不同生长状况下新疆野苹果内源激素含量的变化

2020-03-18王振东陈奇凌郑强卿王晶晶王文军

新疆农业科学 2020年3期

王振东，陈奇凌，郑强卿，王晶晶，王文军，蔡勇

(1.新疆农垦科学院林园所，新疆石河子 832000；2.新疆生产建设兵团第一师13团，新疆阿拉尔 843300)

0 引言

【研究意义】新疆野苹果又名塞威氏苹果[M.sieversii(Ledeb.)Roem.]，蔷薇科苹果属植物，已被列入中国优先保护物种名[1]。新疆野苹果是珍贵的果树种质资源，具有抗寒、耐虫、抗旱等优良性状，在我国仅分布于新疆伊犁、塔城等地；由于自然状况、人为因素、管理滞后、病虫害等原因使新疆野苹果生存环境遭到了严重的威胁[2-4]，马闯[5]、田润炜等[6]调查研究发现,新疆塔城、伊犁部分地区新疆野苹果林呈现不同程度衰退。研究不同生长势新疆野苹果野果林在发育过程中内源激素的变化规律，对新疆野苹果的生理机制及保护研究有着重要意义。【前人研究进展】过去几年对新疆野苹果野果林的保护研究多集中在种群年龄结构[6]、抗性生理[7]等，在抗性生理研究多集中于盐碱胁迫[8]、铁胁迫[9]等。【本研究切入点】而关于受到病虫害的野果林退化后相关生理研究较少。研究不同生长状态下野苹果树内源激素含量的变化。【拟解决的关键问题】在退化野果林集中分布区，对野苹果树进行不同生长势划分，选取代表性样木取样测定，对比不同健康程度野果林内源激素差异及变化规律，分析内源激素在野果林退化过程中变化特点对不同生长势、不同发育时期新疆野苹果树取样测定，对比研究其内源激素(IAA、GA3、ABA、ZR、JA)变化。

1 材料与方法

1.1 材料

不同生长状态的新疆野苹果林位于新疆伊犁州新源县野果林改良场，试验地位于N43°22′35″，E83°35′52″。在同一海拔高度设置调查样带，在样带内设置20 m×20 m的样地，由于山体条件不同(有些地段不适宜调查)，样带内设置3～5块样地。在新疆野苹果林分布区域，按照树体存活率、患病虫害等综合影响因素选择设立典型样方，调查野苹果树生长情况，确立健康状况分类指标。

1.2 方法

1.2.1 样品采集

样品采集分别与2017和2018年间进行，2年间采样方法一致。果实采样时期按照果实发育特征进行，即根据果实的鲜重和外观色泽变化将果实分为幼果期、膨大期、着色期、成熟期4个时期进行，在果实膨大期和成熟期进行采样，2年间采样方法一致每次采样从植株的东南西北4个方位、以及上中下里外5个方向，采集基部第4～6片叶处果30个和叶片100片，放入液氮速冻后带回实验室，贮于-80℃冰箱中备用。正常的新疆野苹果林用H表示，退化的新疆野苹果林用NH表示；不同生长状况的叶片划分按照试验地的野苹果林存活率分为100%存活率新疆野苹果林、80%存活率新疆野苹果林、40%存活率新疆野苹果林、20%存活率新疆野苹果林、10%存活率新疆野苹果林，在取样时间为6月。

1.2.2 样品内源激素的测定1.2.2 .1 内源激素测定

称取样品1.0 g，液氮速冻并研磨成粉末，加入冷却的80%甲醇溶液10 mL，超声浸提5 min，浸提液以10 000 r/min离心10 min得上清液，浸提2次，合并3次上清液，全部滤液于35℃减压浓缩至3 mL，加入0.1 g PSA吸附酚类物质，5 000 r/min离心5 min得上清液，上清液用2 mo1/L，柠檬酸调节至pH=3.0，再用等体积乙酸乙酯萃取3次，合并酯相，于40℃氮气吹干，所得残留物加入3 mL pH=3.5磷酸盐缓冲液溶解，过C18小柱，用80%甲醇洗脱收集后，在40℃氮气吹干，用流动相溶解残渣并定容至1 mL，溶液经0.45 μm微孔滤膜过滤后，进行GA3、IAA、ABA、ZR、JR含量质谱分析。

1.2.2.2 色谱条件

使用Waters液相色谱仪、510泵、486紫外检测器仪器，波长254 nm，柱子为Nova-parkC18柱(D3.9 mm×L150 mm)，710自动进样器，IBM-386计算机控制，流动相为甲醇：20%乙酸:水的体积比为40∶40∶20，流量为1.5 mL/min。

