赤霉素(gibberellins，GAs)是五類植物激素之一。是存在于植物體內(nèi)的一大類四環(huán)二萜類化合物，至今已發(fā)現(xiàn)100多種，總稱赤霉素類(GAs)t1。其中只有少數(shù)赤霉素具有生物活性．能作用于高等植物的整個生命周期。它有許多與植物生長和發(fā)育相關(guān)的生理成果。如誘導Ot一淀粉酶的形成、促進禾谷類種子萌發(fā)、促進節(jié)間和葉片伸長、促使莖的伸長和植株增高、促進花器官形成和孤雌生殖及果實形成等。但大多數(shù)植物體內(nèi)的活性GAs以GA1或GA4為主。中心產(chǎn)品和非活性GAs(結(jié)合態(tài)GAs1有幾十種。GA類似物、GA合成抑制劑在農(nóng)作物和觀賞植物上有多種用途，已施展重要的作用。草坪具有綠化美化、水土保持、調(diào)治小天氣、觀賞和運動等成果．對于住民休憩、娛樂及景觀等具有舉足輕重的作用。現(xiàn)在。北京已建植草坪4000公頃．年增250多公頃．為北京的環(huán)境美化和首都人民生活質(zhì)量的提高施展了重要作用。然而。草坪修剪與澆灌等花費了大量的人力和物力。常30％一40％的管理用度于草坪草修剪。矮化的草坪草以其低修剪率、低耗水率而受到越來越多的重視。逐漸成為草坪草育種工作的一個偏向。首先討論赤霉素的植物矮化作用。其次探討赤霉素在草坪草矮化育種中的應(yīng)用前景。

1 赤霉素的矮化作用

GA是調(diào)治和控制植物生長最基本的一種內(nèi)源激素，與GA有關(guān)的矮化突變可分為兩類，合成型突變體和非應(yīng)答型突變體 。

1．1 合成型矮化突變體

合成型突變體在于抑制、阻礙了激素的生物合成和代謝步驟，使得內(nèi)源GA缺乏或痕量存在。合成型突變體叉分為兩類：GA缺陷型和GA失活型。絕大部門的突變體屬于GA缺陷型，呈顯著的矮化。其體內(nèi)GAs的含量顯著降低。外施GA可恢復正常型特征， 。如水稻突變體d 和豌豆突變體le顯示出GA缺乏表型，出現(xiàn)顯著畸矮、葉片深綠突變型，能抑制GAs對糊粉層中儀．淀粉酶基因的誘導表達；d 突變體的節(jié)間伸長對活性GA的敏感性較野生型植株弱100倍?，F(xiàn)在已經(jīng)星散到了d 基因．通過克隆和序列分解證實它編碼參于GA生物合成歷程中的一個酶．GA20 氧化酶(GA20ox)。GA20．氧化酶屬于可溶性個雙加氧酶，能催化GA生物合成中倒數(shù)第二步的從C∞氧化到C。 ．GAs結(jié)構(gòu)的形成[I3】。已從西瓜、擬南芥、水稻、菠菜、豌豆、南瓜、煙草等植物中克隆出GA20．氧化酶基因的cDNA。種栽植物的GA20．氧化酶是由小的多基因家族編碼的，其氨基酸序列在不相關(guān)的物種中同源性不高，為50％一60％，而基因家庭成員有65％一85％的同源性。比較幾栽植物的GA20．氧化酶氨基酸序列發(fā)現(xiàn)。它們都有一些配合的守舊基元，如與結(jié)合2．酮戊二酸有關(guān)的守舊平等序列NYYPX．CQKP。守舊的H和D殘基、LPWKET基元(與GA底物結(jié)合有關(guān))[181。GA20．氧化酶是嚴格調(diào)控的酶，既受反饋調(diào)治。又受光周期調(diào)治。GA合成受損的擬南芥矮化突變體中積累的GA20．氧化酶比野生型的還要多。外施有活性的GA。此mRNA程度就下降。同樣情況也在豌豆中發(fā)生。很少突變屬于GA失活型。株高顯著增添，其體內(nèi)GA含量過高，外施GA合成抑制劑將顯著降低株高。Carrera等克隆了馬鈴薯的3種GA20．氧化酶基因，即StGA20oxl，StGA20ox2，StGA20ox3，馬鈴薯的gal突變體(13羥基化步驟被阻斷)積累較高的GA20．氧化酶轉(zhuǎn)錄本，外施GA3后，3種酶表達在馬鈴薯gal突變體內(nèi)大幅度削減：用GA合成抑制劑處理野生型馬鈴薯，會增添StGA20oxl 和 StGA20ox3的轉(zhuǎn)錄品貌，說明GA20．氧化酶是受反饋機制調(diào)治的。另外，GA的生物合成中還存在滅活機制。另一個依賴于2．酮戊二酸的雙加氧酶GA213羥基化酶(GA2．氧化酶)能使C．2位發(fā)生羥基化而滅活GAs分子，從而使活性的GAs滅活并最終使代謝終止。

