空心蓮子草不定根與貯藏根中六種內(nèi)源激素含量比較

陳中義+李華成

摘要：研究了入侵植物空心蓮子草（Alternanthera philoxeroides）未膨大的不定根和膨大的貯藏根之間6種內(nèi)源激素含量的差異，以及從貯藏根頂端到末端內(nèi)源激素含量的分布情況。結(jié)果表明，無論不定根還是貯藏根，ABA在6種內(nèi)源激素中含量最高，其次為IAA，其余4種內(nèi)源激素（BR，GA，JA，ZR）含量較低， ABA和IAA是空心蓮子草根系中兩種重要的內(nèi)源激素；貯藏根中ABA和BR的含量極顯著高于不定根（P≤0.01），ABA和BR可能在空心蓮子草不定根膨大過程中具有重要作用；IAA、GA、JA、ZR 4種內(nèi)源激素在不定根和貯藏根中的含量差異不顯著（P≥0.05）。在空心蓮子草貯藏根中，BR表現(xiàn)出明顯的從頂端向末端遞減規(guī)律，IAA在貯藏根中部的含量最高，ABA、GA、JA、ZR 4種內(nèi)源激素在貯藏根頂部、中部、尾部的含量差異不顯著（P≥0.05），分布比較均勻。

關(guān)鍵詞：空心蓮子草（Alternanthera philoxeroides）；不定根；貯藏根；內(nèi)源激素含量

中圖分類號(hào)：S45，S482.8 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B 文章編號(hào)：0439-8114（2016）23-6144-03

DOI：10.14088/j.cnki.issn0439-8114.2016.23.035

Abstract： Differences of six endogenous hormone contents between smooth adventitious root and swollen storage root of Alternanthera philoxeroides were studied， and the distribution of endogenous hormones contents from the top to the end of storage root was also examined. The results showed that， whether in adventitious root or in storage root， the content of ABA was the highest in 6 endogenous hormones， followed by IAA， and the contents of other four endogenous hormones（BR，GA，JA，ZR）were low， which indicated that ABA and IAA were two important endogenous hormones in the roots of Alternanthera philoxeroides. The contents of ABA and BR in storage root were significantly higher than that in adventitious root（P≤0.01）， so ABA and BR might play an important role in the swollen process of adventitious root. The contents of other four endogenous hormones（IAA， GA， JA， ZR） between adventitious roots and storage root had no significant difference（P≥0.05）. In the storage root of Alternanthera philoxeroides， BR showed obvious diminishing trend from the top towards the end， the highest content of IAA was in the middle part in the storage root of Alternanthera philoxeroides， and the contents of ABA，GA，JA，ZR among the top， middle， and end of storage root had no significant difference（P≥0.05）， showed an uniform distribution.

Key words： alligator weed（Alternanthera philoxeroides）； adventitious root； storage root； endogenous hormone content

植物內(nèi)源激素作為植物體內(nèi)的痕量信號(hào)分子，對(duì)于調(diào)節(jié)植物各種生長(zhǎng)發(fā)育過程和環(huán)境的應(yīng)答具有十分重要的意義[1]。研究?jī)?nèi)源激素含量變化和作用機(jī)理是探討植物不定根膨大機(jī)理的重要方面。近年來，越來越多的研究表明，在植物的不定根轉(zhuǎn)化為貯藏根的過程中，內(nèi)源激素具有重要的調(diào)節(jié)作用。王慶美等[2]在研究甘薯（Ipomoea batatas）內(nèi)源激素變化與塊根形成膨大的關(guān)系后指出，ZR（玉米素核苷）、DHZR（二氫玉米素核苷）、ABA（脫落酸）和IAA（生長(zhǎng)素）含量的高低，在決定不定根能否轉(zhuǎn)化形成塊根及其塊根的膨大速率方面起著關(guān)鍵性作用。李先恩等[3]在研究地黃（Rehmannia glutinosa）栽培種與野生種內(nèi)源激素含量的差異時(shí)指出，IAA和ZR是塊根起始分化關(guān)鍵激素，決定了塊根的形成，GA（赤霉素）、ABA在地黃塊根的發(fā)育與膨大中起著更重要的作用。此外，茉莉酸及其甲酯普遍存在于高等植物中。茉莉酸類化合物能夠顯著地促進(jìn)離體馬鈴薯（Solanum tuberosum）、薯蕷（Dioscorea opposita）、菊芋（Helianthus tuberosus）的塊莖形成和甘薯的塊根以及大蒜（Allium sativum）、洋蔥（A. cepa）的鱗莖形成[4]。

