换锦花花芽分化过程生理生化变化

任佳佳　于　磊　王　珺等

摘 要:通过对换锦花花芽分化过程中可溶性蛋白、可溶性糖、丙二醛、POD、SOD含量测定,发现可溶性蛋白和可溶性糖含量在整个花芽分化过程中均呈现先升高后降低再升高趋势。丙二醛含量呈先升高后降低。POD含量逐渐降低,SOD变化趋势与气温变化趋势正相关。

关键词: 花芽分化 生理生化 换锦花

换锦花 (Lycoris sprengeri) 是石蒜科石蒜属多年生草本球根花卉。其叶呈狭线形,带状,叶宽1.0cm左右,叶端钝,属春出叶型[1],在江西,2月下旬~3月上旬开始出叶,5月下旬全部枯萎。花淡紫红色,花瓣裂片顶端常带蓝色,倒披针形,长约4.5cm,宽约1cm,边缘不皱缩,花被筒长1~1.5cm,花形似喇叭,姿色优美,是优良的地被和切花植物材料。本研究组曾对石蒜 (Lycoris radiate) 进行过花芽分化研究,并对其分化过程中的生理生化进行过探讨[2],因石蒜是秋出叶型,为此有必要对春出叶型石蒜类植物进行探讨。本文通过对换锦花花芽分化过程中相关酶和内含物的测定,分析换锦花鳞片中内含物的变化及酶的活性,探讨换锦花花芽分化的发生及发育机制,为进一步揭示石蒜属植物的生长发育规律和花期调控提供参考。

1 材料和方法

供试材料为换锦花(Lycoris.sprengeri),染色体数目为2n=22,种植于江西农业大学园林与艺术学院花卉基地。

选取生长健壮、无病虫害且围径大于10cm的鳞茎。采样日期从2007年2月下旬至6月下旬,隔3天采样一次,均为上午采样;每次取3~5个鳞茎,鳞茎解剖取出花芽后剩余鳞片保存在超低温冰箱中待测,花芽用于测定分析花芽分化的不同时期。

采用石蜡切片方法将换锦花花芽分化时期划分为7个时期(文章待发) , 即Ⅰ、花芽分化准备期(3月初至4月初);Ⅱ、花原基产生期(4月上旬);Ⅲ、花被片分化期(4月中旬);Ⅳ、雄蕊分化期(5月初));Ⅴ、心皮分化期(5月中旬);Ⅵ、雌蕊分化期(5月底);Ⅶ、花芽分化后期(6~7月),根据花芽分化过程中的7个时期,分别测定鳞片中可溶性蛋白质含量、可溶性糖含量、丙二醛(MDA)、过氧化物酶(POD)、超氧化物歧化酶(SOD)等指标,其方法参照李合生的植物生理生化实验原理与技术一书[3]。

2 结果与分析

2.1花芽分化过程中可溶性蛋白质含量

植物在进行花芽分化过程中,伴随一系列的内含物含量变化与转换,其中可溶性还原糖、可溶性蛋白质、丙二醛、超氧化歧化酶、过氧化物酶与其有密切关系。作为结构物质和能量物质的蛋白质在花芽分化过程中起着重要作用。由图1可以看出,可溶性蛋白质含量在整个花芽分化过程中未呈现出规律性的变化,在花芽分化准备期,蛋白质含量呈增加的趋势,这可能因为抽叶开始时进行养分积累,以应对花芽分化过程中对可溶性蛋白的需要。当花芽分化开始(即进入Ⅱ期)后可溶性蛋白含量的出现了下降趋势,随后又有所升高,再持续降低可能因为在Ⅲ期花被片分化过程中对可溶性蛋白质消耗降低。在进入花芽分化后期,其蛋白质含量又开始增高,可见,这于花芽分化即将结束,对可溶性蛋白质含量需求也降低的原因,此时换锦花地上部分已经枯萎,养分的积累也渐渐减少,必将促进从Ⅲ期到Ⅴ期的可溶性蛋白含量降低的过程。

