生長素IAA對荷花花期調(diào)控的影響

劉藝平，黃志遠(yuǎn)，梁 露，孟亞南，孔德政

(河南農(nóng)業(yè)大學(xué) 林學(xué)院，河南 鄭州 450002)

荷花(Nelumbonucifera)是一種多年生水生草本花卉[1]，在我國分布廣泛，具有良好的經(jīng)濟(jì)與觀賞價值，但是由于荷花失水較快、葉子易萎焉、花期較短等原因，一直未被很好地利用。其中由活性氧引起的細(xì)胞膜損壞是荷花衰老、花期短的主要原因之一[2]，有效控制活性氧的產(chǎn)生對于提高荷花觀賞期具有重要意義。

目前，國內(nèi)外對于荷花的研究主要集中在品種選育[3]、花瓣成色機制等方面[4]，而對荷花花期的研究為數(shù)不多，且主要集中在花瓣與葉片在開花過程中的生理生化變化[2,5]，以及施肥、光照和溫度的調(diào)控方面[6-7]，而關(guān)于利用吲哚-3-乙酸(IAA)對荷花花期調(diào)控的研究和應(yīng)用尚未見報道。IAA是一種能促進(jìn)植物生長的激素，可以維持植物體內(nèi)超氧化物歧物酶(SOD)和過氧化氫酶(CAT)活性處于較高的水平，減少丙二醛(MDA)的積累量，防止膜脂過氧化[8]。梁立峰[9]認(rèn)為,植物體內(nèi)保持一定水平的IAA存在，能促進(jìn)其正常的生長發(fā)育，便于成花。夏冬[10]研究發(fā)現(xiàn),低質(zhì)量濃度IAA(10 mg/L)能夠顯著延長冰島虞美人的單花花期，并且隨濃度的增加單花花期逐漸縮短。以荷花青玉為材料，采用不同質(zhì)量濃度IAA對盆栽荷花進(jìn)行處理，分析其對體內(nèi)防御酶活性的影響，旨在為延緩荷花衰老、提高單花壽命提供新途徑，并為IAA在調(diào)控荷花花期中的應(yīng)用提供理論依據(jù)。

1 材料和方法

1.1 試驗材料

供試材料為荷花品種青玉，于河南農(nóng)業(yè)大學(xué)第三試驗區(qū)荷花種植區(qū)進(jìn)行種植及采摘。

1.2 試驗方法

選擇長勢相同的荷花進(jìn)行IAA針管注射及創(chuàng)傷涂抹處理，質(zhì)量濃度設(shè)置為0(CK，采用同體積的蒸餾水進(jìn)行注射)、100、150、200 mg/L。荷花現(xiàn)蕾后，在蓮蓬、葉片主脈處注射生長素，然后選擇生長狀況一致、無病斑的幼株，分別采集現(xiàn)蕾期(T1)、初花期(T2)、盛花期(T3)、謝花期(T4)的荷花花瓣(圖1)，用無菌水沖洗并用錫箔紙包好，先在液氮中保存，然后轉(zhuǎn)移到-80 ℃超低溫冰箱備用。

T1.現(xiàn)蕾期；T2.初花期；T3.盛花期；T4.謝花期T1.Budding stage; T2.Initial-flowering stage; T3.Full-flowering stage; T4.Flower-wilting stage圖1 荷花不同發(fā)育時期的形態(tài)Fig.1 Morphology of different developmental stages of lotus

1.2.1 生長發(fā)育指標(biāo)的測定 待荷花進(jìn)入T3后，用游標(biāo)卡尺和米尺測定不同處理下荷花花朵的最大花徑、花葶高及花瓣的長和寬，同時記錄單株荷花的單朵花瓣數(shù)及花朵數(shù)量。統(tǒng)計花期。

1.2.2 生理生化指標(biāo)的測定 SOD、POD、CAT活性的測定分別采用李合生的氮藍(lán)四唑(NBT)法、愈創(chuàng)木酚比色法和過氧化氫法[11]。MDA含量的測定采用硫代巴比妥酸(TBA)法[12]。

1.3 數(shù)據(jù)處理

采用Excel 2007進(jìn)行數(shù)據(jù)記錄與圖表的制作，并用SPSS 19.0進(jìn)行數(shù)據(jù)處理和相關(guān)性分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同質(zhì)量濃度IAA對荷花花瓣生長及衰老的影響

從表1可以看出，與對照組相比，各IAA處理的荷花花瓣的長寬及最大花徑均有所增加。100 mg/L IAA處理最大花徑增加2.55%，長度增加5.87%。150 mg/L IAA處理最大花徑增加4.96%，長、寬分別增加3.44%、1.32%。200 mg/L IAA處理最大花徑增加11.35%，長、寬分別增加6.79%、2.91%。各個處理對荷花花瓣數(shù)及花朵數(shù)量的影響不明顯。3種處理相比，150 mg/L IAA處理使荷花花葶高最大，達(dá)到54.3 cm，高于對照19.60%，使荷花花朵有更高的觀賞位置，觀賞效果更佳。此外，150 mg/L IAA處理使花期達(dá)到9 d，其原因為T2時期提前2 d，間接地起到了延長花期的作用。

