萱草花芽分化過(guò)程中內(nèi)源激素的動(dòng)態(tài)變化

李志娟，賈民隆，呂英民，王云山，曹冬梅

（1.山西農(nóng)業(yè)大學(xué)園藝學(xué)院，山西太原 030031；2.北京林業(yè)大學(xué)園林學(xué)院，北京 100083）

花芽分化是萱草成花的關(guān)鍵時(shí)期，直接影響其花蕾的產(chǎn)量和品質(zhì)?；ㄑ糠只^(guò)程由環(huán)境因子和內(nèi)源物質(zhì)共同調(diào)控，其中，內(nèi)源激素是影響植物花芽分化的重要因素[1-2]。龐夫花等[3]研究發(fā)現(xiàn)，在寧玉草莓花芽分化過(guò)程中，細(xì)胞分裂素（ZR）含量增加，赤霉素（GA3）和脫落酸（ABA）含量降低有利于花芽分化。段九菊等[4]研究發(fā)現(xiàn)，高含量的ZR 和低含量的GA3有利于丹尼斯鳳梨花芽分化。郭辰等[5]通過(guò)酶聯(lián)免疫吸附法測(cè)定了東興金花茶花果期不同組織中內(nèi)源激素含量，研究認(rèn)為生產(chǎn)中提高ZR 和ABA含量，降低吲哚乙酸（IAA）和GA3含量可促進(jìn)東興金花茶的花芽分化。此外，激素間平衡也起到促進(jìn)成花或抑制成花的重要調(diào)控作用[6-7]。大量研究結(jié)果顯示，ABA/IAA、ABA/GA3值降低和GA3/IAA值升高，利于花芽從營(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng)向生殖生長(zhǎng)轉(zhuǎn)變[8-10]，ZR/GA3值升高可促進(jìn)花芽形態(tài)分化[10]和花粉粒的形成[11]，（IAA＋ZR）/GA3和（GA3＋I(xiàn)AA＋ZR）/ABA值增大有利于小花原基的形成和發(fā)育[12-13]。目前在內(nèi)源激素對(duì)萱草花芽分化的影響研究方面，仲文晶等[14]測(cè)定了萱草栽培種金娃娃花芽分化前期內(nèi)源激素含量及比值的變化，但關(guān)于野生萱草花芽分化不同時(shí)期的相關(guān)研究鮮見(jiàn)報(bào)道。基于此，本研究以自然條件下生長(zhǎng)的野生萱草黎城7 號(hào)為試驗(yàn)材料，通過(guò)測(cè)定植株花芽分化期莖尖中ABA、IAA、ZR 和GA3的含量，分析這4 種內(nèi)源激素含量及比值的變化規(guī)律，為萱草花期調(diào)控提供科學(xué)依據(jù)。

1 材料和方法

1.1 試驗(yàn)材料

供試材料為種植5 a 的野生萱草黎城7 號(hào)（Hemerocallis lilioasphodelus sp.）分株苗，采自山西省黎城縣南蛟山（36°34′53′′N，113°15′55′′E）[15]，種植在山西農(nóng)業(yè)大學(xué)園藝學(xué)院萱草種質(zhì)資源圃中，全年常規(guī)露地管理。選苗時(shí)，要求植株長(zhǎng)勢(shì)一致、無(wú)病蟲(chóng)害。

1.2 樣品采集

筆者前期通過(guò)解剖結(jié)構(gòu)研究明確了野生萱草黎城7 號(hào)的花芽形態(tài)分化過(guò)程，將其劃分為5 個(gè)時(shí)期（圖1），即營(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng)期（Ⅰ，圖1-a）、生理分化期（Ⅱ，圖1-b）、花序原基分化期（Ⅲ，圖1-c）、花原基分化期（Ⅳ，圖1-d）和花器官原基分化期（V，圖1-e）。本試驗(yàn)于2017 年6-10 月、2018 年3-4 月進(jìn)行。期間每隔7～10 d 隨機(jī)選取植株3 株，通過(guò)觀測(cè)花芽形態(tài)特征確定采樣時(shí)間。5 個(gè)時(shí)期樣本的采集時(shí)間為Ⅰ（2017-06-18），Ⅱ（2017-07-10），Ⅲ（2017-07-27），Ⅳ（2017-09-06），V（2018-4-10）。各時(shí)期隨機(jī)選取6 株材料，采集后清洗植株表面塵土并擦凈，解剖觀察并分離植株莖尖。稱量莖尖組織3 份，各0.2 g，液氮速凍30 min 后研磨成粉末，放入-80 ℃冰箱中保存待測(cè)。

