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吲哚丁酸对核桃嫩枝扦插生根及内源激素变化的影响

刘昊 宋晓波 周乃富 马庆国 裴东

刘昊, 宋晓波, 周乃富, 马庆国, 裴东. 吲哚丁酸对核桃嫩枝扦插生根及内源激素变化的影响[J]. 浙江农林大学学报, 2017, 34(6): 1038-1043. doi: 10.11833/j.issn.2095-0756.2017.06.010
引用本文: 刘昊, 宋晓波, 周乃富, 马庆国, 裴东. 吲哚丁酸对核桃嫩枝扦插生根及内源激素变化的影响[J]. 浙江农林大学学报, 2017, 34(6): 1038-1043. doi: 10.11833/j.issn.2095-0756.2017.06.010
LIU Hao, SONG Xiaobo, ZHOU Naifu, MA Qingguo, PEI Dong. Adventitious root formation with IBA and endogenous hormones dynamics in walnut soft-cuttings[J]. Journal of Zhejiang A&F University, 2017, 34(6): 1038-1043. doi: 10.11833/j.issn.2095-0756.2017.06.010
Citation: LIU Hao, SONG Xiaobo, ZHOU Naifu, MA Qingguo, PEI Dong. Adventitious root formation with IBA and endogenous hormones dynamics in walnut soft-cuttings[J]. Journal of Zhejiang A&F University, 2017, 34(6): 1038-1043. doi: 10.11833/j.issn.2095-0756.2017.06.010

吲哚丁酸对核桃嫩枝扦插生根及内源激素变化的影响

doi: 10.11833/j.issn.2095-0756.2017.06.010
基金项目: 

国家林业公益性行业科研专项 201304712

国家自然科学基金资助项目 31672126

详细信息
    作者简介: 刘昊, 博士研究生, 从事经济林生物技术研究。E-mail:glkl@163.com
    通信作者: 裴东, 研究员, 博士, 从事经济林学研究。E-mail:peigu@caf.ac.cn
  • 中图分类号: S718.4

Adventitious root formation with IBA and endogenous hormones dynamics in walnut soft-cuttings

  • 摘要: 植物激素是调控不定根形成的重要因素。通过测定胡桃Juglans复幼嫩枝扦插过程内源激素的质量分数变化,分析植物生长调节剂诱导对内源激素的影响,为探讨植物激素对不定根发生提供参考。以胡桃品种‘中宁盛’‘Zhongningsheng’复幼插穗为试验材料,利用高效液相色谱串联质谱法,测定外源吲哚丁酸(IBA)诱导处理下插穗基部内源激素变化,并统计生根情况。结果表明:外源IBA诱导处理对插穗生根影响显著。经IBA诱导的嫩枝插穗生根率高达98.1%,对照处理没有生根,死亡率达75.5%;发根过程经历了形成层增厚、分生组织细胞团产生、根原基初始细胞发生、根原基形成和根的发育等阶段,外部形态表现为增粗、开裂;与对照组相比,扦插后内源激素变化明显,吲哚乙酸(IAA)先升高,并于第5天达到峰值,之后降低;赤霉素(GA3)变化趋势与IAA一致;脱落酸(ABA)则是先降低后上升;玉米素(ZT)前期没有明显变化,根原基诱导后明显升高。外源生长素的诱导提高了嫩枝插穗IAA的水平,改变了内源激素质量分数,促进了不定根的形成。
  • 图  1  核桃嫩枝生根过程中插穗基部形态变化

    Figure  1  Morphological changes of the soft-wood cuttings base during walnut rooting

    图  2  核桃嫩枝生根过程中插穗基部解剖结构变化

    Figure  2  Anatomical structure changes of the soft-wood cuttings base during walnut rooting

    图  3  核桃嫩枝生根过程中插穗内源激素质量分数变化

    Figure  3  Dynamic changes of endogenous hormonesin the rooting process of walnut soft-wood cuttings

