谢伶俐，韦丁一，章子爽，徐劲松，张学昆，许本波
甘蓝型油菜发育进程中赤霉素动态变化及其与产量的关系
谢伶俐1,2，韦丁一1,2，章子爽1,2，徐劲松1,3，张学昆1,3，许本波1,2
1长江大学湿地生态与农业利用教育部工程研究中心，湖北荆州 434025；
2长江大学生命科学学院，湖北荆州 434025；
3长江大学农学院，湖北荆州 434025
中国甘蓝型油菜品系与欧洲甘蓝型油菜品系存在较大的遗传差异，二者组配的杂种F1产量优势明显。测定不同来源的甘蓝型油菜发育进程中GA的动态变化，研究GA含量与亲本及杂种F1产量的关系，分析亲本及杂种后代GA合成途径关键酶基因的转录水平，为探明GA对甘蓝型油菜生长发育的影响及其在产量形成过程中的作用奠定基础。2020年11月至2021年5月，利用高效液相色谱法测定15个不同来源的中国甘蓝型油菜品系及15个欧洲甘蓝型油菜品系GA含量的动态变化；
2021年11月至2022年5月，以杂种F1产量优势较强的YG2009×YC4、ZS11×YC4及其亲本YG2009、ZS11、YC4为材料，考察3个不同时期（D1：2022年1月15日；
D2：2022年2月15日；
D3：2022年3月15日）亲本及杂种F1的GA含量变化、生长指标（株高、根长和鲜重等）、产量及构成因子（单株角果数、角粒数和千粒重）和光合指标（光合速率、气孔导度、蒸腾速率和胞间CO2浓度），分析GA含量随温度变化的趋势，GA含量与亲本及杂种F1的农艺性状、光合特性和产量的关系，并利用实时荧光定量PCR技术，分析亲本及杂种F1不同时期（D1、D2和D3）GA合成途径关键酶基因的转录水平变化。GA总量与环境温度密切相关，供试甘蓝型油菜GA含量随温度的变化均呈先降低后升高的趋势，但来源于欧洲的甘蓝型油菜品系平均GA含量高于中国品系。F1产量表现为明显的优势，YG2009×YC4产量比其父、母本分别提高18.06%和10.35%；
ZS11×YC4产量比其父、母本分别提高29.92%和28.6%。亲本和杂种F1的部分农艺性状差异显著，产量与GA含量存在相关性。亲本及杂种F1中、及转录水平的变化较大。来源于欧洲的甘蓝型油菜品系GA总量高于中国油菜品系，而且对温度变化更加敏感；
欧洲油菜和中国油菜品系杂交能产生产量杂种优势，其杂种优势与GA含量存在一定相关性；
在发育过程中，欧洲油菜和中国油菜品系及其F1中、的变化与GA含量密切相关。
甘蓝型油菜；
杂种优势；
赤霉素；
产量；
转录水平
【研究意义】油菜是中国第一大油料作物，常年种植面积约667万hm2，同时，中国也是油菜籽进口大国，年进口油菜籽约320万t，因此，发展油菜生产对维护国家食用油供给安全具有重要的战略意义[1]。油菜杂种F1具有较强的杂种优势，利用杂种优势培育高产杂交油菜新品种，是保证中国食用油安全的一条有效途径。【前人研究进展】甘蓝型油菜原产于欧洲，为强冬性油菜，20世纪50年代引入中国，由于其优异的丰产性，迅速替代了中国的白菜型油菜[2]。中国引入甘蓝型油菜后，对强冬性甘蓝型油菜进行了遗传改良，选育出一系列适应中国气候的半冬性油菜[3]。胡鸣等[4]通过深度重测序，发现中国油菜虽然起源于欧洲油菜，但由于系统选育，已经产生了比较大的遗传变异，姚艳梅等[5]证明导入半冬性品种遗传成分能提高甘蓝型春油菜杂种的产量。植物激素参与多种遗传和生理因素调控，是植物形态和功能的主要调节因子，GA作为一种重要的植物激素，在植物的整个发育周期中起调节作用，参与调控种子萌发、根的生长、茎的伸长及花和果实的发育等[6-10]。ZANEWICH等[11]研究发现自交系对外源GA3高度敏感，杂种优势强的植株中内源GAs含量高、GA新陈代谢旺盛、GA相关合成基因表达量增加等，表明GA与作物杂种优势有一定关系。MA等[12]通过内源GA含量的定量分析和GA代谢和信号基因的表达谱分析，发现GAs在水稻幼苗发育的杂种优势中发挥重要的调节作用。NICKERSON等[13]发现玉米基因型对GA3的敏感性与近交度有关，玉米自交系对外源GA3反应强烈，杂交种含有较高的内源GA水平以促进其生长发育。ZHANG等[14]发现在杂种GA合成途径中起积极作用的基因表达上调，而起消极作用的基因表达下调，进一步证明GA与杂种优势密切相关，而且强杂种优势植株具有较高的GA代谢水平和含量。