表1 不同質(zhì)量濃度IAA對荷花生長及花期的影響Tab.1 Effects of different mass concentrations of IAA on the growth and flowering of lotus

2.2 不同質(zhì)量濃度IAA對荷花花瓣抗氧化酶活性和MDA含量的影響

2.2.1 SOD活性 SOD是植物體內(nèi)一個重要的氧化酶，可以有效清除活性氧，控制脂質(zhì)氧化，減少對膜系統(tǒng)的損傷[13]。從圖2可以看出，150、200 mg/L IAA處理下SOD活性在荷花花開放的過程中均高于對照組，其中150 mg/L IAA處理下SOD活性在T2、T3、T4時均達(dá)到最大值，分別為446.35、425.73、361.66 U/(g·min)，較對照高10.15%、11.51%、9.53%，因此推測150 mg/L IAA處理利于控制膜脂過氧化，延緩荷花衰老的發(fā)生，延長花期。

同一時期不同小寫字母表示差異顯著(P<0.05)，下同Different lowercase letters in the same period indicate significant difference(P<0.05),the same below圖2 不同質(zhì)量濃度IAA處理對荷花花瓣SOD活性的影響Fig.2 Effects of different mass concentrations of IAA treatment on SOD activity of lotus petals

2.2.2 POD活性 POD是細(xì)胞體內(nèi)的保護(hù)酶，其主要功能是清除自由基，使自由基保持在較低水平[14]。由圖3可知，100、150、200 mg/L 3種不同質(zhì)量濃度IAA處理的POD活性變化基本一致，均為先升后降，在T3時達(dá)到最大值，分別為228.29、322.63、257.67 U/(g·min)。但隨著生育期的推移，T3至T4時POD活性迅速降低。其中150 mg/L IAA處理POD活性的變化趨勢最為顯著，且在T3、T4時分別高于對照58.70%、33.61%。由此說明，150 mg/L IAA處理使荷花花瓣在生長發(fā)育中呈現(xiàn)出較高的POD活性，利于延長荷花花期。

圖3 不同質(zhì)量濃度IAA處理對荷花花瓣P(guān)OD活性的影響Fig.3 Effects of different mass concentrations of IAA treatment on POD activity of lotus petals

2.2.3 CAT活性 CAT是生物體內(nèi)能夠清除細(xì)胞中過量活性氧與自由基的一種酶[15]。由圖4可知，各處理CAT活性均出現(xiàn)先增后降的趨勢，并均在T3時達(dá)到最大。其中100、150 mg/L IAA最大值分別為402.65、423.45 U/(g·min)，高于對照組7.83%、13.40%。但100 mg/L IAA處理荷花花瓣在T1及T4時CAT活性較低，低于對照組。

圖4 不同質(zhì)量濃度IAA處理對荷花花瓣CAT活性的影響Fig.4 Effects of different mass concentrations of IAA treatment on CAT activity of lotus petals

2.2.4 MDA含量 MDA是膜脂過氧化的產(chǎn)物，能與細(xì)胞內(nèi)多種成分發(fā)生劇烈的反應(yīng)，從而嚴(yán)重破壞植物細(xì)胞的生理結(jié)構(gòu)，造成植物快速的衰老甚至死亡，因此其含量的高低代表著植物受損傷的程度[16]。從圖5可以看出，MDA含量隨著荷花的生長發(fā)育而逐漸增加，各個處理均在謝花期達(dá)到了最大值。150 mg/L IAA處理的MDA含量在4個時期均低于對照組，T1—T4分別降低14.28%、6.66%、25.29%、14.85%，其余處理卻較對照變化不明顯。同時各處理MDA含量在T3至T4時增長迅速， 說明隨著荷花進(jìn)一步的生長發(fā)育，保護(hù)酶及相關(guān)保護(hù)物質(zhì)自身活性和含量也相對大幅降低，活性氧的產(chǎn)生與清除之間的動態(tài)平衡被打破，MDA大量積累。

圖5 不同質(zhì)量濃度IAA處理對荷花花瓣MDA含量的影響Fig.5 Effects of different mass concentrations of IAA on the content of MDA in lotus petals