1．2 非應(yīng)答型矮化突變體

GA非應(yīng)答型矮化突變體其突變體顯示出GA合成缺陷型矮化，但體內(nèi)含有大量有生物活性的GAs。這似乎是矛盾的。由于莖的伸長通常是由有活性的GA量來控制的，然而它正展現(xiàn)了GA的應(yīng)答和GA的生活合成之間的關(guān)系。這些矮化突變體不能相應(yīng)GA，也不會降低GA的生物合成，說明這些基因在正常的情況下很可能參與了GA信號的吸收或轉(zhuǎn)達歷程，其矮化的基本緣故原因可能是信號傳導歷程中止。GA非應(yīng)答型矮化突變體又分2種亞型，即隱性GA非應(yīng)答型矮化突變體和半顯性的GA非應(yīng)答型矮化突變體，二者相應(yīng)的突變基因編碼GA．信號傳導的正調(diào)治因子。

1．2．1 隱性GA非應(yīng)答型矮化突變體 隱性GA非應(yīng)答型矮化突變體如水稻的突變體(d)、大麥的突變體(gse)、擬南芥突變體(s1、pk1)呈半畸矮表型．外源GAs處理不能恢復這些突變體莖的伸長。d 和gse突變體抑制了活性GAs對糊粉層細胞中的儀．淀粉酶基因的誘導表達。研究發(fā)現(xiàn)d 基因編碼異源三聚體G卵白的儀．亞單元。復合卵白儀．亞單元的突變導致信號傳導中止，使GAs不能施展正常作用，而使植物矮化。

1．2．2 半顯性的GA非應(yīng)答型矮化突變體在半顯性的GA的非應(yīng)答突變體中。如小麥的R(R ．和R ．D)。玉米的D8和D9及擬南芥的GAI，這些容、變體內(nèi)積累了較高程度的活性GA1，說明突變體損壞了GA的信號傳導。而通過正反饋作用來調(diào)治GA的生物合成．這些基因?qū)A作用不敏。Rht、D8、GAI和RGA是GRAS卵白質(zhì)家族的成員。GRAS家族卵白質(zhì)具有轉(zhuǎn)錄因子的成果，現(xiàn)在已有33個G 成員被克隆。這個卵白的亞組成員在N端有兩個守舊區(qū)，其中包羅由27個氨基酸組成的基序，即“DELLA”守舊基元，“DEUA”結(jié)構(gòu)域的缺失導致擬南芥、玉米的半顯性矮突變。Peng等(1999)的研究也解釋因Rht．B1和Rht．D等位基因發(fā)堿基置換，而在“DELLA ”區(qū)發(fā)生終止密碼子，而導致小麥的矮化突變。由此可見，Rht、D8、GAI等卵白質(zhì)具有GA信號傳導負調(diào)治因子的作用，這些卵白如果在N 端存在，GA則可通過抑制這些卵白的成果而利用矮化作用。

2 在草坪草育種中的應(yīng)用前景

2．1 草坪草GA 突變體的篩選
如前所述，與GA有關(guān)的矮化突變體有非應(yīng)答型矮化突變體和合成型矮化突變體，可以人為的大量噴施有生物活性的赤霉素，使GA在植物體內(nèi)過量表達，以期發(fā)生矮化突變體。在自然界中，由于植物生計環(huán)境的變化，植物為適應(yīng)新的環(huán)境可能做出相應(yīng)的變化，有時會發(fā)生矮化表型，可以選育這種表型來育成矮化品種。同時我們也可以用物理化學的方式來締造突變體，可以用飛船搭載草坪草種子發(fā)生變異，也可以利用、X、p、中子、無線電微波、激光、紫外線等照射草坪草的種子、花粉、植株、培育組織或其他器官。使其遺傳物質(zhì)發(fā)生改變發(fā)生各種變異，在發(fā)生變異的個體中選擇矮化突變體培育成新品，應(yīng)用于生產(chǎn)實踐。

