一串紅自封頂型品種內(nèi)源激素含量特征分析

陳洪偉，洪培培 (北京農(nóng)學(xué)院城鄉(xiāng)發(fā)展學(xué)院，北京 102206)

楊建玉 (北京市石景山區(qū)業(yè)余大學(xué)暨石景山社區(qū)學(xué)院，北京 100043)

王紅利，智利婷 (北京農(nóng)學(xué)院園林學(xué)院，北京 102206)

劉克鋒 (北京農(nóng)學(xué)院城鄉(xiāng)發(fā)展學(xué)院，北京 102206)

一串紅自封頂型品種內(nèi)源激素含量特征分析

陳洪偉，洪培培 (北京農(nóng)學(xué)院城鄉(xiāng)發(fā)展學(xué)院，北京 102206)

楊建玉 (北京市石景山區(qū)業(yè)余大學(xué)暨石景山社區(qū)學(xué)院，北京 100043)

王紅利，智利婷 (北京農(nóng)學(xué)院園林學(xué)院，北京 102206)

劉克鋒 (北京農(nóng)學(xué)院城鄉(xiāng)發(fā)展學(xué)院，北京 102206)

為了解一串紅(Salviasplendens)‘彩鈴紅’株型突變機理，以‘彩鈴紅’和其野生型品系‘35’的一級側(cè)枝和扦插苗(一級側(cè)枝為插穗)為材料，通過測定側(cè)芽萌動前后‘彩鈴紅’和‘35’的莖尖、莖節(jié)及根的內(nèi)源激素含量，分析了兩者內(nèi)源激素含量特征差異。結(jié)果表明，在側(cè)芽萌動前和后，‘彩鈴紅’和‘35’不同組織中生長素、細(xì)胞分裂素、脫落酸含量和莖節(jié)中生長素與細(xì)胞分裂素比值差異較大。側(cè)芽萌動前，‘彩鈴紅’莖尖和莖節(jié)生長素含量均比‘35’低，莖節(jié)內(nèi)細(xì)胞分裂素活性成分含量高于‘35’，莖節(jié)內(nèi)脫落酸含量低于‘35’,莖節(jié)內(nèi)生長素與細(xì)胞分裂素比值低于‘35’。側(cè)芽萌動后，‘彩鈴紅’莖尖和莖節(jié)生長素含量均比‘35’高，莖尖和根尖細(xì)胞分裂素含量高于‘35’，莖節(jié)脫落酸含量遠(yuǎn)低于‘35’，莖節(jié)內(nèi)生長素與細(xì)胞分裂素比值高于‘35’。

一串紅(Salviasplendens)；株型突變體；頂端優(yōu)勢；內(nèi)源激素

植物激素對植物分枝發(fā)育和株型具有重要的調(diào)控作用[1]，而植物的分枝與株型在很大程度上受頂端優(yōu)勢的影響[2]，頂端優(yōu)勢解除直接導(dǎo)致側(cè)芽的生長發(fā)育。對諸多植物分枝突變體(如擬南芥、水稻、豌豆、矮牽牛、馬鈴薯和玉米等模式植物和農(nóng)作物)的研究表明，分枝能力或分枝類型突變，是由于基因突變影響植物激素合成或降解有關(guān)的酶促反應(yīng)，而最終影響有關(guān)激素的合成或降解，致使頂端優(yōu)勢減弱或增強，從而目前改變分枝發(fā)育和株型形成[3-8]。植物的頂端優(yōu)勢是受一種或多種激素共同調(diào)控的復(fù)雜的生命現(xiàn)象。目前生長素(IAA)、細(xì)胞分裂素(CTK)與頂端優(yōu)勢的相關(guān)研究較多，脫落酸(ABA)等也有報道。

