不同秋眠型紫花苜蓿内源激素含量的测定

樊文娜,李润林,王占彬,王成章

(1.河南科技大学 动物科技学院,河南 洛阳 471003;2.河南农业大学 牧医工程学院,河南 郑州 450002)

不同秋眠型紫花苜蓿内源激素含量的测定

樊文娜1,李润林1,王占彬1,王成章2*

(1.河南科技大学 动物科技学院,河南 洛阳 471003;2.河南农业大学 牧医工程学院,河南 郑州 450002)

探讨了秋眠型紫花苜蓿标准品种1级、2级和非秋眠型紫花苜蓿标准品种10级、11级在自然光照条件下内源激素ABA、IAA、GA3、ZR含量的变化。试验结果表明,光照时间、气温与秋眠类型均在一定程度上影响了紫花苜蓿内源激素的合成；ABA与IAA、GA3、ZR共同参与了对紫花苜蓿生长和秋眠的调控。

紫花苜蓿;内源激素;秋眠

紫花苜蓿(Medicagosativa)是一种多年生的豆科牧草,在国内外素有“牧草之王”的美称[1],具有悠久的栽培历史,且在世界各地广泛种植,其品种选育的关键指标秋眠性(fall dormancy, FD)的研究引起了人们的重视[2-3]。

植物体内源激素作为细胞通讯的执行者和微量的有机分子,其对植物的生长、发育、衰老、休眠、抗逆性具有极其重要的作用。植物中含有较多的激素受体,其能与激素产生很强的专一性结合,并且在与其结合后能够引起一定的生理生化反应[4]。休眠与植物体内赤霉素(Gibberellic acid, GA)和脱落酸(abscisic acid, ABA)含量的平衡相关。近期细胞生物学家扬·罗曼教授(德国海德堡大学)的科研小组发现:植物生长素和细胞分裂素有紧密的协同作用[5-6，8]。种子休眠或萌发取决于GA与ABA这两种激素的平衡[4,6]。生长素(auxin, IAA)是最早被发现的能够促进植物生长的激素。玉米素核苷(trans-Zeatin-riboside, ZR)别名玉精核糖甙,为类白至白色结晶,是细胞分裂素(cytokinin, CTK)在木质部中运输的重要形式；生长素和细胞分裂素协作可以引起细胞分裂。内休眠[7](endodormancy)即自然休眠——秋眠本质上是苜蓿对环境变化(秋天日照时间变短和温度降低)表现出的一种适应性生长特性。笔者采用秋眠型紫花苜蓿标准品种1级、2级和非秋眠型标准品种10级、11级,探讨了其在自然光照条件下内源激素含量的变化,旨在为苜蓿秋眠性的理论研究及在生产实践中应用激素调控其秋眠提供依据和参考。

1 试验材料

本试验采用4个不同秋眠型紫花苜蓿标准品种：Maverick、Vernal、UC-1887、UC-1465,它们的秋眠级(fall -dormancy class, FDC)分别为1、2、10和11级。试验材料于2013年在原阳苜蓿试验基地种植,按照不同的月份(3月、4月、6月、7月、9月)定期进行刈割,刈割14 d后采摘取样,采摘在当天10:00左右进行,从顶部摘取苜蓿第3片真叶,把叶片放入高压灭菌过的冻存管中,直接放入液氮,带回实验室后在-80 ℃冰箱中保存备用。

2 样品与数据处理

激素的测定采用间接酶联免疫吸附法(Enzyme-Linked Immuno Sorbent Assay, ELISA), ELISA试剂盒由中国农业大学作物化学控制中心提供。

统计每个处理多次重复的平均值，所有试验数据均以平均值±标准差的形式表示。采用SPSS的单因素方差分析功能,对差异显著性进行Duncan氏多重比较。

3 结果与分析

3.1 紫花苜蓿不同秋眠类型品种脱落酸ABA含量的变化

从表1可以看出：秋眠级品种Maverick的脱落酸ABA含量7月份显著高于3月、4月、6月、9月(P<0.05),9月显著高于3月、4月、6月(P<0.05),3月和6月显著高于4月(P<0.05),3月与6月差异不显著;秋眠级品种Vernal的ABA含量7月份显著高于3月、4月、6月、9月(P<0.05),3月和9月差异不显著,但显著高于4月和6月(P<0.05),4月与6月差异不显著;非秋眠品种UC-1887的ABA含量7月份显著高于3月、4月、6月、9月(P<0.05),9月显著高于3月、4月、6月(P<0.05),3月和6月显著高于4月(P<0.05),3月与6月差异不显著;非秋眠品种UC-1465的ABA含量3月、4月、6月、7月、9月差异均显著(P<0.05),以9月份最高。

