換錦花花芽分化過(guò)程生理生化變化

任佳佳　于　磊　王　珺等

摘 要:通過(guò)對(duì)換錦花花芽分化過(guò)程中可溶性蛋白、可溶性糖、丙二醛、POD、SOD含量測(cè)定,發(fā)現(xiàn)可溶性蛋白和可溶性糖含量在整個(gè)花芽分化過(guò)程中均呈現(xiàn)先升高后降低再升高趨勢(shì)。丙二醛含量呈先升高后降低。POD含量逐漸降低,SOD變化趨勢(shì)與氣溫變化趨勢(shì)正相關(guān)。

關(guān)鍵詞: 花芽分化 生理生化 換錦花

換錦花 (Lycoris sprengeri) 是石蒜科石蒜屬多年生草本球根花卉。其葉呈狹線形,帶狀,葉寬1.0cm左右,葉端鈍,屬春出葉型[1],在江西,2月下旬~3月上旬開(kāi)始出葉,5月下旬全部枯萎。花淡紫紅色,花瓣裂片頂端常帶藍(lán)色,倒披針形,長(zhǎng)約4.5cm,寬約1cm,邊緣不皺縮,花被筒長(zhǎng)1~1.5cm,花形似喇叭,姿色優(yōu)美,是優(yōu)良的地被和切花植物材料。本研究組曾對(duì)石蒜 (Lycoris radiate) 進(jìn)行過(guò)花芽分化研究,并對(duì)其分化過(guò)程中的生理生化進(jìn)行過(guò)探討[2],因石蒜是秋出葉型,為此有必要對(duì)春出葉型石蒜類(lèi)植物進(jìn)行探討。本文通過(guò)對(duì)換錦花花芽分化過(guò)程中相關(guān)酶和內(nèi)含物的測(cè)定,分析換錦花鱗片中內(nèi)含物的變化及酶的活性,探討換錦花花芽分化的發(fā)生及發(fā)育機(jī)制,為進(jìn)一步揭示石蒜屬植物的生長(zhǎng)發(fā)育規(guī)律和花期調(diào)控提供參考。

1 材料和方法

供試材料為換錦花(Lycoris.sprengeri),染色體數(shù)目為2n=22,種植于江西農(nóng)業(yè)大學(xué)園林與藝術(shù)學(xué)院花卉基地。

選取生長(zhǎng)健壯、無(wú)病蟲(chóng)害且圍徑大于10cm的鱗莖。采樣日期從2007年2月下旬至6月下旬,隔3天采樣一次,均為上午采樣;每次取3~5個(gè)鱗莖,鱗莖解剖取出花芽后剩余鱗片保存在超低溫冰箱中待測(cè),花芽用于測(cè)定分析花芽分化的不同時(shí)期。

采用石蠟切片方法將換錦花花芽分化時(shí)期劃分為7個(gè)時(shí)期(文章待發(fā)) , 即Ⅰ、花芽分化準(zhǔn)備期(3月初至4月初);Ⅱ、花原基產(chǎn)生期(4月上旬);Ⅲ、花被片分化期(4月中旬);Ⅳ、雄蕊分化期(5月初));Ⅴ、心皮分化期(5月中旬);Ⅵ、雌蕊分化期(5月底);Ⅶ、花芽分化后期(6~7月),根據(jù)花芽分化過(guò)程中的7個(gè)時(shí)期,分別測(cè)定鱗片中可溶性蛋白質(zhì)含量、可溶性糖含量、丙二醛(MDA)、過(guò)氧化物酶(POD)、超氧化物歧化酶(SOD)等指標(biāo),其方法參照李合生的植物生理生化實(shí)驗(yàn)原理與技術(shù)一書(shū)[3]。

