劍麻(Agave hybrid No.11648)花芽分化期內源激素水平變化的研究

李俊峰，陸軍迎，張燕梅，周文釗

(1.中國熱帶農業(yè)科學院南亞熱帶作物研究所，廣東湛江 524091;2.海南省熱帶作物營養(yǎng)重點實驗室(籌)，廣東湛江 524091)

劍麻(Agave hybrid No.11648)是一種在熱帶、亞熱帶地區(qū)栽培的重要天然硬質纖維作物，其纖維不帶靜電、耐磨、高強度、防腐等優(yōu)良性能是合成纖維不可替代的［1］。我國劍麻的面積和產量分別居世界第五位和第二位，而單位面積產量是世界平均水平的4倍以上，居世界第一位。我國在上世紀60年代首次引進劍麻H.11648，在我國試種表現出產量高、纖維質量好的優(yōu)良特性。近五十年來劍麻H.11648一直是我國劍麻生產麻的唯一當家品種，近些年來，劍麻早花現象越來越普遍，劍麻品種退化現象凸顯，劍麻產量受到嚴重損失。因此如何適當延遲劍麻開花成為提高劍麻產量的關鍵。1877年Askenasy首次報道了對酸櫻桃花芽分化的研究，引起了各國學者對植物花芽分化的關注。前人研究表明除外界因素以外，影響植物花芽分化的內因非常復雜，其中養(yǎng)分是花芽分化的基礎，基因表達是花芽分化的途徑，而內源激素是花芽分化的關鍵［2］。本試驗在對劍麻H.11648花芽形態(tài)分化進程進行觀察的基礎上，分析測定了劍麻H.11648分化期內源激素的含量的變化，以期為劍麻花芽分化的化學調控提供理論依據。

1 材料和方法

1.1 材料

試驗材料取自廣西農墾國有山圩農場，麻齡10年的劍麻H.11648。2009年3－7月，每隔15 d取一次樣，每次取2 cm的莖尖10個。將一部分立即用60%FAA固定液固定，切片后在顯微鏡下觀察花芽形態(tài)分化的時期，以掌握劍麻H.11648形態(tài)分化的進程;另一部分樣品取樣后立即放入冰盒帶回實驗室，經液氮冷凍干燥后，置于－80℃的低溫冰箱保存。

1.2 方法

內源激素的提取、分離和純化方法:稱取0.5 g材料，加2 ml樣品提取液研磨成勻漿，轉入10 ml試管，再用2 ml提取液分次將研缽沖洗干凈，一并轉入試管中，搖勻后在4℃下提取4 h，3500 r/min離心8 min，取上清液。沉淀中加1 ml提取液，攪拌均勻，置于4℃下再提取1h，然后再次離心，合并上清液并記錄體積，將殘渣棄去。上清液通過C－18固相萃取柱過濾除雜。將過濾后的樣品轉入5 ml塑料離心管中，通過真空濃縮干燥或用氮氣吹干，除去提取液中的甲醇，最后用樣品稀釋液定容至1 ml。內源激素的含量用酶聯免疫法進行測定，每個樣品重復3次。ELISA試劑盒購自中國農業(yè)大學作物化學控制實驗室。

2 結果與分析

2.1 花芽形態(tài)分化進程與主要特征

經解剖觀察劍麻H.11648花芽形成與分化過程的形態(tài)變化，結果顯示:2月下旬，劍麻莖尖尖凸，周圍包裹緊密的葉原基，未出現花芽分化(圖1－A);3月中旬，劍麻莖尖逐漸變平，周圍葉原基停止發(fā)育，花序原基開始形成(圖1－B);3月下旬，劍麻莖尖變得圓滑肥大，呈半球形，開始分化出花被原基(圖1－C);4月初，在花被原基繼續(xù)生長發(fā)育的過程中，在花被原基內側產生新的突起點，分化出雄蕊原基，花芽進入雄蕊分化期(圖1－D);4月下旬，在雄蕊原基分化的過程中，在花芽原始體的中心部位分化出新的突起，形成雌蕊原基，進入雌蕊分化期(圖1－E);5月中旬，花芽分化結束，莖尖恢復到未分化水平(圖1－F)。

2.2 花芽分化期間內源激素含量變化

(1)ABA。如圖2－A所示，2月－3月中旬花芽內的ABA含量持續(xù)升高，到3月中旬花序原基形成時達到最高峰(124.53 ng/g·Fw)，是花芽分化前的3倍多，之后逐漸降低直至花芽分化結束。

