秋末楊樹(shù)激素含量動(dòng)態(tài)變化及與氣溫的相關(guān)性分析

李正華，白卉

(黑龍江省林業(yè)科學(xué)研究所，速生林木培育重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，哈爾濱150081)

秋末楊樹(shù)激素含量動(dòng)態(tài)變化及與氣溫的相關(guān)性分析

李正華，白卉*

(黑龍江省林業(yè)科學(xué)研究所，速生林木培育重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，哈爾濱150081)

研究了秋末迎春5號(hào)楊葉片激素含量的變化，并進(jìn)行了溫度相關(guān)性分析，發(fā)現(xiàn)隨著氣溫的下降，ZR含量、ABA含量、IAA含量以及ABA/GA比值、IAA/GA比值呈上升變化，與溫度的相關(guān)系數(shù)分別為-0.667、-0.907、-0.569、-0.871和-0.938；而GA含量為下降趨勢(shì)，與溫度的相關(guān)系數(shù)為0.774。ABA含量和IAA/GA比值與溫度達(dá)到極顯著負(fù)相關(guān)，ABA/GA比值到顯著負(fù)相關(guān)，GA含量到顯著正相關(guān)，表明這些指標(biāo)可能與楊樹(shù)抵御低溫密切相關(guān)。

楊樹(shù)；激素；相關(guān)系數(shù)；低溫

溫度是植物生長(zhǎng)生存的必要前提，是植物的形態(tài)和自然地緣分布的主要限制因素[1]。每種植物都有適宜于自身生存生長(zhǎng)的溫度區(qū)間，超出這一區(qū)間時(shí)就會(huì)制約植物的生長(zhǎng)、影響植物的發(fā)育，引起植物自身的傷害，甚至導(dǎo)致植物死亡。

楊樹(shù)在我國(guó)北方地區(qū)主要用作造林和綠化，種植區(qū)域極其寬廣。而東北地區(qū)冬天氣候寒冷漫長(zhǎng)，秋冬春季節(jié)交替時(shí)節(jié)有時(shí)氣溫急劇變化，導(dǎo)致楊樹(shù)凍害時(shí)常發(fā)生；加上近年來(lái)?xiàng)顦?shù)育種工作為追求速生豐產(chǎn)而在新品種中漸漸導(dǎo)入南方品系的遺傳背景，楊樹(shù)凍害表現(xiàn)更為嚴(yán)重[2]。

植物激素是指在植物體內(nèi)合成的，可以移動(dòng)的，對(duì)植物生長(zhǎng)發(fā)育產(chǎn)生顯著作用的微量有機(jī)物質(zhì)。它對(duì)植物生長(zhǎng)發(fā)育的全程起作用，特別是在植物適應(yīng)逆境脅迫中起著積極的調(diào)控作用[3]。該實(shí)驗(yàn)探討了秋末冬初溫度驟變期，楊樹(shù)葉片中激素含量的變化，及其與氣溫之間的相關(guān)性，為研究楊樹(shù)抗凍性提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。

1 材料與方法

1.1 樣地與材料

哈爾濱市香坊區(qū)哈平路和保健路交叉路段的南崗區(qū)愛(ài)心林，楊樹(shù)品種為迎春5號(hào)(PopulusבZhonglin Sanbei 1’)。其生長(zhǎng)迅速、材質(zhì)優(yōu)良、干形通直、冠幅窄、分枝細(xì)，極為耐寒、抗病害能力強(qiáng)，在主要經(jīng)濟(jì)技術(shù)及抗性指標(biāo)上，顯著超過(guò)了小黑楊等推廣品種，是“四旁”植樹(shù)、培育速生豐產(chǎn)林及短輪伐期工業(yè)原料林的優(yōu)良品種。

1.2 樣品采集

10月4日到10月22日，每3天上午9時(shí)采集樣品一次，共采樣7次。取樹(shù)冠中部的一年生枝條，將所有葉片放入冰盒帶回實(shí)驗(yàn)室處理。葉片擦拭干凈后，除去葉柄，剪成細(xì)條狀取1.0g樣品用錫紙包好，液氮處理后立即放入-70℃冰箱保存，用于測(cè)定內(nèi)源激素含量。并在18日對(duì)樹(shù)冠不同位置取樣，處理方法同上。

