馬尾松針葉基潛伏芽萌發(fā)過程中內(nèi)源激素的變化研究

朱亞艷 徐嘉娟 楊 冰 李 芳 周家維 霍 達 王 港

(貴州省林業(yè)科學(xué)研究院 貴陽 550005)

馬尾松(Pinusmassoniana)是我國南方地區(qū)重要的造林用材樹種之一，也是荒山綠化的先鋒樹種，是我國林業(yè)領(lǐng)域長期重點研究的樹種，目前已對馬尾松進行了系統(tǒng)和全面的研究，在遺傳育種、森林培育等領(lǐng)域均取得了豐碩成果[1]。我國馬尾松種質(zhì)資源豐富，南方各主要馬尾松分布省區(qū)都建立了規(guī)模較大的育種群體，有效地保存了遺傳多樣性，從而在長期育種中獲得更高的遺傳增益[2～4]，但由于其育種周期和生長發(fā)育周期較長，遺傳改良過程進展緩慢。而無性繁殖能夠保持母本的優(yōu)良性狀，縮短育種周期。馬尾松針葉是一根極度縮短的枝條，針葉束基部中心的潛伏芽在一定條件下可發(fā)育、生長、形成新的枝梢。它再生能力很強，通過截頂?shù)姆绞?，可刺激針葉基潛伏芽的萌發(fā)；通過施肥等處理，其植株萌條數(shù)量和質(zhì)量都有大幅提高[5～6]，能夠培育出大量的健壯穗條供扦插或嫁接育苗使用，同時也為組培增殖擴繁提供新材料[7]。

內(nèi)源激素調(diào)控植物生長發(fā)育是一個復(fù)雜的網(wǎng)絡(luò)調(diào)控過程，植物內(nèi)源激素對植物營養(yǎng)物質(zhì)的運輸、分配在開花和衰老過程中起著重要的調(diào)控作用[8]。植物內(nèi)源激素種類繁多，赤霉素(GA)、生長素(IAA)、細胞分裂素(CTK)與脫落酸(ABA)是重要的植物內(nèi)源激素，它們廣泛分布在植物體內(nèi)，對植物細胞的分裂與生長分化、器官建成、開花結(jié)實、成熟與衰老、植物的休眠萌發(fā)、抗寒性等都有直接或間接的影響，分別或相互協(xié)調(diào)地調(diào)控植物的生長、發(fā)育與分化，對植物的生長發(fā)育具有重要的作用[9～12]。為研究馬尾松針葉基潛伏芽萌發(fā)過程中激素含量變化，本文通過對馬尾松針葉基潛伏芽萌發(fā)過程中IAA、GA3、ABA及ZR含量進行測定，分析潛伏芽萌發(fā)過程中內(nèi)源激素含量變化，揭示內(nèi)源激素對潛伏芽萌發(fā)的影響，并通過不同濃度的IAA、GA3和6-BA三種外源激素噴施馬尾松針葉，探索出能夠促進不同程度地提高馬尾松針葉基潛伏芽萌發(fā)穗條的質(zhì)量和產(chǎn)量的激素類型和濃度。

1 材料與方法

1.1 試驗地概況

試驗地位于貴州省林業(yè)科學(xué)研究院馬尾松種子園，海拔1070～1130m，屬于亞熱帶濕潤溫和型氣候，年均氣溫15.3℃，年平均相對濕度為77%，年均總降水量為1129.5mm，土壤為石灰?guī)r發(fā)育的酸性山地黃壤。該園建于1985年，總面積26.7公頃，種子園配置采用隨機區(qū)組設(shè)計，定植密度為4×5米或5×5米，入園無性系171個，分別來源于黃平、都勻、岑鞏、紫云、劍河、開陽、貴州省林科院七個縣市，現(xiàn)保存無性系94個。

1.2 試驗方法

選取長勢基本一致，無病蟲害的健壯6年生馬尾松植株12株，將其頂梢進行修剪，破除頂端優(yōu)勢，采集修剪前針葉(CK)，每隔5天采樣一次，直至潛伏芽萌發(fā)為止。根據(jù)徐聰敏等[13]對落葉松針葉營養(yǎng)診斷采樣技術(shù)的研究，上午10點左右，針葉養(yǎng)分含量穩(wěn)定，采樣于上午進行，采集不同部位的針葉混合，帶回實驗室放于-80℃冰箱保存。馬尾松針葉基潛伏芽萌發(fā)過程中IAA、GA3、ABA及ZR含量采用酶聯(lián)免疫吸附測定法。