2.2花芽分化过程中可溶性糖含量

由图2可以看出,可溶性糖含量在整个花芽分化过程中表现升高再基本保持平稳,然后有所降低的趋势。换锦花春季抽叶后,光合作用促使包括可溶性糖在内的营养物质积累,使之可溶性糖含量升高。这与胡晓辉[2]研究大致是一致的。开始进入花芽分化阶段时,积累的糖分逐渐开始消耗,可能是有部分非还原糖转化的原因,其含量的减少不明显,从而养分的进出处于一种动态的平衡状态。在整个花芽分化过程中,可溶性蛋白含量先逐渐升高再降低,完成花芽分化后又升高。从总体上来看,进入花芽分化过程后换锦花可溶性糖含量变化较为平缓,这可能与其鳞茎内淀粉较多和蛋白质及时转化为可溶性糖以供生长发育所需有关。

2.3花芽分化过程中丙二醛(MDA)含量的变化

由图3可以看出来,在整个花芽分化过程中,MDA含量变化呈现低-高-低的趋势。外界环境温度的降低(低温)和升高(高温)都会影响MDA含量的增加。前期温度较低,由图4可知13℃时MDA含量不断增加,随着温度回升,达到19℃时温度逐渐的接近换锦花的生长适宜温度,低温伤害降低,MDA含量逐渐开始减少,随着温度的升高,当超过21℃时,高温伤害加大,直接导致膜质过氧化,引起MDA含量的增加。后期外界气温的上升幅度减缓,相应的伤害也就减缓,膜质过氧化产物的变化幅度也就减缓。同时地上部分逐渐枯萎,换锦花生理生化活动渐渐减弱,也促使其在心皮分化期后MDA含量降低。这可能与石蒜属植物适应高温天气,地上部分枯萎而进入所谓休眠期有关。

2.4花芽分化过程中过氧化物酶(POD)的变化

由图5可以看出,在花芽分化过程中,整体上POD含量表现为下降的趋势,与这段时间正是换锦花生理生化最活跃的时期,也是最适合换锦花生长的时期相一致。随着叶片逐渐衰老和气温的逐渐升高,换锦花慢慢进入休眠阶段,体内产生的POD含量也处于一个低水平的动态平衡中。这可能与石蒜属的生理特性有关系。POD酶与呼吸作用、光合作用等有密切关系,在植物的生长发育过程中,其活性不断地发生变化。而且发现水仙花芽分化过程中POD活性变化[4]与温度变化趋势有相一致的现象,可能是因为气温下降使得花芽分化进程停滞,导致活性下降,也可能是由于温度下降导致了POD活性下降,而抑制了花芽分化进程,还有待于进一步的研究。

2.5花芽分化过程中超氧化物歧化酶(SOD)的变化

研究表明:由图4与图6可见,花芽分化准备期SOD活性逐渐降低,可能因为随着温度上升到换锦花适宜的温度,抗性逐渐减低有关。而随后的各个时期波动变化,和气温变化趋势相一致,可见,SOD活性与温度呈正相关性。在其中SOD活性的增减体现了植物对外界环境因素的胁迫的适应性。

3 小结与讨论

植物的生长发育是其基因在一定时间空间顺序表达的结果。蛋白质是花器官形态建成的物质基础。可溶性糖是鳞茎可以直接利用和运输的养分存在形式,与花卉的生长发育有着密切的关系。可溶性蛋白质含量在整个花芽分化过程中均呈现先升高再降低再回升再降低并保持平稳的趋势。涂淑萍等对百合花芽分化期,鳞茎和茎叶内可溶性蛋白质含量进行测定发现总体呈上升趋势[5],张艳红[6]等对发现杜鹃花花芽分化过程中可溶性糖含量先升后降在回升的曲线变化。换锦花花芽分化过程中可溶性糖含量先升高然后有略微下降但不明显,并保持稳定,没有出现大的波动。可能是由于非还原性糖或鳞茎内大量的淀粉转化的结果。花芽分化后期,养分一直处于消耗状态,养分的进出处于一种动态的平衡状态,而球根花卉鳞茎内能储存大量的营养物质,这对养分的进出平衡起到极其关键的作用。从总体上来看,换锦花在进入花芽分化后可溶性糖含量变化较为平缓,这可能与其鳞茎内淀粉较多(文章待发)和蛋白质及时转化为可溶性糖以供生长发育所需有关。

