短日照誘導(dǎo)對小豆葉片內(nèi)源激素含量及其平衡的影響

董偉欣，路戰(zhàn)遠(yuǎn)，任 帥，張彥立，謝 潁，劉 明，魏 巖，張?jiān)鲁?/p>

(1.河北農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)學(xué)院，河北保定071001;2.內(nèi)蒙古自治區(qū)農(nóng)牧業(yè)科學(xué)院，內(nèi)蒙古呼和浩特010000;3.石家莊農(nóng)業(yè)學(xué)校，河北石家莊050000)

小豆作為研究光周期的良好材料，在光周期誘導(dǎo)過程中對小豆葉片激素的變化研究較少，且只對一個(gè)品種的一種或幾種激素含量進(jìn)行測定［1］，很少涉及激素之間的比例及平衡狀況，所以本研究采用早熟品種和晚熟品種通過不同生育階段短日照誘導(dǎo)來研究幾種激素含量的變化以及激素之間的動態(tài)平衡較有意義。在光周期誘導(dǎo)下，植物的生長和發(fā)育受激素含量及其平衡關(guān)系的影響［2-3］，如隨著日照時(shí)間逐漸變短，IAA，GA3，ZR含量逐漸減少，ABA含量逐漸增加，IAA，GA3，ZR與ABA起拮抗作用［4］。韓天富等［5］在開花前對超早熟大豆品種東農(nóng)36進(jìn)行短日處理，明顯加快開花后發(fā)育進(jìn)程，降低葉片中的ABA和ZRs含量，在幼苗期對晚熟品種自貢冬豆進(jìn)行10 d左右的短日照處理，之后置于15 h長日照下，葉片的IAA含量高于全期長日照處理，ABA含量低于全期長日照處理。王成章等［6］研究發(fā)現(xiàn)，在8 h短日照處理下，3個(gè)不同秋眠性苜蓿品種的ABA含量為秋眠性品種Vernal＞半秋眠性品種CW 502＞非秋眠性品種CUF 101。另有研究表明，不同光周期處理對ABA和GA3的影響不同，短日照處理可以使菊花葉片的GA3和IAA含量減少，CTK和ABA含量增加，且CTK/IAA和CTK/GA3以及ABA/IAA和ABA/GA3比值也增加，有利于菊花花芽分化并提前開花［7］。WOOLEY 等［8］研究發(fā)現(xiàn)，長日照處理能促進(jìn)GA3含量增加而使ABA含量降低。從以上資料可以看出，許多研究者只在不同短日照處理后研究其不同植物激素含量的變化，近年來，光周期處理下各種植物激素的含量以及他們之間的平衡關(guān)系有一些報(bào)道［7，9，10］。然而，通過不同生育階段短日照誘導(dǎo)來研究不同激素的含量以及他們之間的平衡關(guān)系尚缺乏系統(tǒng)性。因此，本研究以早熟品種白紅2號和晚熟品種唐山紅小豆作為試驗(yàn)材料，采用酶聯(lián)免疫法對不同生育階段短日照誘導(dǎo)下的小豆葉片進(jìn)行激素含量測定，為小豆在短日照脅迫下植株體內(nèi)的激素含量變化及平衡提供理論參考。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

本試驗(yàn)以早熟品種白紅2號、晚熟品種唐山紅小豆作為試驗(yàn)材料(河北省農(nóng)林科學(xué)院糧油作物研究所提供)，于2012—2013年在河北農(nóng)業(yè)大學(xué)教學(xué)試驗(yàn)基地進(jìn)行，設(shè)置自然光照CK、處理Ⅰ:10 h光/14 h暗(出苗－分枝)、處理Ⅱ:10 h光/14 h暗(分枝－開花)、處理Ⅲ:10 h光/14 h暗(出苗－開花)4種處理，處理方法是每天18:00用黑紅布遮光，次日早晨8:00揭開，田間種植采用隨機(jī)區(qū)組設(shè)計(jì)，小區(qū)面積5 m×1.5 m，每個(gè)小區(qū)種植3行，行距40 cm，株距15 cm，每個(gè)處理重復(fù)3次。不同生育時(shí)期短日照處理完畢后在自然條件下生長至成熟。生育期間的管理同大田。

1.2 試驗(yàn)方法

1.2.1 取樣方法 在開花期，結(jié)莢期和鼓粒期3個(gè)生育時(shí)期，于上午8:00采取自上數(shù)第2個(gè)完全展開的三出復(fù)葉測定內(nèi)源激素。