GA合成过程复杂，首先合成内根-贝壳杉烯，再由内根-贝壳杉烯经一系列复杂反应生成GA12-醛后，再转变为其他类型的GA，该过程涉及多种酶和信号传导因子参与，其中，CPS（copalylpyrophosphate synthase）、KS（ent-kaurence synthase）、KO（ent-kaurence oxidase）、KAO（ent-kaurenoic acid oxidase）为GA合成早期步骤的酶，GA20ox1（GA20-oxidase 1）、GA20ox4（GA20-oxidase 4）、GA3ox2（GA3-oxidase 2）、GA2ox6（GA2-oxidase 6）为GA合成晚期步骤的酶，GID1（gibberellin insensitive dwarf 1）、GID2（gibberellin insensitive dwarf 2）、SLR1（slender rice 11）、D1（dwarf 1）为GA信号传导因子[11, 15-17]。近年来，随着植物分子生物学及功能基因组学的发展，从分子水平上解析植物激素代谢调控与植物生长发育的关系已成为前沿和热点。【本研究切入点】目前，中国油菜杂交种占油菜种子80%以上，虽对杂种优势的遗传和分子基础进行了大量研究，但其机理尚不完全明确。长江大学油料作物研究团队前期工作发现，中国甘蓝型油菜自交系与欧洲甘蓝型油菜自交系组配的杂种F1优势明显，如，已登记的鄂油杂1号、长油杂1号等4个油菜新品种。通过对引进及保存的中国油菜、欧洲油菜材料及其自交系组配的杂种F1材料进行系统的表型鉴定、生理生化测定，发现GA在产量形成过程中发挥着重要作用。【拟解决的关键问题】本研究以中国、欧洲来源的甘蓝型油菜自交系及组配的强优势F1为试验材料，利用高效液相色谱法测定并分析不同来源甘蓝型油菜发育进程中GA的动态变化，考察GA含量与亲本及杂种F1的农艺性状、光合特性、产量的关系，并利用实时荧光定量PCR（quantitative Real-Time PCR，qRT-PCR）方法，系统分析亲本及杂种F1不同时期的GA合成途径关键酶基因的转录特征，旨在解析甘蓝型油菜发育进程中GA的作用机理及GA在产量优势形成过程中的作用，为油菜高效栽培及杂种优势利用提供参考。
1.1 试验地点及材料
田间试验于2020—2022年在长江大学农业科技园试验基地（112º08"E，30º36"N）进行。2年试验田前茬均为高粱，土壤质地沙壤土，有机质含量10.2 g·kg-1，氮含量160.0 mg·kg-1，磷含量4.3mg·kg-1，钾含量68.5 mg·kg-1，硼含量0.33 mg·kg-1。
2020—2021年供试材料为甘蓝型油菜材料30个，其中，中国油菜材料15个，欧洲油菜材料15个（电子附表1）。
根据上一年试验结果，2021—2022年选取了杂种优势较强的杂交组合YG2009×YC4、ZS11×YC4及其亲本YG2009和ZS11（中国油菜）、YC4（欧洲油菜）为试验材料。
供试材料由长江大学油料作物团队提供。
1.2 田间种植
2020—2021年采用条播方式，于2020年10月9日播种，每个材料种植2行；
2021—2022年分小区种植，于2021年10月6日播种，小区面积为6.25 m2（2.5 m×2.5 m）。整地前施基肥于地表，用旋耕机将肥料与土壤混匀，采用“三沟”配套，厢沟、腰沟宽0.3 m、深0.2 m，围沟宽、深均为0.3 m。3—5叶期人工间苗定植，行距20 cm，株距15 cm，其他管理同农户常规操作。
1.3 指标测定及方法
1.3.1 内源赤霉素含量的测定 2020—2021年：从2020年12月30日开始，每间隔15 d取材一次，至2021年4月15日结束，进行GA含量的测定，用于甘蓝型油菜全生育期GA动态变化分析。
2021—2022年：根据2020—2021年试验结果，参考日气温变化趋势，分别于2022年1月15日、2月15日、3月15日取样，进行GA含量的测定，用于GA动态变化与杂种优势之间关系分析。
取样时从下部第一片叶开始计算，取相同叶位的顶部嫩叶，取样后立即于液氮中速冻，-80℃保存，用于激素提取。每个材料3次生物学重复，3次技术重复。
内源赤霉素采用甲醇浸提法提取，高效液相色谱法（high performance liquid chromatography，HPLC）测定含量，流动相为甲醇和1%乙酸溶液（甲醇﹕乙酸溶液=45﹕55），柱温为35℃，流速为1mL·min-1，检波为254 nm，进样量10 µL[18]。
1.3.2 产量及产量组成 成熟期各小区随机取10株进行考种，考察单株有效角果数、每角粒数、千粒重、单株产量等。每个小区采用“单打单收”的方式进行收获，油菜籽粒风干后称重，测其实际产量。