(2)GA3。如圖2－B所示，GA3含量在分化階段表現為先下降后上升再下降的波動趨勢。在2月上旬花芽未分化時GA3含量比較高(約260 ng/g·Fw)，隨著花芽分化的進行，其含量不斷下降，直至3月下旬降至低谷(約147 ng/g·Fw)。隨著花被原基的分化其值逐漸上升，直至4月下旬花芽分化結束時達到最高峰(約278 ng/g·Fw)，之后又逐漸下降。

圖1 劍麻花芽分化進程Fig.1 Process of flower bud differentiation in Agave hybrid No.11648

(3)ZT。劍麻H.11648中ZT的動態(tài)變化趨勢如圖2－C所示。ZT的含量在2月份含量較低，2月下旬－3月中旬快速上升，并于3月中旬花序原基形成時達到最高峰(約256 ng/g·Fw)，之后就持續(xù)下降，在3月底以后維持在相對低的水平。

(4)IAA。由圖2－D顯示，IAA在花芽分化過程中是呈先升后降的趨勢。IAA含量在2月上旬－3月中旬緩慢上升，3月中旬花序原基形成時達最大值，之后快速下降，在3月底以后維持在較低水平。從IAA含量變化趨勢推斷，低水平的IAA環(huán)境對劍麻H.11648花芽分化是有利的。

圖2 花芽分化期間劍麻H.11648莖尖各內源激素含量Fig.2 Contents of endogenous hormones in the shoot tips during the period of flower bud differentiation

2.3 花芽分化期間內源激素比例的變化

根據上述實驗數據計算ABA/GA3、ABA/IAA、ZT/GA3、ZT/IAA并制成圖3。如圖3所示，在劍麻H.11648花芽分化期ABA/GA3、ABA/IAA、ZT/GA3、ZT/IAA比值均為先升高后降低，直至花芽分化結束保持在相對較低值。ZT/GA3和ABA/GA3的峰值出現在3月中旬花序原基開始形成期，ZT/IAA和ABA/IAA的峰值出現在3月底花被原基形成之前。

圖3 花芽分化期間劍麻H.11648莖尖ABA/GA3、ABA/IAA、ZT/GA3、ZT/IAA值Fig.3 Values of ABA/GA3，ABA/IAA，ZT/GA3 and ZT/IAA in the shoot tips during the period of flower bud differentiation

3 討論

3.1 內源激素與花芽分化的關系

植物體中根、莖、葉、果實、種子都可以合成ABA［3］。前人研究表明，內源ABA促進芒果［4］、蘋果［5］、荔枝［6］、柑橘［7］、棉花［8］等成花。但也有報道認為，內源 ABA 會抑制油橄欖［9］、蘋果［10］、龍眼［11］等成花。本研究劍麻H.11648在花序原基形成時內源ABA達到最大值，所以支持前一種觀點。

大量研究表明，內源 GA3 是許多植物主要的抑制成花激素［12，13，14，15］，但也有學者認為內源GA3能促進植物成花［9，16，17］。本研究結果表明，劍麻H.11648整個花芽分化過程中GA3含量均比較低，直至花芽分化結束才達到峰值，低GA3含量可能有利于花芽由營養(yǎng)狀況向生殖狀況轉變，支持內源GA3抑制成花的觀點。

大多數學者認為 CTK 有促進花芽分化的作用［1，10，18，19，21］。本實驗結果表明，高 ZT 含量有利于劍麻H.11648花芽由營養(yǎng)狀況向生殖狀況轉變，有利于劍麻H.11648的花芽分化，也支持這個觀點。

IAA對植物花芽分化的影響目前還未取得一致的看法。王磊認為相對高的IAA含量有利于石蒜花芽的分化，而相對低的IAA含量有利于花形態(tài)的形成［22］。但劉勝輝等認為低水平IAA有利于菠蘿的花芽分化，而高水平的IAA有利于花形態(tài)的形成［23］。本試驗支持王磊的觀點。

3.2 激素平衡與花芽分化的關系

植物花芽分化是一個非常復雜的過程，內源激素對花芽分化的作用，不僅僅取決于單一的激素，而是依賴于內源激素的動態(tài)平衡。Grochowska等認為，蘋果短枝內CTK/GAs比值越大，花芽孕育數就越多，?；ù胧┨岣吡薈TK/GAs比值［10］。羅羽洧等研究發(fā)現高比率的ABA/IAA、ABA/GA3、ZR/GA3及ZR/IAA有利于無花果的花芽分化［1］。曹尚銀等也認為，在蘋果花芽分化過程中，如果提高ABA/IAA、ABA/GAs、ZR/GAs和ZR/IAA值有利于促進花芽分化，反之，則抑制成花［24，25］。本研究表明，高 ZT/GA3、ABA/GA3、ZT/IAA 值及 ABA/IAA 值可能有利于劍麻 H.11648花芽由營養(yǎng)狀況向生殖狀況轉變，促進花芽分化。

［1］黃艷.世界劍麻生產現狀及未來展望［J］.中國熱帶農業(yè)，2008，5:25－27.