2 結(jié)果與分析

2.1花芽分化過(guò)程中可溶性蛋白質(zhì)含量

植物在進(jìn)行花芽分化過(guò)程中,伴隨一系列的內(nèi)含物含量變化與轉(zhuǎn)換,其中可溶性還原糖、可溶性蛋白質(zhì)、丙二醛、超氧化歧化酶、過(guò)氧化物酶與其有密切關(guān)系。作為結(jié)構(gòu)物質(zhì)和能量物質(zhì)的蛋白質(zhì)在花芽分化過(guò)程中起著重要作用。由圖1可以看出,可溶性蛋白質(zhì)含量在整個(gè)花芽分化過(guò)程中未呈現(xiàn)出規(guī)律性的變化,在花芽分化準(zhǔn)備期,蛋白質(zhì)含量呈增加的趨勢(shì),這可能因?yàn)槌槿~開(kāi)始時(shí)進(jìn)行養(yǎng)分積累,以應(yīng)對(duì)花芽分化過(guò)程中對(duì)可溶性蛋白的需要。當(dāng)花芽分化開(kāi)始(即進(jìn)入Ⅱ期)后可溶性蛋白含量的出現(xiàn)了下降趨勢(shì),隨后又有所升高,再持續(xù)降低可能因?yàn)樵冖笃诨ū黄只^(guò)程中對(duì)可溶性蛋白質(zhì)消耗降低。在進(jìn)入花芽分化后期,其蛋白質(zhì)含量又開(kāi)始增高,可見(jiàn),這于花芽分化即將結(jié)束,對(duì)可溶性蛋白質(zhì)含量需求也降低的原因,此時(shí)換錦花地上部分已經(jīng)枯萎,養(yǎng)分的積累也漸漸減少,必將促進(jìn)從Ⅲ期到Ⅴ期的可溶性蛋白含量降低的過(guò)程。

2.2花芽分化過(guò)程中可溶性糖含量

由圖2可以看出,可溶性糖含量在整個(gè)花芽分化過(guò)程中表現(xiàn)升高再基本保持平穩(wěn),然后有所降低的趨勢(shì)。換錦花春季抽葉后,光合作用促使包括可溶性糖在內(nèi)的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)積累,使之可溶性糖含量升高。這與胡曉輝[2]研究大致是一致的。開(kāi)始進(jìn)入花芽分化階段時(shí),積累的糖分逐漸開(kāi)始消耗,可能是有部分非還原糖轉(zhuǎn)化的原因,其含量的減少不明顯,從而養(yǎng)分的進(jìn)出處于一種動(dòng)態(tài)的平衡狀態(tài)。在整個(gè)花芽分化過(guò)程中,可溶性蛋白含量先逐漸升高再降低,完成花芽分化后又升高。從總體上來(lái)看,進(jìn)入花芽分化過(guò)程后換錦花可溶性糖含量變化較為平緩,這可能與其鱗莖內(nèi)淀粉較多和蛋白質(zhì)及時(shí)轉(zhuǎn)化為可溶性糖以供生長(zhǎng)發(fā)育所需有關(guān)。

2.3花芽分化過(guò)程中丙二醛(MDA)含量的變化

由圖3可以看出來(lái),在整個(gè)花芽分化過(guò)程中,MDA含量變化呈現(xiàn)低-高-低的趨勢(shì)。外界環(huán)境溫度的降低(低溫)和升高(高溫)都會(huì)影響MDA含量的增加。前期溫度較低,由圖4可知13℃時(shí)MDA含量不斷增加,隨著溫度回升,達(dá)到19℃時(shí)溫度逐漸的接近換錦花的生長(zhǎng)適宜溫度,低溫傷害降低,MDA含量逐漸開(kāi)始減少,隨著溫度的升高,當(dāng)超過(guò)21℃時(shí),高溫傷害加大,直接導(dǎo)致膜質(zhì)過(guò)氧化,引起MDA含量的增加。后期外界氣溫的上升幅度減緩,相應(yīng)的傷害也就減緩,膜質(zhì)過(guò)氧化產(chǎn)物的變化幅度也就減緩。同時(shí)地上部分逐漸枯萎,換錦花生理生化活動(dòng)漸漸減弱,也促使其在心皮分化期后MDA含量降低。這可能與石蒜屬植物適應(yīng)高溫天氣,地上部分枯萎而進(jìn)入所謂休眠期有關(guān)。