表1 紫花苜蓿不同秋眠类型品种ABA含量随时间的变化 ng/g

注:同行数据后小写字母不同者表示差异显著(P<0.05)。下同。

3.2 紫花苜蓿不同秋眠类型品种IAA含量的变化

从表2可以看出：秋眠级品种Maverick的植物生长素IAA含量4月份显著高于3月、6月、7月、9月(P<0.05),6月显著高于3月、7月、9月(P<0.05),9月显著高于3月、7月(P<0.05),3月与7月差异不显著;秋眠级品种Vernal的IAA含量4月份显著高于3月、6月、7月、9月(P<0.05),6月显著高于3月、7月、9月(P<0.05),3月与9月差异不显著,但均显著高于7月(P<0.05);非秋眠品种UC-1887的IAA含量4月份显著高于3月、6月、7月、9月(P<0.05),3月和6月差异不显著,但均显著高于7月、9月(P<0.05),7月显著高于9月(P<0.05);非秋眠品种UC-1465的IAA含量3月、4月、6月、7月、9月差异均显著(P<0.05),以4月份最高。

表2 紫花苜蓿不同秋眠类型品种IAA含量随时间的变化 ng/g

3.3 紫花苜蓿不同秋眠类型品种ZR含量的变化

由表3可知：秋眠级品种Maverick的玉米素核苷ZR含量4月份显著高于3月、6月、7月、9月(P<0.05),3月和6月显著高于7月、9月(P<0.05),3月与6月差异不显著,7月显著高于9月(P<0.05);秋眠级品种Vernal、UC-1887，以及非秋眠品种UC-1887、UC-1465的ZR含量3月、4月、6月、7月、9月差异均显著(P<0.05),且均以4月份最高,9月份最低。

表3 紫花苜蓿不同秋眠类型品种ZR含量随时间的变化 ng/g

3.4 紫花苜蓿不同秋眠类型品种GA3含量的变化

从表4可以看出：秋眠级品种Maverick的赤霉酸GA3含量4月份显著高于3月、6月、7月、9月(P<0.05),3月和6月显著高于7月、9月(P<0.05),3月与6月差异不显著,7月显著高于9月(P<0.05);秋眠级品种Vernal的GA3含量4月份显著高于3月、6月、7月、9月(P<0.05),3月、6月和7月差异不显著,但均显著高于9月(P<0.05);非秋眠品种UC-1887的GA3含量3月、4月和6月显著高于7月、9月(P<0.05),3月、4月和6月差异不显著,7月显著高于9月(P<0.05);非秋眠品种UC-1465的GA3含量6月显著高于3月、4月、7月、9月(P<0.05),4月显著高于3月、7月、9月(P<0.05),7月显著高于3月、9月(P<0.05),3月、9月差异不显著。

表4 紫花苜蓿不同秋眠类型品种GA3含量随时间的变化 ng/g

在进行IAA、GA3、ZR、ABA含量测定的同时,我们对2013年3～10月采样当天的最高气温、最低气温与光照时间进行了统计。如图1所示,不管是气温还是光照时间，都呈现低-高-低的渐变趋势。

图1 3～10月气温与光照时间的变化

4 讨论与小结

在夏末、秋初，随着日照长度变短和气温下降,紫花苜蓿生长缓慢,此时脱落酸(ABA, Abscisic acid)含量逐渐增高。苜蓿在生长发育的过程中随着光照时间的延长,组织中ABA含量明显下降，说明光照时间与ABA含量间存在明显的负相关关系。在不同光照时间的环境条件下,光色素通过改变植物内源激素的含量进而调控相关基因的表达,也有可能是ABA、GA3和IAA等内源激素参与了光形态的建成。

ABA是调控紫花苜蓿生长的一种重要的植物内源激素,ABA对植物生长发育起着至关重要的调节作用,能调控植物的胚胎发育、芽生长和种子的休眠，促进果实成熟以及抵抗外界环境变化等[8]。在衰老的植物组织中,ABA含量较多,而在生长旺盛的植物组织中,其含量则较少。在外界环境对植物生长产生胁迫时,ABA含量增多,以此增强植物的抗逆性[9]。在秋天,光照时间变短,当光照时间短于某一个阈值时,ABA的含量会增高，进而引起植株机体组织的衰老、生长停滞、顶芽休眠,进入休眠状态[10-11]。本试验发现：秋眠级品种Maverick和Vernal的脱落酸ABA含量7月份显著高于其他各月的,9月份的ABA含量显著高于3月、4月、6月的;非秋眠品种UC-1887的ABA含量呈现相同的变化态势；UC-1465在9月份的ABA含量显著高于3月、4月、6月、7月的。7月份平均气温在全年中最高,为了抵抗7月份高温对苜蓿植株产生的胁迫,机体自御功能调控产生ABA；而在9月份,随着光照时间的变短,植株逐渐进入休眠状态,ABA含量也随之增加,但相较于7月份高温的影响,9月份秋眠对ABA的诱导作用较弱。