1.3.3 农艺性状相关指标 根据2020—2021年大田试验结果，于2022年1月15日、2月15日、3月15日分别随机选取各个材料10株植株，考察株高、叶片数、叶长、干重等农艺性状相关指标。
1.3.4 光合速率的测定 采用LI6400XT光合仪，于2021年12月4日上午9：00—11：00选取长势一致油菜植株的第二、三片成熟健康叶片，进行净光合速率、气孔导度、叶间CO2浓度和蒸腾速率测定，每个材料5次生物学重复，3次技术重复。
1.3.5 赤霉素代谢相关基因表达水平分析 在2022年1月15日、2月15日、3月15日进行田间调查的同时，分别取YG2009×YC4、ZS11×YC4、YG2009、ZS11和YC4的叶组织，取样时从下部第一片叶开始计算，取相同叶位的顶部新叶，取样后立即于液氮中速冻，-80℃保存，用于（Invitrogen，USA）RNA提取，并用HiScript III 1st Strand cDNA Synthesis Kit试剂盒（Vazyme）完成反转录。根据GA代谢通路，筛选出GA应答基因，Blast比对油菜泛基因组和比较基因组生物信息平台（BnPIR，http://cbi.hzau.edu.cn/ bnapus）中对应的基因，利用Primer软件设计GA代谢途径相关基因荧光定量PCR引物（表1）。以甘蓝型油菜（登录号：FJ529167.1）为内参基因，在CFX96TM荧光定量PCR仪（Bio-Rad，USA）完成qRT-PCR。
表1 qRT-PCR所用引物序列
1.4 数据统计及分析
采用Microsoft Excel进行原始数据录入、计算和整理，利用DPS 7.05数据处理系统进行统计分析，Craphpad prism 8软件作图。处理间比较采用最小显著差异法（least significant difference，LSD）。
2.1 不同来源甘蓝型油菜全生育期GA总量动态变化分析
为分析中国和欧洲甘蓝型油菜材料生长发育过程中GA总量变化规律，对30个不同来源的甘蓝型油菜材料全生育期GA总量进行了测定。
由图1（国家气象局）可知，试验点2020年12月平均气温相对较高，平均最低/最高气温为4.1/13.0℃，供试甘蓝型油菜均处于苗期，中国油菜和欧洲油菜生长差异不大。由图2可知，在整个生育期间，不同来源的甘蓝型油菜GA总量随温度的变化均呈先降低后升高的趋势。2020年12月30日时，中国油菜材料GA总量普遍高于欧洲油菜材料，其中，中国油菜材料GA平均含量为294.2 ng·g-1，显著高于欧洲油菜材料（253.6 ng·g-1）；
后随气温下降，供试甘蓝型油菜GA总量呈下降趋势，中国油菜下降幅度高于欧洲油菜，至2021年1月15日时，中国油菜材料GA平均含量为87.7ng·g-1，低于欧洲油菜材料的98.4 ng·g-1。2021年1月15日至3月2日，每半个月平均最低/最高气温分别为3.3/10.5℃、2.6/11.4℃、4.7/12.1℃，气温较低，变化幅度不大，所有供试甘蓝型油菜材料GA总量均维持在一个较低水平，但欧洲油菜材料GA总量高于中国油菜材料。2021年3月2日时，中国油菜材料GA平均含量为61.5 ng·g-1，低于欧洲油菜材料（90.3 ng·g-1），此时，中国油菜材料由蕾薹期进入花期，而欧洲油菜材料继续处于苗期。至4月15日时，气温大幅度上升，半月平均最低/最高气温为8.0/16.9℃，此时，欧洲油菜材料GA总量迅速上升，达到195.1 ng·g-1，而中国油菜材料GA总量仅56.8ng·g-1，两者呈差异显著水平。此时欧洲油菜生长期则是进入蕾薹期，而中国油菜材料GA总量变化不大，生育期进入盛花期。
综上，甘蓝型油菜需要经历一段时间低温来实现营养生长，但欧洲油菜对低温敏感，相对中国油菜需要更长的营养生长时间。中国油菜在较低的温度下也能完成从营养生长到生殖生长的转变；
而欧洲油菜则需要合适的温度促进植株内GA总量的升高，刺激其完成从营养生长到生殖生长的转变。
图1 2020-10-01—2021-06-01试验点日气温
图2 甘蓝型油菜全生育期GA动态变化
2.2 产量及构成分析
由表2可知，中国油菜YG2009、ZS11与欧洲油菜YC4杂交后，F1均表现出显著的产量优势，其中，YG2009×YC4产量比其父、母本分别提高18.06%和10.35%；