1.3 数据处理

数据采用SPSS17、Excel 2016、origin 2018数据处理软件进行统计分析。

2 结果与分析

2.1 不同生长势新疆野苹果在不同时期内源激素含量的变化

研究表明,从6～9月，正常的新疆野苹果叶片ZR、GA3含量下降，分别下降了30.8%、46.7%，JA、IAA、ABA含量上升，分别上升了7.8%、35.5%、0.9%；退化的新疆野苹果叶片5种激素(ZR、JA、GA3、IAA、ABA)含量均上升，分别上升了18.7%、33.8%、26.2%、27.6%、30.5%。而在新疆野苹果果实中,退化的新疆野苹果和正常的新疆野苹果ZR、JA、GA3、IAA变化趋势相同，均呈下降的趋势，正常的新疆野苹果果实内源激素含量分别下降了62.9%、39.3%、70.2%、69.3%，退化的新疆野苹果果实内源激素含量分别下降了57.7%、55.0%、74.4%、69.9%；在2种生长势新疆野苹果果实ABA含量：在正常的新疆野苹果上升了6.3%，退化的新疆野苹果降低了7.9%。图1,图2

2.2 不同年份新疆野苹果5种内源激素含量的变化

研究表明,从2017到2018年，正常的新疆野苹果叶片ZR、JA、ABA含量上升，分别上升了16.0%、48.8%、11.8%，GA3、IAA 含量下降，分别下降了8.39%、19.8%；退化的新疆野苹果ZR、ABA含量上升，分别上升了3.9%、1.4%，JA、GA3、IAA 含量下降，分别下降了10.5%、20.9%、0.4%；正常和退化的新疆野苹果果实内源激素含量变化趋势相同，均是JA 含量上升，分别上升了36.3%、111.4%；ZR、GA3、IAA、ABA 含量下降，正常的新疆野苹果果实内源激素含量下降了40.1%、22.6%、36.9%、39.2%，退化的新疆野苹果果实内源激素含量下降了 35.1%、1.1%、14.7%、0.3%。图3,图4

图1 新疆野苹果叶片内源激素变化

Fig. 1 Changes of endogenous hormones in leaves ofMalussieversii

图2 新疆野苹果果实内源激素变化

Fig. 2 Changes of endogenous hormones in fruits ofMalussieversii

2.3 不同生长状况新疆野苹果叶片5种内源激素含量的变化

研究表明,100%存活率新疆野苹果林的ZR含量最高，为9.80 ng/g；10%存活率新疆野苹果林叶片的ZR含量最少，为6.72 ng/g。20%存活率新疆野苹果林叶片的JA含量最高，为18.95 ng/g；其次是40%存活率新疆野苹果林、80%存活率新疆野苹果林100%存活率新疆野苹果林、10%存活率新疆野苹果林，分别为18.17、16.20、15.79和14.47 ng/g。100%存活率新疆野苹果林叶片的GA3含量最高，为6.47 ng/g，其它几种处理差距不大。5种不同存活率的新疆野苹果叶片IAA含量从高到低分别为100%存活率新疆野苹果林、80%存活率新疆野苹果林、40%存活率新疆野苹果林、20%存活率新疆野苹果林、10%存活率新疆野苹果林。10%存活率新疆野苹果林叶片ABA含量高于其余4种处理，为134.17 ng/g；其后几种处理ABA含量从高到低依次为40%存活率新疆野苹果林、20%存活率新疆野苹果林、80%存活率新疆野苹果林、100%存活率新疆野苹果林。图5

图3 新疆野苹果叶片内源激素变化

Fig. 3 Changes of endogenous hormones in leaves ofMalussieversii

图4 新疆野苹果果实内源激素变化

Fig. 4 Changes of endogenous hormones in fruits ofMalussieversii

2.4 新疆野苹果叶片和果实内源激素相关性

研究表明,不同时期新疆野苹果叶片和果实的5种激素及其比值相关性，5种激素之间有复杂关系。叶片中ZR含量与JA含量呈显著正相关(P<0.05，下同)；JR含量与GA3含量呈显著正相关；GA3含量与ZR/ABA和GA3/ABA呈显著正相关；IAA含量与IAA/ABA呈极显著正相关(P<0.01，下同)；ABA含量分别与IAA/ABA和ZR/ABA呈显著负相关和极显著负相关；GA3/ABA与ZR/ABA呈极显著正相关。在新疆野苹果果实中ZR含量分别与GA3含量、IAA含量、IAA/ABA、GA3/ABA、ZR/ABA呈极显著正相关；JR含量与GA3/ABA、JR/ABA呈显著正相关；GA3含量与JR/ABA呈显著正相关，与IAA含量、IAA/ABA、GA3/ABA、ZR/ABA呈极显著正相关；IAA含量与IAA/ABA、GA3/ABA、ZR/ABA呈极显著正相关；ABA含量与IAA/ABA和ZR/ABA呈极显著负相关；ZR/ABA与JR/ABA呈显著正相关，与IAA/ABA、GA3/ABA呈极显著正相关；GA3/ABA与IAA/ABA、JR/ABA呈极显著正相关；IAA/ABA与JR/ABA呈显著正相关。表1，表2