2.3 荷花生理指標(biāo)間的相關(guān)性分析

從表2可以看出，T1和T2時期荷花花瓣各生理指標(biāo)間沒有明顯的相關(guān)性，推測可能是由于此時荷花葉片還比較幼嫩，主要以生長發(fā)育為主，各種保護(hù)酶正處于合成階段，各酶活性與MDA含量還比較低。T3時SOD活性與POD活性相關(guān)系數(shù)為0.965，呈極顯著正相關(guān)，與CAT活性相關(guān)系數(shù)為0.735，呈顯著正相關(guān)，與MDA含量相關(guān)系數(shù)為-0.843，呈極顯著負(fù)相關(guān)；POD活性與MDA含量相關(guān)系數(shù)為-0.925，呈極顯著負(fù)相關(guān)。T4時SOD活性與POD活性相關(guān)系數(shù)為0.880，呈極顯著正相關(guān)，與CAT活性相關(guān)系數(shù)為0.872，呈極顯著正相關(guān)，與MDA含量相關(guān)系數(shù)為-0.910，呈極顯著負(fù)相關(guān)；POD活性與CAT活性相關(guān)系數(shù)為0.748，呈顯著正相關(guān)，與MDA含量相關(guān)系數(shù)為-0.936，呈極顯著負(fù)相關(guān)；CAT活性與MDA含量相關(guān)系數(shù)為-0.863，呈極顯著負(fù)相關(guān)。說明荷花青玉在受到外源激素調(diào)控時，為防止膜質(zhì)過氧化，SOD、POD和CAT之間是共同作用的。當(dāng)三者活性較強時，MDA含量就較低，膜質(zhì)過氧化程度較弱，荷花青玉花期延長；反之，膜質(zhì)過氧化程度高，則花期縮短。

表2 荷花不同發(fā)育時期生理指標(biāo)間的相關(guān)性分析Tab.2 Correlation analysis between physiological indexes of lotus in different developmental stages

注：**表示在 0.01 水平(雙側(cè))上顯著相關(guān)；*表示在 0.05 水平(雙側(cè))上顯著相關(guān)。

Note:**means significantly correlated at 0.01 level(both sides); *means significantly correlated at the 0.05 level(both sides).

3 結(jié)論與討論

IAA是人類最早發(fā)現(xiàn)能促進(jìn)植物生長的激素，廣泛存在于植物組織內(nèi)[17]。吳業(yè)東等[18]發(fā)現(xiàn)，50 mg/kg IBA、50～100 mg/kg IAA均能防止仙客來徒長，從而提早開花、延長花期。朱隆榮等[19]發(fā)現(xiàn)，IAA能夠延長甘藍(lán)型油菜花期5 d，且穩(wěn)定性較好。這表明IAA對植物花期調(diào)控確實具有一定的作用。本研究結(jié)果表明，150、200 mg/L IAA處理均使荷花花瓣的長寬及最大花徑增加，觀賞效果更好，以200 mg/L IAA處理效果更佳。而在花葶高方面，以150 mg/L IAA處理最佳。但各個處理對荷花花瓣數(shù)及花朵數(shù)量的影響不明顯，這與朱隆榮等[19]的試驗結(jié)果一致。且150 mg/L IAA處理使初花期提前2 d，說明使用IAA處理可以促進(jìn)植物分化與生長發(fā)育，間接地起到了延長觀賞期的作用。

POD、CAT和SOD是植物體內(nèi)重要的抗氧化酶，具有清除自由基的功能。本試驗相關(guān)性分析結(jié)果表明，三者協(xié)同作用以維持植物體內(nèi)活性氧的正常代謝，這與朱學(xué)明等[20]的研究結(jié)果一致。同時在本研究中發(fā)現(xiàn)，IAA處理可提高荷花體內(nèi)3種防御酶活性，但不同濃度處理下的酶活性變化趨勢存在顯著差異。150、200 mg/L IAA處理下SOD與POD活性在試驗的幾個時期均高于對照組，尤以150 mg/L IAA處理最佳。而對于CAT各個處理均在盛花期活性值達(dá)峰值，尤以150 mg/L IAA處理最佳。150 mg/L IAA處理下MDA含量在從初花期到謝花期表現(xiàn)良好，MDA積累值增長緩慢，且盛花期和謝花期均明顯低于其他各個處理。表明IAA處理可通過提高體內(nèi)POD、SOD和CAT活性，使其抗氧化能力得到提高，繼而消耗過多的活性氧代謝產(chǎn)物，使兩者之間達(dá)到動態(tài)平衡，從而增強荷花的抗衰老性。總之，IAA對荷花花期具有調(diào)控效果，其花期調(diào)控機制主要是與果實內(nèi)防御酶活性的時序變化密切相關(guān)[21]，但I(xiàn)AA增強植物抗衰老能力的分子機制仍需進(jìn)一步研究?？梢?，利用外源生長素對荷花花期調(diào)控、減緩衰老具有持續(xù)時間長及不污染環(huán)境等優(yōu)點，同時作為植物本身具有的激素，施加外源生長素不會對植物產(chǎn)生病害，因此更加環(huán)保有效，必將成為荷花花期調(diào)控的新途徑。