選取樹齡一致，分枝粗細基本一致的馬尾松枝條進行截頂，保留一定數(shù)量的針葉，每隔7～10天對針葉噴施不同濃度的IAA(200mg/l、100mg/l、50mg/l)、GA3(150mg/l、100mg/l、50mg/l)及6-BA(75mg/l、50mg/l、25mg/l)溶液，以長勢一致的健壯枝條為對照(CK)，每個試驗重復(fù)3次，定期觀察并記錄馬尾松針葉基潛伏芽萌發(fā)情況。

1.3 數(shù)據(jù)統(tǒng)計與分析

利用Excel和SPSS 18.0 軟件對數(shù)據(jù)進行差異顯著性分析等。

2 結(jié)果與分析

2.1 馬尾松針葉基潛伏芽萌發(fā)過程中內(nèi)源激素含量變化

2.1.1IAA含量變化

IAA是植物體內(nèi)普遍存在的一種生長素，具有促進植物細胞的伸長、分裂和分化，調(diào)控植物莖尖的向光性和根的向地性，誘導(dǎo)花的雌性化等生理作用[14]。在芽休眠方面，已有研究表明：低濃度的IAA 能夠促進芽的萌發(fā)，但高濃度 IAA卻不利于芽的萌發(fā)，這可能是由于低濃度的IAA促進了根系生長，使根系合成的細胞分裂素等促進萌芽的物質(zhì)運送到地上部，間接促進了休眠解除，而高濃度 IAA則由于其頂端優(yōu)勢作用，抑制了芽的萌發(fā)。因此，在休眠解除期間雖有明顯增加，但并不直接參與休眠控制[15～16]。由表1 可知：在馬尾松針葉基潛伏芽萌發(fā)過程中，IAA含量先增加后降低，由修剪前的50.896ng/g升至峰值82.165ng/g，隨后逐漸降低，馬尾松針葉基潛伏芽萌發(fā)時針葉內(nèi)IAA含量為68.006ng/g。

2.1.2GA3含量變化

赤霉素GA3具有打破種子及芽的休眠、加速細胞伸長、促進萌發(fā)、分蘗等作用，是植物內(nèi)廣泛存在的一種內(nèi)源激素。由表1 可知：在馬尾松針葉基潛伏芽萌發(fā)過程中，GA3含量變化趨勢與IAA含量變化基本一致，呈現(xiàn)先增加后降低的變化，由修剪前的6.073 ng/g迅速增加至8.939 ng/g，隨后增加至峰值8.981 ng/g便開始緩慢降低，潛伏芽萌發(fā)時降至6.042 ng/g。

2.1.3ZR含量變化

細胞分裂素ZR對細胞的分裂和伸長有一定的促進作用[17]。由表1可知：在馬尾松針葉基潛伏芽萌發(fā)過程中，ZR含量從9.035ng/g增加到9.609 ng/g后減少，變化幅度不大。

2.1.4ABA含量變化

脫落酸ABA是一類對植物生長發(fā)育具有重要調(diào)控作用的植物激素，如促進葉、花、果的脫落，誘導(dǎo)芽的休眠，提高植物抗逆性等[10]。由表1 可知：修剪頂梢后，馬尾松的頂端優(yōu)勢被打破，ABA含量急劇降低，由原來的83.598ng/g降低至63.157ng/g，隨后持續(xù)穩(wěn)定降低，針葉基潛伏芽萌發(fā)時降至47.626ng/g。

2.1.5內(nèi)源激素比值的變化

植物體內(nèi)分別存在著對其生長具有促進和抑制作用的兩類內(nèi)源激素，它們在植物體內(nèi)相互作用影響著植物的正常生長發(fā)育。Sibton等通過轉(zhuǎn)基因改變植物內(nèi)源激素平衡的研究表明生長素與細胞分裂素平衡在腋芽生長中起著至關(guān)重要的作用[18]。馬尾松針葉基潛伏芽的萌發(fā)受IAA、GA3、ZR和ABA等激素含量變化的影響，與此同時，激素間的平衡關(guān)系對潛伏芽的萌發(fā)具有重要作用，由表1可知：馬尾松截頂修剪后，原有的激素平衡被打破，(IAA+GA3+ZR)/ABA比值急劇增大，在馬尾松針葉基潛伏芽萌發(fā)過程中維持逐漸增大的趨勢，比值由修剪前的0.796提高到萌發(fā)時的1.746，潛伏芽萌發(fā)后激素水平達到新的平衡。