ZS11×YC4产量比其父、母本分别增产29.92%和28.6%，均达到差异显著水平。在对产量构成相关指标的分析中发现，YG2009×YC4单株角果数显著高于父本，每角粒数、千粒重显著高于母本，单株产量显著高于父、母本；
ZS11×YC4每角粒数显著高于母本，单株角果数、单株产量均显著高于父、母本。说明杂种F1具有较强的营养生长优势，在生长势、结实率等方面优于亲本，使产量大幅度升高。
表2 亲本及杂种F1产量及产量构成分析
表中数据为平均值±标准误，同列不同小写字母表示处理间在0.05水平差异显著。下同
The data in the table are mean ± standard error. Different lowercase letters in the same column indicated a difference of 0.05 levels. The same as below
2.3 农艺性状分析
由图3（国家气象局）可知，试验点2022年1月1日至1月15日、1月16日至2月15日、2月16日至3月15日平均最低/最高气温分别为0.714/7.71℃、1.16/8.33℃和7.18/16.55℃，温度变化趋势与2020—2021年同期基本相同。由表3可知，2022年1月15日时YG2009×YC4株高、叶片数、叶长、叶宽、根长、鲜重、干重分别比母本YG2009增加10.64%、12.9%、8.21%、2.2%、23.45%、30.46%和53.44%；
分别比父本YC4增加41.94%、0.01%、45.67%、22.75%、9.63%、78.92%和58.99%，其中，杂种F1的株高、鲜重、干重与父、母本相比均达到差异极显著水平。ZS11×YC4株高、叶片数、叶长、叶宽、根长、鲜重、干重分别比母本ZS11增加3.79%、-12.9%、26.81%、15.82%、19.63%、-1.88%和-0.75%；
分别比父本YC4增加55.5%、-6.25%、51.20%、25.93%、1.77%、30.53%和-5.68%，其中，叶长与父母本、株高与父本相比均达到差异极显著水平，叶宽、鲜重显著高于父本。2022年1月15日至2月15日气温变化幅度不大（图3），亲本及杂种F1相关农艺性状增幅变化差异不显著；
2022年2月15日至3月15日气温大幅度上升，油菜进入旺盛生长期，亲本及杂种F1相关农艺性状差异显著。3月15日时，YG2009×YC4株高、叶片数、叶长、叶宽、根长、鲜重、干重分别比母本YG2009增加6.8%、1.96%、26.98%、12.17%、36.84%、37.31%和81.53%；
比父本YC4增加88.03%、20.93%、56.86%、43.33%、14.71%、228.09%和396.72%，统计结果表明，叶长、根长、鲜重、干重极显著高于母本YG2009，考察的所有农艺性状指标均极显著高于父本YC4。ZS11×YC4株高、叶片数、叶长、叶宽、根长、鲜重、干重是母本ZS11的5.99%、-24.42%、25.00%、7.69%、14.06%、-28.58%和-10.77%，父本YC4的149.3%、51.16%、76.47%、40.00%、7.35%、439.05%和482.97%，其中，叶片数、叶长、鲜重、干重与母本相比均达到差异极显著水平，株高、叶宽极显著高于父本YC4。
图3 2021/10/1—2022/6/1试验点日气温
表3 亲本及杂种F1农艺性状分析
D1、D2、D3分别表示统计时间为2022年1月15日、2月15日、3月15日。♂表示父本，♀表示母本。*、**表示在0.05和0.01水平差异，NS表示差异不显著
D1, D2 and D3 respectively indicate that the statistical time is January 15, February 15 and March 15, 2022. ♂ represents the father and ♀ the mother. *, ** indicate a difference of 0.05 and 0.01 levels, and NS indicates that the difference is not significant
综上，在甘蓝型油菜的生长过程中，亲本和杂种F1的农艺性状指标差异显著，且与气温密切相关，而环境温度影响了植株内GA的合成。
2.4 亲本和杂种F1光合特性分析