2.4花芽分化過(guò)程中過(guò)氧化物酶(POD)的變化

由圖5可以看出,在花芽分化過(guò)程中,整體上POD含量表現(xiàn)為下降的趨勢(shì),與這段時(shí)間正是換錦花生理生化最活躍的時(shí)期,也是最適合換錦花生長(zhǎng)的時(shí)期相一致。隨著葉片逐漸衰老和氣溫的逐漸升高,換錦花慢慢進(jìn)入休眠階段,體內(nèi)產(chǎn)生的POD含量也處于一個(gè)低水平的動(dòng)態(tài)平衡中。這可能與石蒜屬的生理特性有關(guān)系。POD酶與呼吸作用、光合作用等有密切關(guān)系,在植物的生長(zhǎng)發(fā)育過(guò)程中,其活性不斷地發(fā)生變化。而且發(fā)現(xiàn)水仙花芽分化過(guò)程中POD活性變化[4]與溫度變化趨勢(shì)有相一致的現(xiàn)象,可能是因?yàn)闅鉁叵陆凳沟没ㄑ糠只M(jìn)程停滯,導(dǎo)致活性下降,也可能是由于溫度下降導(dǎo)致了POD活性下降,而抑制了花芽分化進(jìn)程,還有待于進(jìn)一步的研究。

2.5花芽分化過(guò)程中超氧化物歧化酶(SOD)的變化

研究表明:由圖4與圖6可見(jiàn),花芽分化準(zhǔn)備期SOD活性逐漸降低,可能因?yàn)殡S著溫度上升到換錦花適宜的溫度,抗性逐漸減低有關(guān)。而隨后的各個(gè)時(shí)期波動(dòng)變化,和氣溫變化趨勢(shì)相一致,可見(jiàn),SOD活性與溫度呈正相關(guān)性。在其中SOD活性的增減體現(xiàn)了植物對(duì)外界環(huán)境因素的脅迫的適應(yīng)性。

3 小結(jié)與討論

植物的生長(zhǎng)發(fā)育是其基因在一定時(shí)間空間順序表達(dá)的結(jié)果。蛋白質(zhì)是花器官形態(tài)建成的物質(zhì)基礎(chǔ)?？扇苄蕴鞘趋[莖可以直接利用和運(yùn)輸?shù)酿B(yǎng)分存在形式,與花卉的生長(zhǎng)發(fā)育有著密切的關(guān)系?？扇苄缘鞍踪|(zhì)含量在整個(gè)花芽分化過(guò)程中均呈現(xiàn)先升高再降低再回升再降低并保持平穩(wěn)的趨勢(shì)。涂淑萍等對(duì)百合花芽分化期,鱗莖和莖葉內(nèi)可溶性蛋白質(zhì)含量進(jìn)行測(cè)定發(fā)現(xiàn)總體呈上升趨勢(shì)[5],張艷紅[6]等對(duì)發(fā)現(xiàn)杜鵑花花芽分化過(guò)程中可溶性糖含量先升后降在回升的曲線變化。換錦花花芽分化過(guò)程中可溶性糖含量先升高然后有略微下降但不明顯,并保持穩(wěn)定,沒(méi)有出現(xiàn)大的波動(dòng)?？赡苁怯捎诜沁€原性糖或鱗莖內(nèi)大量的淀粉轉(zhuǎn)化的結(jié)果?；ㄑ糠只笃?養(yǎng)分一直處于消耗狀態(tài),養(yǎng)分的進(jìn)出處于一種動(dòng)態(tài)的平衡狀態(tài),而球根花卉鱗莖內(nèi)能儲(chǔ)存大量的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì),這對(duì)養(yǎng)分的進(jìn)出平衡起到極其關(guān)鍵的作用。從總體上來(lái)看,換錦花在進(jìn)入花芽分化后可溶性糖含量變化較為平緩,這可能與其鱗莖內(nèi)淀粉較多(文章待發(fā))和蛋白質(zhì)及時(shí)轉(zhuǎn)化為可溶性糖以供生長(zhǎng)發(fā)育所需有關(guān)。