10月24日最低溫度驟降至-5.5℃，在10月25日發(fā)現(xiàn)楊樹(shù)葉片出現(xiàn)凍傷，有的呈現(xiàn)風(fēng)干現(xiàn)象，采樣結(jié)束。

1.3 儀器和方法

儀器：AB104型電子天平(瑞士)；Beckman Allegra 64R 高速冷凍離心機(jī)。

激素含量的測(cè)定采用酶聯(lián)免疫法，由中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)作物化學(xué)控制實(shí)驗(yàn)室提供。用酶聯(lián)免疫檢測(cè)儀測(cè)定ZR(玉米核苷)、ABA(脫落酸)、IAA(吲哚乙酸)、GA(赤霉素)的含量，3次重復(fù)。

1.4 數(shù)據(jù)處理

采用Excel、SPSS16.0制圖和分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 秋末哈爾濱市最低溫度變化曲線及采樣日溫度擬合曲線圖

圖1 哈爾濱市最低氣溫變化曲線

秋末哈爾濱地區(qū)氣溫總體為下降趨勢(shì)。10月3日到13日氣溫迅速下降，從最高13.1℃降低-2.1℃；而后氣溫在零度上下波動(dòng)，16日后溫度繼續(xù)降低至最低值零下(22日)。

圖2 采樣日擬合溫度變化曲線

注：擬合溫度是采樣當(dāng)天最低溫度和前1d最低溫度的平均值

葉片不僅受采樣當(dāng)日氣溫的影響，前幾日的氣溫也會(huì)對(duì)它產(chǎn)生影響，因此采樣日的最低溫度采用前幾日最低溫度的平均值。根據(jù)相關(guān)系數(shù)分析表1數(shù)據(jù)，擬合曲線我們用采樣前2天(即當(dāng)天和前一天)的最低溫度平均值：采樣時(shí)溫度最高，然后迅速下降，后期較緩降到最低溫度(圖2)。

2.2 指標(biāo)與溫度的相關(guān)系數(shù)分析結(jié)果

表1 迎春5號(hào)楊葉片中指標(biāo)與最低溫度的相關(guān)系數(shù)i

注：*為顯著相關(guān)，**為極顯著相關(guān)。

溫度T1是采樣當(dāng)天的最低溫度，T2是采樣當(dāng)天和前1d的最低溫度平均值，T3是采樣當(dāng)天和前2d的最低溫度平均值溫度。用軟件SPSS16.0分析各指標(biāo)與溫度的相關(guān)性，得到表1。由數(shù)據(jù)結(jié)果可得，各指標(biāo)在1～3天內(nèi)對(duì)溫度變化響應(yīng)較一致，除IAA/GA值外，都對(duì)T2有最大相關(guān)系數(shù)，因此本次實(shí)驗(yàn)的溫度采用2天的溫度進(jìn)行擬合。

2.3 秋末楊樹(shù)葉片內(nèi)源激素的含量變化

圖3 迎春5號(hào)楊葉片ZR、ABA、IAA和GA含量變化曲線

圖3表明采樣期間迎春5號(hào)楊葉片的ZR、ABA、IAA和GA含量變化曲線，由圖可知，ZR含量隨著溫度降低呈現(xiàn)先升高后降低的趨勢(shì)，葉片中ZR含量在10月4日含量最低，為11.19ng/g/FW，10月7日的葉片樣品中ZR含量顯著上升至22.25ng/g/FW，之后緩慢升高至28.08ng/g/FW(10月19日)達(dá)到峰值，10月22日，ZR含量下降至 18.60ng/g/FW。

ABA含量在前兩次采樣時(shí)沒(méi)有明顯的變化，但在第三次采樣期，葉片中ABA的含量顯著升高，達(dá)到50.65ng/g/FW之后呈現(xiàn)波動(dòng)性浮動(dòng)，差異并不顯著。