一串紅(Salviasplendens)為唇形科鼠尾草屬植物,其花色鮮艷，觀賞期長，在我國園林綠化中占有極為重要的地位，是花卉配置及花壇中必不可少的常用植物材料，特別是北方城市“五·一”和“十·一”花壇、花帶主要材料之一。國內(nèi)生產(chǎn)一串紅通常多行人工摘心以解除頂端優(yōu)勢促進(jìn)分枝。本課題組在對一串紅種質(zhì)資源收集、整理及選育過程中，從收集的野生型品系‘35’中發(fā)現(xiàn)頂端優(yōu)勢喪失，不必摘心株型自然成球的株型突變體，經(jīng)系統(tǒng)選育后通過北京市林木品種審定委員會品種審定，命名為‘彩鈴紅’?！殊徏t’在營養(yǎng)生長早期主莖莖節(jié)每節(jié)均可萌發(fā)側(cè)芽并伸長生長形成一級側(cè)枝，之后一級側(cè)枝每枝節(jié)繼續(xù)萌發(fā)側(cè)芽并伸長生長形成二級側(cè)枝，生命周期內(nèi)可形成至四級側(cè)枝。品系‘35’盡管生命周期內(nèi)也形成至四級側(cè)枝，但只有主莖開花后，花下3～4節(jié)莖節(jié)的側(cè)芽才伸長形成一級側(cè)枝，二級側(cè)枝亦是在一級側(cè)枝開花后花下3 ～4節(jié)枝節(jié)的側(cè)芽伸長。與品系‘35’相比，‘彩鈴紅’分枝形成早，分枝數(shù)量多，分枝能力極強。本研究以一串紅‘彩鈴紅’與品系‘35’為試驗材料，采用高效液相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用技術(shù)對‘彩鈴紅’和其野生型品系‘35’的內(nèi)源生長素、細(xì)胞分裂素及脫落酸含量進(jìn)行測定，分析‘彩鈴紅’和‘35’植株中與頂端優(yōu)勢相關(guān)內(nèi)源植物激素含量特征，以期為研究‘彩鈴紅’株型突變機理提供參考。

1 材料與方法

1.1 材料

A:野生型品系‘35 ’ B:‘彩鈴紅’

以一串紅收集品系‘35’和自該品系株型突變體中選育出的‘彩鈴紅’為試驗材料。生長過程中，‘彩鈴紅’植株頂端優(yōu)勢弱，分枝能力強(圖1)。

1.2 方法

試驗材料種植在北京農(nóng)學(xué)院科技園2號溫室。剪取‘彩鈴紅’和品系‘35’帶3個枝節(jié)的一級側(cè)枝扦插于蛭石中，室溫保持25℃左右，約15 d生根成活。在扦插苗莖節(jié)上側(cè)芽萌動后，剪取‘35’和‘彩鈴紅’扦插苗的莖尖、莖節(jié)及根尖作為側(cè)芽萌動后內(nèi)源激素含量測定材料。扦插時同時剪取‘35’和‘彩鈴紅’插穗的頂芽與相同部位枝節(jié)作為側(cè)芽萌動前測定內(nèi)源激素含量的材料。取材后，迅速將材料投于液氮中速凍并保存。樣品材料編號見表1。

表1 樣品材料編號

采用高效液相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用技術(shù)(HPLC-ESI/MSn)測定樣品材料內(nèi)源激素IAA、CTK、ABA含量。質(zhì)譜分析在全掃描模式下進(jìn)行，MS-MS數(shù)據(jù)利用軟件Xcalibur 2.1(Thermo-Finnigan)進(jìn)行分析。所有測定均在北京林業(yè)大學(xué)生物科學(xué)與技術(shù)學(xué)院分子生物實驗室完成。

2 結(jié)果與分析

2.1 ‘彩鈴紅’和品系‘35’不同生長發(fā)育時期不同組織部位生長素含量分析

側(cè)芽萌動前后，‘彩鈴紅’和品系‘35’莖尖、莖節(jié)和根尖生長素含量如表2所示。

由表2可知，側(cè)芽萌動前，‘彩鈴紅’莖尖生長素含量是3.954ng/gFW，35生長素含量為29.838ng/gFW，前者僅為后者的13.2%；在莖節(jié)中，‘彩鈴紅’生長素含量為23.473ng/gFW，‘35’生長素含量是32.259ng/gFW，前者是后者的72.5%。在側(cè)芽萌發(fā)前，無論是莖尖還是莖節(jié)，‘彩鈴紅’生長素含量都比‘35’低。

