分根交替灌溉處理枳的根系形態(tài)和內(nèi)源激素含量變化

張藝燦， 曹國勇， 鄒英寧*

(1.長江大學(xué) 園藝園林學(xué)院， 湖北 荊州 434025； 2.長江大學(xué) 根系生物學(xué)研究所， 湖北 荊州 434025)

分根交替灌溉處理枳的根系形態(tài)和內(nèi)源激素含量變化

張藝燦1,2， 曹國勇1， 鄒英寧1,2*

(1.長江大學(xué) 園藝園林學(xué)院， 湖北 荊州 434025； 2.長江大學(xué) 根系生物學(xué)研究所， 湖北 荊州 434025)

為揭示分根交替灌溉的生理機制，以2月齡枳(Poncirustrifoliata)實生苗為材料，除去其大部分主根，促發(fā)側(cè)根后，利用分根根箱，把枳根系分成兩部分，分別置于各自生長的根室中，然后對兩邊根室進(jìn)行水分控制，分析處理后根系形態(tài)和內(nèi)源激素變化。結(jié)果表明：與兩根室均灌水20 mL/d比較，兩根室交替灌水40 mL/d和20 mL/d處理均顯著抑制了根系的長度、投影面積、表面積和體積，且兩根室交替灌水20 mL/d處理要低于40 mL/d處理的根系形態(tài)。此外，交替灌溉40 mL/d和20 mL/d處理顯著抑制根系茉莉酸甲酯(MeJA)和吲哚乙酸(IAA)積累，但顯著地刺激根系脫落酸(ABA)和油菜素內(nèi)酯(BR)含量的增加，根系赤霉素(GA)含量無顯著變化。

枳； 分根交替灌溉； 內(nèi)源激素； 根系形態(tài)

全世界大約20%的耕地處于干旱或者半干旱的環(huán)境，水分短缺已成為當(dāng)今農(nóng)業(yè)發(fā)展的重要限制因子而被廣泛關(guān)注[1]。當(dāng)前我國農(nóng)業(yè)水分利用率明顯低于世界平均水平，因此發(fā)展節(jié)水灌溉農(nóng)業(yè)已成為必然的趨勢[2]。

分根交替灌溉指對植物不同的根系區(qū)域進(jìn)行交替供水，誘發(fā)新根的產(chǎn)生，并提高根系水分傳導(dǎo)率，降低植物的蒸騰作用，從而達(dá)到節(jié)水灌溉的目的[3]。迄今為止，分根交替灌溉已經(jīng)在蘋果[4]、葡萄[5]、桃[6]上進(jìn)行了探討和研究，并認(rèn)為分根交替灌溉可誘導(dǎo)灌水根域的根系增多，調(diào)控營養(yǎng)生長和生殖生長的平衡，提高水分利用效率，從而確保樹體正常生長。事實上，許多植物的生理效應(yīng)被內(nèi)源激素掌控，如脫落酸(ABA)產(chǎn)生重要的脅迫信號調(diào)植物氣孔的關(guān)閉[7]。因此，研究分根交替灌溉對植物根系內(nèi)源激素含量的影響，可以揭示一些生理效應(yīng)。然而，目前分根交替灌溉對柑桔內(nèi)源激素的研究鮮見報道。筆者利用分根根箱，在枳實生苗上實現(xiàn)不同的灌溉處理，分析處理后的根系形態(tài)和內(nèi)源激素變化，從而揭示分根交替灌溉的生理機制，為今后分根交替灌溉提供理論基礎(chǔ)。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

試驗材料為枳(PoncirustrifoliataL. Raf.)實生苗。2014年4月18日選取5葉齡的砂培枳幼苗，去除大部分主根，只保留大約2 cm長的主根，以便在主根上誘發(fā)側(cè)根。將去除部分主根的枳幼苗再次移植于砂盆中進(jìn)行促根誘導(dǎo)，保持一定的生長基質(zhì)濕度。

2014年6月24日將已經(jīng)促發(fā)一定側(cè)根的枳苗移植到自行設(shè)計的玻璃分根根箱中。分根根箱高18 cm，寬10 cm，長20 cm(左右兩室均為10 cm)，根箱中間采用一個15 cm的玻璃隔開，在其上方正中間挖一個大約直徑為1 cm的半圓。種植時將側(cè)根均勻分成兩部分，主根直接定位在中間玻璃板的半圓弧上，側(cè)根分別在左右兩室均勻地分布。為避免水分的流失根箱各室沒有打孔。栽培基質(zhì)為黃棕壤，取自長江大學(xué)柑桔園，每室土壤為790 g。