图5 新疆野苹果叶片内源激素变化

Fig. 5 Changes of endogenous hormones in leaves of Malus sieversii

表1 不同生长势新疆野苹果叶片内源激素含量及其比值与时间的相关关系

Table 1 Correlation between analysis endogenous hormone content and ratio and time in leaves of Malus sieversii with different growth potential

ZRJAGA3IAAABAZR/ABAGA3/ABAIAA/ABA JR/ABA2R1 JA0.659∗1GA30.5610.693∗1IAA-0.0720.3010.5381ABA0.3920.266-0.112-0.3731ZR/ABA0.2790.2770.671∗0.567-0.719∗∗1GA3/ABA0.0720.4010.576∗0.199-0.0340.171IAA/ABA-0.0030.1650.4150.758∗∗-0.654∗0.802∗∗-0.2241JA/ABA0.0180.1360.5090.232-0.2970.370.899∗∗-0.0941

注：**和*分别表示0.01和0.05 水平的差异性显著性，下同

Note:**and*indicate the significance ofP≤0.01 andP≤0.05 respectively, the same as below

3 讨论

植物激素是一种小分子天然产物，在低浓度下调节植物的所有发育过程，是植物适应环境必不可少的信号分子，对于调节植物的各种生长发育过程具有十分重要的作用[10]。植物激素被分为植物生长素类、赤霉素类、细胞分裂素类、乙烯、脱落酸、油菜素甾醇类；除6大类激素之外，近年来发现的多胺、茉莉酸、水杨酸类等物质，在调控植物生长发育过程中也起着重要作用；其中IAA、GA3、ZR等属于生长促进型植物激素，ABA、JA等属于生长抑制型激素[11,12]。新疆野苹果在果实膨大期(6月)生长促进型激素(IAA、GA3、ZR)含量均高于与果实成熟期(9月)，在果实膨大期代谢强，便于果实迅速生长；新疆野苹果叶片(9月)IAA、GA3、ZR含量相比于6月都大幅提高，而抑制生长型激素ABA却大幅降低，则有可能野苹果已经从生殖生长转变为营养生长。在退化的新疆野苹果叶片在9月时ABA、JA含量大幅升高，远高于健康新疆野苹果叶片，高浓度的ABA、JA加快了退化新疆野苹果叶片的衰老和脱落。

表2 不同生长势新疆野苹果果实内源激素含量及其比值与时间的相关关系

Table 2 Correlation between analysis endogenous hormone content and ratio and time in fruit of Malus sieversii with different growth potential

ZRJAGA3IAAABAZR/ABAGA3/ABAIAA/ABAJR/ABAZR1 JA0.2281GA30.848∗∗0.5731IAA0.928∗∗0.4060.971∗∗1ABA-0.3930.234-0.38-0.4921ZR/ABA0.762∗∗0.0520.655∗∗0.762∗∗-0.813∗∗1GA3/ABA0.765∗∗0.588∗0.877∗∗0.871∗∗-0.4970.795∗∗1IAA/ABA0.775∗∗0.1740.766∗∗0.840∗∗-0.808∗∗0.977∗∗0.843∗∗1JR/ABA0.3660.583∗0.597∗0.552-0.4460.626∗0.842∗∗0.671∗1

在5种不同存活率的新疆野苹果中，100%存活率新疆野苹果林叶片中IAA、ZR、GA3含量最高，20%存活率和10%存活率的新疆野苹果林叶片的JA和ABA含量最高，存活率越高，促进生长的激素含量也会越高；赵锦等[13]发现这3种不同生长状态(健株、治疗株和病株)的枣叶片中IAA、GA3和ABA的含量没有明显区别，而在试验中不同存活率的新疆野苹果林叶片中GA3变化幅度不大，而IAA、ABA含量差异明显，可能的原因是不同病害、不同物种之间的差异；在不同存活率的新疆野苹果叶片中JA含量随着存活率(10%存活率新疆野苹果除外)的下降随之升高，JAS在植物对各种胁迫响应以及在植物发育中具有重要的功能，较高的浓度JAS可以降低植物周期蛋白活性，使细胞周期受阻，进而减缓细胞分裂与伸长作用，减缓植物营养生长，还可以使植物产生抗虫防御反应[14-16]，退化的新疆野苹果的JA含量相对较高，是一种自我的防卫反应；在草莓[17]和葡萄[18]果实中，随着果实的发育，JA会先大量合成，后又会急剧降低，试验中果实中JA含量6月测定JA含量远大于9月，JA含量随着果实成熟急剧下降的趋势与前人研究结果基本一致。