表1 馬尾松針葉基潛伏芽萌發(fā)過程中內(nèi)源激素含量變化

2.2 外源激素處理對馬尾松針葉基潛伏芽萌發(fā)的影響

2.2.1外源激素處理對穗條數(shù)量的影響

從圖1可以看出：IAA、GA3、6-BA三種不同濃度的外源激素均能促進馬尾松針葉基潛伏芽的生長。三種激素處理后針葉基潛伏芽萌生的平均穗條數(shù)均高于對照組，其中，100mg/l濃度的GA3處理后穗條數(shù)最多，平均為20.5根，其次為100mg/l的IAA處理，平均為20.4根，顯著高于對照組(穗條數(shù)量14.8根)，75mg/l 的6-BA處理后穗條數(shù)量為16.5根，效果不明顯，而50mg/l和25mg/l的6-BA處理后穗條數(shù)量分別為19.0根和18.8根，顯著高于對照組；激素處理后萌生的平均穗條數(shù)變化范圍為16.5～20.5根，變化范圍不大。

圖1 外源激素處理后平均穗條數(shù)量

2.2.2外源激素處理對穗條質(zhì)量的影響

從圖2、圖3可以看出：三種外源激素處理后萌生的穗條質(zhì)量較對照組有所提高，穗條的平均直徑和長度均高于對照組。其中，穗條直徑變化范圍為2.17～2.56mm，穗條長度的變化范圍為7.07～8.81cm。

圖2 外源激素處理后穗條平均直徑

由圖2可知：三種不同濃度的外源激素對穗條質(zhì)量的影響大小：GA3150>GA3100>IAA100>6-BA25>6-BA75=GA350>IAA50>IAA200>6-BA50>CK，150mg/l和100mg/l濃度的GA3對穗條的直徑影響最大，穗條直徑達2.56mm和2.52mm。

圖3 外源激素處理后穗條平均長度

由圖3可知：三種不同濃度的外源激素對穗條長度的影響大?。篏A350>GA3100>GA350>6-BA25>6-BA50>6-BA75>IAA200>IAA100>IAA50>CK，三種濃度的GA3處理對穗條長度影響最大，平均長度達8.81cm，其次為6-BA，穗條長度為8.76cm。

綜上所述： 150mg/l、100mg/l和50mg/l濃度的GA3處理對穗條直徑和長度的影響均大于IAA和6-BA。

3 結(jié)論與討論

植物激素在馬尾松針葉基潛伏芽萌發(fā)過程中起著至關(guān)重要的作用，IAA、GA3、ZR和ABA幾種主要激素共同參與調(diào)控針葉基潛伏芽的萌發(fā)。John等對輻射松的研究表明：松樹在新梢萌發(fā)前后，枝條內(nèi)源激素的活性有大幅提高[19]；黃利斌[20]等對杉木采穗母株根頸促萌結(jié)果表明：杉木休眠芽的萌發(fā)主要由植株內(nèi)源激素的作用控制，植株體內(nèi)細胞分裂素類物質(zhì)對打破休眠，促進萌發(fā)起重要作用。使用一定濃度的 6-BA處理對杉木萌條提早萌發(fā)有一定的促進作用。

本試驗中，通過修剪方式打破頂端優(yōu)勢，針葉基潛伏芽萌發(fā)過程中IAA 、GA3和ZR含量均呈現(xiàn)先增加后降低的趨勢，而ABA含量則持續(xù)降低，由原來的83.598ng/g降低至63.157ng/g，隨后持續(xù)降低，至針葉基潛伏芽萌發(fā)時降為47.626ng/g。脫落酸被認為是感受外界環(huán)境因子變化，并傳導(dǎo)外界信號導(dǎo)致休眠的物質(zhì)，Nagar對茶樹芽的季節(jié)性休眠研究發(fā)現(xiàn)，茶樹芽進入休眠階段，脫落酸主要以游離態(tài)形式存在，且含量很高；休眠解除，含量開始下降[21]，與本文結(jié)果一致；在馬尾松針葉基潛伏芽萌發(fā)過程中，(IAA+GA3+ZR)/ABA比值逐漸增大，由修剪前的0.796提高到萌發(fā)時的1.746，比值增加2.19倍，激素水平在潛伏芽萌發(fā)后達到新的平衡，試驗結(jié)果與孟云[22]、張慶偉[23]等利用外源激素6-BA、GA3噴施誘導(dǎo)蘋果苗腋芽萌發(fā)、促進分枝的結(jié)果一致。此外，噴施外源激素IAA、6-BA、GA3不僅能夠促進潛伏芽/腋芽萌發(fā)生長，還能提高穗條產(chǎn)量和質(zhì)量，縮短潛伏芽萌發(fā)的時間，25mg/l、50mg/l和75mg/l濃度的6-BA均能促進馬尾松針葉基潛伏芽提早萌發(fā)，IAA和GA3對針葉芽萌發(fā)早晚的影響不明顯。適宜濃度的IAA、6-BA、GA3處理均能提高穗條產(chǎn)量和質(zhì)量，其中以150mg/l、100mg/l和50mg/l濃度的GA3處理效果最好。