東北紅豆杉雌、雄球花發(fā)育期內(nèi)源激素含量動(dòng)態(tài)變化

葛麗麗，黃云峰，薛俊剛，其其格，張啟昌，徐秀巖，趙吉?jiǎng)?/p>

(1.北華大學(xué)林學(xué)院，吉林 吉林 132013；2.長(zhǎng)白山自然保護(hù)管理中心，吉林 二道白河 133613；3.敦化林業(yè)局，吉林 敦化 133714)

東北紅豆杉(Taxuscuspidata)為紅豆杉屬(Taxus)植物，是珍貴的第三紀(jì)孑遺樹種[1].其葉、莖、樹皮等均可入藥，葉可通經(jīng)利尿，能夠治療高血壓癥，并有抑制糖尿病及治療心臟病的功效.東北紅豆杉為國(guó)家一級(jí)重點(diǎn)保護(hù)樹種，屬極小種群物種[2].目前，已開(kāi)展了紫杉醇提煉及藥理方面的研究[3-5].由于天然結(jié)實(shí)率低，東北紅豆杉群體的數(shù)量逐漸減少，瀕臨滅絕[6].

開(kāi)展植物內(nèi)源激素與花芽分化等生長(zhǎng)發(fā)育關(guān)系的研究有助于理解植物花芽分化及其生長(zhǎng)發(fā)育的本質(zhì)，可為花芽分化、授粉等的生長(zhǎng)調(diào)節(jié)劑控制提供依據(jù).隨著激素分析方法的不斷改進(jìn)，激素分析的可靠性和專一性大大提高，對(duì)樹木花芽分化期內(nèi)源激素的變化研究也逐漸增多[7-9].目前，有關(guān)東北紅豆杉花期內(nèi)源激素變化的研究鮮見(jiàn)報(bào)道.本文在物候和花芽結(jié)構(gòu)觀察的基礎(chǔ)上[10]，以東北紅豆杉不同發(fā)育時(shí)期的雌、雄球花為材料，分析球花發(fā)育過(guò)程中內(nèi)源激素的含量，探討雌、雄球花發(fā)育過(guò)程中內(nèi)源激素含量的變化與開(kāi)花的關(guān)系，可為東北紅豆杉開(kāi)花授粉、結(jié)實(shí)豐產(chǎn)的生長(zhǎng)調(diào)節(jié)劑控制提供理論依據(jù).

1 試驗(yàn)材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

試驗(yàn)于2017年進(jìn)行.根據(jù)東北紅豆杉生殖生長(zhǎng)物候期[6]及物候觀測(cè)，從1月23日起，每4～30 d取一次樣.分別在東北紅豆杉雌、雄株上采取雌、雄球花鮮樣0.5 g，快速稱量后立即放入低溫冰箱中保存，用于內(nèi)源激素測(cè)定.

1.2 內(nèi)源激素測(cè)定

內(nèi)源激素提取參照何鐘佩[11]和沙波[12]的方法進(jìn)行，采用酶聯(lián)免疫吸附法(Enzyme linked immu- nosorbent assay)測(cè)定玉米素核苷(ZR)、吲哚乙酸(IAA)、赤霉素(GA)和脫落酸(ABA)含量.

1.3 數(shù)據(jù)處理

采用Excel 2013和SAS 9.2統(tǒng)計(jì)分析軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)整理和分析.

2 結(jié)果分析

無(wú)論草本還是木本植物，對(duì)于高等植物來(lái)說(shuō)，其生活周期中最明顯的變化就是花芽分化、開(kāi)花，由營(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng)轉(zhuǎn)為生殖生長(zhǎng).開(kāi)花是植物生長(zhǎng)到一定階段的結(jié)果，標(biāo)志著植物幼年期的結(jié)束和成熟期的到來(lái).