1.2.2 樣品預(yù)處理 將0.5 g稱好的新鮮樣品從－80℃取出后放入預(yù)冷的研缽中，加入少量的石英砂，加入2 mL樣品提取液，在冰浴下研磨成勻漿，再用2 mL提取液分次將研缽沖洗干凈，一并轉(zhuǎn)入試管中，搖勻后放置在4℃冰箱中，之后4 000 r·min－1離心15 min，上清液過C－18固相萃取柱去除雜質(zhì)和色素，將過柱后的樣品轉(zhuǎn)入5 mL塑料離心管中，真空濃縮干燥或用氮?dú)獯蹈桑ヌ崛∫褐械募状?，用樣品稀釋液定容以待測定。

1.2.3 內(nèi)源激素測定 激素測定采用酶聯(lián)免疫技術(shù)(ELISA)，試劑盒由中國農(nóng)業(yè)大學(xué)化控室提供，試劑的配置參照何鐘佩［11］的方法，使用美國BIO－RAD 680自動酶聯(lián)測讀儀進(jìn)行OD值測定。試驗(yàn)結(jié)果采用logit曲線計(jì)算樣品激素含量。

2 結(jié)果與分析

2.1短日照誘導(dǎo)對小豆發(fā)育進(jìn)程的影響

由表1可以看出，與對照相比，不同生育階段短日照誘導(dǎo)使2個(gè)品種的開花期和成熟期提前，白紅2號提前的時(shí)間分別為3，1和5 d，唐山紅小豆提前的時(shí)間分別為12，8和14 d，同時(shí)，2個(gè)品種的開花累計(jì)促進(jìn)率也顯著提高，不同生育階段短日照誘導(dǎo)使2個(gè)品種開花提早時(shí)間不同，且處理Ⅲ提前最多，處理Ⅰ次之，處理Ⅱ提前最少，晚熟品種唐山紅小豆對短日照更敏感，開花提早時(shí)間更多。

表1 短日照誘導(dǎo)對小豆發(fā)育進(jìn)程的影響Table 1 Effects of short-day photoperiod inducement on flowering parameters of adzuki bean

2.2 短日照誘導(dǎo)對小豆葉片中4種激素含量的影響

2.2.1 短日照誘導(dǎo)對小豆葉片中GA1+3含量的影響 短日照誘導(dǎo)使2個(gè)小豆品種葉片中的GA1+3含量從開花至鼓粒期呈下降趨勢，與對照相比，處理Ⅲ降低最多，處理Ⅰ次之，處理Ⅱ降低最少。白紅2號在開花期的處理Ⅰ和處理Ⅲ與對照相比明顯降低，處理Ⅱ降低不顯著，3個(gè)處理在結(jié)莢期和鼓粒期與對照相比都有一定程度降低，但差異不顯著。唐山紅小豆在開花期的處理Ⅲ與對照相比明顯降低，處理Ⅰ和處理Ⅱ降低不明顯，但3個(gè)處理在結(jié)莢期和鼓粒期與對照相比都顯著降低(圖1)。

2.2.2 短日照誘導(dǎo)對小豆葉片中ABA含量的影響 由圖2可知，短日照誘導(dǎo)使2個(gè)品種的ABA含量在3個(gè)生育階段呈升高趨勢。白紅2號在開花期的處理Ⅲ明顯高于對照，處理Ⅰ和處理Ⅱ升高不明顯，在結(jié)莢期處理Ⅰ升高不顯著，但處理Ⅱ明顯降低，處理Ⅲ明顯升高，在鼓粒期處理Ⅰ和處理Ⅲ升高不顯著，但處理Ⅱ明顯降低。唐山紅小豆在3個(gè)生育階段的處理Ⅰ和處理Ⅲ與對照相比都升高，但差異不顯著，處理Ⅱ降低，差異不明顯。

2.2.3 短日照誘導(dǎo)對小豆葉片中ZR含量的影響短日照誘導(dǎo)使白紅2號在開花期的處理Ⅰ和處理Ⅱ都顯著低于對照，處理Ⅲ升高，差異不顯著。在結(jié)莢期的處理Ⅰ和處理Ⅲ明顯升高，處理Ⅱ升高不明顯。在鼓粒期都有一定程度的升高，但差異不顯著。唐山紅小豆在開花期升高不顯著。在結(jié)莢期和鼓粒期處理Ⅲ都顯著升高，處理Ⅰ和處理Ⅱ都升高，但差異不明顯(圖3)。

圖1 短日照誘導(dǎo)對小豆葉片中GA1+3含量的影響Fig.1 Effects of short-day photoperiod inducement on GA1+3content of adzuki bean in tested cultivars

