南高叢藍(lán)莓‘奧尼爾’綠枝扦插生根過程中內(nèi)源激素的變化

安海山,章加應(yīng),張學(xué)英,周博強(qiáng),張麗勍

(上海市農(nóng)業(yè)科學(xué)院林木果樹研究所,上海市設(shè)施園藝重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,上海 201403)

藍(lán)莓為杜鵑花科(Ericaceae)越橘屬(Vacciniumspp.)多年生小漿果,可利用扦插、組織培養(yǎng)、嫁接和播種等多種方式進(jìn)行繁殖,其中扦插繁殖操作簡(jiǎn)便、成本低廉且易于保持母體固有特性,被廣泛應(yīng)用于藍(lán)莓生產(chǎn)實(shí)踐[1-3]。然而,受參試品種、插條類型及取材時(shí)間和扦插季節(jié)等多因素影響,其扦插生根率較低,嚴(yán)重制約藍(lán)莓的繁殖[4-5]。植物激素在植物生長(zhǎng)發(fā)育中起重要調(diào)控作用,以往研究多集中在利用植物生長(zhǎng)調(diào)節(jié)劑吲哚丁酸(IBA)、萘乙酸(NAA)和ABT生根粉等誘導(dǎo)藍(lán)莓插條生根等方面[6-8],但內(nèi)源激素含量及其動(dòng)態(tài)變化對(duì)藍(lán)莓插條生根的調(diào)控作用及相關(guān)機(jī)理仍不清晰。本研究以南高叢藍(lán)莓品種‘奧尼爾’為試材,利用液相色譜質(zhì)譜聯(lián)用(LC-MS)方法檢測(cè)藍(lán)莓扦插生根過程中插穗韌皮部?jī)?nèi)源激素變化,以期明確內(nèi)源激素調(diào)控藍(lán)莓插條生根的潛在機(jī)制。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

供試材料為3年生南高叢藍(lán)莓品種‘奧尼爾’,定植于上海市農(nóng)業(yè)科學(xué)院莊行綜合試驗(yàn)站。

1.2 試驗(yàn)方法

1.2.1 插穗準(zhǔn)備及處理

2019年4月10日隨機(jī)采取半木質(zhì)化的新梢若干,參照An等[9]的方法將藍(lán)莓新梢截取為長(zhǎng)度10 cm的插穗,保留頂端1—2片葉,其余葉片全部剔除,分別在清水(對(duì)照)和1 000 mg∕L吲哚丁酸(IBA)溶液中處理1 min,垂直插入經(jīng)1 000倍稀釋的多菌靈消毒后的基質(zhì)(泥炭∶珍珠巖=3∶1,體積比),每50個(gè)插穗為1組,3次重復(fù)。扦插后,利用迷霧系統(tǒng)保持基質(zhì)相對(duì)濕度在80%—90%。扦插后60 d,調(diào)查藍(lán)莓插穗的生根情況。

1.2.2 內(nèi)源激素含量測(cè)定

每7 d對(duì)插穗基部1 cm的韌皮部進(jìn)行取樣(取樣時(shí)間點(diǎn)為扦插后0 d、7 d、14 d、21 d、28 d、35 d),參照An等[10]的方法對(duì)不同取樣點(diǎn)的藍(lán)莓樣品的內(nèi)源激素進(jìn)行提取,采用液相色譜質(zhì)譜聯(lián)用(LC-MS)的方法測(cè)定生長(zhǎng)素(IAA)、脫落酸(ABA)、玉米素(ZT)和赤霉素(GA3)這4種主要內(nèi)源激素含量,并計(jì)算各激素間的比值。

1.2.3 數(shù)據(jù)處理與分析

利用SPSS 19.0軟件進(jìn)行差異顯著性分析(P≤0.05),利用GraphPad Prism 6.0軟件進(jìn)行繪圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 ‘奧尼爾’綠枝扦插生根表型調(diào)查

由圖1可知,與對(duì)照相比,吲哚丁酸(IBA)顯著促進(jìn)藍(lán)莓插穗的生根。IBA處理后‘奧尼爾’插穗的生根率為49.84%,顯著高于對(duì)照組(28.35%),平均根條數(shù)為8.28,與對(duì)照組(4.87)存在顯著性差異;IBA處理組和對(duì)照組的平均根長(zhǎng)度有一定差別,但未達(dá)到顯著水平(圖2),表明生長(zhǎng)素類的植物生長(zhǎng)調(diào)節(jié)劑吲哚丁酸對(duì)誘導(dǎo)藍(lán)莓綠枝插穗生根具有顯著促進(jìn)作用。

圖1 ‘奧尼爾’綠枝扦插后60 d的生根表型Fig.1 Rooting phenotype at 60 days after cutting of‘O＇Neal’under different treatments

圖2 ‘奧尼爾’綠枝扦插生根率、生根條數(shù)和平均根長(zhǎng)度(n=3)Fig.2 Rooting ability of blueberry cuttings from cv.‘O＇Neal’under different treatments(n=3)