    图  4  核桃嫩枝生根过程中插穗内源激素比值的变化

    Figure  4  Change of the endogenous hormone ratio during rooting process of walnut soft-wood cuttings

    表  1  IBA处理对核桃嫩枝扦插生根的影响

    Table  1.   Effects of IBA on the rooting of walnut soft-wood cuttings

    处理 切口愈伤率/% 死亡率/% 生根率/%
    对照组 0 b 75.5 b 0 b
    试验组 93.5 a 0 a 98.1 a
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出版历程
  • 收稿日期:  2017-02-10
  • 修回日期:  2017-03-29
  • 刊出日期:  2017-12-20

吲哚丁酸对核桃嫩枝扦插生根及内源激素变化的影响

doi: 10.11833/j.issn.2095-0756.2017.06.010
    基金项目:

    国家林业公益性行业科研专项 201304712

    国家自然科学基金资助项目 31672126

    作者简介:

    刘昊, 博士研究生, 从事经济林生物技术研究。E-mail:glkl@163.com

    通信作者: 裴东, 研究员, 博士, 从事经济林学研究。E-mail:peigu@caf.ac.cn
  • 中图分类号: S718.4

摘要: 植物激素是调控不定根形成的重要因素。通过测定胡桃Juglans复幼嫩枝扦插过程内源激素的质量分数变化,分析植物生长调节剂诱导对内源激素的影响,为探讨植物激素对不定根发生提供参考。以胡桃品种‘中宁盛’‘Zhongningsheng’复幼插穗为试验材料,利用高效液相色谱串联质谱法,测定外源吲哚丁酸(IBA)诱导处理下插穗基部内源激素变化,并统计生根情况。结果表明:外源IBA诱导处理对插穗生根影响显著。经IBA诱导的嫩枝插穗生根率高达98.1%,对照处理没有生根,死亡率达75.5%;发根过程经历了形成层增厚、分生组织细胞团产生、根原基初始细胞发生、根原基形成和根的发育等阶段,外部形态表现为增粗、开裂;与对照组相比,扦插后内源激素变化明显,吲哚乙酸(IAA)先升高,并于第5天达到峰值,之后降低;赤霉素(GA3)变化趋势与IAA一致;脱落酸(ABA)则是先降低后上升;玉米素(ZT)前期没有明显变化,根原基诱导后明显升高。外源生长素的诱导提高了嫩枝插穗IAA的水平,改变了内源激素质量分数,促进了不定根的形成。

English Abstract

刘昊, 宋晓波, 周乃富, 马庆国, 裴东. 吲哚丁酸对核桃嫩枝扦插生根及内源激素变化的影响[J]. 浙江农林大学学报, 2017, 34(6): 1038-1043. doi: 10.11833/j.issn.2095-0756.2017.06.010
引用本文: 刘昊, 宋晓波, 周乃富, 马庆国, 裴东. 吲哚丁酸对核桃嫩枝扦插生根及内源激素变化的影响[J]. 浙江农林大学学报, 2017, 34(6): 1038-1043. doi: 10.11833/j.issn.2095-0756.2017.06.010
LIU Hao, SONG Xiaobo, ZHOU Naifu, MA Qingguo, PEI Dong. Adventitious root formation with IBA and endogenous hormones dynamics in walnut soft-cuttings[J]. Journal of Zhejiang A&F University, 2017, 34(6): 1038-1043. doi: 10.11833/j.issn.2095-0756.2017.06.010
Citation: LIU Hao, SONG Xiaobo, ZHOU Naifu, MA Qingguo, PEI Dong. Adventitious root formation with IBA and endogenous hormones dynamics in walnut soft-cuttings[J]. Journal of Zhejiang A&F University, 2017, 34(6): 1038-1043. doi: 10.11833/j.issn.2095-0756.2017.06.010
  • 扦插是目前繁育无性系砧木的常用方式,效率高,成本低,且能保持砧木的优良性状。对于难生根树种的无性繁殖,扦插时往往需使用植物生长调节剂进行诱导;研究发现生长素处理插穗可诱生根原基进而诱导扦插枝条生根[1-2]。生长素类物质,如吲哚丁酸(IBA)和萘乙酸(NAA),外施于插穗基部时能够明显提高不定根的发生率[3-4],显著影响和改变内源生长素水平;激素水平是影响扦插不定根发生的重要因素[5-6],内源激素的含量变化,会刺激不定根发生的启动。胡桃Juglans又名核桃,其属植物普遍难生根,复幼处理可以使插穗具备生根能力,但在扦插时还必须施加外源生长素方能生根[7]。本试验以经复幼处理的核桃品种‘中宁盛’‘Zhongningsheng’嫩枝插穗为试材,分析施加IBA处理对插条生根的影响,测定扦插生根过程中插穗基部的内源激素变化,初步探讨内源激素动态变化及相互作用与不定根形成的关系,为研究核桃嫩枝扦插繁殖和生根生理机制提供参考。

