分根交替灌溉处理枳的根系形态和内源激素含量变化

张艺灿， 曹国勇， 邹英宁*

(1.长江大学 园艺园林学院， 湖北 荆州 434025； 2.长江大学 根系生物学研究所， 湖北 荆州 434025)

分根交替灌溉处理枳的根系形态和内源激素含量变化

张艺灿1,2， 曹国勇1， 邹英宁1,2*

(1.长江大学 园艺园林学院， 湖北 荆州 434025； 2.长江大学 根系生物学研究所， 湖北 荆州 434025)

为揭示分根交替灌溉的生理机制，以2月龄枳(Poncirustrifoliata)实生苗为材料，除去其大部分主根，促发侧根后，利用分根根箱，把枳根系分成两部分，分别置于各自生长的根室中，然后对两边根室进行水分控制，分析处理后根系形态和内源激素变化。结果表明：与两根室均灌水20 mL/d比较，两根室交替灌水40 mL/d和20 mL/d处理均显著抑制了根系的长度、投影面积、表面积和体积，且两根室交替灌水20 mL/d处理要低于40 mL/d处理的根系形态。此外，交替灌溉40 mL/d和20 mL/d处理显著抑制根系茉莉酸甲酯(MeJA)和吲哚乙酸(IAA)积累，但显著地刺激根系脱落酸(ABA)和油菜素内酯(BR)含量的增加，根系赤霉素(GA)含量无显著变化。

枳； 分根交替灌溉； 内源激素； 根系形态

全世界大约20%的耕地处于干旱或者半干旱的环境，水分短缺已成为当今农业发展的重要限制因子而被广泛关注[1]。当前我国农业水分利用率明显低于世界平均水平，因此发展节水灌溉农业已成为必然的趋势[2]。

分根交替灌溉指对植物不同的根系区域进行交替供水，诱发新根的产生，并提高根系水分传导率，降低植物的蒸腾作用，从而达到节水灌溉的目的[3]。迄今为止，分根交替灌溉已经在苹果[4]、葡萄[5]、桃[6]上进行了探讨和研究，并认为分根交替灌溉可诱导灌水根域的根系增多，调控营养生长和生殖生长的平衡，提高水分利用效率，从而确保树体正常生长。事实上，许多植物的生理效应被内源激素掌控，如脱落酸(ABA)产生重要的胁迫信号调植物气孔的关闭[7]。因此，研究分根交替灌溉对植物根系内源激素含量的影响，可以揭示一些生理效应。然而，目前分根交替灌溉对柑桔内源激素的研究鲜见报道。笔者利用分根根箱，在枳实生苗上实现不同的灌溉处理，分析处理后的根系形态和内源激素变化，从而揭示分根交替灌溉的生理机制，为今后分根交替灌溉提供理论基础。

1 材料与方法

1.1 试验材料

试验材料为枳(PoncirustrifoliataL. Raf.)实生苗。2014年4月18日选取5叶龄的砂培枳幼苗，去除大部分主根，只保留大约2 cm长的主根，以便在主根上诱发侧根。将去除部分主根的枳幼苗再次移植于砂盆中进行促根诱导，保持一定的生长基质湿度。

2014年6月24日将已经促发一定侧根的枳苗移植到自行设计的玻璃分根根箱中。分根根箱高18 cm，宽10 cm，长20 cm(左右两室均为10 cm)，根箱中间采用一个15 cm的玻璃隔开，在其上方正中间挖一个大约直径为1 cm的半圆。种植时将侧根均匀分成两部分，主根直接定位在中间玻璃板的半圆弧上，侧根分别在左右两室均匀地分布。为避免水分的流失根箱各室没有打孔。栽培基质为黄棕壤，取自长江大学柑桔园，每室土壤为790 g。

1.2 试验设计

采用单因素试验设计，共设3个处理，4次重复。其中，正常灌溉，两根室灌水20 mL/d；分根交替灌溉1，两根室轮流交替灌水40 mL/d；分根交替灌溉2，两根室轮流交替灌水20 mL/d。试验在长江大学园艺园林学院玻璃温室进行。其中，玻璃温室的侧窗都打开，目的是通风降温，减少根箱土壤水分的蒸发。在水分处理过程中，20 mL/d室或40 mL/d室处理基本上不会出现根室积水现象。水分处理于6月24日开始，9月3日结束。

1.3 参数测定

将处理的枳苗小心地从根箱中取出，尽可能地减少根系伤害，洗净根系，立即使用WinRHIZO根系分析仪对根系形态参数(根系总体积、投影面积、表面积、平均直径和长度)进行分析和测定。

根系内源激素吲哚乙酸(IAA)、赤霉素(GA)、ABA、玉米素核苷(ZR)、油菜素内酯(BR)和茉莉酸甲酯(MeJA)含量采用酶联免疫吸附检测法(ELISA)[8]测定，ELISA试剂盒由中国农业大学化学作物化学控制研究中心提供，参考用户手册进行测定。

1.4 数据统计分析

运用SAS 8.1软件ANOVA过程进行处理间的差异性显著测验，采用邓肯新复极差法进行多重比较分析(P<0.05)。

2 结果与分析

2.1 枳根系的形态变化

从表1看出，正常灌溉的根系生长最好，其次是分根交替灌溉1，最差的为分根交替灌溉2。枳实生苗在这3种灌溉方式下的根系长度、投影面积、表面积和体积均存在显著差异，且表现为正常灌溉>分根交替灌溉1>分根交替灌溉2。根系平均直径正常灌溉与分根交替灌溉2间无显著差异，但两者都显著高于分根交替灌溉1。

表1 分根交替灌溉枳的根系形态

注：同列数字后不同字母表示差异显著(P<0.05)(下同)。

Note:Different lowercase letters mean significant difference (P<0.05). The same below.

