不育紫薇‘湘韻’扦插過程中內源激素含量變化

喬中全， 王曉明， 曾慧杰， 李永欣， 蔡 能， 王湘瑩

(1.湖南省林業(yè)科學院， 湖南 長沙 410004； 2.中南林業(yè)科技大學 生命科學與技術學院， 湖南 長沙 410004)

不育紫薇‘湘韻’扦插過程中內源激素含量變化

喬中全1， 王曉明1， 曾慧杰1， 李永欣1， 蔡 能1， 王湘瑩2

(1.湖南省林業(yè)科學院， 湖南 長沙 410004； 2.中南林業(yè)科技大學 生命科學與技術學院， 湖南 長沙 410004)

以不育紫薇‘湘韻’半木質化枝條為試材，使用植物生長激素KIBA對插穗進行處理，采用酶聯免疫吸附測定法測定不同生根時期內源激素IAA、ABA、GA3、ZR含量，研究‘湘韻’紫薇扦插生根過程中內源激素含量的變化。結果表明：不育紫薇扦插生根過程中插穗內源激素含量與不定根的分化與形成密切相關，高濃度的內源IAA有利于插穗根原基分化形成及生長發(fā)育；低濃度的內源ABA有助于不育紫薇的扦插生根；高濃度的內源GA3抑制了不育紫薇插條不定根的形成；內源ZR在根原基分化形成與根的伸長兩個時期的作用不同，低濃度的內源ZR促進根原基分化形成，而較高濃度的內源ZR有利于根的伸長；高的IAA/ABA值有利于扦插過程中根原基的分化與形成，低的IAA/ABA值促進扦插過程中不定根的伸長；高水平的IAA/ZR值有助于根原基分化形成，較低的IAA/ZR值有利于不定根的伸長；低水平的GA3/ABA值有利于根原基的分化形成，較高的GA3/ABA值促進不定根的伸長。

不育紫薇‘湘韻’； 扦插； 內源激素

不育紫薇‘湘韻’(Lagerstroemiaindica‘Xiang Yun’)是湖南省林業(yè)科學院選育出來的紫薇新品種，花期長達120多天，花色為粉紅色，不育。‘湘韻’具有不育的特性，減少了營養(yǎng)物質的消耗，因此增加了后期開花量與生長量，具有很高的觀賞價值與應用前景。

目前國內關于紫薇扦插技術的研究已有很多報道，例如宋滿坡等[1]以‘玫紅’紫薇、‘矮化紫薇’為材料，研究了不同質量濃度的生根劑在紫薇扦插生根過程中的影響；朱志祥等[2]以‘Lagerstroemiafauriei’為研究材料，研究了不同因子在紫薇扦插過程中對生根及生長的影響；王曉明等[3]研究了美國紅葉紫薇扦插繁殖技術，關于不育紫薇扦插過程中內源激素變化的研究尚未見報道。本研究以不育紫薇‘湘韻’半木質化枝條為試材，使用植物生長激素KIBA對插穗進行處理，應用酶聯免疫吸附測定法對紫薇扦插生根過程中不同生根時期的內源激素IAA、ABA、GA3、ZR的含量進行測定，研究‘湘韻’紫薇扦插生根過程中內源激素含量變化及其相互平衡關系，旨在探明不育紫薇扦插生根的生化機理，為不育紫薇扦插繁殖技術的建立奠定基礎。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

插穗采自湖南省林業(yè)科學院試驗林場紫薇園內生長健壯的不育紫薇‘湘韻’的半木質化枝條，扦插試驗在全光照自動間歇噴霧大棚中進行。植物生長激素是吲哚丁酸鉀鹽(KIBA)。

1.2 試驗方法

選擇母株上無病蟲害、生長健壯的枝條，并將枝條及時剪成5～10 cm插條，每個插條上保留2個葉片，為減少水分的蒸騰，將保留的葉片剪去1/2。扦插基質為泥炭土+珍珠巖(8∶2)，先將裝滿基質的營養(yǎng)缽澆透消毒水，然后將KIBA 2 000 mg/L處理過的插條插入營養(yǎng)缽中，最后將營養(yǎng)缽放在大棚的苗床上，以未處理過的插條作為對照。

