiàn) Spd 和Spm對小麥小花發(fā)育的調控存在明顯的位置效應，其主要調控小穗上部的弱勢小花發(fā)育， 但其對強勢小花發(fā)育無顯著影響。Put是Spd和Spm的合成前體， 從本試驗結果推測， 強勢小花和弱勢小花間Put與 Spd、Spm含量相反的現(xiàn)象可能與兩者在 Put向Spd、Spm轉化、合成上的不同有關， 弱勢小花可能Put向Spd、Spm轉化能力較弱， 造成了小花中大量Put積累， 造成對其生長的不利影響， 此時外源施用Put加劇了這一過程， 造成弱勢小花大量退化， 可孕小花比率顯著下降。

圖4　外源多胺對小麥小花內源多胺含量的影響（2013-2014）Fig. 4 Effect of exogenous polyamines on endogenous PA contents in wheat floret （2013-2014）S： 強勢小花； I： 弱勢小花； S1： 施用1 mmol L-1Spd； S2： 施處理對不同部位枝梗上用1 mmol L-1Spm； P1： 施用2 mmol L-1Put； CK： 對照（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　外源多胺對小麥小花內源激素含量的影響（2013-2014）Fig. 5 Effect of exogenous polyamines on endogenous hormone contents in wheat floret （2013-2014）S： 強勢小花； I： 弱勢小花； 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： 強勢小花； I： 弱勢小花； 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多胺對小麥小花退化的調控與激素的關系

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中ETH的產(chǎn)生， 使用ACC合成酶抑制劑處理水稻植株能促進多胺合成［27］。本研究發(fā)現(xiàn)外源 Spd和 Spm顯著降低了弱勢小花中ETH釋放量， 而外源 Put顯著提高了弱勢小花中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對小麥弱勢小花退化的抑制作用可能與其對ETH釋放量的抑制作用有關， 而外源 Put可能通過促進小花中ETH釋放量加劇了小麥弱勢小花退化。

ABA和 CTK參與了對水稻、小麥等禾谷類作物小花退化的調控［2，4，14］。外源多胺可以提高內源ABA濃度［3］； 外源Spd和Spm可以顯著提高水稻弱勢籽粒 Z+ZR含量， 而 Spd和 Spm合成抑制劑MGBG能顯著降低水稻弱勢籽粒Z+ZR含量［22］。這表明多胺與ABA、CTK代謝間關系密切。本研究發(fā)現(xiàn)外源Spd、Spm和Put對強勢小花中ABA和Z+ZR含量無顯著影響， 但是Spd和Spm顯著提高了弱勢小花中 Z+ZR和 ABA含量， 而 Put對弱勢小花中Z+ZR含量無顯著影響， 但是其顯著提高了弱勢小花中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， 多胺對弱勢小花發(fā)育的調控可能與內源Z+ZR和ABA關系密切， 但是并不是僅與某一種激素有關。通過將ABA和Z+ZR做比值發(fā)現(xiàn)， 外源 Spd和 Spm顯著提高了弱勢小花（Z+ZR）/ABA值， 而外源Put則顯著降低了弱勢小花（Z+ZR）/ABA值（圖7）， 這表明外源多胺對弱勢小花退化的調控可能與其對ABA、Z+ZR之間比值的調控有關， 其通過調控 ABA、Z+ZR的平衡關系調控小麥小花退化。

圖7　外源多胺對小麥弱勢小花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.

植物生長發(fā)育過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控［29］。本研究結果顯示， 多胺對小麥小花退化的調控與 ETH、ABA和Z+ZR存在密切關系， 可能是多胺與這些激素間的平衡調控著小麥小花的退化， 這些激素或生長調節(jié)物質間的相互關系， 還需要進行進一步的深入研究。

3.3多胺對小麥小花退化的調控與碳氮代謝的關系

談桂露等［30］推測內源多胺可能是通過調節(jié)籽粒蔗糖-淀粉代謝途徑關鍵酶活性實現(xiàn)對籽粒灌漿的調節(jié)， Yang等［22］報道Spm和Spd能夠顯著提高水稻弱勢粒蔗糖合成酶等碳代謝相關酶活性從而促進弱勢粒淀粉合成。本課題組研究表明， 在小麥籽粒灌漿過程中， 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對強勢小花可溶性總糖和可溶性蛋白含量均無顯著影響， 但是， 外源 Spd 和Spm顯著提高了弱勢小花中可溶性總糖和可溶性蛋白含量， 而外源 Put顯著降低了弱勢小花中可溶性總糖含量。有研究認為， 小麥小花退化的主要原因是對植株營養(yǎng)的競爭， 由于開花前莖、穗之間對有限營養(yǎng)資源的競爭， 造成穗部生長營養(yǎng)供應不足引起小花退化， 而弱勢小花正因為對營養(yǎng)競爭的劣勢造成其大量退化［1，3］。其中， 碳氮營養(yǎng)的供應最為重要。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； 也有研究認為， 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養(yǎng)器官與穗中的分配比例有關［2］。氮肥可以延長穗分化的時間， 增加小穗小花的數(shù)目， 特別是藥隔期至四分體期， 保證氮素營養(yǎng)可減少退化小花數(shù)， 增加結實粒數(shù)［2］。從這些研究我們推測， 外源多胺對小花退化的調控與其對小花碳氮營養(yǎng)的調控關系密切。外源Spd和Spm顯著提高了弱勢小花中碳氮含量， 保證了弱勢小花發(fā)育過程中有比較充足的碳氮營養(yǎng)， 從而減少了弱勢小花的退化， 而外源 Put顯著降低了弱勢小花中可溶性總糖含量， 這會加劇小花發(fā)育過程中營養(yǎng)的不足， 從而加劇小花退化。

多胺對小麥退化的調控與激素、植株碳氮營養(yǎng)均存在密切聯(lián)系， 且多胺與激素、多胺與植株碳氮營養(yǎng)、激素與植株碳氮影響之間均關系密切， 表明多胺可能通過多種途徑參與了對小麥小花退化的調控， 其可能是小花退化的調控因子網(wǎng)絡中的重要一環(huán)。但是關于多胺對小麥小花退化的調控機理以及各種調控途徑之間的相互關系， 還需進一步研究。

4　結論

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， 其效應與小花穗位有關，對小穗上部弱勢小花的影響明顯， 而對小穗下部強勢小花無顯著影響。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)； 小花內源激素含量， 如 Spd、Spm、Z+ZR， 以及 Z+ZR與ABA比值顯著升高， 同時降低了內源ETH釋放速率；弱勢小花中可溶性總糖以及可溶性蛋白質含量顯著提高。Spd和Spm通過提高弱勢小花內源Z+ZR與ABA的比值、改善弱勢小花碳氮營養(yǎng)促進了小麥弱勢小花發(fā)育， 抑制了弱勢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

本研究由國家自然科學基金項目（31301260）， 國家科技支撐計劃項目（2015BAD22B03-05）和中國博士后科學基金面上項目（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)絡出版日期）： 2016-05-30.

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