    • 供试材料为经复幼处理的核桃品种‘中宁盛’半木质化嫩枝插穗,要求长势一致、无病虫害。

      参考宋晓波[8]方法,试验组用5.0 g·L-1的IBA溶液速蘸插穗基部10 s,对照组以清水速蘸,扦插枝条50根·处理-1,并重复3次。扦插基质以V(黄土):V(牛粪):V(河沙)=1:1:1配置混合,扦插前5 d装入营养钵,并用质量浓度为0.5%的高锰酸钾喷淋消毒后备用。插穗制备好后放置数分钟待基部表面溶液挥发后,竖直插于营养钵中,深度5 cm。扦插后浇水,并隔7 d喷洒质量浓度为1.0 g·L-1的高锰酸钾溶液消毒。保持扦插环境温度为18~35 ℃,相对湿度70%以上。

      扦插前0 d和扦插后1,3,5,7,9 d随机采集插穗,3条·处理-1,重复3次,共取样6次。迅速用蒸馏水将插穗基部冲洗干净并用滤纸擦干,迅速截取穗条基部底端茎段约1 cm,用锡纸包裹放入液氮冷冻保存。样品转移至实验室后,加入液氮快速研磨并冷冻干燥,-80 ℃下保存备用。

    • 扦插后,1次·d-1观察插穗形态变化,拍照,记录生根进程。扦插至20 d时,检测插穗的生根数量和生根情况,统计生根率。

    • 扦插后每隔1 d取样,重复3次,共取样8次。截取插穗基部1 cm长的茎段用甲醛-醋酸-乙醇固定液(FAA)固定,参照叶宝兴等[9]的方法并作改动,制作石蜡切片。番红固绿染色,加拿大树胶封片,OLYMPUS光学显微镜观察并拍照。

    • 采用高效液相色谱-四级杆离子阱串联质谱仪(HPLC-MS/MS Q-TRAP)测定。内源激素提取参照贾鹏禹等[10]方法略作改动,称取冻干粉0.1 g·样本-1,萃取获得上清液用于激素质量分数(鲜质量)测定。数据用Analyst 1.5数据处理软件(美国Applied Biosystem公司)处理与分析。

    • 应用Excel 2007软件进行数据整理和绘图,使用SPSS 18.0软件进行t检验分析。激素检测值以取平均值±标准差表示。

    • 扦插20 d后,测量核桃复幼插穗生根情况。由表 1可知:试验组生根率高达98.1%,对照完全没有生根,且大部分死亡。说明有无IBA处理,切口愈伤率、植株死亡率和插穗的生根率差异显著。

