牛血清白蛋白對(duì)連香樹扦插繁殖的影響

黃紹輝+劉艷

摘要：為探討牛血清白蛋白（BSA）與植物扦插苗根系發(fā)育的關(guān)系，以瀕危植物連香樹（Cercidiphyllum japonicum）為試驗(yàn)材料， 研究不同濃度外源BSA對(duì)連香樹扦插苗的生理和形態(tài)響應(yīng)。結(jié)果表明，BSA濃度低于7.58 μmol/L時(shí)，與對(duì)照相比，提高了扦插苗的生根率、顯著增加側(cè)根數(shù)和平均根長，使植物內(nèi)源赤霉素（GA）、脫落酸（ABA）、玉米素（ZR）和生長素（IAA）含量的變化向有利于根系形成和生長的方向變化，對(duì)扦插苗不定根形成有不同程度的促進(jìn)作用。而高濃度BSA（≥15.15 μmol/L）處理與對(duì)照相比，降低了扦插苗的生根率、顯著減少側(cè)根數(shù)和平均根長，使植物內(nèi)源GA、ABA、ZR和IAA含量向不利于根系形成和生長的方向變化，對(duì)扦插苗不定根形成有不同程度的抑制作用。

關(guān)鍵詞：牛血清白蛋白;連香樹（Cercidiphyllum japonicum）;扦插繁殖;根系;植物內(nèi)源激素

中圖分類號(hào)：Q949.746.4;S615 ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A ? ? ? ?文章編號(hào)：0439-8114（2015）23-5922-04

DOI：10.14088/j.cnki.issn0439-8114.2015.23.032

Effects of Bovine Serum Albumin on Propagation of Cercidiphyllum japonicum Cutting

HUANG Shao-hui，LIU Yan

（College of Environmental Engineering， Xuzhou Institute of Technology， Xuzhou 221008， Jiangsu， China）

Abstract：Endangered plant Cercidiphyllum japonicum was used to investigate the relationship between bovine serum albumin （BSA） and the development of plant cuttings root system. Physiological and morphological responses to exogenous BSA of different concentrations were studied. The results showed that applying appropriate BSA（≤7.58 μmol/L） was able to increase the cutting root rate and lateral root number and average length of root，enhance root activity and conducive the plant endogenous GA，ABA，ZR and IAA content changed in the direction of promoting the growth of roots and adventitious root formation of cuttings. However，high concentrations of BSA（≥15.15 μmol/L） have different extent inhibition effects，and reduce the number of lateral roots，average root length and rooting rate than the control，and the plant endogenous GA，ABA，ZR and IAA content changed in the direction of inhibiting adventitious root formation and the growth of root in different degrees.

Key words：bovine serum albumin;Cercidiphyllum japonicum;cutting propagation;root system;plant endogenous hormone

連香樹（Cercidiphyllum japonicum）為國家二級(jí)瀕危保護(hù)植物，在系統(tǒng)演化中處于比較原始的地位[1]。其居群間基因交流困難[2]，為短時(shí)間短距離風(fēng)媒傳粉[3]，在干旱脅迫下，連香樹種子萌發(fā)和幼苗生長受到抑制[4]。開展連香樹的有性繁殖和無性繁殖研究，對(duì)于保護(hù)和發(fā)展該瀕危物種種質(zhì)資源具有重要的意義。

本試驗(yàn)采用蛭石、珍珠巖和河沙組成連香樹嫩枝扦插的培養(yǎng)基，以無菌水處理的作為對(duì)照，探討連香樹插穗對(duì)不同濃度牛血清白蛋白（BSA）浸泡處理的形態(tài)和生理反應(yīng)，為評(píng)估蛋白質(zhì)如何影響植物扦插繁殖生根提供基礎(chǔ)資料。

1 ?材料與方法

1.1 ?材料

連香樹插穗于2014年3月1日采自南京中山植物園。

1.2 ?試驗(yàn)處理

選取長8～10 cm、直徑0.8～1.0 cm并保留2～3個(gè)半葉的連香樹插穗。剪好的插穗馬上放入水中保持濕潤，防止水分喪失。插穗形態(tài)學(xué)的下部用低濃度的糖溶液浸泡1 h，再用0.3%～0.5% KMnO4消毒30 min，接著用500 mg/L萘乙酸處理4 h，然后用濃度為1.52、7.58、15.15、22.73、45.45 μmol/L的牛血清白蛋白（BSA）浸泡處理插穗基部4 h，無菌水沖洗后進(jìn)行扦插，每個(gè)濃度處理50株插穗。用無菌水浸泡作對(duì)照處理。2014年3月3日把插穗扦插在培養(yǎng)基質(zhì)中。endprint

蛭石、珍珠巖與河沙按1∶1∶2比例混合配制成扦插基質(zhì)，在扦插前10 d每公頃施用15 kg多菌靈進(jìn)行基質(zhì)消毒。采用直插法進(jìn)行苗床扦插，扦插深度為插穗長度的60%，密度為50株插穗/m2。扦插后立即澆1次水并及時(shí)遮陰處理。每個(gè)處理重復(fù)3次。通過自動(dòng)噴霧裝置，使棚內(nèi)相對(duì)濕度控制在80%左右，溫度保持在25 ℃左右，光照度為1/3～ 1/2自然光。