2.1 ZR含量

東北紅豆杉雌、雄球花內(nèi)源激素ZR含量變化情況見(jiàn)圖1.圖1表明，在發(fā)育過(guò)程中，東北紅豆杉雌、雄球花ZR含量變化差異顯著(P<0.05).東北紅豆杉雄球花ZR含量在休眠期(1月22日—3月15日)至花粉母細(xì)胞減數(shù)分裂期(3月15日前后)有小幅下降，但其含量與整體ZR水平相比較高；小孢子葉球出現(xiàn)期(4月2日—4月10日)，ZR含量稍有下降；小孢子葉球伸出時(shí)(4月15日—4月20日)ZR含量急劇下降；散粉初期(4月19日—4月25日)，ZR含量基本保持不變；盛期(4月22日—4月28日)ZR含量急劇升高；散粉末期(4月28日—5月10日)ZR含量急劇下降；進(jìn)入小孢子葉球脫落期(5月10日—5月25日)，ZR含量有小幅回升，隨后急劇下降.東北紅豆杉雌球花在珠孔液滴出現(xiàn)初期(4月14日—4月15日)至珠孔液滴出現(xiàn)盛期(4月20日—4月28日)再到末期(4月28日—5月5日)，ZR含量略有下降；末期以后ZR含量又急劇升高，達(dá)最高峰值，而后開(kāi)始緩慢下降，5月23日降至最低，再經(jīng)急劇增加后開(kāi)始緩慢下降，此時(shí)進(jìn)入子房膨大期(5月28日—6月20日).在雌、雄球花ZR含量變化過(guò)程中，4月15日—5月23日，雄球花ZR含量只是在散粉盛期至末期高于雌球花，說(shuō)明高的ZR含量有利于雌花發(fā)育.

不同小寫字母表示在0.05 水平上差異顯著.圖1 東北紅豆杉雌、雄球花內(nèi)源激素ZR含量Fig.1ZR content of female and male flowers in Taxus cuspidata

2.2 IAA含量

東北紅豆杉雌、雄球花內(nèi)源激素IAA含量變化情況見(jiàn)圖2.由圖2可知：IAA含量整體呈下降趨勢(shì).在發(fā)育過(guò)程中，東北紅豆杉雌、雄球花IAA含量變化差異顯著(P<0.05).雄球花在休眠期至母細(xì)胞減數(shù)分裂期IAA含量呈下降趨勢(shì)，雖然是下降，但花粉母細(xì)胞減數(shù)分裂期的IAA水平仍較高；休眠期至散粉初期的變化趨勢(shì)與ZR的含量變化趨勢(shì)一致，波動(dòng)較小；散粉初期至盛期，有一個(gè)小的下降、升高過(guò)程；盛期后，IAA含量開(kāi)始緩慢下降.雌球花在珠孔液滴出現(xiàn)初期至盛期，IAA含量急劇下降；末期急劇升高，與珠孔液滴出現(xiàn)初期的IAA含量接近.在盛期時(shí)，雄球花IAA含量高于雌球花，雌球花珠孔液滴出現(xiàn)末期后，5月23日IAA含量快速下降，為最低值，而后回升，此時(shí)進(jìn)入果實(shí)發(fā)育的子房膨大期，這一時(shí)期IAA含量與總體變化相比略低，且波動(dòng)較小.

不同小寫字母表示在0.05 水平上差異顯著.圖2 東北紅豆杉雌、雄球花內(nèi)源激素IAA含量Fig.2IAA content of female and male flowers in Taxus cuspidata

東北紅豆杉雌、雄球花內(nèi)源激素ZR/IAA變化見(jiàn)圖3.由圖3可知：雌、雄球花ZR/IAA波動(dòng)不大.雄球花在小孢子葉球出現(xiàn)至散粉末期，ZR/IAA變動(dòng)相對(duì)較大，即小孢子葉球出現(xiàn)時(shí)至散粉初期ZR/IAA呈先下降后上升的變化；散粉初期ZR/IAA至最高峰值；初期至盛期ZR/IAA緩慢下降；盛期至小孢子葉球脫落時(shí)又緩慢上升；在小孢子葉球脫落期ZR/IAA又下降至平均水平.雌球花在珠孔液滴出現(xiàn)末期ZR/IAA至最高峰值，其他時(shí)期一直保持較平穩(wěn)的變化狀態(tài).

圖3 東北紅豆杉雌、雄球花內(nèi)源激素ZR/IAA變化Fig.3Change of ZR/IAA of female and male flowers in Taxus cuspidata

2.3 GA含量

東北紅豆杉雌、雄球花內(nèi)源激素GA含量變化見(jiàn)圖4.由圖4可知：在發(fā)育過(guò)程中，東北紅豆杉雌、雄球花GA含量變化呈顯著性差異(P<0.05).在休眠期，東北紅豆杉雄球花GA含量變化波動(dòng)較小，但處于較高水平；在小孢子葉球出現(xiàn)至伸出期，GA含量呈增加趨勢(shì)；至散粉初期，GA含量驟減；散粉盛期呈增加趨勢(shì)；散粉末期又有較大下降；小孢子葉球脫落期呈較小的下降.東北紅豆杉雌球花GA含量在雄球花從散粉初期至盛期有小幅升高，并在盛期達(dá)第2個(gè)峰值，而在散粉末期急劇下降；在子房膨大前一直處于小幅變化，在子房膨大期急劇升至最高值，此時(shí)高含量的GA可能有利于果實(shí)發(fā)育.

