干旱脅迫對(duì)油茶組培苗與實(shí)生苗內(nèi)源激素含量的影響

陳博雯 ，劉海龍 ，蔡 玲 ，覃子海 ，陳曉明 ，黃金使 ，蔣 鋼 ，蔣 華

（1. 廣西林業(yè)科學(xué)研究院，廣西 南寧 530002；2. 北京林業(yè)大學(xué) 生物科學(xué)與技術(shù)學(xué)院，北京 10083；3.中南林業(yè)科技大學(xué) 林學(xué)院，湖南 長(zhǎng)沙 410004；4.廣西全州縣咸水林場(chǎng)，廣西 全州 541511）

植物處于逆境中時(shí)，會(huì)通過(guò)調(diào)解內(nèi)源激素間的平衡，在多種內(nèi)源激素的協(xié)同作用下，調(diào)解新陳代謝，以適應(yīng)逆境。干旱脅迫是植物生長(zhǎng)過(guò)程中最經(jīng)常遇到的逆境情況，目前已在多種植物中研究激素在水分脅迫下的變化規(guī)律，如胡朝暉等對(duì)水分脅迫下花生幼苗葉片內(nèi)源激素含量的變化情況的研究[1]，敖紅等對(duì)干旱脅迫下云杉內(nèi)源激素的響應(yīng)展開的研究[2]，潘向燕等研究了干旱脅迫對(duì)雜交鵝掌楸無(wú)性系葉片內(nèi)源激素的影響[3]，趙文魁等研究了干旱脅迫下幾種柑桔植物內(nèi)源激素的變化規(guī)律[4]，谷戰(zhàn)英等對(duì)NAA 處理對(duì)圣誕紅幼苗抗旱性的影響的分析[5]，等，這些研究對(duì)植物逆境下的激素響應(yīng)研究提供了參考。

油茶Camellia oleiferaL.是我國(guó)特有的食用油料樹種，與油棕、油橄欖、椰子并稱為世界四大木本食用油料植物，是常綠闊葉、長(zhǎng)壽樹種，可美化環(huán)境、保持水土、涵養(yǎng)水源、調(diào)節(jié)氣候，是兼具生態(tài)效益與經(jīng)濟(jì)效益的優(yōu)良樹種。油茶耐干旱、耐瘠薄的特性，使得其在我國(guó)南方的干旱、半干旱低山丘陵地帶也可以種植，是退耕還林的適宜樹種[6]，也是目前廣西大力推廣的經(jīng)濟(jì)林樹種。在培育油茶扦插苗和實(shí)生苗的同時(shí)，組培方法繁育油茶無(wú)性系組培苗方面的研究也取得的顯著的成果[7]，但無(wú)論是實(shí)生苗還是組培苗，對(duì)于油茶耐干旱的生理生化機(jī)理，目前未見報(bào)道，本研究探討了油茶實(shí)生苗與組培苗在干旱脅迫下內(nèi)源脫落酸（ABA）、玉米核苷（ZR）、赤霉素（GA3）和吲哚乙酸（IAA）的變化情況，從激素的角度分析油茶在干旱脅迫下的生理轉(zhuǎn)化過(guò)程，可有助于更深層次地研究油茶的耐旱機(jī)理，為油茶的生理生化研究提供參考。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

供試植物材料為廣西林業(yè)科學(xué)研究院選育的岑軟3號(hào)軟枝油茶實(shí)生苗及無(wú)性繁殖培育的組培苗，組培苗在培養(yǎng)基中培養(yǎng)至根系發(fā)育完整后移栽，實(shí)生苗播種在沙床培養(yǎng)至根莖葉發(fā)育完整后移栽，移栽到7 cm×9 cm的育苗杯中，杯中基質(zhì)為經(jīng)粉碎后淋透水的紅心土，移栽時(shí)間為4月初，移栽培養(yǎng)3個(gè)月后用于干旱脅迫試驗(yàn)。

1.2 試驗(yàn)方法

1.2.1 脅迫方法

試驗(yàn)設(shè)2個(gè)處理，每個(gè)處理100株。干旱脅迫處理采用不澆水的自然干旱方式處理，處理15 d，每隔3 d采樣1次；對(duì)照處理正常澆水培養(yǎng)，每隔3 d采樣1次。在試驗(yàn)處理期間，苗木置于懸空的高架床培養(yǎng)以避免地面積水影響處理效果，利用防雨棚遮擋自然降水，晴天打開防雨棚，確保光照充足一致，但用遮陰網(wǎng)調(diào)節(jié)光照避免曬傷。采樣時(shí)間為每天早上7：30～8：00，各處理隨機(jī)采集葉片組織稱重后迅速用液氮冷凍，存放于－80 ℃冰箱中用于激素測(cè)定。