側(cè)芽萌動后，‘彩鈴紅’莖尖中生長素含量是31.002ng/gFW，‘35’是16.599ng/gFW，前者是后者的186.8%；在已萌側(cè)芽的莖節(jié)處，‘彩鈴紅’生長素含量是10.255ng/gFW，‘35’生長素含量是7.315ng/gFW，前者是后者140.2%；‘彩鈴紅’根尖中生長素含量是9.167ng/gFW，‘35’是29.039ng/gFW，前者是后者的31.6%。

表2 側(cè)芽萌動前后‘彩鈴紅’與‘35’不同組織的生長素含量

2.2 ‘彩鈴紅’和品系‘35’不同生長發(fā)育時期不同組織部位細(xì)胞分裂素含量

細(xì)胞分裂素對植物生長發(fā)育有十分重要的作用，它促進(jìn)細(xì)胞分裂，參與分生組織的維持，可直接促進(jìn)側(cè)芽的發(fā)生[9]。Z(玉米素)和ZR(玉米素核苷)是本質(zhì)上具有生物活性的細(xì)胞分裂素。而iP(N6-(△2-異戊烯基)腺嘌呤)分解代謝后，可以產(chǎn)生Z[10]。對不同生長發(fā)育時期‘彩鈴紅’和‘35’植株的這3種物質(zhì)含量進(jìn)行測定，測定結(jié)果見表3。

表3 側(cè)芽萌動前后‘彩鈴紅’與‘35’不同組織細(xì)胞分裂素含量 ng/gFW

由表3可以看出，在側(cè)芽萌動前，除Z外，‘彩鈴紅’莖節(jié)中iP與ZR的含量均高于‘35’，分別為8.1387ng/gFW和0.8370ng/gFW。雖然‘彩鈴紅’中Z的含量低于‘35’，僅為0.0776ng/gFW，但是，由于Z是由iP分解代謝后所得，因此總體來看，在側(cè)芽未萌動前，‘彩鈴紅’莖節(jié)內(nèi)細(xì)胞分裂素活性成分的含量要高于‘35’，利于其側(cè)芽的萌動及伸長生長?！殊徏t’莖尖中Z、iP含量低于‘35’，ZR含量高于‘35’，CTK總量略低于‘35’。在側(cè)芽萌動后，‘彩鈴紅’植株莖節(jié)中細(xì)胞分裂素含量(Z、ZR、iP總量)低于‘35’，分別為0.0998ng/gFW、1.471ng/gFW，但其莖尖和根尖中3種細(xì)胞分裂素總含量高于‘35’，特別是根尖中，‘彩鈴紅’3種細(xì)胞分裂素總含量為4.5058ng/gFW，而35為0.0597ng/gFW，前者遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于后者。

2.3 ‘彩鈴紅’和品系‘35’不同生長發(fā)育時期不同組織部位脫落酸含量分析

表4為 ‘彩鈴紅’及‘35’側(cè)芽萌動前后不同組織部位內(nèi)脫落酸的含量。

由表4可知，在側(cè)芽萌發(fā)前，‘彩鈴紅’莖尖組織中ABA含量是69.423ng/gFW，‘35’中的含量是176.974ng/gFW，前者是后者的39.2%；在莖節(jié)中，‘彩鈴紅’植株中ABA含量是18.045ng/gFW，‘35’中的含量是43.886ng/gFW，前者是后者的41.1%。側(cè)芽萌發(fā)后，‘彩鈴紅’莖尖組織中ABA含量是175.393ng/gFW，‘35’中的含量是41.085ng/gFW，前者是后者的39.2%；在莖節(jié)中，‘彩鈴紅’植株中ABA含量是58.589ng/gFW，‘35’中的含量是1152.377ng/gFW，前者是后者的5.1%；在根尖中，‘彩鈴紅’植株中ABA含量是149.111ng/gFW，‘35’中的含量是32.452ng/gFW，前者是后者的459.5%。側(cè)芽萌發(fā)前，‘彩鈴紅’莖尖和莖節(jié)中ABA含量低于‘35’；側(cè)芽萌發(fā)后，‘彩鈴紅’莖尖和根尖中ABA含量高于‘35’，莖節(jié)中ABA含量遠(yuǎn)低于‘35’。

