樊文娜,李潤林,王占彬,王成章

(1.河南科技大學(xué) 動物科技學(xué)院,河南 洛陽 471003;2.河南農(nóng)業(yè)大學(xué) 牧醫(yī)工程學(xué)院,河南 鄭州 450002)

不同秋眠型紫花苜蓿內(nèi)源激素含量的測定

樊文娜1,李潤林1,王占彬1,王成章2*

(1.河南科技大學(xué) 動物科技學(xué)院,河南 洛陽 471003;2.河南農(nóng)業(yè)大學(xué) 牧醫(yī)工程學(xué)院,河南 鄭州 450002)

探討了秋眠型紫花苜蓿標(biāo)準(zhǔn)品種1級、2級和非秋眠型紫花苜蓿標(biāo)準(zhǔn)品種10級、11級在自然光照條件下內(nèi)源激素ABA、IAA、GA3、ZR含量的變化。試驗結(jié)果表明,光照時間、氣溫與秋眠類型均在一定程度上影響了紫花苜蓿內(nèi)源激素的合成；ABA與IAA、GA3、ZR共同參與了對紫花苜蓿生長和秋眠的調(diào)控。

紫花苜蓿;內(nèi)源激素;秋眠

紫花苜蓿(Medicagosativa)是一種多年生的豆科牧草,在國內(nèi)外素有“牧草之王”的美稱[1],具有悠久的栽培歷史,且在世界各地廣泛種植,其品種選育的關(guān)鍵指標(biāo)秋眠性(fall dormancy, FD)的研究引起了人們的重視[2-3]。

植物體內(nèi)源激素作為細(xì)胞通訊的執(zhí)行者和微量的有機(jī)分子,其對植物的生長、發(fā)育、衰老、休眠、抗逆性具有極其重要的作用。植物中含有較多的激素受體,其能與激素產(chǎn)生很強(qiáng)的專一性結(jié)合,并且在與其結(jié)合后能夠引起一定的生理生化反應(yīng)[4]。休眠與植物體內(nèi)赤霉素(Gibberellic acid, GA)和脫落酸(abscisic acid, ABA)含量的平衡相關(guān)。近期細(xì)胞生物學(xué)家揚(yáng)·羅曼教授(德國海德堡大學(xué))的科研小組發(fā)現(xiàn):植物生長素和細(xì)胞分裂素有緊密的協(xié)同作用[5-6，8]。種子休眠或萌發(fā)取決于GA與ABA這兩種激素的平衡[4,6]。生長素(auxin, IAA)是最早被發(fā)現(xiàn)的能夠促進(jìn)植物生長的激素。玉米素核苷(trans-Zeatin-riboside, ZR)別名玉精核糖甙,為類白至白色結(jié)晶,是細(xì)胞分裂素(cytokinin, CTK)在木質(zhì)部中運(yùn)輸?shù)闹匾问?；生長素和細(xì)胞分裂素協(xié)作可以引起細(xì)胞分裂。內(nèi)休眠[7](endodormancy)即自然休眠——秋眠本質(zhì)上是苜蓿對環(huán)境變化(秋天日照時間變短和溫度降低)表現(xiàn)出的一種適應(yīng)性生長特性。筆者采用秋眠型紫花苜蓿標(biāo)準(zhǔn)品種1級、2級和非秋眠型標(biāo)準(zhǔn)品種10級、11級,探討了其在自然光照條件下內(nèi)源激素含量的變化,旨在為苜蓿秋眠性的理論研究及在生產(chǎn)實(shí)踐中應(yīng)用激素調(diào)控其秋眠提供依據(jù)和參考。

1 試驗材料

本試驗采用4個不同秋眠型紫花苜蓿標(biāo)準(zhǔn)品種：Maverick、Vernal、UC-1887、UC-1465,它們的秋眠級(fall -dormancy class, FDC)分別為1、2、10和11級。試驗材料于2013年在原陽苜蓿試驗基地種植,按照不同的月份(3月、4月、6月、7月、9月)定期進(jìn)行刈割,刈割14 d后采摘取樣,采摘在當(dāng)天10:00左右進(jìn)行,從頂部摘取苜蓿第3片真葉,把葉片放入高壓滅菌過的凍存管中,直接放入液氮,帶回實(shí)驗室后在-80 ℃冰箱中保存?zhèn)溆谩?/p>