1.2.2 內(nèi)源激素的提取與測(cè)定

按照陳博雯[8]等的方法配置系列標(biāo)準(zhǔn)溶液繪制標(biāo)準(zhǔn)曲線，提取并測(cè)定各樣品種的內(nèi)源激素含量，用Duncan新復(fù)極差法分別做多重比較，分析不同處理的葉片內(nèi)源激素及激素之間比值的差異。

2 結(jié)果與分析

2.1 干旱脅迫對(duì)葉片內(nèi)源激素的影響

觀察苗木生長(zhǎng)和土壤情況發(fā)現(xiàn)，干旱處理3 d時(shí)，土壤表面明顯干旱，苗木新萌發(fā)的頂芽和嫩葉萎蔫低垂，而老葉無(wú)變化，處理6 d時(shí)，土壤表面干旱加重，表層土壤呈干粉末狀，苗木的嫩莖變軟彎垂，頂芽和幼嫩葉片蜷縮，老葉也有萎蔫表現(xiàn)，處理9 d時(shí)，土壤表面嚴(yán)重干旱，苗木的嫩莖彎垂，頂芽和幼嫩葉片蜷縮卷起，部分老葉片凋落。處理12 ～15 d，觀察土壤和苗木生長(zhǎng)情況與9 d時(shí)相類似。以上結(jié)果表明，干旱處理開始起至干旱處理9 d，土壤逐漸失水，至第9天基本已達(dá)到失水極限，苗木對(duì)于干旱的各種生理生化反應(yīng)，也在處理的前9 d中表現(xiàn)得最明顯。處理12～15 d，苗木已經(jīng)由于干旱處于生長(zhǎng)的停滯期。

激素含量測(cè)定結(jié)果見圖1，組培苗葉片中的內(nèi)源激素含量整體水平都要高于實(shí)生苗，同時(shí)，在試驗(yàn)的15 d內(nèi)，組培苗葉片對(duì)照和實(shí)生苗葉片對(duì)照中4種內(nèi)源激素的含量變化幅度不大，其中ZR、IAA小幅平穩(wěn)提高，而GA3和ABA小幅緩慢降低。

ABA是一種有重要調(diào)節(jié)功能的植物激素，在植物遭受干旱脅迫時(shí)，通過(guò)誘導(dǎo)氣孔關(guān)閉，增強(qiáng)植物的抗旱能力[9]。干旱脅迫下組培苗與實(shí)生苗葉片ABA含量都呈現(xiàn)先升后降的趨勢(shì)，處理前6 d，ABA呈小幅升高，脅迫處理下的組培苗與實(shí)生苗分別比對(duì)照升高11.20%和21.52%，處理第9天ABA大幅升高，含量升至最高點(diǎn)，分別比對(duì)照升高70.65%和67.48%，之后呈現(xiàn)小幅下降的趨勢(shì)。處理15 d后，脅迫處理的葉片ABA水平仍高于對(duì)照。

IAA在植物體內(nèi)生理作用相當(dāng)廣泛，影響著細(xì)胞分裂、分化，有文獻(xiàn)報(bào)道[10]可以調(diào)節(jié)根系代謝，促進(jìn)根系伸長(zhǎng)，增大根/冠比,從這一角度來(lái)看，伸長(zhǎng)的根系有助于植株吸取更多水分，有利于植株對(duì)于干旱脅迫的響應(yīng)，但是另一方面，植株中IAA主要由由植物頂端組織和生長(zhǎng)的葉片合成，促進(jìn)植株地上部分的生長(zhǎng)作用更為明顯，而在干旱脅迫的條件下，IAA合成部位生長(zhǎng)受到抑制，同時(shí)植株地上部分的生長(zhǎng)，又會(huì)帶來(lái)更多的水分消耗的壓力，從這一角度分析，干旱脅迫中植物IAA的含量又應(yīng)該是下降的[9]，實(shí)際上，在干旱脅迫下，IAA與生長(zhǎng)組織之間是存在著一個(gè)互動(dòng)的平衡反饋關(guān)系的，IAA含量的變化較為復(fù)雜，與植株種類也有很大關(guān)系[9]，在不同植物中有所不同，有些植物中呈升高趨勢(shì)，有些植物中則降低[11-12]。本研究中，油茶組培苗與實(shí)生苗干旱脅迫下葉片中IAA含量呈現(xiàn)先升后降的趨勢(shì)，但升高幅度很小，降低幅度較大。處理前6 d IAA含量小幅升高，分別比對(duì)照升高了8.91%和6.44%，處理第9天表現(xiàn)出大幅下降，比對(duì)照降低了17.18%和17.92%。處理的最后6 d中，IAA含量降幅已不明顯，處理15 d后脅迫處理的葉片IAA水平仍低于對(duì)照，處理過(guò)程中，組培苗與實(shí)生苗IAA的變化幅度則沒有顯著差異（見圖1）。