扦插當日取樣1次，扦插后根據其生長情況，每隔1天取樣1次，液氮保存，共取樣6次。采用酶聯免疫吸附測定法(ELISA)測定不同的內源激素含量，根據其顯色值的logit值從圖上查出其所含激素質量濃度(ng/mL)的自然對數，再經過反對數即可知其激素的質量濃度(ng/mL)。根據質量濃度再計算樣品中激素的含量(ng/g)。

2 結果與分析

2.1 內源IAA在扦插生根過程中的變化

不定根的形成一般分為兩個時期，即根原基分化形成期和根原基生長發(fā)育期[4]。在不育紫薇‘湘韻’扦插生根過程中，插穗扦插后0～3天為根原基分化形成的前期，3～5天為根原基分化形成期，6～11天為根原基的生長發(fā)育期。

大量研究認為內源IAA是促進不定根形成的主要激素[5]，內源IAA與根原基的發(fā)生密切相關，與新的形成層位點誘導和第1次細胞分裂的啟動有關[6-7]。由圖1可見，不育紫薇‘湘韻’扦插后第1～5天，在外源激素KIBA的誘導下，內源IAA的質量濃度急劇增長，第5天達到峰值，從最初插穗中的4 205.67 ng/g，增加到6 589.57 ng/g，增長了56.68 %。而對照在扦插初期(1～5天)的內源IAA含量則呈緩慢增加的趨勢。扦插后第1～5天，處理的內源IAA平均質量濃度為5 476.07 ng/g，對照的內源IAA平均質量濃度為4 410.09 ng/g，處理比對照高19.5%，說明不育紫薇‘湘韻’在扦插生根過程中較高濃度的內源IAA有利于根原基分化形成。在不定根的伸長時期，處理的內源IAA含量下降，扦插第9天降到最低點，質量濃度為4 234.2 ng/g，隨后回升，而對照的內源IAA含量變化不大，有小幅回升，反映了根原基的分化形成和不定根的伸長兩個時期對內源IAA的需求量不同，較高濃度內源IAA有利于扦插過程中根原基的分化與形成，這跟Lavel PH等人報道的歐州甜櫻桃(Prunusavium)外植體根原基生長發(fā)育期的內源IAA含量變化一致[8]。

圖1 扦插生根過程中內源IAA的變化Fig.1 Change of endogenous hormones IAA in rooting

2.2 內源GA3在扦插生根過程中的變化

大量實驗數據表明，赤霉素(GA3)在植物扦插生根過程中抑制不定根的形成，即使是低質量濃度(10-8mo1/L)的GA3也抑制不定根形成[9-10]。GA3抑制不定根形成可能有多條途徑，一是GA3抑制形成根原基細胞的分裂[11]；二是GA3阻礙生長素誘導的根原基進一步生長發(fā)育[12]。由圖2可見，在不育紫薇‘湘韻’扦插生根過程中，GA3含量的變化大體呈現出“升高-降低-升高”的趨勢。扦插后第0～3天(根原基分化形成之前)，處理和對照的內源GA3含量都增加，處理的內源GA3質量濃度增長比較快，由起初的1 541.71 ng/g，增長到3 414.66 ng/g，增長了121.5%；而對照的內源GA3則增長緩慢，由起初的1 541.71 ng/g，增長到1 829.85 ng/g，增長了18.7%。在根原基分化形成期(扦插后第3～5天)，處理與對照的內源GA3質量濃度變化趨勢完全相反，處理組快速下降，由起初的3 414.66 ng/g，下降到2 645.77 ng/g，下降了22.5%；對照組則快速增長，由起初的1 829.85 ng/g，增長到2 901.33 ng/g，增長了58.6%。在不定根的伸長時期，對照和處理都持續(xù)下降；下降趨勢在第7天后開始變緩，第9天后，隨著不定根快速伸長，兩者的內源GA3含量均開始回升，但處理比對照的內源GA3增長的多些。這說明低含量的內源GA3在扦插生根過程中有利于根原基的分化形成。