1.2 試驗設(shè)計

采用單因素試驗設(shè)計，共設(shè)3個處理，4次重復(fù)。其中，正常灌溉，兩根室灌水20 mL/d；分根交替灌溉1，兩根室輪流交替灌水40 mL/d；分根交替灌溉2，兩根室輪流交替灌水20 mL/d。試驗在長江大學(xué)園藝園林學(xué)院玻璃溫室進(jìn)行。其中，玻璃溫室的側(cè)窗都打開，目的是通風(fēng)降溫，減少根箱土壤水分的蒸發(fā)。在水分處理過程中，20 mL/d室或40 mL/d室處理基本上不會出現(xiàn)根室積水現(xiàn)象。水分處理于6月24日開始，9月3日結(jié)束。

1.3 參數(shù)測定

將處理的枳苗小心地從根箱中取出，盡可能地減少根系傷害，洗凈根系，立即使用WinRHIZO根系分析儀對根系形態(tài)參數(shù)(根系總體積、投影面積、表面積、平均直徑和長度)進(jìn)行分析和測定。

根系內(nèi)源激素吲哚乙酸(IAA)、赤霉素(GA)、ABA、玉米素核苷(ZR)、油菜素內(nèi)酯(BR)和茉莉酸甲酯(MeJA)含量采用酶聯(lián)免疫吸附檢測法(ELISA)[8]測定，ELISA試劑盒由中國農(nóng)業(yè)大學(xué)化學(xué)作物化學(xué)控制研究中心提供，參考用戶手冊進(jìn)行測定。

1.4 數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析

運用SAS 8.1軟件ANOVA過程進(jìn)行處理間的差異性顯著測驗，采用鄧肯新復(fù)極差法進(jìn)行多重比較分析(P<0.05)。

2 結(jié)果與分析

2.1 枳根系的形態(tài)變化

從表1看出，正常灌溉的根系生長最好，其次是分根交替灌溉1，最差的為分根交替灌溉2。枳實生苗在這3種灌溉方式下的根系長度、投影面積、表面積和體積均存在顯著差異，且表現(xiàn)為正常灌溉>分根交替灌溉1>分根交替灌溉2。根系平均直徑正常灌溉與分根交替灌溉2間無顯著差異，但兩者都顯著高于分根交替灌溉1。

表1 分根交替灌溉枳的根系形態(tài)

注：同列數(shù)字后不同字母表示差異顯著(P<0.05)(下同)。

Note:Different lowercase letters mean significant difference (P<0.05). The same below.

表2 分根交替灌溉處理枳根系的內(nèi)源激素含量

2.2 枳根系的內(nèi)源激素含量

從表2可知，不同灌溉處理對枳根系GA含量無顯著影響。與正常灌溉比較，2種分根交替灌溉均顯著降低了枳根系IAA和MeJA的含量，但2個處理間無顯著差異。2種分根交替灌溉處理的枳實生苗根系比正常灌溉的BR含量顯著提高，而分根交替灌溉1和分根交替灌溉2間的根系BR含量無顯著差異。在3種灌溉方式下，根系A(chǔ)BA含量的高低表現(xiàn)為分根交替灌溉1>分根交替灌溉2>正常灌溉。根系ZR含量分根交替灌溉1顯著高于正常灌溉和分根交替灌溉2，而正常灌溉和分根交替灌溉2間無顯著差異。

3 結(jié)論與討論

根系是植物對土壤水分變化感知最早的部位。研究顯示，交替灌溉可以促進(jìn)植物如玉米的根系水平伸展和向下延伸，從而吸收深層土壤水分[9]。本研究表明，與正常的水分灌溉相比較，在根系區(qū)進(jìn)行分根交替灌溉均顯著降低了根系的長度、投影面積、表面積和體積，且減少分根灌溉的水分量(如分根交替灌溉2，即交替20 mL/d)也進(jìn)一步抑制了根系的形態(tài)。由于使用的枳幼苗較小，側(cè)根較少，加之根箱每室完全不透水且空間小，導(dǎo)致這種分根交替灌溉對枳實生苗的根系形態(tài)產(chǎn)生抑制效應(yīng)。