2.2.4 不同生育時(shí)期短日照對小豆葉片IAA含量的影響 短日照誘導(dǎo)使2個(gè)品種葉片中的IAA含量從開花至鼓粒期呈下降趨勢，與對照相比，處理Ⅲ降低最多，處理Ⅰ次之，處理Ⅱ降低最少。與GA1+3含量類似，白紅2號在開花期處理Ⅰ和處理Ⅲ與對照相比，顯著降低，處理Ⅱ降低不明顯，在結(jié)莢期處理Ⅲ顯著降低，處理Ⅰ和處理Ⅱ降低不明顯，在鼓粒期都下降，但差異不顯著。唐山紅小豆在開花期和結(jié)莢期的處理Ⅲ與對照相比，明顯降低，處理Ⅰ和處理Ⅱ降低不明顯，在鼓粒期處理Ⅰ和處理Ⅲ降低顯著，處理Ⅱ降低不顯著(圖4)。

圖2 短日照誘導(dǎo)對小豆葉片中ABA含量的影響Fig.2 Effects of short-day photoperiod inducement on ABA content of adzuki bean in tested cultivars

圖3 短日照誘導(dǎo)對小豆葉片中ZR含量的影響Fig.3 Effects of short-day photoperiod inducement on ZR content of adzuki bean in tested cultivars

圖4 短日照誘導(dǎo)對小豆葉片中IAA含量的影響Fig.4 Effects of short-day photoperiod inducement on IAA content of adzuki bean in tested cultivars

2.3 短日照誘導(dǎo)對小豆葉片中GA1+3/ABA，ZR/ABA，IAA/ABA和(ZR+GA1+3)/ABA的影響

2.3.1 短日照誘導(dǎo)對小豆葉片中GA1+3/ABA的影響 短日照誘導(dǎo)使2個(gè)品種的GA1+3/ABA在3個(gè)生育階段都降低，其中處理Ⅲ降低最多，處理Ⅰ次之，處理Ⅱ降低最少。白紅2號在開花期的處理Ⅰ和處理Ⅲ與對照相比，明顯下降，處理Ⅱ降低不明顯，在結(jié)莢期和鼓粒期各個(gè)處理與對照相比都降低，但差異不顯著。唐山紅小豆在開花期和鼓粒期的處理Ⅲ顯著降低，其余處理降低不顯著，結(jié)莢期的3個(gè)處理與對照相比都顯著降低(表2)。

表2 短日照誘導(dǎo)對小豆葉片中GA1+3/ABA的影響Table 2 Effects of short-day photoperiod inducement on GA1+3/ABA of adzuki bean in tested cultivars

2.3.2 短日照誘導(dǎo)對小豆葉片中ZR/ABA的影響 由表3可知，白紅2號在開花期的3個(gè)處理與對照相比都明顯降低，在結(jié)莢期和鼓粒期都升高，處理Ⅱ差異明顯，處理Ⅰ和處理Ⅲ差異不明顯。唐山紅小豆的3個(gè)處理在3個(gè)生育階段與對照相比都升高，在開花期處理Ⅱ顯著升高，其余處理差異不顯著，在結(jié)莢期和鼓粒期處理Ⅲ差異顯著，其余差異不明顯。

表3 短日照誘導(dǎo)對小豆葉片中ZR/ABA的影響Table 3 Effects of short-day photoperiod inducement on ZR/ABA of adzuki bean in tested cultivars

2.3.3 短日照誘導(dǎo)對小豆葉片中IAA/ABA的影響 由表4可知，短日照誘導(dǎo)使小豆葉片的IAA/ABA總體呈現(xiàn)降低趨勢。白紅2號在開花期的處理Ⅰ和處理Ⅲ顯著降低，處理Ⅱ降低不明顯，在結(jié)莢期處理Ⅱ稍有升高，處理Ⅲ顯著降低，處理Ⅰ降低不明顯，在鼓粒期，處理Ⅱ升高，其余處理降低，差異都不顯著。唐山紅小豆在開花期和結(jié)莢期的處理Ⅱ與對照相比升高，其余處理均降低，在開花期差異顯著，結(jié)莢期差異不顯著，在鼓粒期除處理Ⅲ明顯降低外，其余處理降低均不明顯。

表4 短日照誘導(dǎo)對小豆葉片中IAA/ABA的影響Table 4 Effects of short-day photoperiod inducement on IAA/ABA of adzuki bean in tested cultivars

2.3.4 短日照誘導(dǎo)對小豆葉片中(ZR+GA1+3)/ABA的影響 與GA1+3/ABA和IAA/ABA類似，短日照誘導(dǎo)使小豆葉片的(ZR+GA1+3)/ABA也呈現(xiàn)降低趨勢。與對照相比，白紅2號在開花期的處理Ⅰ和處理Ⅲ明顯降低，處理Ⅱ降低不明顯，結(jié)莢期和鼓粒期的處理Ⅱ升高，差異不顯著，其余處理降低，結(jié)莢期差異顯著，鼓粒期差異不顯著。唐山紅小豆在開花期和結(jié)莢期的處理Ⅱ升高，差異不明顯，其余處理降低，處理Ⅰ差異不顯著，處理Ⅲ差異顯著，在鼓粒期的處理Ⅲ顯著降低，其余處理降低不明顯(表5)。