表4 側(cè)芽萌動前后‘彩鈴紅’與‘35’不同組織脫落酸含量

2.4 不同生長發(fā)育時期‘彩鈴紅’及‘35’側(cè)芽萌動前后莖節(jié)內(nèi)生長素與細(xì)胞分裂素的比值

研究發(fā)現(xiàn)，生長素并不能起始細(xì)胞的增殖，同時細(xì)胞的增殖并不能引起器官的發(fā)生，生長素與細(xì)胞分裂素的比例以及與其他因素之間的互作共同調(diào)控這一過程[11]。由此可見，生長素與細(xì)胞分裂素的比值對植株側(cè)芽生長起重要的作用。

表5為‘彩鈴紅’及‘35’側(cè)芽萌動前后莖節(jié)內(nèi)生長素與細(xì)胞分裂素的比值。由表5可以看出，在側(cè)芽萌動前，‘彩鈴紅’莖節(jié)內(nèi)IAA/Z的比值高于‘35’，但I(xiàn)AA/iP與IAA/ZR的比值均低于‘35’，特別是‘彩鈴紅’IAA/iP比值遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于‘35’。在側(cè)芽萌動后，‘彩鈴紅’莖節(jié)內(nèi)IAA/CTK比值上升，IAA/Z由302.630上升到3536.153，IAA/ZR由28.044上升到138.766，IAA/iP由2.884上升到445.863，；而‘35’僅IAA/Z升高，IAA/iP和IAA/ZR反而下降，且3項比值均低于‘彩鈴紅’。

表5 ‘彩鈴紅’及‘35’側(cè)芽萌動前后莖節(jié)內(nèi)生長素與細(xì)胞分裂素的比值

3 討論

生長素影響植物頂端優(yōu)勢。不同器官對生長素濃度有不同的要求，芽生長的最適濃度遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于莖生長的最適濃度，于是當(dāng)莖頂端產(chǎn)生的高濃度生長素極性運輸?shù)絺?cè)芽時，則抑制其生長。本試驗中，側(cè)芽萌動前，‘彩鈴紅’莖尖和莖節(jié)生長素含量均比‘35’低。生長素主要由莖尖和嫩葉合成，然后沿主莖極性向下運輸。側(cè)芽萌動前，‘35’植株頂芽內(nèi)合成大量的生長素并向下運輸，不斷積累于其作用部位，即莖節(jié)處，以抑制側(cè)芽的生長。而‘彩鈴紅’植株在側(cè)芽萌動前頂芽所合成的生長素量較少，因此向下運輸并作用于側(cè)芽部位的生長素含量較‘35’少，有利于其側(cè)芽的萌動。

細(xì)胞分裂素主要是在根尖合成的，并向地上部分運輸，因此本試驗在側(cè)芽萌動后，不僅檢測了莖節(jié)中細(xì)胞分裂素的含量，而且還檢測了根尖中細(xì)胞分裂素的含量。有研究表明，細(xì)胞分裂素的合成是受生長素調(diào)控的，它可以進(jìn)入側(cè)芽，促進(jìn)側(cè)芽的生長[7]。同時，生長素還可以影響細(xì)胞分裂素的運輸方向及其在植物體中的分布，比如抑制細(xì)胞分裂素進(jìn)入側(cè)芽[12-13]。在‘彩鈴紅’植株的根尖內(nèi)，細(xì)胞分裂素活動相對旺盛，合成量比‘35’高。但是由于在側(cè)芽萌動后，‘彩鈴紅’的莖節(jié)處生長素的含量相對較高，抑制了細(xì)胞分裂素向側(cè)芽處的運輸。