2 樣品與數(shù)據(jù)處理

激素的測定采用間接酶聯(lián)免疫吸附法(Enzyme-Linked Immuno Sorbent Assay, ELISA), ELISA試劑盒由中國農(nóng)業(yè)大學(xué)作物化學(xué)控制中心提供。

統(tǒng)計每個處理多次重復(fù)的平均值，所有試驗數(shù)據(jù)均以平均值±標(biāo)準(zhǔn)差的形式表示。采用SPSS的單因素方差分析功能,對差異顯著性進(jìn)行Duncan氏多重比較。

3 結(jié)果與分析

3.1 紫花苜蓿不同秋眠類型品種脫落酸ABA含量的變化

從表1可以看出：秋眠級品種Maverick的脫落酸ABA含量7月份顯著高于3月、4月、6月、9月(P<0.05),9月顯著高于3月、4月、6月(P<0.05),3月和6月顯著高于4月(P<0.05),3月與6月差異不顯著;秋眠級品種Vernal的ABA含量7月份顯著高于3月、4月、6月、9月(P<0.05),3月和9月差異不顯著,但顯著高于4月和6月(P<0.05),4月與6月差異不顯著;非秋眠品種UC-1887的ABA含量7月份顯著高于3月、4月、6月、9月(P<0.05),9月顯著高于3月、4月、6月(P<0.05),3月和6月顯著高于4月(P<0.05),3月與6月差異不顯著;非秋眠品種UC-1465的ABA含量3月、4月、6月、7月、9月差異均顯著(P<0.05),以9月份最高。

表1 紫花苜蓿不同秋眠類型品種ABA含量隨時間的變化 ng/g

注:同行數(shù)據(jù)后小寫字母不同者表示差異顯著(P<0.05)。下同。

3.2 紫花苜蓿不同秋眠類型品種IAA含量的變化

從表2可以看出：秋眠級品種Maverick的植物生長素IAA含量4月份顯著高于3月、6月、7月、9月(P<0.05),6月顯著高于3月、7月、9月(P<0.05),9月顯著高于3月、7月(P<0.05),3月與7月差異不顯著;秋眠級品種Vernal的IAA含量4月份顯著高于3月、6月、7月、9月(P<0.05),6月顯著高于3月、7月、9月(P<0.05),3月與9月差異不顯著,但均顯著高于7月(P<0.05);非秋眠品種UC-1887的IAA含量4月份顯著高于3月、6月、7月、9月(P<0.05),3月和6月差異不顯著,但均顯著高于7月、9月(P<0.05),7月顯著高于9月(P<0.05);非秋眠品種UC-1465的IAA含量3月、4月、6月、7月、9月差異均顯著(P<0.05),以4月份最高。

表2 紫花苜蓿不同秋眠類型品種IAA含量隨時間的變化 ng/g

3.3 紫花苜蓿不同秋眠類型品種ZR含量的變化

由表3可知：秋眠級品種Maverick的玉米素核苷ZR含量4月份顯著高于3月、6月、7月、9月(P<0.05),3月和6月顯著高于7月、9月(P<0.05),3月與6月差異不顯著,7月顯著高于9月(P<0.05);秋眠級品種Vernal、UC-1887，以及非秋眠品種UC-1887、UC-1465的ZR含量3月、4月、6月、7月、9月差異均顯著(P<0.05),且均以4月份最高,9月份最低。

表3 紫花苜蓿不同秋眠類型品種ZR含量隨時間的變化 ng/g

3.4 紫花苜蓿不同秋眠類型品種GA3含量的變化

從表4可以看出：秋眠級品種Maverick的赤霉酸GA3含量4月份顯著高于3月、6月、7月、9月(P<0.05),3月和6月顯著高于7月、9月(P<0.05),3月與6月差異不顯著,7月顯著高于9月(P<0.05);秋眠級品種Vernal的GA3含量4月份顯著高于3月、6月、7月、9月(P<0.05),3月、6月和7月差異不顯著,但均顯著高于9月(P<0.05);非秋眠品種UC-1887的GA3含量3月、4月和6月顯著高于7月、9月(P<0.05),3月、4月和6月差異不顯著,7月顯著高于9月(P<0.05);非秋眠品種UC-1465的GA3含量6月顯著高于3月、4月、7月、9月(P<0.05),4月顯著高于3月、7月、9月(P<0.05),7月顯著高于3月、9月(P<0.05),3月、9月差異不顯著。