扦插25 d后插穗開始生根，保持基質(zhì)濕潤，但不能過分潮濕，及時(shí)中耕除草施肥，促進(jìn)扦插苗的健康生長。

1.3 ?相關(guān)指標(biāo)測定

2015年2月21日檢測生根率、生根數(shù)量和根的長度。在生根過程中，用酶聯(lián)免疫吸附法測定赤霉素（GA）、生長素（IAA）、脫落酸（ABA）和玉米素（ZR）等4種內(nèi)源激素的含量。采用美國原裝進(jìn)口酶標(biāo)儀寶特Elx800進(jìn)行檢測，OD精準(zhǔn)度<1%（2.0 OD）。

1.4 ?數(shù)據(jù)處理

內(nèi)源激素的測定結(jié)果采用IBM SPSS Statistics21進(jìn)行計(jì)算;采用GraphPad Prism6作圖分析。

2 ?結(jié)果與分析

2.1 ?BSA處理對(duì)插穗生根率的影響

低濃度到中等濃度BSA（≤7.58 μmol/L）浸泡處理連香樹插穗，使插穗生根率提高;高濃度BSA（≥15.15 μmol/L）浸泡處理使插穗生根率明顯降低（圖1A）。1.52、7.58 μmol/L BSA浸泡處理插穗，連香樹扦插生根率分別比對(duì)照提高4.2個(gè)百分點(diǎn)和2.1個(gè)百分點(diǎn)。15.15、22.73和45.45 μmol/L BSA浸泡處理插穗，扦插生根率分別比對(duì)照降低18.7、22.9和27個(gè)百分點(diǎn)。

經(jīng)處理后，連香樹插穗的平均生根數(shù)和平均根長見圖1B、1C。低濃度到中等濃度BSA（≤7.58 μmol/L）浸泡處理下，根長和根數(shù)增加，而在高濃度BSA（≥15.15 μmol/L）處理下均降低。SPSS統(tǒng)計(jì)分析表明，1.52 μmol/L BSA浸泡處理顯著增加（P<0.05）側(cè)根數(shù)量和側(cè)根長度，而45.45 μmol/L BSA處理顯著降低（P<0.05）側(cè)根數(shù)量和側(cè)根長度。

2.2 ?植物內(nèi)源激素GA含量的變化

連香樹插穗在扦插后第1周，低濃度處理和高濃度BSA處理的GA含量均降低（圖2）。高濃度BSA（≥15.15 μmol/L）處理的插穗GA含量在第2周增加，而中低濃度BSA（≤7.58 μmol/L）處理的插穗GA含量則仍然下降。到第3周時(shí)，中低濃度BSA（≤7.58 μmol/L）處理的插穗GA含量增加，而高濃度BSA處理的插穗GA含量則降低。此后，高濃度處理的插穗，其GA含量在第4周迅速上升后又持續(xù)快速降低。中低濃度BSA（≤7.58 μmol/L）處理的插穗，其GA含量在第4、第5周持續(xù)下降，從第6周開始緩慢增加。對(duì)照插穗的GA含量變化趨勢與高濃度BSA（≥15.15 μmol/L）處理的插穗一致，但每周的變化幅度小于高濃度處理。

2.3 ?植物內(nèi)源激素IAA含量的變化

各濃度處理的連香樹插穗扦插后，IAA的含量在第1周均迅速下降（圖3）。中低濃度BSA（≤7.58 μmol/L）處理的插穗，IAA含量第2周緩慢增加，第3周快速增加，第4周下降，但第5周至第7周又緩慢增加。對(duì)照插穗的IAA含量在第2周快速增加，第3周又迅速減少，第4周出現(xiàn)增加，第5周又迅速減少，第6至第7周連續(xù)緩慢減少。高濃度BSA（≥15.15 μmol/L）處理的插穗，IAA含量變化趨勢與對(duì)照一致，但變化的幅度比對(duì)照大。

2.4 ?植物內(nèi)源激素ABA含量的變化

各濃度BSA處理的連香樹插穗扦插后，ABA的含量在第1周均降低（圖4）。中低濃度BSA（≤7.58 μmol/L）處理的插穗，ABA的含量在第2周仍然降低，而高濃度BSA處理的則增加;第3周至第7周，連香樹插穗ABA含量呈增加-下降-增加-下降的趨勢。而高濃度BSA處理的插穗到第3周時(shí)ABA含量下降，第4周上升到一個(gè)高值，第5周又迅速下降，第6周、第7周持續(xù)緩慢下降。對(duì)照插穗的ABA含量變化趨勢與高濃度BSA（≥15.15 μmol/L）處理的插穗一致，但每周的變化幅度小于高濃度處理。