圖2 扦插生根過程中內源GA3的變化Fig.2 Change of endogenous hormones GA3 in rooting

2.3 內源ABA在扦插生根過程中的變化

ABA對植物生根起著重要作用，是植物體內的天然抑制性激素，它能抑制頂芽生長，有利于植物體內營養(yǎng)物質的積累和運輸[5]。由圖3可以看出，處理的不育紫薇內源ABA含量明顯低于對照，扦插后第0～7天對照的內源ABA質量濃度逐步增加，在第7天達到最高值3 743.41 ng/g，并維持在高位，隨后開始下降。處理的內源ABA含量在扦插后第0～5天也逐步增長，但明顯低于對照組，最高質量濃度為2 437.87 ng/g，與對照相比減少了34.9%；處理的內源ABA在不定根的伸長時期有明顯下降，這說明低質量濃度的內源ABA有利于不育紫薇‘湘韻’插穗生根。

2.4 內源ZR在扦插生根過程中的變化

實驗研究表明，細胞分裂素(ZR)主要作用是抑制植物根原基的分化與形成[13-14]。由圖4可以看出，扦插后第0～3天(根原基分化形成之前)，處理與對照比最初插穗的內源ZR含量略微增加，兩者的ZR含量差別不大；進入到根原基分化形成期，處理的內源ZR質量濃度由528.87 ng/g下降到326.25 ng/g，下降了38.3%；對照內源ZR含量卻持續(xù)增長，在不定根伸長初期(扦插后第6-7天)，處理的內源ZR含量沒有什么變化，保持低水平，而對照卻大幅下滑至低谷，隨后先升后降，兩者差距不大。以上說明，根原基分化形成期受內源ZR的影響比不定根伸長的時期大，較低質量濃度的內源ZR有利于不育紫薇‘湘韻’扦插根原基的分化形成，跟唐玉林等人的實驗結果一致[15]。

圖3 扦插生根過程中ABA的變化Fig.3 Change of endogenous hormones ABA in rooting

圖4 扦插生根過程中ZR的變化Fig.4 Change of endogenous hormones ZR in rooting

2.5 IAA/ABA值在扦插生根過程中的變化

普遍認為不定根的形成與植物激素間相互平衡及含量密切相關。由圖5可以看出，不育紫薇‘湘韻’扦插過程中，在扦插后第1～5天，處理的IAA/ABA值增加，在扦插后第5天達到峰值，而對照的IAA/ABA值則緩慢降低，說明不育紫薇‘湘韻’扦插過程中根原基的分化形成階段需要有較高的IAA/ABA值。在不定根的伸長時期，對照的內源IAA/ABA值變化不大，小幅回升，而處理IAA/ABA值降低，扦插后第9天達到最低點，隨后小幅回升，說明了在不育紫薇‘湘韻’扦插生根過程中根原基的分化形成和不定根的伸長兩個時期對IAA/ABA值不同，較高的IAA/ABA值有利于扦插過程中根原基的分化與形成，低水平的IAA/ABA值促進扦插過程中不定根的伸長。

2.6 IAA/ZR值在扦插生根過程中的變化

大量實驗證實，植物扦插生根過程不僅與內源IAA和內源ZR含量有關，而且與兩者的比值變化關系更密切，IAA/ZR值對植物不定根的形成有一定的調節(jié)作用。從圖6可見，在不育紫薇‘湘韻’扦插過程中，扦插后第1～5天，處理的IAA/ZR值急劇上升，扦插后第5天出現峰值；而對照的IAA/ZR值則緩慢降低，說明外源激素KIBA刺激插穗中IAA/ZR值升高，根原基的分化形成階段需要較高IAA/ZR值。在不定根伸長期，處理的IAA/ZR值下降，扦插后第9天達到最低點，隨后回升，對照的IAA/ZR值變化不大，小幅回升，這表明，高的IAA/ZR值促進根原基分化形成，低的IAA/ZR值有助于不定根的伸長。

圖5 扦插生根過程中IAA/ABA的變化Fig.5 Change of IAA/ABA in rooting

圖6 扦插生根過程中IAA/ZR的變化Fig.6 Change of IAA/ZR in rooting

2.7 GA3/ABA值在扦插生根過程中的變化

大量研究證明，ABA能增加不定根的發(fā)根率及根長，GA3則抑制扦插過程中不定根的形成，內源ABA為內源GA3的天然拮抗劑，并且GA3/ABA值跟不定根的形成密切相關。由圖7可見，不育紫薇‘湘韻’扦插生根過程中，對照與處理的GA3/ABA值變化不同。在進入根原基分化形成之前(扦插后第0～3天)，處理的GA3/ABA值急劇上升，對照的GA3/ABA值下降；在根原基分化形成期(扦插后第3～5天)，處理的GA3/ABA值下降，對照的GA3/ABA值上升；在不定根伸長階段(扦插后第6～11天)，處理的GA3/ABA值呈緩慢增長趨勢，對照的GA3/ABA值先下降后緩慢上升。此結果說明低水平的GA3/ABA值有利于不育紫薇‘湘韻’扦插生根過程中根原基的分化形成，較高的GA3/ABA值促進不定根的伸長。