葉片中IAA的含量在采樣前期并未有顯著性的變化，直至10月19日(第6次采樣)出現(xiàn)了峰值(64.42ng/g/FW)，之后又迅速下降至45.65ng/g/FW，與前期水平較一致。

GA含量隨溫度的變化與其他激素不同，整體呈下降趨勢(shì)，其含量由14.12ng/g/FW(10月7日)下降至7.38ng/g/FW(10月10日)，之后含量變化差異不顯著。

相關(guān)性分析中，ZR、ABA和IAA含量與最低溫度T2的相關(guān)系數(shù)分別為-0.667、-0.907和-0.569，其中ABA含量與溫度呈極顯著負(fù)相關(guān)，表明迎春5號(hào)楊葉片ABA含量的升高與抵御低溫密切相關(guān)。而GA含量與最低溫度T2的相關(guān)系數(shù)為0.774，呈顯著正相關(guān)[4-6]。

2.4 楊樹(shù)葉片ABA/GA和IAA/GA的比值變化趨勢(shì)

圖4 迎春5號(hào)楊葉片ABA/GA和IAA/GA的比值變化趨勢(shì)

由圖4所知，ABA/GA的比值隨著溫度的降低呈現(xiàn)上升的趨勢(shì)。ABA/GA比值在采樣前期變化不大，當(dāng)溫度下降之后顯著上升，從初始最低值1.47迅速升高到第一個(gè)峰值8.84(10月13日)，而后有所降低，最后到達(dá)最大值9.35，升幅達(dá)6.36倍。葉片中IAA/GA的比值變化與ABA/GA的比值變化一致，也是隨溫度的降低呈上升趨勢(shì)，由10月4日的最低值2.60相對(duì)緩慢升至10月22日的7.21，升幅2.77倍。ABA/GA和IAA/GA比值隨氣溫降低而升高這一變化可能與自身抗寒密切相關(guān)[4]。

在與溫度的相關(guān)性分析中，ABA/GA和IAA/GA比值與T2的相關(guān)系數(shù)分別為-0.871和-0.938，達(dá)到顯著和極顯著負(fù)相關(guān)。

2.5 楊樹(shù)葉片內(nèi)源激素含量的空間分布

圖5表明，不同樹(shù)冠位置上的楊樹(shù)葉片中各內(nèi)源激素含量分布有所差異。相比較而言，中下部位的楊樹(shù)葉片中含有較高含量的ZR，可達(dá)到31.34ng/g/FW，樹(shù)冠下部楊樹(shù)葉片中含ZR含量最低，為12.71ng/g/FW；ABA和IAA含量在各樹(shù)冠部位的葉片中無(wú)顯著差異；GA含量在樹(shù)冠中部達(dá)到最高，為 7.45ng/g/FW，在樹(shù)冠的下部達(dá)到最低為4.38ng/g/FW。

圖5 楊樹(shù)葉片內(nèi)源激素含量的空間分布

3 結(jié)論與討論

植物激素是植物生長(zhǎng)過(guò)程中控制生長(zhǎng)發(fā)育的重要物質(zhì)之一，對(duì)植物抗寒能力的調(diào)控也起著重要的作用[4]。ZR是細(xì)胞分裂素的一種，其主要的生理作用是促進(jìn)細(xì)胞的分裂。該研究表明隨著氣溫的降低，迎春5號(hào)楊ZR含量呈上升趨勢(shì)，前期迅速升高，中期變化平緩，后期有所下降。表明前期ZR含量的增加，是植物對(duì)氣溫下降做出的適應(yīng)，有利于SOD等膜保護(hù)酶活動(dòng)的提高，保護(hù)植物細(xì)胞。

ABA與抗寒性也有一定的相關(guān)性，有研究表明,一般抗寒性強(qiáng)的植物ABA含量高于抗寒性弱的植物[6]。隨著氣溫的下降，迎春5號(hào)楊葉片ABA含量迅速升高，表明其抗寒性的增強(qiáng)。