2.5 ?植物內(nèi)源激素ZR含量的變化

中低濃度BSA（≤7.58 μmol/L）處理的連香樹插穗，ZR含量在扦插后第1至第3周連續(xù)下降（圖5），第4周快速增加，第5周快速下降，第6周、第7周則持續(xù)緩慢下降。高濃度BSA（≥15.15 μmol/L）處理的連香樹插穗，ZR含量在扦插后第1周迅速下降，第2周至第3周則緩慢下降，第4周又迅速增加，第5周迅速減小，第6周、第7周則持續(xù)緩慢下降。對(duì)照ZR含量的變化趨勢與高濃度BSA處理的一致，但變化的幅度比高濃度BSA處理的小。

3 ?小結(jié)與討論

對(duì)瀕危物種連香樹的研究表明，較低濃度的BSA有利于扦插苗在逆境下生存，并很快形成新根，促進(jìn)根系發(fā)育。高濃度的BSA則不利于誘導(dǎo)新根的形成和發(fā)育。扦插繁殖是植物體的一部分離開親本在逆境中再生新個(gè)體過程，推測外源有機(jī)氮有利于植物對(duì)逆境的適應(yīng)，并產(chǎn)生形態(tài)和生理反應(yīng)。另外，這種反應(yīng)與該有機(jī)氮的濃度有關(guān)。

測定了連香樹插穗對(duì)高分子質(zhì)量有機(jī)氮脅迫的反應(yīng)。結(jié)果表明，外源蛋白質(zhì)BSA對(duì)植物形態(tài)和內(nèi)源激素的影響與有機(jī)氮的濃度有關(guān)。以無菌水處理的為對(duì)照，研究結(jié)果與此一致，即不管植物的營養(yǎng)狀態(tài)如何，根系對(duì)有機(jī)營養(yǎng)顯示出明顯反應(yīng)[5]。不同濃度的BSA影響插穗生根率，通過影響側(cè)根的形成改變根系結(jié)構(gòu)，快速減少插穗扦插后內(nèi)源植物激素如ZR、IAA、ABA、GA的含量，并且隨著BSA濃度變化而發(fā)生波動(dòng)。endprint

植物激素在調(diào)節(jié)植物生長、發(fā)育和對(duì)脅迫的反應(yīng)等方面均起著重要的作用[6]。植物激素通過復(fù)雜的信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑，形成復(fù)雜的相互作用網(wǎng)絡(luò)，調(diào)節(jié)植物的生長和發(fā)育以響應(yīng)外部環(huán)境的刺激。在植物激素對(duì)植物發(fā)育的可塑性調(diào)控研究中，植物根是一個(gè)特別有用的系統(tǒng)[7]。在根系中，生長素參與側(cè)根的形成，維持頂端優(yōu)勢和不定根的形成[8]?，F(xiàn)已證明不定根形成的所有階段都依賴于內(nèi)源性或外源性生長素調(diào)節(jié)[9]。此外，外源生長素會(huì)促進(jìn)不定根的形成和增加再生根的數(shù)量[10]。雖然生長素在根的生長發(fā)育中起著至關(guān)重要的作用，其他幾種植物激素則通過調(diào)節(jié)生長素的作用，進(jìn)而影響根系的發(fā)育和結(jié)構(gòu)[11]。因此，在扦插繁殖中可以通過測定內(nèi)源激素含量來了解插穗對(duì)逆境脅迫的反應(yīng)。試驗(yàn)表明，在突然遭遇逆境時(shí)，植物的4種內(nèi)源激素（IAA、ABA、ZR、GA）含量會(huì)降到最低。然而，外源有機(jī)氮BSA會(huì)不同程度地改變這種變化。低濃度的BSA會(huì)改變連香樹插穗4種內(nèi)源激素的含量和比例，促進(jìn)根系發(fā)育。但較高濃度的外源BSA將改變4種內(nèi)源激素的含量和比例且不利于根的形成。

對(duì)植物生長發(fā)育有影響的4種激素的研究已有相關(guān)報(bào)道。例如，生長素會(huì)強(qiáng)烈降低再生根的伸長生長[12];純化的沉積腐殖酸的作用與根系中NO和IAA濃度的增加以及依賴于NO-IAA途徑的乙烯和ABA增加有功能上的聯(lián)系[13];側(cè)根在植物根系對(duì)生長素和細(xì)胞分裂素平衡的可塑性反應(yīng)中至關(guān)重要[14];已有在蛋白質(zhì)組水平上ABA參與水稻幼苗對(duì)脅迫反應(yīng)的證據(jù)[15];ABA會(huì)明顯抑制新梢生長以及OsKRP4、OsKRP5和OsKRP6基因的表達(dá)[16];外源細(xì)胞分裂素的應(yīng)用會(huì)抑制側(cè)根的形成，減少細(xì)胞分裂素水平使轉(zhuǎn)基因擬南芥植株顯示出增加根分支和初生根生長[11];有證據(jù)表明晚香玉數(shù)量特征受GA3處理的影響[17]。試驗(yàn)增加了對(duì)有機(jī)氮影響植物插穗根系生長和內(nèi)源激素變化的理解，強(qiáng)調(diào)了瀕危物種經(jīng)營中應(yīng)用有機(jī)氮的必要性，擴(kuò)大了插穗根系形成試驗(yàn)體系中已有的知識(shí)。

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