空心蓮子草（Alternanthera philoxeroides）是世界性惡性雜草，在其入侵過程中，貯藏根的形成具有重要作用[5-7]，其貯藏根是由不定根膨大形成[8]，調(diào)控機(jī)制尚不清楚。本研究對(duì)空心蓮子草不定根膨大前后6種重要內(nèi)源激素的含量變化進(jìn)行了初步探討，以便了解空心蓮子草不定根和膨大貯藏根中內(nèi)源激素的含量水平，為進(jìn)一步剖析其貯藏根膨大的生理調(diào)節(jié)機(jī)理，加強(qiáng)防控提供理論參考。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

于2014年6月30日在荊州市西郊田間溝渠采集生長(zhǎng)健壯的空心蓮子草地上莖，剪取直徑約0.3～0.4 cm，長(zhǎng)度4 cm地上莖段（帶有一節(jié)，以節(jié)為中心，兩邊長(zhǎng)度各2 cm）若干。在底部帶孔的塑料杯（上內(nèi)徑9 cm，下內(nèi)徑5.5 cm，高度14.5 cm）中裝入沙壤土（沙土∶壤土=1∶1），把準(zhǔn)備好的空心蓮子草莖段斜插入沙壤土中，每個(gè)塑料杯種植一段，共插植30個(gè)塑料杯，置于溫室大棚棚架上，保持濕潤(rùn)。50 d后（8月19日），用相同方法再插植空心蓮子草30個(gè)塑料杯。兩個(gè)不同日期插植的空心蓮子草生長(zhǎng)20 d后于9月8日取根樣。根據(jù)陳燕麗等[9]的研究和取樣觀察，6月30日插植的空心蓮子草至取樣時(shí)已生長(zhǎng)70 d，此時(shí)不定根已膨大為貯藏根；8月19日插植的空心蓮子草至取樣時(shí)，已生長(zhǎng)20 d，不定根沒有膨大為貯藏根。

1.2 數(shù)據(jù)測(cè)定與分析方法

用游標(biāo)卡尺（精度0.01 mm）測(cè)量空心蓮子草未膨大的不定根和膨大的貯藏根的根直徑和根長(zhǎng)，重復(fù)10次。用去離子水沖洗，再用干凈的衛(wèi)生紙把空心蓮子草根部水吸干，將貯藏根按長(zhǎng)度比例1∶1∶1，從根的頂端到末端依次分為頂部、中部、尾部3部分（如圖1），放入-80 ℃超低溫冰箱保存，用于測(cè)定內(nèi)源激素。將3個(gè)不同部位的內(nèi)源激素含量的平均值作為該膨大貯藏根內(nèi)源激素含量。由于生長(zhǎng)20 d的不定根直徑短小，且組織鮮嫩，易受損傷，因此整段測(cè)量。測(cè)定的內(nèi)源激素包括：生長(zhǎng)素（Indoleacetic acid，IAA）、赤霉素（Gibberellin，GA）、脫落酸（Abscisic acid，ABA）、玉米素核苷（Zeatin riboside，ZR）、茉莉酸（Jasmonic acid，JA）、油菜素內(nèi)酯（Brassinolide，BR），試驗(yàn)采用中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)植物激素酶聯(lián)免疫吸附測(cè)定法進(jìn)行測(cè)定。試驗(yàn)樣品于2014年10月18日送中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)實(shí)驗(yàn)室測(cè)定，重復(fù)3次，共測(cè)樣3+3×3=12個(gè)。

用SPSS軟件對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，利用單因素方差分析（one-way ANOVA）檢測(cè)空心蓮子草貯藏根不同部位內(nèi)源激素含量是否存在顯著差異，采用LSD法進(jìn)行多重比較。利用t-檢驗(yàn)方法（Independent samples test）比較未膨大的不定根和膨大的貯藏根之間的內(nèi)源激素含量是否存在顯著差異。

2 結(jié)果與分析

2.1 空心蓮子草兩種不同形態(tài)根的內(nèi)源激素含量比較

2.1.1 不定根和貯藏根的形態(tài)比較 空心蓮子草生長(zhǎng)20 d時(shí)，根系由不定根組成，根直徑平均為0.34 mm，處于根膨大前期；生長(zhǎng)70 d時(shí)，進(jìn)入貯藏根膨大期，根直徑達(dá)到4.27 mm，與未膨大的不定根比較，差異極顯著（P<0.01）。貯藏根根長(zhǎng)顯著大于不定根（P<0.05）（表1）。

2.1.2 空心蓮子草不定根和貯藏根的內(nèi)源激素含量比較 由表2可知，無論是未膨大的不定根還是膨大的貯藏根，ABA在6種內(nèi)源激素含量中最高，其次為IAA，其他幾種內(nèi)源激素（BR，GA，JA，ZR）含量較低，表明ABA和IAA是空心蓮子草根系中兩種重要的內(nèi)源激素。在鮮重情況下，比較空心蓮子草兩種不同形態(tài)根的內(nèi)源激素含量，其中貯藏根中ABA和BR的含量極顯著高于不定根（P<0.01），表明從不定根膨大到貯藏根，兩種激素可能起著重要作用。IAA、GA、JA、ZR 4種內(nèi)源激素在未膨大的不定根和膨大的貯藏根中的差異不顯著（P>0.05）。