      表 1  IBA处理对核桃嫩枝扦插生根的影响

      Table 1.  Effects of IBA on the rooting of walnut soft-wood cuttings

      处理 切口愈伤率/% 死亡率/% 生根率/%
      对照组 0 b 75.5 b 0 b
      试验组 93.5 a 0 a 98.1 a
    • 扦插后3 d,插穗基部部分表皮褐化(图 1A);扦插后5 d,试验组部分插穗基部膨大,个别皮孔有外凸甚至开裂迹象(图 1B);扦插后7 d至9 d,试验组插穗基部膨大,切口附近沿茎开裂,开口处有白色絮状组织,不定根开始发生(图 1C);扦插至15 d时,不定根突破表皮,开始伸长生长(图 1D)。对照组插穗扦插至15 d时,插穗基部表皮褐化,未生根。

      图  1  核桃嫩枝生根过程中插穗基部形态变化

      Figure 1.  Morphological changes of the soft-wood cuttings base during walnut rooting

    • 相比于对照,经IBA诱导的嫩枝插穗基部组织结构变化明显。图 2为试验组插穗基部横切片,可以发现扦插后3 d,插穗基部形成层开始迅速分裂,并明显增厚(图 2A);扦插后5 d,部分增厚的形成层细胞进一步发育,在韧皮部形成团状的分生组织(图 2B);扦插至7 d时,根原基分生组织进一步分裂分化成初始根原基细胞(图 2C),扦插至9 d时,初始根原基细胞在韧皮部发育为圆顶状的根原基(图 2D);至扦插15 d时,不定根形成并突破表皮(图 2E)。

      图  2  核桃嫩枝生根过程中插穗基部解剖结构变化

      Figure 2.  Anatomical structure changes of the soft-wood cuttings base during walnut rooting

    • 嫩枝扦插后插穗中IAA质量分数迅速上升。由图 3A可知:对照组在1 d时,IAA质量分数达到峰值,为857.0 ng·g-1,此后下降。试验组IAA质量分数在扦插5 d时升到峰值,为1 395.0 ng·g-1;此时,插穗基部增粗,出现开裂,说明诱导不定根原基生成。

      图  3  核桃嫩枝生根过程中插穗内源激素质量分数变化

      Figure 3.  Dynamic changes of endogenous hormonesin the rooting process of walnut soft-wood cuttings

    • 嫩枝扦插后插穗中ABA质量分数变化如图 3B所示。扦插后插穗的内源ABA质量分数迅速下降,但对照组在3 d时开始回升,并在之后一直保持上升趋势;试验组则持续下降,至5 d时达到最低之后迅速上升,并在7 d时达到峰值56.6 ng·g-1,至9 d后逐渐下降。

    • 扦插后7 d插穗的内源GA3质量分数变化趋势大体呈“升高—降低”趋势(图 3C),并在5 d时达到峰值,试验组最高为17.1 ng·g-1,对照组最高为11.1 ng·g-1。不同的是试验组在7 d后GA3质量分数再次上升,而对照则持续下降。

    • ZT质量分数的变化图 3D所示。扦插后3 d,试验组和对照组内源ZT质量分数变化不明显;3 d后试验组ZT质量分数开始上升,9 d时达到298.5 ng·g-1,而对照组一直无明显变化,只在7 d后略微升高,9 d时仅达到30.9 ng·g-1

    • 图 4A可知:试验组wIAA/wABA比值在扦插后升高,至5 d时达129.1,之后急剧下降,但7 d后又缓慢上升;对照组wIAA/wABA比值在扦插后1 d时达到最高值为43.5,而后持续下降。

      图  4  核桃嫩枝生根过程中插穗内源激素比值的变化

      Figure 4.  Change of the endogenous hormone ratio during rooting process of walnut soft-wood cuttings

    • 图 4B可知:试验组wIAA/wGA3比值呈现“M”型变化趋势,并在3 d时达第1个峰值为103.9,7 d达第2个峰值为108.5。与试验组相比,对照组wIAA/wGA3比值在扦插后1 d时达到最高值为119.7,此后迅速下降,至3 d时后下降速度放缓。