［2］羅羽洧，解衛(wèi)華，馬凱.無花果花芽分化與內源激素含量的關系［J］.西北植物學報，2007，27(7):1399－1404.

［3］潘瑞熾.植物生理學［M］.北京:高等教育出版社，2001:192－197.

［4］Chacko E K.Physiology of vegetative and reproductive growth in mango(Mangifera indica L.)tree［M］.Proc.1st Australian Mango research Workshop.Cairns.Q LD.，Australia，CSIRO，Melbourne，Vic.，1986:54 －70.

［5］Skogerbo G.Effects of root pruning and trunk girdling On xylem cytokinin content of apple(Malus× domestica Borkh.)［J］.Norwegian J.Agric.Sci.，1992，6:499 －527.

［6］侯學瑛，梁立峰，季作梁.荔枝花芽分化期內源脫落酸的變化動態(tài)［J］.園藝學報，1987，14(1):13－16.

［7］李學柱，鄧烈.噴布BA對柑橘內源激素及花芽的調控［J］.園藝學報，1992，19(4):314－318.

［8］任桂杰，陳永哲，董合忠，陳穗云.棉花花芽分化及內源激素變化規(guī)律的研究［J］.西北植物學報，2000，20(5):847—851.

［9］Bard S A.Endogenous gibberellins and inhibitors in relation to flower induction and inflorescence development in the olive［J］.Plant Physiology，1970，46:674 －679.

［10］Grochowska M J，Karaszewska A，Jankowska B.The pattern of hormones of intact apple shoots and its changes after spraying with growth regulators［J］.Acta Hort，1984，149:25 －38.

［11］黃羌維.龍眼內源激素變化和花芽分化及大小年結果的關系［J］.熱帶亞熱帶植物學報，1996，4(2):58－62.

［12］Prang L，Stephon M，Schneider G，Bangerth F.Gibberellin signals originating from apple fruit and their possible involvement in flower induction［J］.Acta Hort，1997，463:235 －241.

［13］崔徵，呂忠恕.第十二屆國際植物生長物質會議簡況［J］.植物生理學通訊，1986，(2):66－72.

［14］李天紅，黃衛(wèi)東，盂昭清.蘋果花芽孕育機理的探討［J］.植物生理學報，1996，22(3):251－257.

［15］梁立峰.植物激素與果樹的花芽分化［J］.植物生理學通訊，1982，(4):l－6.

［16］林荔仙，張克平.抗熱大白菜加代育種技術［J］.中國蔬菜，1993，(2):36.

［17］蔣欣梅，馬紅，于錫宏.青花菜花芽分化前后內源激素含量及酶活性變化［J］.東北農業(yè)大學學報，2005，36(2):156－160.

［18］蘇華，徐坤，劉偉.大蔥花芽分化過程中內源激素的變化［J］.園藝學報，2007，34(3):671－676.

［19］Bangerth P K.Can regulatory mechanism in growth and development be elucidated through the study of endogenous hormone concentration［J］.Acta Hort，1998，463:77 －78.

［21］曾輝，杜麗清，鄒明宏，陸超忠，羅煉芳，張漢周.澳洲堅果花芽分化期間內源激素的變化［J］.安徽農業(yè)科學，2008，36(34):14949－14953.

［22］王磊，湯庚國，劉彤.石蒜花芽分化內源激素和核酸含量的變化［J］.南京林業(yè)大學學報，2008，32(4):67－70.

［23］劉勝輝，臧小平，張秀梅，孫光明.乙烯利誘導菠蘿［Ananas comosus(L.)Merril］花芽分化過程與內源激素的關系［J］.熱帶作物學報，2010，31(9):1497 －1492.

［24］曹尚銀，張俊昌，江愛華，魏立華.蘋果花芽孕育調控的最佳時期的研究［J］.中國果樹，2000(1):14－17.

［25］曹尚銀，湯一卒，江愛華.GA3和PP333調控蘋果花芽孕育的機理研究［J］.園藝學報，2001，28(4):339－341.