2.2 ‘奧尼爾’插穗生根期間內(nèi)源激素含量的變化

與對(duì)照相比,IBA處理后,IAA含量呈現(xiàn)“低-高-低”的變化趨勢(shì),在扦插后21 d達(dá)到峰值(圖3a);ABA含量急劇下降,扦插后7 d降至最低,隨后保持在較低水平(圖3b);GA3含量在藍(lán)莓插穗生根進(jìn)程中無明顯變化(圖3c);ZT含量在藍(lán)莓插穗整個(gè)生根進(jìn)程中均極低且無明顯變化(圖3d),上述結(jié)果表明,較高含量的生長(zhǎng)素和較低含量的脫落酸和玉米素有利于促進(jìn)藍(lán)莓插穗生根。

圖3 ‘奧尼爾’扦插生根過程中IAA、ABA、GA3和ZT含量的變化(n=3)Fig.3 Changes of contents of IAA、ABA、GA3 and ZT during adventitious root formation of blueberry cv.‘O＇Neal’(n=3)

2.3 ‘奧尼爾’插穗生根期間激素比值的變化

為深入探究?jī)?nèi)源激素對(duì)藍(lán)莓扦插生根的調(diào)控作用,進(jìn)一步分析‘奧尼爾’藍(lán)莓插穗生根期間不同激素的比值(包括IAA∕ABA、IAA∕GA3、IAA∕ZT、ABA∕GA3、ABA∕ZT和GA3∕ZT)變化,結(jié)果顯示:IAA∕ABA和IAA∕ZT的變化趨勢(shì)基本一致,尤其是IBA處理后,兩者均在扦插后21 d出現(xiàn)波峰(圖4a和圖4c),對(duì)照組和IBA處理后的藍(lán)莓插穗中IAA∕GA3無明顯差異(圖4b),ABA∕GA3和ABA∕ZT變化趨勢(shì)類似,均表現(xiàn)為IBA處理組在扦插后7 d降至最低,隨后保持在較低水平(圖4d和圖4e),GA3∕ZT無明顯變化規(guī)律(圖4f)。

圖4 ‘奧尼爾’扦插生根過程中幾種激素比值的變化Fig.4 Changes of the ratio of several hormones during adventitious root formation of blueberry cv.‘O＇Neal’

3 討論

生長(zhǎng)素對(duì)促進(jìn)插條生根起重要作用,其原因可能在于插條嫩葉或活動(dòng)芽形成的IAA向下運(yùn)輸至生根區(qū)后能夠誘導(dǎo)愈傷組織或根原基的產(chǎn)生,進(jìn)而促進(jìn)生根[11-12]。插條的生根能力與植物生長(zhǎng)調(diào)節(jié)劑的種類、濃度、處理時(shí)間及內(nèi)源激素水平等直接相關(guān)。本研究顯示,IBA處理的藍(lán)莓插條生根質(zhì)量顯著提高,尤其是生根率和平均根條數(shù)均顯著高于對(duì)照組(圖1,圖2),內(nèi)源激素測(cè)定顯示,IBA處理的藍(lán)莓插條IAA含量呈‘低-高-低’的變化趨勢(shì),在扦插后7 d出現(xiàn)第一次小高峰,在21 d出現(xiàn)第二次高峰且達(dá)到峰值,表明較高水平的IAA含量有利于誘導(dǎo)藍(lán)莓插條生根。An等[10]對(duì)南高叢藍(lán)莓‘比洛克西’插條解剖結(jié)構(gòu)觀察發(fā)現(xiàn),扦插后7 d時(shí)產(chǎn)生大量愈傷組織,扦插后21—28 d是藍(lán)莓根原基產(chǎn)生的關(guān)鍵期,這與本研究在扦插后7 d和21 d分別出現(xiàn)的兩次IAA峰值相吻合。藍(lán)莓插條中IAA含量的升高,可能是由于外源IBA刺激了內(nèi)源IAA向插條基部運(yùn)輸,或促使部分內(nèi)源IBA轉(zhuǎn)運(yùn)至藍(lán)莓插條基部進(jìn)而轉(zhuǎn)化為IAA有關(guān),而高含量IAA可誘導(dǎo)插條基部愈傷組織的產(chǎn)生、根原基的起始等一系列反應(yīng),從而促進(jìn)藍(lán)莓插穗生根。

ABA是一種抑制插條生根的內(nèi)源激素,ABA含量的急劇下降,不僅有利于插條內(nèi)的淀粉水解轉(zhuǎn)化為糖,也有利于IAA受體的形成,從而促進(jìn)藍(lán)莓插條生根。徐繼忠等[13]研究表明,對(duì)照組(清水)的桃插條在扦插4 d后ABA含量下降,之后變化較小;IBA處理的桃插條在整個(gè)生根過程中ABA含量持續(xù)下降。本研究結(jié)果顯示,經(jīng)IBA處理的藍(lán)莓插條ABA含量迅速下降,在扦插后7 d降至最低,隨后保持在較低水平,而對(duì)照組ABA含量在扦插后7 d時(shí)較低,14 d時(shí)較高,隨后降低。這與前人研究的觀點(diǎn)基本一致,即外源激素處理能夠降低內(nèi)源ABA的水平,從而促進(jìn)生根,提高生根率。