    • 图 4C可以看出:试验组wIAA/wZT呈现先升高后降低变化趋势,扦插后3 d时wIAA/wZT达峰值为60.1,之后至9 d时持续下降。对照组wIAA/wZT比值也呈现同样的变化趋势,不同之处在扦插后1 d时即达到峰值42.4,后转为下降。

    • 外源生长素的诱导可以调节内源激素的水平,间接影响不定根的形成及根系的形成和发育[11-12];而内源激素水平的高低则直接与插穗生根能力密切相关[13],同时多激素的相互作用也是调控生根的关键[14]。核桃是难生根树种,早先研究表明:核桃成龄嫩枝扦插几乎不能生根[7-8]。本研究以经过复幼处理的嫩枝为试材,用外源IBA诱导其生根,发现不定根发生率达到98.1%,而对照生根率为0,表明外源生长素的诱导对核桃嫩枝发根至关重要。

      大量试验表明:生长素是促进不定根发生的主要因素[15-17],生长素峰值的出现往往会诱导根原基的发生[16]。本研究结果发现:外源IBA诱导下的插穗在扦插5 d后IAA鲜质量分数出现高峰(图 3A),结合显微观察发现5 d时根分生组织发生(图 2B),7 d时初始根原基细胞团形成(图 2C),9 d时不定根原基产生(图 2D),说明施加外源生长素明显提高了内源IAA的水平,从而促进了不定根原基细胞的形成。

      脱落酸通常被认为是不定根发生的抑制剂[18],其调控不定根的发生是通过与IAA的平衡共同起作用,较高的wIAA/wABA能促进不定根的形成[19]。本研究发现无论试验组对照组,受切伤和水分胁迫所致,扦插初期插穗ABA水平较高,扦插后迅速下降,根原基产生后又有所升高;wIAA/wABA峰值出现在根原基发生阶段,说明相对较低水平的脱落酸可以促进不定根的形成。

      有研究认为:较高水平内源赤霉素对不定根发生有抑制作用[20],赤霉素高表达后可通过影响生长素的运输而抑制不定根发生[21]。本研究发现:IBA诱导后的插穗自扦插伊始至根原基产生,期间GA3与IAA呈协同上升的趋势,第3天时达到第1个峰值,此时形成层开始增厚(图 2A),第7天达第2峰值,此时根原基初始细胞开始生长(图 2C);同时发现两者的比值在不定根发生阶段始终高于对照组(图 3C图 4D);由此认为核桃复幼插穗中相对较高水平的wIAA/wGA3,可能在不定根形成前期有利于形成层增厚和脱分化,而在后期对不定根原基的细胞生长有促进作用。

      关于ZT等细胞分裂素对植物不定根形成的影响,有研究认为其主要作用是抑制根原基的分化和形成,同时促进不定根的发育[22]。细胞分裂素的作用主要是调控生长素的变化;较高水平的细胞分裂素能抑制生长素极性运输载体PIN1的表达[23]。因此认为当ZT水平较高时,wIAA/wZT比值上升促进不定根原基的发生。本研究发现:经IBA诱导的插穗在扦插前期ZT质量分数相对较低,根原基开始产生后则迅速上升,与对照组差异显著;wIAA/wZT比值前高后低,至第3天达到高峰,此时正是形成层分裂增厚时期。该结果表明:核桃复幼插穗中ZT质量分数较低,外源生长素的诱导可能对ZT的影响不明显,高比值的wIAA/wZT与形成层分裂有关;而根原基发生后ZT明显增加,此时wIAA/wZT降低,说明比值下降对根的分化和发育起着促进作用。

      综上所述,施加外源吲哚丁酸可以诱导核桃复幼嫩枝不定根的发生,同时改变了内源激素的含量。然而,关于外源生长素改变内源激素含量及内源激素对生根的作用机制,还有待进一步的探索和研究。

参考文献 (23)

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