表4 紫花苜蓿不同秋眠類型品種GA3含量隨時間的變化 ng/g

在進(jìn)行IAA、GA3、ZR、ABA含量測定的同時,我們對2013年3～10月采樣當(dāng)天的最高氣溫、最低氣溫與光照時間進(jìn)行了統(tǒng)計。如圖1所示,不管是氣溫還是光照時間，都呈現(xiàn)低-高-低的漸變趨勢。

圖1 3～10月氣溫與光照時間的變化

4 討論與小結(jié)

在夏末、秋初，隨著日照長度變短和氣溫下降,紫花苜蓿生長緩慢,此時脫落酸(ABA, Abscisic acid)含量逐漸增高。苜蓿在生長發(fā)育的過程中隨著光照時間的延長,組織中ABA含量明顯下降，說明光照時間與ABA含量間存在明顯的負(fù)相關(guān)關(guān)系。在不同光照時間的環(huán)境條件下,光色素通過改變植物內(nèi)源激素的含量進(jìn)而調(diào)控相關(guān)基因的表達(dá),也有可能是ABA、GA3和IAA等內(nèi)源激素參與了光形態(tài)的建成。

ABA是調(diào)控紫花苜蓿生長的一種重要的植物內(nèi)源激素,ABA對植物生長發(fā)育起著至關(guān)重要的調(diào)節(jié)作用,能調(diào)控植物的胚胎發(fā)育、芽生長和種子的休眠，促進(jìn)果實(shí)成熟以及抵抗外界環(huán)境變化等[8]。在衰老的植物組織中,ABA含量較多,而在生長旺盛的植物組織中,其含量則較少。在外界環(huán)境對植物生長產(chǎn)生脅迫時,ABA含量增多,以此增強(qiáng)植物的抗逆性[9]。在秋天,光照時間變短,當(dāng)光照時間短于某一個閾值時,ABA的含量會增高，進(jìn)而引起植株機(jī)體組織的衰老、生長停滯、頂芽休眠,進(jìn)入休眠狀態(tài)[10-11]。本試驗發(fā)現(xiàn)：秋眠級品種Maverick和Vernal的脫落酸ABA含量7月份顯著高于其他各月的,9月份的ABA含量顯著高于3月、4月、6月的;非秋眠品種UC-1887的ABA含量呈現(xiàn)相同的變化態(tài)勢；UC-1465在9月份的ABA含量顯著高于3月、4月、6月、7月的。7月份平均氣溫在全年中最高,為了抵抗7月份高溫對苜蓿植株產(chǎn)生的脅迫,機(jī)體自御功能調(diào)控產(chǎn)生ABA；而在9月份,隨著光照時間的變短,植株逐漸進(jìn)入休眠狀態(tài),ABA含量也隨之增加,但相較于7月份高溫的影響,9月份秋眠對ABA的誘導(dǎo)作用較弱。

生長素IAA能促進(jìn)植物插穗生根[12]。有關(guān)研究表明,適量的IAA處理可增強(qiáng)植物生根性狀的遺傳力,從而使遺傳穩(wěn)定性維持在較高的水平上。IAA與ABA含量呈負(fù)相關(guān)關(guān)系,它們共同調(diào)控植物的生長。本試驗研究結(jié)果表明：4個品種7月、9月份的IAA含量均低于3月、4月、6月的,說明高溫和休眠均影響了IAA的合成。

GA3在調(diào)節(jié)植物的株高發(fā)育方面具有重要的作用。有關(guān)研究發(fā)現(xiàn)EUI1基因編碼P450單加氧酶,此酶參與了SLR1降解和GA3合成的反饋調(diào)控,進(jìn)而影響了水稻節(jié)間生長發(fā)育[13]。用GA3處理大麥、小麥、水稻的種子,可以使其發(fā)芽時間變短。另外,經(jīng)GA3處理過的種子GA3的含量增多,這可以促進(jìn)植物的生長[14]。本試驗結(jié)果顯示, Maverick、Vernal、UC-1887在7月、9月的GA3含量均低于3月、4月、6月的；UC-1465在9月份的GA3含量顯著低于3月、4月、6月、7月的。說明GA3與ABA、IAA在對紫花苜蓿秋眠的調(diào)控中存在拮抗、協(xié)同作用,它們共同調(diào)控了該作物的生長發(fā)育。