1.3 測(cè)定項(xiàng)目及方法

采用酶聯(lián)免疫法（ELISA）測(cè)定樣品內(nèi)ABA、IAA、ZR 和GA3的含量（鮮質(zhì)量），具體操作：向0.2 g待測(cè)樣品中分次加入4 mL 的80%預(yù)冷甲醇（內(nèi)含1 mmol/L BHT），冰浴研磨成勻漿后4 ℃下提取4 h，3 000 r/min 離心20 min，分離上清液。將上清液過(guò)C18 固相萃取柱用于純化激素，純化后的激素采用酶聯(lián)免疫吸附試劑盒進(jìn)行樣品測(cè)定，使用酶標(biāo)儀在490 nm 波長(zhǎng)下測(cè)定吸光值，試驗(yàn)重復(fù)3 次[16-17]。酶聯(lián)免疫吸附試劑盒由中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)提供。

1.4 數(shù)據(jù)分析

采用Microsoft Excel 2013 進(jìn)行數(shù)據(jù)處理；SPSS 19.0 進(jìn)行單因素方差分析（One-way ANOVA）、Scheffe 比較（P＜0.05）和主成分分析；Origin pro 8.0作圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 花芽分化期莖尖內(nèi)源激素含量的變化

內(nèi)源激素脫落酸（ABA）、吲哚乙酸（IAA）、細(xì)胞分裂素（ZR）和赤霉酸（GA3）的含量測(cè)定結(jié)果顯示，在萱草花芽分化期，莖尖內(nèi)ABA、IAA、ZR 和GA3含量差異顯著，ABA 含量顯著高于其他3 種內(nèi)源激素的含量。

ABA 含量在花器官形成前總體呈下降的變化趨勢(shì)。由營(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng)期（Ⅰ）進(jìn)入生理分化期（Ⅱ）后ABA 含量持續(xù)顯著下降（P＜0.05），花原基分化期（Ⅳ）下降至15.25 ng/g，顯著低于其他時(shí)期（P＜0.05），較營(yíng)養(yǎng)期降低了78.82%；而花器官原基分化期（V）ABA 含量小幅上升（圖2）。

IAA 含量在營(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng)期處于較高水平，花芽生理分化啟動(dòng)后，IAA 含量顯著下降（P＜0.05），至花序原基分化期降到最低點(diǎn)，為21.94 ng/g，與營(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng)期相比，降低了27.45%；在花原基分化期IAA 含量上升，與生理分化期含量相比無(wú)顯著差異，隨后在花器官原基分化期IAA 含量再次小幅下降（圖3）。

同ABA 和IAA 相比，ZR 在營(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng)期含量最低，為1.99 ng/g。在生理分化期ZR 含量增加到一個(gè)峰值，為營(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng)期含量的2.76 倍；在花序原基分化期和花原基分化期ZR 含量處于較低水平；花器官原基分化期ZR 含量再次顯著上升并達(dá)到最高峰，為營(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng)期含量的5.85 倍，顯著高于其他時(shí)期（P＜0.05）（圖4）。

從圖5 可以看出，GA3含量變化呈先上升、后下降、再上升的波動(dòng)趨勢(shì)。在營(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng)期向生理分化期轉(zhuǎn)變的過(guò)程中GA3 含量上升，生理分化期GA3含量為營(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng)期含量的1.14 倍。隨后，GA3含量逐漸下降，至花原基分化期降低至峰谷，為3.39 ng/g，與生理分化期相比，降低了40.74%；在花器官原基分化期GA3含量又顯著增加（P＜0.05），是花原基分化期含量的1.57 倍。