不同小寫字母表示在0.05 水平上差異顯著.圖4 東北紅豆杉雌、雄球花內(nèi)源激素GA含量Fig.4GA content of female and male flowers in Taxus cuspidata

東北紅豆杉雌、雄球花內(nèi)源激素ZR/GA變化情況見(jiàn)圖5.由圖5可見(jiàn)：東北紅豆杉雌、雄球花ZR/GA較復(fù)雜，均呈波浪形變化，且浮動(dòng)較大，在小孢子葉球伸出時(shí)ZR/GA值最低，但至散粉初期，ZR/GA則處于較高水平；而雌球花的珠孔液滴出現(xiàn)初期ZR/GA最高，隨后降低再升高，至子房膨大期出現(xiàn)第2個(gè)峰值.

圖5 東北紅豆杉雌、雄球花內(nèi)源激素ZR/GA變化Fig.5Changes of ZR/GA of female and male flowers in Taxus cuspidata

2.4 ABA含量

東北紅豆杉雌、雄球花內(nèi)源激素ABA含量變化情況見(jiàn)圖6.由圖6可見(jiàn)：在東北紅豆杉雌、雄球花發(fā)育過(guò)程中，ABA含量變化有顯著性差異(P<0.05).雄球花的ABA含量在休眠期至小孢子葉球伸出前，先增加后緩慢下降；小孢子葉球伸出前期，下降至較小值；散粉初期至盛期ABA含量又開(kāi)始回升；盛期后，開(kāi)始緩慢下降，至5月23日急劇下降至最小值.雌球花的ABA含量總體呈下降—升高—下降的變化，與ZR和IAA含量相比波動(dòng)性較大.從珠孔液滴出現(xiàn)初期至末期，ABA含量緩慢下降；珠孔液滴出現(xiàn)末期ABA含量又急劇回升至第2個(gè)峰值，隨后緩慢下降；在經(jīng)過(guò)一個(gè)小的下降、升高過(guò)程后，子房膨大期又開(kāi)始緩慢下降；子房膨大期ABA含量較低.

不同小寫字母表示在0.05 水平上差異顯著.圖6 東北紅豆杉雌、雄球花內(nèi)源激素ABA含量Fig.6ABA content of female and male flowers in Taxus cuspidata

東北紅豆杉雌、雄球花內(nèi)源激素ZR/ABA變化情況見(jiàn)圖7.由圖7可見(jiàn)：雄球花的ZR/ABA除小孢子葉球出現(xiàn)、小孢子葉球伸出及脫落期較高外，其他時(shí)期波動(dòng)較??；雌球花ZR/ABA的波動(dòng)相對(duì)也不大，總體呈上升趨勢(shì)，在子房膨大期ZR/ABA最高.

圖7 東北紅豆杉雌、雄球花內(nèi)源激素ZR/ABA變化Fig.7Changes of ratio of ZR/ABA of female and male flowers in Taxus cuspidata

3 結(jié)論與討論

大多數(shù)學(xué)者認(rèn)為，ZR有利于花芽分化和開(kāi)花結(jié)實(shí)[13-14].東北紅豆杉雄球花ZR含量在休眠期至散粉末期雖然有微小減少，但其含量在總體上仍處于較高水平，能促進(jìn)小孢子葉球的伸出和散粉.此后至小孢子葉球脫落，ZR含量下降，說(shuō)明這一趨勢(shì)有利于東北紅豆杉雌、雄球花的散粉及授粉.雄球花散粉盛期后ZR含量有所下降，雌球花在子房膨大期ZR含量增加，說(shuō)明其能夠促進(jìn)東北紅豆杉的繁殖生長(zhǎng).有研究[15]顯示，CTK具有促雌效果.本研究中，雌球花ZR含量只在雄球花的小孢子葉球伸出時(shí)和散粉盛期低于雄球花，也說(shuō)明ZR具有促雌作用.