圖1 干旱脅迫對(duì)葉片內(nèi)源激素的影響Fig.1 Influence of drought stress on contents of endogenous hormones in leaves

ZR是植物中普遍存在的天然細(xì)胞分裂素，它主要促進(jìn)細(xì)胞分裂、擴(kuò)大，也有促進(jìn)營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)移動(dòng)的作用。GA3是與節(jié)間伸長(zhǎng)有關(guān)的一種激素，主要作用是促進(jìn)植物生長(zhǎng)和促進(jìn)開花。干旱脅迫的條件下，植物主要是通過(guò)激素調(diào)節(jié)降低水分消耗，對(duì)促進(jìn)生長(zhǎng)類的激素來(lái)說(shuō)，更好的辦法就是降低此類激素水平，抑制生長(zhǎng)，減少水分消耗。本研究中，脅迫處理后，組培苗和實(shí)生苗葉片中ZR和GA3的含量都呈現(xiàn)下降趨勢(shì)，處理前9 d，降幅較明顯，組培苗中和實(shí)生苗中的ZR分別比對(duì)照下降27.63%和29.54%，GA3則分別下降40.31%和37.82%，此后的6 d中，ZR和GA3含量降幅很小，處理15 d后，組培苗中和實(shí)生苗中的ZR分別比對(duì)照下降33.47%和37.12，GA3則分別下降39.56%和32.67%。

2.2 干旱脅迫對(duì)激素平衡的影響

植物在干旱脅迫下的激素響應(yīng)過(guò)程是一個(gè)由多種激素共同作用的綜合的響應(yīng)過(guò)程，激素之間存在著拮抗作用和增效作用，各種激素之間也呈現(xiàn)一種動(dòng)態(tài)的平衡，干旱脅迫下各內(nèi)源激素的比值變化，也是反映植物對(duì)干旱響應(yīng)的一個(gè)參數(shù)，ZR/ABA、ZR/IAA和ABA/(IAA+GA3+ZR)是比較有參考意義的幾組比值，試驗(yàn)結(jié)果（見圖2）。

ZR與ABA在控制葉片氣孔開合方面的作用相反，ABA促進(jìn)葉片氣孔的關(guān)閉，而ZR的促進(jìn)生長(zhǎng)的作用卻使氣孔在失水時(shí)不能迅速關(guān)閉，所以ABA能緩解植物體內(nèi)水分虧缺，ZR卻加劇植物體內(nèi)的水分流失[13]，ZR/ABA比值越小，說(shuō)明植株遭受的干旱情況越嚴(yán)重，激素響應(yīng)也劇烈。本研究中干旱脅迫下組培苗和實(shí)生苗中ZR/ABA比值都呈降低趨勢(shì)，在處理前9 d降幅明顯，第9天比值分別降低57.59%和57.93%，隨后的幾天中，比值降幅很小，基本維持不變。

同時(shí)，ZR與IAA的協(xié)同作用，調(diào)節(jié)著植物的芽、葉的分化和根的發(fā)育，當(dāng)ZR/IAA較大時(shí)，植株傾向于葉、芽的分化，當(dāng)ZR/IAA較小時(shí)，則有利于根的發(fā)生[14]，這在植物組織培養(yǎng)中已經(jīng)得到了證實(shí)和應(yīng)用。干旱條件下，ZR/IAA的值對(duì)于植物的抗旱性在一定程度上有調(diào)節(jié)作用，ZR/IAA的降低可促進(jìn)植物形成更發(fā)達(dá)的根系，更好的吸收水分。干旱處理中組培苗和實(shí)生苗中的ZR/IAA比值變化呈先降后升的波動(dòng)形式，在處理前6 d比值持續(xù)下降，分別降低19.35%和19.49%，而在第6天至第9天這3天中，激素比值發(fā)生了轉(zhuǎn)變，第9天測(cè)得組培苗與實(shí)生苗中ZR/IAA比值分別比第6天升高了7.21%和6.52%，隨后幾天呈小幅波動(dòng)變化。結(jié)果顯示，在干旱脅迫初期，ZR/IAA的比值朝著利于根部發(fā)育的方向發(fā)展，促進(jìn)植株根系發(fā)展以響應(yīng)干旱脅迫信號(hào)，但當(dāng)處理至第9天時(shí)，植株已處于嚴(yán)重缺水的情況下，植株生長(zhǎng)已經(jīng)受到嚴(yán)重抑制，ZR和IAA這兩種促進(jìn)生長(zhǎng)的激素都大幅下降，而IAA的降幅高于ZR，這就造成后期ZR/IAA比值出現(xiàn)小幅升高[15]。

圖2 干旱脅迫對(duì)激素平衡的影響Fig.2 Influence of drought stress on balance of endogenous hormones in leaves