2.2 花芽分化期莖尖內(nèi)源激素含量比值的變化

植物花芽分化進(jìn)程受多種內(nèi)源激素的共同影響。從圖6 可以看出，在萱草花芽分化期，ABA/IAA與ABA/GA3值的變化趨勢(shì)相似。營(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng)期兩者均處于較高水平，進(jìn)入生理分化期二者比值均開(kāi)始下降，至花原基分化期比值均降到最低。在花器官原基分化期ABA/IAA 值上升，而ABA/GA3值在花芽分化期總體呈下降趨勢(shì)。

從圖6 可以看出，GA3/IAA 值呈先升高、后降低、再升高的波動(dòng)趨勢(shì)。在生理分化期GA3/IAA 值達(dá)到最大，進(jìn)入生殖生長(zhǎng)后比值逐漸下降，至花原基分化期降低到最低水平，顯著低于其他時(shí)期（P＜0.05）。隨后，GA3/IAA 值急劇上升，在花器官原基分化期再次達(dá)到峰值，此時(shí)與生理分化期比值間無(wú)顯著差異。（GA3＋I(xiàn)AA＋ZR）/ABA 值在花芽分化初期保持低水平，進(jìn)入花序原基分化期后顯著增加，花原基分化期達(dá)到最高，為營(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng)期的4.04 倍。在花器官原基分化期比值下降，但仍顯著高于分化前期各階段（P＜0.05）。

ZR/GA3值在花芽過(guò)程中整體呈上升趨勢(shì)，在營(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng)期比值最低，進(jìn)入生理分化期后比值增加并保持穩(wěn)定。從花序原基分化期到花器官原基分化期ZR/GA3值大幅上升，花器官原基分化期達(dá)到最高，顯著高于其他時(shí)期（P＜0.05）。（IAA＋ZR）/GA3值在花原基分化期以前較低，花原基分化期比值增大至最高，在花器官原基分化期比值減小。

2.3 花芽分化期莖尖內(nèi)源激素的主成分分析

為進(jìn)一步明確萱草花芽分化期4 種內(nèi)源激素的調(diào)控作用，本研究對(duì)莖尖中4 種內(nèi)源激素進(jìn)行了主成分分析。結(jié)果顯示，主成分1 主要包括ABA 和IAA，主成分2 主要包括ZR 和GA3，二者的累積貢獻(xiàn)率為88.945%（表1、2）。

表1 莖尖4 種內(nèi)源激素的主成分分析

表2 莖尖4 種內(nèi)源激素的主成分因子負(fù)荷量

以主成分值1 和主成分值2 作為X 和Y 軸數(shù)據(jù)源，繪制萱草花芽分化期激素含量散點(diǎn)圖[18]。從圖7 可以看出，X 軸標(biāo)值增大，ABA＋I(xiàn)AA 的含量增加；Y 軸標(biāo)值增大，ZR＋GA3的含量增加。在營(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng)期，ABA＋I(xiàn)AA 的含量較高；在花芽分化初期，ABA＋I(xiàn)AA 的含量大幅下降，表明較低的ABA＋I(xiàn)AA 含量有利于萱草由營(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng)轉(zhuǎn)向生殖生長(zhǎng)。在花序原基分化期和花原基分化期，ABA＋I(xiàn)AA 和ZR＋GA3的含量均相應(yīng)降低。進(jìn)入花器官原基分化期后，ZR＋GA3的含量大幅上升，推測(cè)較高的ZR＋GA3含量有利于花器官原基的形成。