表2 分根交替灌溉处理枳根系的内源激素含量

2.2 枳根系的内源激素含量

从表2可知，不同灌溉处理对枳根系GA含量无显著影响。与正常灌溉比较，2种分根交替灌溉均显著降低了枳根系IAA和MeJA的含量，但2个处理间无显著差异。2种分根交替灌溉处理的枳实生苗根系比正常灌溉的BR含量显著提高，而分根交替灌溉1和分根交替灌溉2间的根系BR含量无显著差异。在3种灌溉方式下，根系ABA含量的高低表现为分根交替灌溉1>分根交替灌溉2>正常灌溉。根系ZR含量分根交替灌溉1显著高于正常灌溉和分根交替灌溉2，而正常灌溉和分根交替灌溉2间无显著差异。

3 结论与讨论

根系是植物对土壤水分变化感知最早的部位。研究显示，交替灌溉可以促进植物如玉米的根系水平伸展和向下延伸，从而吸收深层土壤水分[9]。本研究表明，与正常的水分灌溉相比较，在根系区进行分根交替灌溉均显著降低了根系的长度、投影面积、表面积和体积，且减少分根灌溉的水分量(如分根交替灌溉2，即交替20 mL/d)也进一步抑制了根系的形态。由于使用的枳幼苗较小，侧根较少，加之根箱每室完全不透水且空间小，导致这种分根交替灌溉对枳实生苗的根系形态产生抑制效应。

植物内源激素是植物体内对土壤水分变化最敏感的生理活性物质，是植物生长发育的重要内在调节因子[10-11]。通常许多激素如ABA、IAA、ZR和GA以复杂的信号网络交互地响应水分胁迫[11]。研究表明，分根交替灌溉显著增加了根系ABA和BR的含量，也显著降低了根系IAA和MeJA的含量。这与前人在木薯[10]、苹果[11]和降香黄檀[12]上的研究结果一致。众所周知，ABA能够作为一种重要的信号物质响应干旱胁迫，对气孔运动和基因表达等有重要的调节功能[10]。分根交替灌溉作为一种水分胁迫，显著诱导了根系ABA的积累，这可能导致植物的气孔关闭，减少水分的蒸发，从而增加植物的保水能力[11-12]。枳根系IAA的减少，说明在分根灌溉下植物的生长受到限制。分根交替灌溉诱导枳根系BR含量升高，可能会促进植物的光合作用，但对叶绿素含量无显著影响[13]。分根交替灌溉并没有显著改变枳根系GA含量，说明根系GA对分根交替灌溉没有显示出强烈的响应。然而，作为根冠信息传递介质的ZR，在分根灌溉处理下得到一定升高，可能是ZR的合成增加或者向上运输受阻。

总之，在枳幼苗分根灌溉下，植物的根系形态发生了明显的抑制效应，而根系的ABA和BR含量升高，IAA和MeJA含量下降，从而在生理效应中响应这种灌溉的变化。有待进一步对田间柑桔成年树进行分根交替灌溉研究，阐明分根交替灌溉在柑桔栽培中的效应。

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[13] 韩 刚,李凯荣.油菜素内酯对干旱胁迫下山杏光合作用的影响[J].西北林学院学报,2011,26(4):27-32.

(责任编辑： 刘忠丽)

Root Morphology and Endogenous Hormone Levels in Trifoliate Orange with Root-Divided Alternative Irrigation

ZHANG Yican1,2, CAO Guoyong1, ZOU Yingning1,2*

(1.CollegeofHorticultureandGardening,YangtzeUniversity,Jingzhou,Hubei434025； 2.InstituteofRootBiology,YangtzeUniversity,Jingzhou,Hubei434025,China)

Tap root of two-month-old trifoliate orange (Poncirustrifoliata) seedlings was cut partly, in order to promote lateral roots. And then, the seedlings were divided into two equal parts of root systems, which were respectively grown in a chamber of two-chambered rootbox, and soil water was respectively controlled. The present study aimed to reveal the physiological mechanism of root-divided alternative irrigation by analyzing root morphology and endogenous hormone levels of treatments. Results:Compared with the treatment with 20 mL H2O each in two chambers, the treatment alternatively with 20 mL or 40 mL H2O each in a chamber notably decreased root length, projected area, surface area, and volume, whilst the effect of treatment alternatively with 20 mL H2O each in a chamber was more stronger than treatment alternatively with 40 mL H2O each in a chamber. In addition, the treatment alternatively with 20 mL or 40 mL H2O each in a chamber markedly inhibited root MeJA and IAA accumulation, notably promoted root ABA and BR levels, but did not alter root GA content, as compared with the treatment with 20 mL H2O each in two chambers.

trifoliate orange; root-divided alternative irrigation; endogenous hormone; root morphology

2015-04-21； 2015-11-12修回

长江大学根系生物学研究所开放基金项目“菌根改变枳根系形态和根系发育的激素机制研究”(R201401)

张艺灿(1992-)，女，在读硕士，研究方向：菌根生物技术。E-mail:18871646639@163.com

*通讯作者：邹英宁(1978-)，女，副教授，硕士，从事菌根生物技术研究。E-mail:zouyingning@163.com

1001-3601(2016)01-0034-0129-03

S666.1

A