植物內(nèi)源激素是植物體內(nèi)對土壤水分變化最敏感的生理活性物質(zhì)，是植物生長發(fā)育的重要內(nèi)在調(diào)節(jié)因子[10-11]。通常許多激素如ABA、IAA、ZR和GA以復(fù)雜的信號網(wǎng)絡(luò)交互地響應(yīng)水分脅迫[11]。研究表明，分根交替灌溉顯著增加了根系A(chǔ)BA和BR的含量，也顯著降低了根系IAA和MeJA的含量。這與前人在木薯[10]、蘋果[11]和降香黃檀[12]上的研究結(jié)果一致。眾所周知，ABA能夠作為一種重要的信號物質(zhì)響應(yīng)干旱脅迫，對氣孔運動和基因表達(dá)等有重要的調(diào)節(jié)功能[10]。分根交替灌溉作為一種水分脅迫，顯著誘導(dǎo)了根系A(chǔ)BA的積累，這可能導(dǎo)致植物的氣孔關(guān)閉，減少水分的蒸發(fā)，從而增加植物的保水能力[11-12]。枳根系IAA的減少，說明在分根灌溉下植物的生長受到限制。分根交替灌溉誘導(dǎo)枳根系BR含量升高，可能會促進(jìn)植物的光合作用，但對葉綠素含量無顯著影響[13]。分根交替灌溉并沒有顯著改變枳根系GA含量，說明根系GA對分根交替灌溉沒有顯示出強烈的響應(yīng)。然而，作為根冠信息傳遞介質(zhì)的ZR，在分根灌溉處理下得到一定升高，可能是ZR的合成增加或者向上運輸受阻。

總之，在枳幼苗分根灌溉下，植物的根系形態(tài)發(fā)生了明顯的抑制效應(yīng)，而根系的ABA和BR含量升高，IAA和MeJA含量下降，從而在生理效應(yīng)中響應(yīng)這種灌溉的變化。有待進(jìn)一步對田間柑桔成年樹進(jìn)行分根交替灌溉研究，闡明分根交替灌溉在柑桔栽培中的效應(yīng)。

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(責(zé)任編輯： 劉忠麗)

Root Morphology and Endogenous Hormone Levels in Trifoliate Orange with Root-Divided Alternative Irrigation

ZHANG Yican1,2, CAO Guoyong1, ZOU Yingning1,2*

(1.CollegeofHorticultureandGardening,YangtzeUniversity,Jingzhou,Hubei434025； 2.InstituteofRootBiology,YangtzeUniversity,Jingzhou,Hubei434025,China)

Tap root of two-month-old trifoliate orange (Poncirustrifoliata) seedlings was cut partly, in order to promote lateral roots. And then, the seedlings were divided into two equal parts of root systems, which were respectively grown in a chamber of two-chambered rootbox, and soil water was respectively controlled. The present study aimed to reveal the physiological mechanism of root-divided alternative irrigation by analyzing root morphology and endogenous hormone levels of treatments. Results:Compared with the treatment with 20 mL H2O each in two chambers, the treatment alternatively with 20 mL or 40 mL H2O each in a chamber notably decreased root length, projected area, surface area, and volume, whilst the effect of treatment alternatively with 20 mL H2O each in a chamber was more stronger than treatment alternatively with 40 mL H2O each in a chamber. In addition, the treatment alternatively with 20 mL or 40 mL H2O each in a chamber markedly inhibited root MeJA and IAA accumulation, notably promoted root ABA and BR levels, but did not alter root GA content, as compared with the treatment with 20 mL H2O each in two chambers.

trifoliate orange; root-divided alternative irrigation; endogenous hormone; root morphology

2015-04-21； 2015-11-12修回

長江大學(xué)根系生物學(xué)研究所開放基金項目“菌根改變枳根系形態(tài)和根系發(fā)育的激素機制研究”(R201401)

張藝燦(1992-)，女，在讀碩士，研究方向：菌根生物技術(shù)。E-mail:18871646639@163.com

*通訊作者：鄒英寧(1978-)，女，副教授，碩士，從事菌根生物技術(shù)研究。E-mail:zouyingning@163.com

1001-3601(2016)01-0034-0129-03

S666.1

A