圖7 扦插生根過程中GA3/ABA的變化Fig.7 Change of GA3/ABA in rooting

3 結論與討論

本文通過研究不育紫薇扦插生根過程中內源激素含量的變化，探究了不育紫薇‘湘韻’扦插生根的生理生化機理。研究結果表明，不育紫薇在扦插生根過程中，插條的內源IAA、GA3、ZR和ABA含量及其相互間的平衡關系與不定根形成與生長密切相關。低濃度的內源ABA及較高濃度的內源IAA有利于根原基分化和生根；高濃度的GA3抑制插條不定根的形成。外源生長調節(jié)劑KIBA可促進內源IAA的合成，抑制內源ABA合成及降低GA3的含量。因此，使用KIBA速蘸插條基部，可促進其生根。在扦插生根過程中，內源ZR在不同時期的作用不同，李永欣等[16]認為在根原基生長發(fā)育期需要較高濃度的ZR，而在根原基分化形成期則需要較低濃度的ZR。較高的IAA/ABA值有利于扦插過程中根原基的分化與形成，低水平的IAA/ABA值促進扦插過程中不定根的伸長；高的IAA/ZR值促進根原基分化形成，低的IAA/ZR值有助于不定根的伸長；低水平的GA3/ABA值有利于不育紫薇‘湘韻’扦插生根過程中根原基的分化形成，較高的GA3/ABA值促進不定根的伸長。

本研究利用不育紫薇‘湘韻’的半木質化枝條進行扦插生根機理研究，獲得一定數據，為不育紫薇扦插繁殖技術的建立奠定一定基礎。研究植物扦插生根的機理是一項復雜的工程，影響生根的生理生化因素是多方面的，其它的生理生化指標有待進一步研究。

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(文字編校：張 珉)

ChangesofendogenoushormonesduringLagerstroemiaindica‘XiangYun’cutting

QIAO Zhongquan1， WANG Xiaoming1， ZENG Huijie1， LI Yongxin1， CAI Neng1， WANG Xiangying2

(1.Hunan Academy of Forestry， Changsha 410004， China；2.School of Biological Science & Technology， Central South University of Forestry and Technology， Changsha 410004， China)

The semi-hardwood branch ofLagerstroemiaindica‘Xiang Yun’ were collected and treated with KIBA.The contents of endogenous hormones IAA，ABA，GA3and ZR were measured with ELISA in different rooting periods.The results indicated that the contents of endogenous hormones in cuttings during rooting period inLagerstroemiaindica‘Xiang Yun’ was closely related with the differentiation and formation of adventitious roots.High concentrations of endogenous IAA and low concentrations of endogenous ABA was in favor of the formation of adventitious roots.High concentrations of endogenous GA3inhibited the formation of adventitious root.Low concentrations of endogenous ZR promoted the differentiation and formation of root primordial，while high concentrations of endogenous ZR promoted the root elongation.High IAA/ABA，IAA/ZR and low GA3/ABA promoted the differentiation and formation of root primordial.Low IAA/ABA，IAA/ZR and high GA3/ABA promoted the root elongation.

Lagerstroemiaindica‘Xiang Yun’； cuttings； endogenous hormones

2014-11-06

長沙市科技計劃重點項目“南方珍貴木本花卉新品種繁育與產業(yè)化示范”(051003-22)；湖南省林業(yè)科學院青年科研創(chuàng)新基金項目“不育紫薇不育機理的研究”(2013LQJ04)。

喬中全(1985-)，男，山東省曹縣人，實習研究員，主要從事林木遺傳育種、栽培與生物技術研究。

S 685.99

A

1003 — 5710(2015)01 — 0049 — 05

10. 3969/j. issn. 1003 — 5710. 2015. 01. 012