由图4可知，YG2009、ZS11和YC4光合特性差异显著，ZS11光合速率、气孔导度、蒸腾速率显著高于YG2009和YC4，胞间CO2浓度显著高于YG2009，但与YC4差异不显著。YG2009×YC4光合速率、气孔导度、蒸腾速率分别比父本YC4降低28.17%、52.60%和52.76%，达到差异显著水平；
胞间CO2浓度比母本YG2009提高5.74%，达到差异显著水平。ZS11×YC4光合速率、气孔导度、蒸腾速率分别比母本ZS11提高59.74%、507.28%和20.94%，分别比父本YC4提高139.13%、110.87%和69.45%，均达到差异显著水平；
胞间CO2浓度显著低于母本ZS11，降低5.14%。
2.5 内源赤霉素动态变化分析
2022年1月16日至2月15日，平均最低/最高气温1.16/8.33℃（图3），因环境温度较低，由图5可知，YG2009、YG2009×YC4、ZS11×YC4叶片中内源GA含量急剧下降，分别降低67.03%、49.04%和68.59%，达到差异显著水平；
ZS11和YC4中GA含量呈下降趋势但变化不显著。2月16日至3月15日平均低温/高温气温7.18/16.55℃（图3），随着温度上升，YG2009、ZS11、YC4、YG2009×YC4、ZS11× YC4中GA含量呈增加趋势，欧洲油菜YC4对温度响应敏感，其内源GA含量急剧增加，其含量是1月15日的3.95倍，2月15日含量的4.07倍，结合表3可知，内源GA含量与欧洲油菜生育进程密切相关（D1为旺盛营养生长期；
从D2到D3，是欧洲油菜从营养生产向生殖生长转化时期）。YG2009、ZS11、YC4内源GA含量变化趋势与2020—2021年大田种植条件下甘蓝型油菜全生育期GA动态变化一致（图2），即随着温度的变化内源GA呈先下降后升高的趋势；
而杂种F1YG2009×YC4、ZS11×YC4内源GA含量的变化也呈先下降后升高的趋势，但波动幅度介于双亲之间。
不同小写字母表示处理间在0.05水平差异显著。下同 Different lowercase letters indicated a difference of 0.05 levels. The same as below
图5 亲本及杂种F1GA动态变化分析
2.6 赤霉素代谢关键基因相对转录水平分析
由图6可以看出，GA代谢通路各关键基因在亲本及杂种F1的叶片中均有表达，但不同材料、不同取材时间相对转录水平不同，且差异显著。其中亲本及杂交F1中转录水平相对较高，和相对较低。中、欧来源甘蓝型油菜GA合成中，从内根-贝壳杉烯转换成GA12-醛的过程中存在显著的基因转录水平差异。
2022年1月15日，日平均最低/最高气温为0.714/7.71℃（图3），父本YC4中、、转录水平显著高于母本YG2009、ZS11。杂种F1YG2009×YC4、ZS11×YC4中，控制GA合成早期步骤的酶、、、相对转录水平高于母本YG2009、ZS11，低于父本YC4。控制GA合成晚期步骤的酶、、、相对转录水平相对父母本则变化较大。YG2009×YC4中、、、分别比母本YG2009提高20.86%、-4.83%、-58.35%和29.73%，相对父本YC4提高-69.13%、139.43%、-90.58%和280.41%；
ZS11×YC4中、、、相对转录水平分别比母本ZS11提高45.50%、215.59%、17.09%和-45.22%，比父本YC4提高-61.40%、1049.45%、-62.38%和151.08%。YG2009×YC4中GA信号传导因子、、、相对转录水平分别比母本YG2009提高30.16%、-18.38%、256.76%和-12.91%，比父本YC4降低49.74%、69.06%、-59.02%和42.79%；
ZS11×YC4中、、、相对转录水平分别比母本ZS11降低21.15%、34.01%、11.29%和-38.98%，比父本YC4降低53.90%、10.20%、38.03%和4.67%。
2022年1月15日至3月15日，温度先下降后上升，YG2009、ZS11、YC4、YG2009×YC4、ZS11×YC4中、、相对转录水平表现为先下降后上升的趋势。因此，推测甘蓝型油菜GA合成途径中，具有温度响应关键因子调控GA信号传导因子。2月15日至3月15日，随着温度上升，相对于低温环境，亲本及杂种F1YG2009×YC4、ZS11×YC4中、、、转录水平整体显著上调。YG2009×YC4中、、、转录水平介于亲本YG2009和YC4之间。