生长素IAA能促进植物插穗生根[12]。有关研究表明,适量的IAA处理可增强植物生根性状的遗传力,从而使遗传稳定性维持在较高的水平上。IAA与ABA含量呈负相关关系,它们共同调控植物的生长。本试验研究结果表明：4个品种7月、9月份的IAA含量均低于3月、4月、6月的,说明高温和休眠均影响了IAA的合成。

GA3在调节植物的株高发育方面具有重要的作用。有关研究发现EUI1基因编码P450单加氧酶,此酶参与了SLR1降解和GA3合成的反馈调控,进而影响了水稻节间生长发育[13]。用GA3处理大麦、小麦、水稻的种子,可以使其发芽时间变短。另外,经GA3处理过的种子GA3的含量增多,这可以促进植物的生长[14]。本试验结果显示, Maverick、Vernal、UC-1887在7月、9月的GA3含量均低于3月、4月、6月的；UC-1465在9月份的GA3含量显著低于3月、4月、6月、7月的。说明GA3与ABA、IAA在对紫花苜蓿秋眠的调控中存在拮抗、协同作用,它们共同调控了该作物的生长发育。

玉米素ZR可以调节植物的生长,是一种新型植物生长调节剂,能促进叶绿素产生,刺激细胞分裂，增多抗体蛋白,进而促进植物有机体的生长发育,提高植物的抗寒、抗旱、抗病能力[15]。因为ZR能促进叶绿素的产生,所有具有明显的保绿作用,能在一定程度上抑制叶绿素的降解[16]。ZR和生长素IAA的适宜比例,对组培过程中芽的产生是非常重要的,可使诱导芽转化过程变短,又能促进芽的分化和根的形成[17]。在本研究中，Maverick、Vernal、UC-1887在4月份的ZR含量均较高,而7月、9月的ZR含量均呈下降态势,且9月的下降态势比7月更明显。但相较于7月份高温的影响,9月份秋眠对ZR的诱导作用更强。

植物的生长发育受到多种内源激素的调控,这些激素之间协同与拮抗作用并存。ABA与IAA、GA3、ZR之间呈负相关的关系, IAA、GA3、ZR对植物的生长发育起促进作用,而ABA对植物的生长发育起抑制作用。GA3可以在一定程度上促进α-淀粉酶的形成,但ABA又会抑制α-淀粉酶的形成。在紫花苜蓿生长的不同时段,ABA与IAA、GA3、ZR所起的作用也不同,在紫花苜蓿生长的前期，IAA、GA3、ZR三种激素协同对紫花苜蓿起促进生长的作用。在高温和秋眠的诱导下, IAA、GA3、ZR的作用被抑制,为了抵抗7月高温和9月秋眠的不利影响,ABA的含量升高，其调控作用开始占优势；但相较于7月份高温的影响,9月份秋眠对ABA的诱导作用较弱。

综上所述,光照时间、气温与秋眠类型均在一定程度上影响苜蓿内源激素的合成, ABA与IAA、GA3、ZR共同参与了对紫花苜蓿生长与秋眠过程的调控。

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(责任编辑:黄荣华)

Measurement of Endogenous Hormone Content in Different Fall-dormancy-type Alfalfa Varieties

FAN Wen-na1, LI Run-lin1, WANG Zhan-bin1, WANG Cheng-zhang2*

(1. College of Animal Science and Technology, Henan University of Science and Technology, Luoyang 471003, China;2. College of Animal Science and Veterinary Medicine, Henan Agricultural University, Zhengzhou 450002, China)

Two fall-dormancy-type alfalfa standard varieties (fall dormancy class 1 and 2) and two fall-undormancy-type alfalfa standard varieties (fall dormancy class 10 and 11) were used as the experimental materials, and the contents of endogenous hormones (ABA, IAA, GA 3 and ZR) in their leaves under the natural light condition were researched. The experimental results showed that: the natural photoperiod, air temperature and fall-dormant type all affected the synthesis of endogenous hormones in alfalfa to a certain extent; ABA, IAA, GA 3 and ZR jointly participated in the regulation of growth and fall dormancy of alfalfa.

Alfalfa; Endogenous hormone; Fall dormancy

2016-10-19

河南科技大学博士科研启动基金项目(13480078);国家牧草产业技术体系(CARS-35)。

樊文娜(1981─),女,河南许昌人,讲师,博士,主要从事牧草分子营养研究。*通讯作者:王成章。

S551.7

A

1001-8581(2017)03-0048-04