2.1.3 空心蓮子草貯藏根不同部位內(nèi)源激素含量比較 空心蓮子草貯藏根不同部位內(nèi)源激素含量比較見表3。由表3可知，空心蓮子草貯藏根ABA、GA、JA、ZR含量在根的頂部、中部、尾部差異不顯著（P>0.05），說明這4種內(nèi)源激素雖然絕對(duì)含量水平不一樣，但在根中的不同部位分布均勻。

空心蓮子草貯藏根中部的IAA含量最高，達(dá)到55.512 ng/g，極顯著高于頂部和尾部（P<0.01），尾部的IAA含量顯著高于頂部（P<0.05）。

貯藏根中的BR含量從形態(tài)學(xué)頂端向末端遞減，頂部的BR含量最高，為9.775 ng/g，顯著高于中部和尾部（P<0.05），中部的BR含量顯著高于尾部（P<0.05）。

3 小結(jié)與討論

ABA是一種促進(jìn)衰老和脫落的激素，能夠抑制植物生長(zhǎng)，但近年來在許多塊根作物中研究發(fā)現(xiàn)，ABA在植物體內(nèi)物質(zhì)運(yùn)輸過程中起著重要作用，主要與塊根形成后的膨大和物質(zhì)積累有關(guān)[10-12]。本試驗(yàn)結(jié)果表明，在空心蓮子草兩種不同形態(tài)根的6種植物內(nèi)源激素中，ABA和IAA的含量最高，其他4種內(nèi)源激素的含量比較低。貯藏根是空心蓮子草重要的營(yíng)養(yǎng)繁殖器官，不定根的膨大是貯藏根中營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)積累的過程，貯藏根中較高的ABA含量對(duì)空心蓮子草根的膨大具有重要意義。IAA的主要生理作用是能促進(jìn)細(xì)胞擴(kuò)長(zhǎng)[13，14]，高含量的IAA對(duì)于空心蓮子草不定根和貯藏根的伸長(zhǎng)生長(zhǎng)均具有重要作用。BR能促使細(xì)胞壁松弛，使細(xì)胞體積擴(kuò)大，攝入水分和養(yǎng)分，并促進(jìn)細(xì)胞伸長(zhǎng)和細(xì)胞分裂、促進(jìn)根的橫向發(fā)育[15]。本試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，膨大的貯藏根中ABA與BR的含量顯著高于未膨大的不定根，其他4種內(nèi)源激素在兩者之間并沒有表現(xiàn)出顯著差異。因此可以推測(cè)，ABA與BR可能是空心蓮子草不定根膨大的兩種關(guān)鍵內(nèi)源激素。

JA可以通過增加細(xì)胞的伸展性，誘導(dǎo)細(xì)胞膨大[4]，GA和ZR也具有與IAA和BR相似的生理功能，對(duì)細(xì)胞伸長(zhǎng)生長(zhǎng)和細(xì)胞的分裂具有促進(jìn)作用，ZR還與初始形成的發(fā)育有關(guān)[16-19]。JA、GA和ZR 3種內(nèi)源激素在空心蓮子草的不定根和貯藏根中的含量雖然差異不大，但對(duì)于不定根的膨大仍可能起到一定的促進(jìn)作用。

王慶美等[2]研究認(rèn)為，甘薯塊根中內(nèi)源激素的分布具有頂端優(yōu)勢(shì)，IAA、ZR、ABA等激素含量呈頂部最高，中部次之，尾部最少的分布情況[2]。而在空心蓮子草貯藏根中，除BR含量表現(xiàn)出明顯的從頂端向末端遞減規(guī)律外，其他內(nèi)源激素含量并沒有表現(xiàn)出類似的分布規(guī)律。其中，IAA含量在貯藏根中部的含量最高，ABA、GA、JA、ZR 4種內(nèi)源激素的含量在貯藏根頂、中、尾3部分之間沒有顯著性差異，分布比較均勻。首先，GA、ABA、ZR等植物激素的運(yùn)輸不存在極性，例如在菜豆葉柄切斷中，14C-脫落酸向基部運(yùn)輸?shù)乃俣仁窍蝽敳窟\(yùn)輸?shù)?～3倍[1]。因此，根頂部的內(nèi)源激素含量并不一定多于尾部。其次，IAA雖為極性運(yùn)輸，但同時(shí)生長(zhǎng)素也主要集中在幼嫩、正在生長(zhǎng)的部位[1]?？招纳徸硬莶欢ǜ虼蟛⒉皇蔷鶆蚺虼螅虼蟮馁A藏根往往會(huì)出現(xiàn)中部的膨大程度大于兩端或者某一部位膨大程度明顯大于其他部位的現(xiàn)象，因此不排除IAA分布的隨機(jī)性。

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