2022年3月15日，ZS11×YC4中转录水平是ZS11的1.8倍，YG2009×YC4中转录水平是YG2009的0.9倍，而YC4中转录水平显著高于ZS11、YG2009。GID1蛋白是GA信号转导过程中的重要受体，能特异性地结合活性GA，并进一步与DELLA蛋白结合形成复合体，该复合体可以被特定的泛素E3连接酶复合体（SCFSLY1/GID2）多聚泛素化后被26S蛋白酶降解，从而产生GA效应，为GA途径正调控因子。ZS11×YC4、YG2009×YC4中转录水平介于2个亲本之间，但YC4中转录水平显著高于ZS11、YG2009。该转录水平变化与该时间段GA含量变化趋势相符合（图5）。
经比较发现，不同取材时间，亲本及杂交F1叶片中GA相关基因的转录水平均有不同程度的变化。分别将2022年2月15日、3月15日和1月15日各基因的转录水平相比较，得到各个基因在不同时间的转录水平的变化幅度（图7），发现、、等早期阶段基因表达量下调，而、及的转录水平的变化幅度较大。2月15日，5个材料中的转录水平均上调，其中，YG2009、YC4中上调幅度较大，分别为17.14和17.22；
在YG2009、ZS11×YC4中上调18.81和0.13，在其他材料中均下调，下调幅度分别为0.69、4.27和1.0；
在YG2009中上调幅度较大，达到12.87，而在YC4、ZS11×YC4中下调，下调幅度分别为0.84和2.42。3月15日时，、的转录水平均上调，YG2009、ZS11、YC4、YG2009×YC4、ZS11×YC4中上调幅度分别为32.62、9.00、20.99、23.57和6.67；
的转录水平上调幅度分别为13.09、7.82、2.86、9.99和7.66。而的转录水平除YC4下调1.41外，在YG2009、ZS11、YG2009×YC4、ZS11×YC4中均上调，上调幅度分别为7.44、3.42、15.91和3.73。
图6 不同时期GA合成途径关键酶基因的相对转录水平
a：相对转录水平变化=2022年2月15日基因相对转录水平－1月15基因相对转录水平；
b：相对转录水平变化=2022年3月15日基因相对转录水平－1月15基因相对转录水平
植物中有活性的GA成分主要为GA1、GA3、GA4、GA7，而的转录水平与GA3、GA4、GA7的合成密切相关，的转录水平与GA1的合成密切相关，的转录水平与GA1、GA3、GA4、GA7前体物质GA9、GA20合成密切相关。从1月15日到3月15日，YC4中的转录水平表现为先下降后急剧上升，的转录水平表现为上升趋势，对应的ZS11、YC4中GA含量先下降（不显著）后显著上升；
YG2009×YC4中的转录水平表现为先不变后急剧上升，的转录水平表现为上升趋势，对应的GA含量则表现为先降低后升高趋势；
ZS11×YC4中与的转录水平表现为先下降后上升趋势，GA含量则表现为先下降后上升趋势，因此，与的转录水平与GA含量密切相关。
3.1 GA含量变化影响甘蓝型油菜从营养生长到生殖生长的转换
中国甘蓝型油菜品种多属于半冬性品种，温度适应范围较大，一般15—20 d的低温春化（4—10℃）即可顺利开花。欧洲油菜品种多为冬性油菜，对低温要求比较严格，需要15—35 d以上0—5℃低温才能正常进行花芽分化，开始生殖生长。
GA是植物重要的生长调节剂之一，可以打破种子休眠期，促进作物生长发育，提高开花坐果率，改进品质，增加作物产量[6-10]。本研究发现，甘蓝型油菜由苗期进入到蕾薹期和花期，GA含量迅速增加。GA途径与春化途径对开花有着至关重要的作用，GAs具有代替某些植物开花所需低温的作用，促进开花。长日照植物或二年生要求低温的植物在成花诱导过程中体内GA含量都增加[19-20]，BAO等[21]也发现GA在拟南芥开花过程中起重要作用，说明GA与低温均对春化有重要作用。这与本研究的结果相吻合，年后GA含量升高，甘蓝型油菜从幼苗期进入蕾薹期，进一步证明GA含量变化影响甘蓝型油菜从营养生长到生殖生长的转换。
3.2 亲本GA代谢差异是杂种优势的基础
杂种优势现象是普遍存在于自然界的生物学现象之一，是作物遗传改良的重要手段[22-23]。卢晶等[24]发现白菜型冬油菜杂交组合的不同性状的超亲优势率出现差异较大；
张书芬等[25]发现甘蓝型油菜各重要农艺性状的杂种优势同样存在丰富的变异。本研究发现杂种F1YG2009×YC4、ZS11×YC4光合作用增强，其株高、叶片数、叶长、叶宽等优于亲本；