丙二醛(MDA)的积累量反映的是过量的活性氧对细胞膜系统造成的伤害程度。在逆境条件下,过多的电子从光合和呼吸电子传递链传递给氧,产生过量的活性氧物质,启动膜脂过氧化,产生丙二醛,致使MDA含量增加[7-9]外界环境温度的变化都会影响MDA含量的增加。前期随着温度的回升,温度逐渐的接近换锦花的生长适宜温度,低温伤害降低,MDA含量逐渐的减少,随着温度的升高,高温伤害加大,直接导致膜质过氧化,引起MDA含量的增加。后期外界气温的上升幅度减缓,并且地上部分枯萎逐渐进入休眠期,生理生化作用的减弱,相应的伤害也就减缓,膜质过氧化产物的变化幅度也就减缓。

过氧化物酶(POD)是细胞内活性氧清除系统的重要成员。换锦花进入正常的生长阶段,体内产生的活性氧就会处于一个低水平的动态平衡中,为增加适应性,POD的活性也就会相应的处于一个不断降低的水平,这可能与换锦花的生理特性有关。POD活性持续的降低并维持在较低水平上表示正处在花芽分化进程中,抗性较弱,环境适合换锦花的生长发育。随着活性持续下降意味着花芽分化进程逐渐的停滞。

超氧化物歧化酶(SOD)是植物体内防御活性氧毒性的保护酶,能清除超氧物阴离子,生成分子氧和过氧化氢[10],减少对细胞膜的破坏作用,提高植物的抗逆性[11]。SOD活性在花芽分化过程中发生了明显的变化,说明在此过程中确实发生了活性氧的毒害作用。在花芽分化前期SOD活性的降低,可能是由于环境温度逐渐适合换锦花生长发育,相应的抗性有所下降。而后期的波动与气温低有密切关系,并呈现一定的正相关性。可见,温度对换锦花的SOD影响较大。

在换锦花整个花芽分化过程中,保护酶(POD、 SOD)的活性均出现不同程度的降低,而且变化的幅度都比较大,可以认为是换锦花植物对外界气温变化的一种主动的防卫反应和自身在生理生化方面的适应,同时跟其夏季休眠也有必然的联系,这与胡晓辉等[2]人对石蒜花芽分化研究结果相似规律。有关换锦花植物体内的保护酶活性与花芽分化之间关系的研究有待进一步研究。

参考文献

[1] 中国科学院中国植物志编辑委员会.中国植物志(第十六卷第一分册).北京:科学出版社,1989,16~17

[2] 胡晓辉.石蒜花芽分化过程及其生理生化因子的研究:[硕士学位论文].南昌:江西农业大学,2007.5

[3] 李合生.植物生理生化实验原理与技术,1999

[4] 陶萌春,潘良镇. 中国水仙花芽分化期POD活性的变化[J]. 1998.27(3)312-315

[5] 涂淑萍,穆鼎,刘春.不同百合品种花芽分化期的生理生化变化,中国农学通报,2005,21(7):207~209

[6] 张艳红,杨东霞等.杜鹃花花芽分化期可溶性糖和叶绿素含量的变化[J].辽东学院学报(自然科学版) 2007,6(2)64~66

[7] 方允中,郑荣梁.自由基生物学的理论与应用,科学出版社,2002

[8] 余望.渗透胁迫对杧果叶片活性氧伤害的影响,亚热带植物科学,2002,31(1):32~34

[9] 李富生,何丽莲.植物对非生物胁迫的生理响应及甘蔗抗旱抗寒性的研究进展,甘蔗.2004,11(1):31~37

[10]柯世省,王克满.刺梨汁及SOD其同功酶的活力测定与定位染色,浙江农业大学学报,2001,13(3):176~178

[11] 屈姝存,刘选明等.百合鳞片细胞形态发生中生理生化特性研究[J].生命科学研究,1998,2(4):288~294