丙二醛(MDA)的積累量反映的是過(guò)量的活性氧對(duì)細(xì)胞膜系統(tǒng)造成的傷害程度。在逆境條件下,過(guò)多的電子從光合和呼吸電子傳遞鏈傳遞給氧,產(chǎn)生過(guò)量的活性氧物質(zhì),啟動(dòng)膜脂過(guò)氧化,產(chǎn)生丙二醛,致使MDA含量增加[7-9]外界環(huán)境溫度的變化都會(huì)影響MDA含量的增加。前期隨著溫度的回升,溫度逐漸的接近換錦花的生長(zhǎng)適宜溫度,低溫傷害降低,MDA含量逐漸的減少,隨著溫度的升高,高溫傷害加大,直接導(dǎo)致膜質(zhì)過(guò)氧化,引起MDA含量的增加。后期外界氣溫的上升幅度減緩,并且地上部分枯萎逐漸進(jìn)入休眠期,生理生化作用的減弱,相應(yīng)的傷害也就減緩,膜質(zhì)過(guò)氧化產(chǎn)物的變化幅度也就減緩。

過(guò)氧化物酶(POD)是細(xì)胞內(nèi)活性氧清除系統(tǒng)的重要成員。換錦花進(jìn)入正常的生長(zhǎng)階段,體內(nèi)產(chǎn)生的活性氧就會(huì)處于一個(gè)低水平的動(dòng)態(tài)平衡中,為增加適應(yīng)性,POD的活性也就會(huì)相應(yīng)的處于一個(gè)不斷降低的水平,這可能與換錦花的生理特性有關(guān)。POD活性持續(xù)的降低并維持在較低水平上表示正處在花芽分化進(jìn)程中,抗性較弱,環(huán)境適合換錦花的生長(zhǎng)發(fā)育。隨著活性持續(xù)下降意味著花芽分化進(jìn)程逐漸的停滯。

超氧化物歧化酶(SOD)是植物體內(nèi)防御活性氧毒性的保護(hù)酶,能清除超氧物陰離子,生成分子氧和過(guò)氧化氫[10],減少對(duì)細(xì)胞膜的破壞作用,提高植物的抗逆性[11]。SOD活性在花芽分化過(guò)程中發(fā)生了明顯的變化,說(shuō)明在此過(guò)程中確實(shí)發(fā)生了活性氧的毒害作用。在花芽分化前期SOD活性的降低,可能是由于環(huán)境溫度逐漸適合換錦花生長(zhǎng)發(fā)育,相應(yīng)的抗性有所下降。而后期的波動(dòng)與氣溫低有密切關(guān)系,并呈現(xiàn)一定的正相關(guān)性?？梢?jiàn),溫度對(duì)換錦花的SOD影響較大。

在換錦花整個(gè)花芽分化過(guò)程中,保護(hù)酶(POD、 SOD)的活性均出現(xiàn)不同程度的降低,而且變化的幅度都比較大,可以認(rèn)為是換錦花植物對(duì)外界氣溫變化的一種主動(dòng)的防衛(wèi)反應(yīng)和自身在生理生化方面的適應(yīng),同時(shí)跟其夏季休眠也有必然的聯(lián)系,這與胡曉輝等[2]人對(duì)石蒜花芽分化研究結(jié)果相似規(guī)律。有關(guān)換錦花植物體內(nèi)的保護(hù)酶活性與花芽分化之間關(guān)系的研究有待進(jìn)一步研究。

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