杂种F1的产量显著高于亲本。但通过相关分析发现，GA含量与农艺性状无显著相关性。GA含量受环境条件影响较大，因此大田试验的同时也完成了室内相对恒定条件下GA含量的测量，结果发现，GA含量对温度敏感（图8）。在5℃培养条件下，亲本YG2009中GA含量显著高于YC4，而YC4中GA含量显著高于杂种F1YG2009×YC4和ZS11×YC4；
15℃时，5个材料整体GA含量有增加的趋势，但杂种F1YG2009×YC4和ZS11×YC4 GA含量增加更加明显，含量介于两亲本之间；
25℃时，杂种F1YG2009×YC4和ZS11×YC4 GA含量进一步升高，显著高于亲本YG2009和YC4。小区产量统计发现，杂种F1YG2009×YC4和ZS11× YC4 GA的产量也显著高于亲本，表现出产量优势。
图8 植物培养室相对恒定培养条件下亲本和杂种F1幼苗GA含量
综上可知，杂种F1与亲本性状间关系复杂，既互补又相互克制，一些性状的加强势必会导致某些性状的加强或者削弱。因此，要提高杂种优势，必须要抓住关键性状的选择，诸如倒伏指数、GA含量、株高，同时还要考虑杂交种与亲本间同一性状的相关性，兼顾各性状杂种优势表现，最终达到提高产量的目的。
3.3 上游温度响应因子可能是中国和欧洲油菜材料应答低温环境的重要元件
GA在植物生长发育过程中发挥着至关重要的作用，参与调控细胞分裂伸长、生殖发育、打破种子休眠及应答各种胁迫，从而起到调控植物株高[26-27]、花期控制[28-29]、应对应激反应[30-34]等。
GA信号传导路径中的主要元件由活性GA受体GID1蛋白、核心调控DELLA蛋白、泛素E3连接酶复合体（SCFSLY1/GID2）和降解作用的26S蛋白酶等组成[35-37]。研究表明，GA信号可被GA受体GID1感知到，GID1是一种可溶性蛋白，定位在细胞质和细胞核中，可识别活性GAS，是一种DELLA蛋白，是GA响应的负向调控因子，GA-GID1-SLR1复合物中的SLR1，由SCFGID2复合物中的F-box蛋白GID2识别后被降解，从而引起GA响应[12]。另外，GA结合GID1提高了GID1与DELLA相互作用，加速降解DELLA渠道的泛素化通路[38-39]。本研究发现，中国和欧洲油菜品种GA合成过程中，从内根-贝壳杉烯转换成GA12-醛的过程中存在显著的基因转录水平差异。结合2022年1月15日至3月15日YC4中GA含量上升的趋势，推测YC4中、、在其GA合成中起着关键作用。植物中有活性的GA成分主要为GA1、GA3、GA4、GA7，而的转录水平与GA3、GA4、GA7的合成密切相关，的转录水平与GA1的合成密切相关，的转录水平与GA1、GA3、GA4、GA7前体物质GA9、GA20合成密切相关。分析ZS11、YC4、YG2009×YC4和ZS11×YC4中与的转录水平变化，GA含量变化，发现与的转录水平与GA含量密切相关。
研究表明，植物对环境温度升高的反应涉及诱导生长素和赤霉素（GA）生物合成基因，这些基因受PIF4控制[40-41]，一方面GAs控制DELLA蛋白的数量[42]，另一方面，在环境温度升高后GA生物合成基因和转录水平提高，促进GA合成[43]。基本螺旋-环-螺旋（bHLH）转录因子光敏色素相互作用因子4（PHYTOCHROME INTERACTING FACTOR 4，PIF4）是热形态发生的主要调节因子之一[44]，PIF家庭成员则参与对变化环境的发展反应[45]。温度升高后诱导GA生物合成可以通过降解DELLA蛋白质激活PIF4，而PIF的正向调节和[46]。而在、、（）转录因子作用下，与和的结合增强，直接参与高温条件下GA生物合成[47]。
综上所述，在中国油菜和欧洲油菜GA合成过程中，可能存在温度响应因子的差异，导致对温度响应的敏感性不同，从而调控GA合成相关基因的转录水平差异，故不同生长时期内源GA的含量差异显著。
来源于欧洲的甘蓝型油菜品系平均GA含量高于中国品系且对温度响应更加敏感。中国油菜品系与欧洲油菜品系杂交，F1在农艺性状、产量等方面表现出较强的杂种优势。欧洲油菜和中国油菜品系及其F1在发育过程中，、及的转录水平的差异较大，导致不同生长时期内源GA的含量不同，影响产量的形成。
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Dynamic Changes of Gibberellin Content During the Development and Its Relationship with Yield ofL.