表5 短日照誘導(dǎo)對小豆葉片中(ZR+GA1+3)/ABA含量的影響Table 5 Effects of short-day photoperiod inducement on(ZR+GA1+3)/ABA of adzuki bean in tested cultivars

3 討論與結(jié)論

短日照可以改變植物體內(nèi)激素含量以及激素之間的動態(tài)平衡，如短日照可大幅度提高扁豆植株體內(nèi)的 GA含量并提高 GA/ABA的比例［12］。GROCHOWSKA等［13］研究表明，蘋果各短枝內(nèi)CTK/GA比值越大，花芽分化數(shù)越多，而促花措施又可提高CTK/GA比值。韓天富等［14］的研究表明，短日照誘導(dǎo)使脫落酸(ABA)含量顯著上升，赤霉素(GA1+3)含量及GA/ABA比例明顯下降。另外，水稻穎花開放不受光照誘導(dǎo)，相反由光處轉(zhuǎn)入暗處或自然開放前的遮光能促進(jìn)穎花開放［15］。本研究發(fā)現(xiàn)，短日照誘導(dǎo)使GA1+3和IAA含量降低，ABA和ZR含量升高，同時(shí)也改變了植物激素的比例，短日照誘導(dǎo)使 ZR/ABA的比例提高，GA1+3/ABA，IAA/ABA和(ZR+GA1+3)/ABA的比例降低。這些結(jié)果說明，生長促進(jìn)和抑制的激素之間，可能是通過此消彼長的變化保持總量的相對穩(wěn)定，當(dāng)它們比例的變化達(dá)到一定程度時(shí)，將會影響小豆的發(fā)育進(jìn)程，其中，GA1+3和ABA可能起著很重要的作用。這與前人研究略有不同，推測原因可能是不同作物對光周期的感受不同，也可能是遮光的時(shí)期和和遮光的時(shí)間不同所導(dǎo)致的，其機(jī)制有待于進(jìn)一步研究。不同品種對光周期的反應(yīng)也不一樣，晚熟品種對光周期的敏感程度大于早熟品種，但內(nèi)源激素的變化趨勢大致相同，晚熟品種唐山紅小豆的GA1+3/ABA在開花期和鼓粒期都高于早熟品種白紅2號，這能夠反映出晚熟品種在受到短日照誘導(dǎo)后可提前開花和成熟，激素含量的變化可能涉及植株體內(nèi)的某些生理生化變化而導(dǎo)致發(fā)育速度的改變。這些內(nèi)在變化機(jī)制需深入研究。

花莢脫落是影響小豆產(chǎn)量的制約因素。目前，育種工作中的花期不遇以及生產(chǎn)上正常成熟前的自然災(zāi)害也給小豆的產(chǎn)量造成巨大損失，這就涉及到小豆的花期和成熟期，小豆屬于一種典型的短日照雜糧作物［16］，因此，利用人工控制光周期來調(diào)控小豆的花期和成熟期具有重要實(shí)踐意義?，F(xiàn)在，在某些作物上已經(jīng)應(yīng)用化學(xué)調(diào)控來控制開花期，如上午以0.4 ～ 4.0 mmol·L－1的茉莉酸甲酯(MeJA)和茉莉酸(JA)處理離體稻穗后，可在30 min內(nèi)誘導(dǎo)水稻穎花大量開放［17］，同時(shí)茉莉酸甲酯(MeJA)對高粱、蘇丹草［18］，黑麥草［19］，小麥、黑麥、高羊茅草［20］，谷子［21］等多種禾本科植物的穎花開放表現(xiàn)出普遍的誘導(dǎo)效應(yīng)。因此，在研究了不同生育階段小豆葉片內(nèi)源激素變化的基礎(chǔ)上，在不同的發(fā)育階段化學(xué)調(diào)控小豆的開花期和成熟期具有重要意義。

綜上所述，短日照誘導(dǎo)可以改變小豆葉片的激素含量和動態(tài)平衡，小豆在子葉破土就可以感受光周期，只是在不同的時(shí)期感受光周期的敏感程度不同，所以，在不同生育階段短日照誘導(dǎo)使小豆葉片的激素含量有不同程度的變化，促進(jìn)植物生長的激素GA1+3和IAA含量降低，加速植物成熟和衰老的激素ABA和ZR含量升高，同時(shí)短日照誘導(dǎo)也改變了小豆葉片激素的比例，ZR/ABA呈升高趨勢，GA1+3/ABA，IAA/ABA和(ZR+GA1+3)/ABA呈降低趨勢。由此可見，激素含量的變化可使小豆的開花期和成熟期提前。這些結(jié)論對于開花期和成熟期的人工調(diào)控以及避免自然災(zāi)害具有重要指導(dǎo)意義。

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