Christne等[14]研究發(fā)現(xiàn)生長素與細(xì)胞分裂素的比值與側(cè)芽的早期發(fā)育及生長有關(guān)，生長素與細(xì)胞分裂素的比值高，則側(cè)芽生長的慢，相反則側(cè)芽生長的快。本試驗對‘彩鈴紅’及‘35’莖節(jié)內(nèi)生長素與細(xì)胞分裂素的比值分析顯示，在側(cè)芽萌動前，‘彩鈴紅’莖節(jié)內(nèi)生長素與細(xì)胞分裂素的比值總體低于‘35’。

雖然目前普遍認(rèn)為側(cè)芽的形成與發(fā)育是生長素與細(xì)胞分裂素相互作用的結(jié)果，但也有研究顯示，其他激素也參與了側(cè)芽的萌發(fā)與側(cè)枝的生長。Pei[15]在對eral突變體的研究中發(fā)現(xiàn)，植株去頂前外施生長素可以增加脫落酸的含量，去頂后植株中脫落酸含量降低，可以促進(jìn)側(cè)芽的形成，說明脫落酸對側(cè)枝的形成起抑制作用。也有報道[14]認(rèn)為脫落酸與芽的休眠相關(guān)，且脫落酸的濃度與側(cè)芽萌發(fā)的早期沒有直接關(guān)系，但是在側(cè)芽生長的晚期，當(dāng)生長素與細(xì)胞分裂素的濃度不再影響側(cè)枝發(fā)育時，脫落酸對側(cè)枝的生長起負(fù)調(diào)控作用。本試驗對‘彩鈴紅’及其野生型莖節(jié)內(nèi)脫落酸的含量測定結(jié)果表明，在側(cè)芽萌發(fā)后，‘彩鈴紅’莖節(jié)內(nèi)脫落酸含量遠(yuǎn)低于‘35’莖節(jié)內(nèi)脫落酸含量。

植物分枝發(fā)育受環(huán)境因素、遺傳因素和植物激素多重調(diào)控[7]。本試驗從生理學(xué)方面對一串紅‘彩鈴紅’與其野生型‘35’的內(nèi)源激素測定。一串紅‘彩鈴紅’未萌莖節(jié)內(nèi)生長素含量較低，而細(xì)胞分裂素含量相對較高，可能導(dǎo)致其側(cè)芽不斷萌動并形成側(cè)枝。在不同發(fā)育時期不同組織部位中‘彩鈴紅’和‘35’激素含量存在較大差異?！殊徏t’株型形成應(yīng)該是多種激素共同調(diào)控的結(jié)果。此外，目前報道獨角金內(nèi)酯(strigolactones,SL)是發(fā)現(xiàn)的第三類植物激素，其與植物分枝相關(guān)[16]。一串紅中是否存在獨角金內(nèi)酯及其類似物，它們是否參與調(diào)控‘彩鈴紅’分枝，以及‘彩鈴紅’和‘35’內(nèi)源激素(生長素、細(xì)胞分裂素、脫落酸)含量差異是否導(dǎo)致‘彩鈴紅’株型形成，有待進(jìn)一步研究。

致謝:感謝北京林業(yè)大學(xué)蔣湘寧教授和北京農(nóng)學(xué)院花寶光教授在本研究中給予的指導(dǎo)與幫助。

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2013-05-20

國家自然科學(xué)基金項目(31100509)；北京市教育委員會科技計劃項目(KM201210020005);北京農(nóng)學(xué)院科研質(zhì)量提高經(jīng)費項目(PXM2012_014207_000010)。

陳洪偉(1979-)，女，博士，講師，主要從事園林植物育種與改良研究。

[作者簡介]劉克鋒，E-mail：liukefeng006@163.com。

S681.4;Q946.885

A

1673-1409(2013)17-0015-05