XIE Lingli1,2, WEI Dingyi1,2, ZHANG Zishuang1,2, XU Jinsong1,3, ZHANG Xuekun1,3, XU Benbo1,2
1Engineering Research Center of Ecology and Agricultural Use of Wetland, Ministry of Education, Yangtze University, Jingzhou 434025, Hubei;2College of Life Science, Yangtze University, Jingzhou 434025, Hubei;3College of Agriculture, Yangtze University, Jingzhou 434025, Hubei
It was found that there were significant genetic differences between Chinese and Europeanlines, and the yield advantage of hybrid F1was obvious. To explore the effect of gibberellin (GA) on the growth and development of, the dynamic changes of GA during the developmental process offrom different lines were measured. For explaining the role of GA in the formation of yield, the transcriptional levels of key enzyme genes involved in GA synthesis were analyzed, and the relationship between GA content and yield in parents and F1was clarified.The dynamic changes of GA content in.lines (15 Chinese lines and 15 European lines) with different sources from November 2020 to May 2021were determined using high performance liquid chromatography. Two F1hybrid lines (YG2009×YC4, ZS11×YC4) with strong heterosis and their parents were used as materials to investigate the changes of GA content in different periods (D1, 15 January 2022; D2, 15 February 2022; D3, 15 March 2022)and measure growth indicators (plant height, root length, fresh weight, etc.), yield and component factors (silique number per plant, seed number per silique and thousand-seed weight), as well as photosynthetic indicators (photosynthetic rate, stomatal conductance, transpiration rate and intercellular CO2concentration).The change trend of GA content with temperature and the relationship between GA content and agronomic characters, photosynthetic characteristics and yield of parents and F1hybrid from November 2021 to May 2022 were analyzed. Besides, the transcriptional levels of key enzyme genes involved in GA synthesis of the parents and F1at different stages (D1, D2, D3) also examined by quantitative real-time PCR.The content of GA was closely related to the ambient temperature, and the GA content in the testedlines decreased first and then increased with the change of temperature. However, it was found that the average content of GA inlines from Europe was higher than that of Chinese lines. F1showed significant yield heterosis. Compared with the male and female parents, the yield of YG2009×YC4 and ZS11×YC4 increased by 18.06% and 10.35%, and 29.92% and 28.6%, respectively. There were significant differences in agronomic traits between parents and F1, and the yield was correlated with GA content. The results also showed that the transcriptional levels of,andSLR1 in parents and hybrid Fvaried greatly. The GA content oflines from Europe was more sensitive to temperature changes, but its average content of GA was higher than that from China. The yield of F1between European rape and Chinese rape lines showed strong heterosis, which was correlated with GA content. The transcriptional levels ofandregulated the GA content.
L.; heterosis; gibberellins; yield; transcription level
2022-07-31；
2022-09-05
农业农村部项目（15214011）、湖北省农业厅项目（鄂农油[2021]9号）
谢伶俐，E-mail：linglixie@yangtzeu.edu.cn。韦丁一，E-mail：253232710@qq.com。谢伶俐和韦丁一为同等贡献作者。通信作者许本波，E-mail：benboxu@yangtzeu.edu.cn。通信作者张学昆，E-mail：zhangxuekun@yangtzeu.edu.cn
（责任编辑 李莉）
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