有研究表明，外源的IAA可以降低植物抗寒性[4,8]。該實(shí)驗(yàn)中，IAA含量隨氣溫下降而略有上升，這一變化在有些植物中也有發(fā)現(xiàn)(本文)，需要進(jìn)一步研究。

GA與植物的抗寒性也有一定的關(guān)系，抗寒性強(qiáng)的植物GA含量低于抗寒性弱的植物，其與溫度的相關(guān)性沒(méi)有ABA顯著[5]。該實(shí)驗(yàn)中，GA含量隨氣溫降低呈減少趨勢(shì)。

該研究結(jié)果表明，隨著溫度的降低，除GA外,楊樹(shù)葉片中其他3種激素的含量均有不同程度的上升，其中ABA上升幅度較高，其次為IAA，最次為ZR。由此可以說(shuō)明,4種激素對(duì)溫度降低的響應(yīng)程度是不一致的。在與溫度相關(guān)性分析中，ABA含量和IAA/GA比值與溫度為極顯著負(fù)相關(guān)，ABA/GA比值與溫度為顯著負(fù)相關(guān)。

另外，通過(guò)不同樹(shù)冠部位楊樹(shù)葉片中4種激素含量的差異比較得知，樹(shù)冠部位對(duì)4種激素的影響不大，相比較而言，樹(shù)冠中部和中下部位的葉片中ZR和GA含量稍偏高。

[1]何潔，劉鴻先，王以柔，等. 低溫與植物的光合作用[J]. 植物生理學(xué)報(bào)，1986，(2)：1-6.

[2]林善枝，張志毅. 楊樹(shù)抗凍性的研究現(xiàn)狀[J]. 植物學(xué)通報(bào)，2001，18(3)：318-324.

[3]潘瑞熾，曹愚德. 植物生理學(xué)[M]. 人民教育出版社，2001:169.

[4]羅正榮. 植物激素與抗寒力的關(guān)系[J]. 植物生理學(xué)通訊，1989(3):1-5.

[5]Xu X, Lammeren A M，Vermeer E, Vreugdenhil D. The role of gibberellin, abscisic acid, and sucrose in the regulation of potato tuber for mation in vitro [J]. Plant Physiology，1993, 72:249-254.

[6]嚴(yán)寒靜，談鋒. 自然降溫過(guò)程中梔子葉片脫落酸、赤霉素與低溫半致死溫度的關(guān)系[J]. 西南師范大學(xué)學(xué)報(bào)，2001,26(2):195-199.

[7]邸葆，孟昱，張鋼，等. 抗寒鍛煉期間三種楸樹(shù)葉片激素含量變化[J]. 北方園藝，2012(13)：89-91.

[8]謝吉容，向鄧云，梅虎，等. 南方紅豆杉抗寒性的變化與內(nèi)源激素的關(guān)系[J]. 西南師范大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版)，2002,27(2)：231-234.

Changes of Hormone Content of Poplar and the Correlation with Temperature in Late Autumn

Li Zhenhua，Bai Hui*

(Key Laboratory of Fast-growing Tree Cultivating，F(xiàn)orestry Research Institute of Heilongjiang Province，Harbin 150081)

Experiments were carried out to study the changes of hormone content ofPopulusבZhonglin Sanbei 1’and the correlation with temperature. The result showed that the contents of ZR, ABA, IAA, ABA/GA and IAA/GA were on the increase with the temperature declining. The correlation coefficients of various hormones and temperature were -0.667,-0.907,-0.569,-0.871,-0.938 respectively. The content of GA was declining and the e correlation coefficient was 0.774. The content of ABA and IAA/GA ratio reached extremely significant negative correlation with temperature. The ABA/GA ratio was significant negative correlation with temperature, the content of GA was significant positive correlation with temperature. The data suggested that these indicators may be closely related with poplar resist low temperature.

Poplar；Hormone；Correlation coefficient；Low temperature

2015-05-30

李正華(1976-)，助理研究員，從事植物生理、森林培育方面的研究，E-mail:zhli1976@hotmail.com；*通訊作者：白卉(1979-)，副研究員。

S792.11

A

DOI.:10.13268/j.cnki.fbsic.2015.04.005