有學(xué)者認(rèn)為IAA對(duì)花芽形成有抑制作用[16-17]，另有研究[18]認(rèn)為植物花芽分化時(shí)較高的IAA含量對(duì)花芽形成有較好的促進(jìn)作用.本研究中，IAA含量在東北紅豆杉雌球花的珠孔液滴出現(xiàn)初期、雄球花散粉初期處于高峰值，隨后呈下降勢(shì)態(tài)，即在雌球花珠孔液滴出現(xiàn)盛期、雄球花散粉盛期下降，這可能有利于雌、雄球花授粉和散粉.MILLER等[19]對(duì)Prunuspersica的研究顯示，IAA含量在果實(shí)采收前逐漸上升至最高值，認(rèn)為IAA參與了幼果生長(zhǎng)與成熟調(diào)節(jié).雌球花在子房膨大期IAA含量由較低值升至較高值，說(shuō)明IAA也能促進(jìn)幼果生長(zhǎng).一般認(rèn)為，雌、雄異株基因型的差異表現(xiàn)在每個(gè)基因維持特征的內(nèi)源激素水平上的差異.如有研究[15]認(rèn)為，雌、雄異株的石刁柏(Asparagusofficinalis)雄株的IAA含量高于雌株，銀杏(Ginkgobiloba)雄株芽尖中IAA水平也高于雌株[16].本研究中，東北紅豆杉雌、雄球花在初期至盛期雄球花IAA含量也高于雌球花，與上述研究結(jié)果一致.高濃度的CTK和低濃度的IAA配合可以促進(jìn)花芽分化[13].本研究中，東北紅豆杉雌、雄球花ZR/IAA變化都相對(duì)較小.雄球花ZR/IAA與雌球花ZR/IAA相比較高，二者呈現(xiàn)高低分明的ZR/IAA變化趨勢(shì).張琛等[20]研究認(rèn)為，ZR/IAA升高有利于花芽分化，而本研究中雌球花珠孔液滴出現(xiàn)末期ZR/IAA升高，雄球花散粉盛期ZR/IAA較低，與李秉真等[13]對(duì)蘋果梨花芽分化期葉片激素變化的研究結(jié)果不完全一致.

大多數(shù)學(xué)者認(rèn)為GA抑制果樹成花[21-23].對(duì)白樺(Betulaplatyphylla)的研究[24]表明，白樺雄花分化過(guò)程中，GA的含量一直維持在低水平，說(shuō)明白樺同樣存在著高含量的GA，不利于白樺雄花發(fā)育.本研究中，東北紅豆杉雄球花散粉盛期的GA含量略高于GA的平均水平，雌球花的GA含量卻在珠孔液滴出現(xiàn)盛期升高幅度較大，這與白樺的研究結(jié)果不相符.東北紅豆杉雌、雄球花生長(zhǎng)發(fā)育期間，對(duì)芽體由營(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng)向生殖生長(zhǎng)轉(zhuǎn)變起決定作用的是ZR/GA，而不是二者的絕對(duì)含量[25].本研究中，雄球花小孢子葉球出現(xiàn)前期ZR/GA與平均水平相比較低，而在小孢子葉球伸出期、散粉初期、盛期則較高，這與上述研究結(jié)論一致.

目前，ABA與花芽發(fā)育過(guò)程的關(guān)系說(shuō)法不一.HOAD[26]研究了蘋果、李、梨果實(shí)中的ABA，并未發(fā)現(xiàn)ABA與成花的關(guān)系.還有一部分學(xué)者[27]認(rèn)為ABA可促進(jìn)開(kāi)花.曾驤[28]則認(rèn)為，ABA對(duì)植物成花可能存在兩個(gè)方面的作用：一是與GA擷抗引起枝條生長(zhǎng)停滯，使CTK、淀粉和糖積累，有利于成花；二是可以誘導(dǎo)休眠，使生長(zhǎng)點(diǎn)處于休眠狀態(tài)而不能發(fā)育成花.東北紅豆杉雄球花在散粉初期至盛期ABA含量增加，但與休眠期相比其含量仍較低，且雌球花ABA含量在珠孔液滴出現(xiàn)初期至盛期呈下降趨勢(shì)，所以，低含量的ABA也會(huì)促進(jìn)雌花芽分化和授粉.因此，本研究支持雄球花散粉及雌球花胚珠珠孔液滴出現(xiàn)盛期低含量的ABA促進(jìn)花芽分化這一觀點(diǎn).對(duì)于ZR/ABA變化是否參與花芽的生長(zhǎng)發(fā)育，沒(méi)有明確報(bào)道[20]，本研究也未見(jiàn)其與花芽分化有比較明顯的關(guān)系.

有研究[29]表明，對(duì)處于花芽分化期的油茶施肥，可改變其內(nèi)源激素ABA和ZR含量.因此，在花期前可根據(jù)需要對(duì)植物進(jìn)行施肥，以改變其內(nèi)源激素含量，對(duì)花發(fā)育、散粉、授精等可能起到重要作用，這也有待于進(jìn)一步研究.