在4種植物激素中，總體來(lái)說(shuō)ABA是抑制生長(zhǎng)的激素，ZR、IAA、GA3則都是促進(jìn)生長(zhǎng)類的植物激素，ABA/(IAA+GA3+ZR)的比值反應(yīng)了植物是向著生長(zhǎng)的方向發(fā)展還是向著抑制生長(zhǎng)的方向發(fā)展，對(duì)了解植物的生長(zhǎng)狀況有一定的參考作用。本研究中組培苗和實(shí)生苗中的ABA/(IAA+GA3+ZR)總體呈升高趨勢(shì)，與ZR/IAA比值類似，也是在第6天至第9天這3天中，激素比值發(fā)生大幅變化，分別升高93.08%和71.84%，隨后幾天比值則呈小幅變化，有下降的趨勢(shì)。試驗(yàn)結(jié)果給出兩個(gè)提示，首先在處理的第6天至第9天中，ABA/(IAA+GA3+ZR)比值急劇升高，表明植株缺水程度從輕度達(dá)到重度，植物生長(zhǎng)受到嚴(yán)重抑制，其次，在處理的最后6 d中，植株中ABA/(IAA+GA3+ZR)比值緩慢降低，雖然比對(duì)照比值高出很多，但仍有朝向生長(zhǎng)的方向發(fā)展的趨勢(shì)，提示受試的油茶組培苗和實(shí)生苗可能在適應(yīng)了重度缺水的情況下，內(nèi)部建立了新的激素平衡，在這種激素平衡的調(diào)節(jié)下，植株可以在嚴(yán)重缺水的條件下維持較緩慢的生長(zhǎng)，這也可能是油茶可以耐干旱的內(nèi)因之一。

3 結(jié) 論

比較分析15 d的處理過(guò)程中植株各內(nèi)源激素含量變化發(fā)現(xiàn)，對(duì)照組中，15 d的試驗(yàn)期間各激素含量都呈現(xiàn)平緩的升高或降低趨勢(shì)。干旱處理中各激素含量在前9 d表現(xiàn)出大幅的變化，第9天測(cè)得的激素含量變化差異最大，而之后的6 d中則變化幅度很小，而再結(jié)合土壤失水和苗木生長(zhǎng)的情況分析，在處理的前9 d，激素含量變化的差異是植物對(duì)干旱脅迫相應(yīng)的表現(xiàn)，特別是在第6天至第9天這3天中，各激素含量變化幅度最大，比值變化也最明顯，處理的最后6 d中，植株已處于生長(zhǎng)停滯狀態(tài)，各內(nèi)源激素含量也不再大幅變化，而是維持在一定的水平不變。處理過(guò)程中ABA含量升高，ZR、GA3含量下降，IAA含量則是先升后降。

在整個(gè)干旱脅迫處理過(guò)程中，試驗(yàn)結(jié)果顯示組培苗與實(shí)生苗中雖然各內(nèi)源激素含量的本底水平有差異，但在干旱脅迫下，兩種繁殖方式培育的苗木內(nèi)源激素含量的變化趨勢(shì)是一致的，且變化的幅度差異不顯著，這說(shuō)明，從激素生理的角度來(lái)分析，兩種繁殖方式培育的苗木對(duì)干旱脅迫的激素響應(yīng)是一致的，不同的繁殖方式并不影響植株內(nèi)部的激素生理和激素平衡。同時(shí)，有文獻(xiàn)報(bào)道，ABA是植物在遭受干旱脅迫時(shí)起主要響應(yīng)作用的植物激素，抗旱性強(qiáng)的植株中ABA積累速度較慢，變化趨勢(shì)較為緩慢，抗性差的植株中則積累較快，表現(xiàn)出變化趨勢(shì)較為劇烈[3,16]，分析組培苗與實(shí)生苗中ABA含量變化，在干旱脅迫下ABA含量的變化趨勢(shì)一致，都呈現(xiàn)出明顯的升高，且兩種苗木中激素升高程度差異不顯著，從ABA含量變化的角度推斷組培苗的抗旱性與實(shí)生苗可能沒有差異。另一方面，干旱處理中內(nèi)源激素比值分析結(jié)果給出提示，受試的油茶組培苗和實(shí)生苗可以在適應(yīng)了重度缺水的情況下，通過(guò)調(diào)節(jié)內(nèi)源激素的動(dòng)態(tài)平衡，仍在較低的水平上維持朝向生長(zhǎng)方向發(fā)展的趨勢(shì)，這種內(nèi)源激素調(diào)節(jié)能力，在兩種繁殖方式培育的油茶苗中都有體現(xiàn)，可能是油茶這一種屬的特性，也可能是油茶可以耐干旱的內(nèi)因之一。

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