玉米素ZR可以調(diào)節(jié)植物的生長,是一種新型植物生長調(diào)節(jié)劑,能促進(jìn)葉綠素產(chǎn)生,刺激細(xì)胞分裂，增多抗體蛋白,進(jìn)而促進(jìn)植物有機(jī)體的生長發(fā)育,提高植物的抗寒、抗旱、抗病能力[15]。因為ZR能促進(jìn)葉綠素的產(chǎn)生,所有具有明顯的保綠作用,能在一定程度上抑制葉綠素的降解[16]。ZR和生長素IAA的適宜比例,對組培過程中芽的產(chǎn)生是非常重要的,可使誘導(dǎo)芽轉(zhuǎn)化過程變短,又能促進(jìn)芽的分化和根的形成[17]。在本研究中，Maverick、Vernal、UC-1887在4月份的ZR含量均較高,而7月、9月的ZR含量均呈下降態(tài)勢,且9月的下降態(tài)勢比7月更明顯。但相較于7月份高溫的影響,9月份秋眠對ZR的誘導(dǎo)作用更強(qiáng)。

植物的生長發(fā)育受到多種內(nèi)源激素的調(diào)控,這些激素之間協(xié)同與拮抗作用并存。ABA與IAA、GA3、ZR之間呈負(fù)相關(guān)的關(guān)系, IAA、GA3、ZR對植物的生長發(fā)育起促進(jìn)作用,而ABA對植物的生長發(fā)育起抑制作用。GA3可以在一定程度上促進(jìn)α-淀粉酶的形成,但ABA又會抑制α-淀粉酶的形成。在紫花苜蓿生長的不同時段,ABA與IAA、GA3、ZR所起的作用也不同,在紫花苜蓿生長的前期，IAA、GA3、ZR三種激素協(xié)同對紫花苜蓿起促進(jìn)生長的作用。在高溫和秋眠的誘導(dǎo)下, IAA、GA3、ZR的作用被抑制,為了抵抗7月高溫和9月秋眠的不利影響,ABA的含量升高，其調(diào)控作用開始占優(yōu)勢；但相較于7月份高溫的影響,9月份秋眠對ABA的誘導(dǎo)作用較弱。

綜上所述,光照時間、氣溫與秋眠類型均在一定程度上影響苜蓿內(nèi)源激素的合成, ABA與IAA、GA3、ZR共同參與了對紫花苜蓿生長與秋眠過程的調(diào)控。

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(責(zé)任編輯:黃榮華)

Measurement of Endogenous Hormone Content in Different Fall-dormancy-type Alfalfa Varieties

FAN Wen-na1, LI Run-lin1, WANG Zhan-bin1, WANG Cheng-zhang2*

(1. College of Animal Science and Technology, Henan University of Science and Technology, Luoyang 471003, China;2. College of Animal Science and Veterinary Medicine, Henan Agricultural University, Zhengzhou 450002, China)

Two fall-dormancy-type alfalfa standard varieties (fall dormancy class 1 and 2) and two fall-undormancy-type alfalfa standard varieties (fall dormancy class 10 and 11) were used as the experimental materials, and the contents of endogenous hormones (ABA, IAA, GA 3 and ZR) in their leaves under the natural light condition were researched. The experimental results showed that: the natural photoperiod, air temperature and fall-dormant type all affected the synthesis of endogenous hormones in alfalfa to a certain extent; ABA, IAA, GA 3 and ZR jointly participated in the regulation of growth and fall dormancy of alfalfa.

Alfalfa; Endogenous hormone; Fall dormancy

2016-10-19

河南科技大學(xué)博士科研啟動基金項目(13480078);國家牧草產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系(CARS-35)。

樊文娜(1981─),女,河南許昌人,講師,博士,主要從事牧草分子營養(yǎng)研究。*通訊作者:王成章。

S551.7

A

1001-8581(2017)03-0048-04