2．2 利用現(xiàn)有的矮化基因改良草坪草品種

利用基因工程手段培育和改良植物品種是一種便捷和實用的途徑。近幾年，由于國家的西部大開發(fā)戰(zhàn)略的實施以及生態(tài)環(huán)境的保護需要，培育優(yōu)質(zhì)的的草坪草品種成為研究的熱門問題?，F(xiàn)在，多年生黑麥草、草地早熟禾、高羊茅、結(jié)縷草、狗牙根等草坪草的遺傳轉(zhuǎn)化系統(tǒng)已基本成熟，而且已樂成的通過轉(zhuǎn)基因技術(shù)得到了一批具有抗性草坪草植株，但是還未見把矮化基因轉(zhuǎn)化到草坪草中的報道。20世紀以“高產(chǎn)良種、化肥，澆灌、農(nóng)藥”四大技術(shù)為動力掀起的農(nóng)業(yè)中的“綠色革命”是農(nóng)業(yè)史上的偉大事宜。而糧食作物中矮化基因的利用，在這次革擲中起著重要的作用。迄今，綠色革擲中所應(yīng)用的小麥和水稻半矮桿性狀基因已克隆和判定。這些基因都與GA 的生物合成和信號傳導有關(guān)?；诓萜翰莶煌诩Z食作物的特殊性，我們可以利用現(xiàn)已成熟的轉(zhuǎn)基因系統(tǒng)把如Rht、D8、D9、GA1等矮化基因轉(zhuǎn)化到草坪草中，培育成矮化品種，從而降低修剪強度，以節(jié)約草坪養(yǎng)護成本。

2．3 通過基因克隆技術(shù)改良現(xiàn)有的草坪草品種隨著分子生物學、分子遺傳學、細胞生物學、生理生化等學科的生長，已經(jīng)把握了大量有關(guān)植物優(yōu)良性狀基因的生物學和遺傳學特征，而且這些基因已在染色體上定位。特別是進入20世紀80年月以后，由于寡核苷酸合成技術(shù)的改良、RNA和DNA操作技術(shù)的完善、酶學方面的提高，尤其是PCR技術(shù)的快速生長，人們星散基因技術(shù)的能力和范圍得到進一步的提高，現(xiàn)在已經(jīng)克隆出了與植物抗病、抗逆、抗蟲、抗除草劑、育性，優(yōu)質(zhì)、及發(fā)育等相關(guān)基因。經(jīng)過20多年的生長，植物基因克隆技術(shù)已基本完善。

最近幾年，險些所有編碼GA合成歷程中的酶基因都被克隆出來了，其中豌豆、擬南芥、玉米和水稻中GA缺陷型的研究最為詳盡，這幾栽植物的GA生物合成基因的許多位點已被判定，而且得到了部門與其相關(guān)的突變體 。GA生物合成是受反饋抑制控制的，反饋機理重要顯示在控制編碼GA20．氧化酶和GA3 B羥基化酶兩個基因的表達程度。在許多植物GA缺乏的矮生突變體中都具有非常高程度的生物活性GA(C GA)，相反細長型突變體的生物活性GA卻相當?shù)?，當外源施入有生物活性的GA時，豌豆矮生突變體(3．B羥基化酶被損害)內(nèi)源大量存在的C曠GA大大削減，而C加．GA則增添：在南瓜中過量表達的GA．20氧化酶發(fā)生極端矮化的植物。而嚴遠鑫等通過水稻GA20．氧化酶基因的正義和反義轉(zhuǎn)化，導致了轉(zhuǎn)基因水稻莖桿的增高和矮化。本實驗室利用簡并PCR技術(shù)已從結(jié)縷草中克隆到GA20．氧化酶基因，構(gòu)建了正義和反義表達載體，并轉(zhuǎn)化到我國南北方普遍應(yīng)用的冷季型草坪草高羊茅中，以期得到矮化的高羊茅新品種。這將有可強人為地控制植物激素在草坪草體內(nèi)的合成。同時可以更深入地研究赤霉素的作用機理。更重要的是篩選矮化的轉(zhuǎn)基因草坪草植株以便形制品種。從而省去外施激素和修剪所花費的人力和物力，這將具有很大的經(jīng)濟效益。