文章作者：范业赓

发表单位：广西甘蔗遗传改良重点实验室

中文核心期刊：植物学报

研究背景

甘蔗(Saccharum officinarum)高产的根本在于提高蔗茎产量, 节间是决定甘蔗株高进而影响其单茎重的重要农艺性状, 而甘蔗单产由单位面积的有效茎数和单茎重决定。由此可见, 节间伸长对蔗茎产量的形成 具有重要影响, 因此适当促进甘蔗节间伸长是提高单产最有效的途径之一。深入研究甘蔗节间伸长的内在机理, 对通过生物技术手段促进节间伸长以实现蔗茎产量增加具有重要的实践指导意义。

研究内容

1.1不同伸长时期甘蔗节间生长差异

不同时期甘蔗节间生长的差异 (A) 未伸长期(Ls1)甘蔗株高;(B) 伸长初期(Ls2)甘蔗株高; (C) 伸长盛期(Ls3)甘蔗株高

甘蔗伸长生长过程中, 其节间数不断增加, 且同一节位的节间也随生育时期的推进而不断伸长,而株高的增加是甘蔗节间伸长的最终体现。3个不同时期甘蔗株高差异达极显著水平, Ls1时期甘蔗节间被叶鞘完全包裹, 未发现明显的节间, 表明甘蔗节间处于形成阶段, 即未伸长期; 待至Ls2 和Ls3时甘蔗已经拔节, 茎节间已明显伸长可见, 且茎节数也明显增多, 同时伸长速率增长较快, 达极显著水平。以株高每日增长幅度来表征甘蔗节间伸长速率, Ls1时期最为缓慢,每日增加约 0.4 cm; 随后甘蔗节间伸长加快, 在Ls2时期,节间每日增加约1 cm, 且Ls3时期的长速约是Ls2的3倍, 平均节间长度的增幅也呈相似的结果。上述研究结果表明, 甘蔗Ls1、Ls2和Ls3三个时期的伸长在表 型和生长速度方面都存在显著差异。

2.2 甘蔗节间伸长过程中主要植物激素含量的动 态变化

植物激素在作物生长发育的几乎所有生理过程中均发挥重要调控作用。节间伸长是甘蔗株高形成的关键对单茎重的贡献重大。本研究表明, 不同植物激素在甘蔗节间组织中的总含量差异很大, 且呈现不同的动 态趋势。 随着节间的不断伸长, 甘蔗茎节中BR含量的变化不明显, 但维持在一个较高的水平; 同时, GA和IAA含量呈单峰上升趋势, 伸长盛期达到最高值, 分别为122.5 ng·g–1 FW和21.3 ng·g–1 FW, 且在伸长与未伸长时期节间组织中的差异均达极显著水平; 而ABA和CTK的结果则相反, 在不同伸长时期甘蔗茎节中ABA和CTK含量随节间伸长呈不断下降的趋势, 在伸长盛期达到最低值, 分别为18.1ng·g–1FW和33.4 ng·g–1 FW, 且不同伸长阶段的含量差异均达极显著水平, ABA的降幅最大。 在不同伸长时期, 茎节组织中的ETH含量总体呈上升的动态变化, 表现为未伸长期含量最低; 伸长初期剧增, 此时节间伸长开始启动; 待伸长盛期有所下降, 但伸长盛期和伸长初期之间的差异不显著。上述研究结果表明, 在未伸长期(Ls1)-伸长初期 (Ls2)-伸长盛期(Ls3)转变过程中, 甘蔗茎节中主要植物激素GA、IAA、BR、CTK和ABA含量波动较大, 不同时期之间差异达极显著水平; ETH平均总含量表现为在伸长初期(Ls2)显著升高后趋于平稳; 而BR含量在不同时期差异不显著。这表明甘蔗节间伸长动态与上述植物激素代谢水平密切相关, 但不同植物激素的影响程度存在差异。

结论：甘蔗茎节中的植物激素动态影响其节间伸长, 而赤霉素最突出的生理功能就是促进植物茎秆伸长。甘蔗节间伸长过程主要与GA和IAA相关, 其次为CTK和 ABA, 而ETH受到IAA的调控影响节间伸长。