赤霉素是植物體內(nèi)產(chǎn)生的一種影響植物生長(zhǎng)發(fā)育的激素[14]。關(guān)于赤霉素在植物扦插生根中的作用有兩種說法:一種說法認(rèn)為赤霉素與生長(zhǎng)素起相反的作用,但抑制不定根產(chǎn)生的途徑可能是通過抑制形成根原基細(xì)胞的分裂或是阻礙生長(zhǎng)素誘導(dǎo)的根原基的進(jìn)一步生長(zhǎng)發(fā)育進(jìn)行[15];另一種說法是不定根形成的不同階段,GA3發(fā)揮的作用不同,低濃度的GA3能夠增強(qiáng)生長(zhǎng)素對(duì)不定根的誘導(dǎo)作用,有利于不定根原基的起始分化,而一定當(dāng)量的GA3有助于根原基的生長(zhǎng)[16],GA3含量的適度下降有利于細(xì)柄蕈不定根的產(chǎn)生[17]。An等[10]指出‘比洛克西’綠枝扦插后21 d GA3含量略微升高,但整個(gè)生根進(jìn)程GA3含量變化并不明顯。本研究發(fā)現(xiàn)對(duì)照組的GA3含量在扦插后7 d上升,隨后下降并呈波動(dòng)狀態(tài),IBA處理的‘奧尼爾’插條GA3含量也呈波動(dòng)狀態(tài),且無明顯變化規(guī)律,因此,關(guān)于赤霉素在藍(lán)莓插條生根中的作用仍待進(jìn)一步研究。

玉米素是一種細(xì)胞分裂素,一般認(rèn)為ZT對(duì)插條生根有一定的促進(jìn)作用。宋鵬飛等[18]研究指出低濃度的ZT含量利于‘兔眼’藍(lán)莓嫩枝不定根原基的形成,高濃度ZT有利于不定根的伸長(zhǎng)。王雪嬌[19]研究表明,‘美登’藍(lán)莓組培苗在扦插生根過程中ZT呈上升趨勢(shì),且在扦插后24 d時(shí)達(dá)到峰值,認(rèn)為ZT含量的積累有利于根原基的發(fā)育及不定根的形成。本研究結(jié)果顯示在‘奧尼爾’藍(lán)莓插條生根進(jìn)程中玉米素含量始終保持在較低水平(圖3d),這與上述研究結(jié)果并不完全一致,這可能是由于參試材料不同或不定根形成進(jìn)程的差異所致。

與單一激素作用相比,不同激素間的平衡可能在藍(lán)莓插條生根中起更重要作用。王雪嬌[19]指出,外源激素處理的‘美登’藍(lán)莓組培苗插穗內(nèi)的IAA∕ABA值高于對(duì)照,且在扦插后32 d時(shí)達(dá)到峰值,認(rèn)為高IAA∕ABA值有利于藍(lán)莓插穗不定根的生成。李立佼[20]探究了外源添加硼、蔗糖、維生素B的IBA溶液對(duì)藍(lán)莓插穗生根過程中內(nèi)源激素的影響,發(fā)現(xiàn)經(jīng)硼-IBA處理的插穗大量生根,且不定根形成時(shí)期的ABA含量顯著降低,IAA∕ABA值也高于其他處理,認(rèn)為硼的添加之所以能促進(jìn)藍(lán)莓生根與其能提高不定根形成時(shí)期的IAA含量和降低ABA含量密切相關(guān)。宋鵬飛[18]指出,適宜的IAA∕GA有利于愈傷組織和根原基分化,IAA∕ZT的升高有利于根原基的分化,但在生根后期,低IAA∕ZT有助于不定根的伸長(zhǎng)生長(zhǎng)。本研究發(fā)現(xiàn),IAA∕ABA、IAA∕GA3和IAA∕Zeatin的變化趨勢(shì)類似,均在扦插后7 d和21 d時(shí)出現(xiàn)不同程度的峰值,尤其是IAA∕ABA的比值在扦插后21 d時(shí)達(dá)到最高峰,進(jìn)一步說明高水平的IAA和低水平的ABA在藍(lán)莓插條生根中起重要作用,這與前人研究結(jié)果吻合。IBA處理的藍(lán)莓插條ABA∕GA3和ABA∕Zeatin均在扦插后7 d降至最低,隨后變化很小,而對(duì)照組中兩者均在扦插后7 d較低,扦插后14 d較高,隨后降至較低水平,這也間接反應(yīng)了高水平的ABA不利于藍(lán)莓插穗生根。

總之,藍(lán)莓插條生根是一個(gè)受多因子影響的生理生態(tài)過程,內(nèi)源激素水平及不同激素間的平衡在藍(lán)莓插穗生根不同發(fā)育階段的調(diào)控作用也是極其復(fù)雜的,關(guān)于藍(lán)莓扦插生根進(jìn)程激素間的平衡與互作機(jī)制仍需進(jìn)一步研究。