不同秋眠型紫花苜蓿內源激素含量的測定

樊文娜,李潤林,王占彬,王成章

(1.河南科技大學 動物科技學院,河南 洛陽 471003;2.河南農業大學 牧醫工程學院,河南 鄭州 450002)

不同秋眠型紫花苜蓿內源激素含量的測定

樊文娜1,李潤林1,王占彬1,王成章2*

(1.河南科技大學 動物科技學院,河南 洛陽 471003;2.河南農業大學 牧醫工程學院,河南 鄭州 450002)

探討了秋眠型紫花苜蓿標準品種1級、2級和非秋眠型紫花苜蓿標準品種10級、11級在自然光照條件下內源激素ABA、IAA、GA3、ZR含量的變化。試驗結果表明,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控。

紫花苜蓿;內源激素;秋眠

紫花苜蓿(Medicagosativa)是一種多年生的豆科牧草,在國內外素有“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,其品種選育的關鍵指標秋眠性(fall dormancy, FD)的研究引起了人們的重視[2-3]。

植物體內源激素作為細胞通訊的執行者和微量的有機分子,其對植物的生長、發育、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,其能與激素產生很強的專一性結合,并且在與其結合后能夠引起一定的生理生化反應[4]。休眠與植物體內赤霉素(Gibberellic acid, GA)和脫落酸(abscisic acid, ABA)含量的平衡相關。近期細胞生物學家揚·羅曼教授(德國海德堡大學)的科研小組發現:植物生長素和細胞分裂素有緊密的協同作用[5-6，8]。種子休眠或萌發取決于GA與ABA這兩種激素的平衡[4,6]。生長素(auxin, IAA)是最早被發現的能夠促進植物生長的激素。玉米素核苷(trans-Zeatin-riboside, ZR)別名玉精核糖甙,為類白至白色結晶,是細胞分裂素(cytokinin, CTK)在木質部中運輸的重要形式；生長素和細胞分裂素協作可以引起細胞分裂。內休眠[7](endodormancy)即自然休眠——秋眠本質上是苜蓿對環境變化(秋天日照時間變短和溫度降低)表現出的一種適應性生長特性。筆者采用秋眠型紫花苜蓿標準品種1級、2級和非秋眠型標準品種10級、11級,探討了其在自然光照條件下內源激素含量的變化,旨在為苜蓿秋眠性的理論研究及在生產實踐中應用激素調控其秋眠提供依據和參考。

1 試驗材料

本試驗采用4個不同秋眠型紫花苜蓿標準品種：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)定期進行刈割,刈割14 d后采摘取樣,采摘在當天10:00左右進行,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,帶回實驗室后在-80 ℃冰箱中保存備用。

2 樣品與數據處理

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

統計每個處理多次重復的平均值，所有試驗數據均以平均值±標準差的形式表示。采用SPSS的單因素方差分析功能,對差異顯著性進行Duncan氏多重比較。

3 結果與分析

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:同行數據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

在進行IAA、GA3、ZR、ABA含量測定的同時,我們對2013年3～10月采樣當天的最高氣溫、最低氣溫與光照時間進行了統計。如圖1所示,不管是氣溫還是光照時間，都呈現低-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

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相關關系。在不同光照時間的環境條件下,光色素通過改變植物內源激素的含量進而調控相關基因的表達,也有可能是ABA、GA3和IAA等內源激素參與了光形態的建成。

ABA是調控紫花苜蓿生長的一種重要的植物內源激素,ABA對植物生長發育起著至關重要的調節作用,能調控植物的胚胎發育、芽生長和種子的休眠，促進果實成熟以及抵抗外界環境變化等[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。在外界環境對植物生長產生脅迫時,ABA含量增多,以此增強植物的抗逆性[9]。在秋天,光照時間變短,當光照時間短于某一個閾值時,ABA的含量會增高，進而引起植株機體組織的衰老、生長停滯、頂芽休眠,進入休眠狀態[10-11]。本試驗發現：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含量呈現相同的變化態勢；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生的脅迫,機體自御功能調控產生ABA；而在9月份,隨著光照時間的變短,植株逐漸進入休眠狀態,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的誘導作用較弱。

生長素IAA能促進植物插穗生根[12]。有關研究表明,適量的IAA處理可增強植物生根性狀的遺傳力,從而使遺傳穩定性維持在較高的水平上。IAA與ABA含量呈負相關關系,它們共同調控植物的生長。本試驗研究結果表明：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在調節植物的株高發育方面具有重要的作用。有關研究發現EUI1基因編碼P450單加氧酶,此酶參與了SLR1降解和GA3合成的反饋調控,進而影響了水稻節間生長發育[13]。用GA3處理大麥、小麥、水稻的種子,可以使其發芽時間變短。另外,經GA3處理過的種子GA3的含量增多,這可以促進植物的生長[14]。本試驗結果顯示, 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控中存在拮抗、協同作用,它們共同調控了該作物的生長發育。

玉米素ZR可以調節植物的生長,是一種新型植物生長調節劑,能促進葉綠素產生,刺激細胞分裂，增多抗體蛋白,進而促進植物有機體的生長發育,提高植物的抗寒、抗旱、抗病能力[15]。因為ZR能促進葉綠素的產生,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生是非常重要的,可使誘導芽轉化過程變短,又能促進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含量均呈下降態勢,且9月的下降態勢比7月更明顯。但相較于7月份高溫的影響,9月份秋眠對ZR的誘導作用更強。

植物的生長發育受到多種內源激素的調控,這些激素之間協同與拮抗作用并存。ABA與IAA、GA3、ZR之間呈負相關的關系, IAA、GA3、ZR對植物的生長發育起促進作用,而ABA對植物的生長發育起抑制作用。GA3可以在一定程度上促進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三種激素協同對紫花苜蓿起促進生長的作用。在高溫和秋眠的誘導下, 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，其調控作用開始占優勢；但相較于7月份高溫的影響,9月份秋眠對ABA的誘導作用較弱。

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控。

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(責任編輯: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

河南科技大學博士科研啟動基金項目(13480078);國家牧草產業技術體系(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研究。*通訊作者:王成章。

S551.7

A

1001-8581(2017)03-0048-04