3 結(jié)論與討論

3.1 萱草花芽分化與莖尖內(nèi)源激素含量的關(guān)系

內(nèi)源激素在植物成花和花序構(gòu)建過(guò)程中起著重要作用[19]。對(duì)野生萱草花芽分化期莖尖內(nèi)ABA、IAA、ZR 和GA3含量的測(cè)定結(jié)果顯示，在花芽分化不同階段各激素含量差異顯著。ABA 在不同植物花芽分化中的作用還未統(tǒng)一，在西紅花[8]、板栗[20]和Old Blush 月季[21]的花誘導(dǎo)和分化起始階段，芽?jī)?nèi)ABA 含量持續(xù)降低有利于啟動(dòng)花芽分化；但在櫻花[22]、陸地棉[23]和蒿柳[24]的花芽分化初期，芽?jī)?nèi)ABA含量持續(xù)升高有利于啟動(dòng)花芽分化。本研究中莖尖ABA 含量在花芽分化初期顯著下降，推測(cè)ABA 含量低可能是野生萱草花芽分化啟動(dòng)的一個(gè)重要生理調(diào)控因子。內(nèi)源激素IAA 在野生萱草營(yíng)養(yǎng)期莖尖中大量積累，在花芽分化初期其含量快速下降，而在花芽分化后期含量上升，推測(cè)與IAA 在花芽分化不同階段作用不同有關(guān)[22]。ZR 含量高能夠促進(jìn)陸地棉成花誘導(dǎo)[23]、大白菜抽薹[25]以及膏桐花梗、花柄和小花的伸長(zhǎng)[13]，在野生萱草生理分化期和花器官原基期ZR 含量出現(xiàn)2 次顯著積累，說(shuō)明ZR 含量高有利于其成花誘導(dǎo)及花器官分生組織生長(zhǎng)。GA3含量測(cè)定結(jié)果顯示，GA3在生理分化期到花原基分化期含量呈持續(xù)顯著下降的趨勢(shì)，這與杏李[18]、大白菜[25]和藤本月季[26]的研究結(jié)果基本一致。在花器官原基分化期GA3含量快速上升，可能與野生萱草花芽的膨大密切相關(guān)[27]。

3.2 萱草花芽分化與莖尖內(nèi)源激素平衡的關(guān)系

不同種類植物激素之間通過(guò)相互促進(jìn)或相互拮抗達(dá)到一種動(dòng)態(tài)平衡[28]，激素間形成的平衡關(guān)系也是調(diào)控植物花芽分化過(guò)程的重要因素[6]。本研究結(jié)果顯示，ABA/IAA 與ABA/GA3值在營(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng)期最高，進(jìn)入花芽分化期后兩者比值持續(xù)降低，在花原基分化期下降至最低，說(shuō)明較高的ABA/IAA 和ABA/GA3值有助于野生萱草花芽維持營(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng)狀態(tài)，比值降低后有利于花芽分化，這與王楨等[8]對(duì)西紅花和杜立言等[22]對(duì)櫻花的研究結(jié)果相同；ZR/GA3值隨著花芽分化進(jìn)程整體呈上升趨勢(shì)，（GA3＋I(xiàn)AA＋ZR）/ABA、（IAA＋ZR）/GA3和GA3/IAA 值在花原基分化期增加顯著，可能與該野生萱草花器官原基的形態(tài)分化密切相關(guān)，也進(jìn)一步說(shuō)明多種內(nèi)源激素通過(guò)相互間互作共同調(diào)控萱草花芽的分化過(guò)程。

綜上，在野生萱草花芽分化過(guò)程中，（1）較低的ABA、IAA 和GA3含量，ABA/IAA、ABA/GA3和GA3/IAA 值有利于花芽分化啟動(dòng)；（2）花芽分化后期形態(tài)建成需要較高的IAA、GA3和ZR 含量，GA3/IAA、ZR/GA3、（GA3＋I(xiàn)AA＋ZR）/ABA 和（IAA＋ZR）/GA3值；（3）4 種內(nèi)源激素及其相互間的比值是萱草花芽分化的重要生理調(diào)控因素。在未來(lái)萱草種植管理時(shí)，可根據(jù)需要外施激素影響萱草的花芽分化過(guò)程，從而達(dá)到調(diào)控花期的目的。