GA3对柱型和普通型苹果组培苗生长和生理的影响

刘国娟， 刘殿红， 王 闯， 刘 敏， 徐 宁， 孙晓慧

(聊城职业技术学院，山东聊城 252000)

苹果(MluspumilaMill)属蔷薇科、仁果亚科苹果属，原产欧洲、亚洲，已成为世界四大水果之一[1]。苹果的生态适应性强，风味独特，耐贮藏，且供应周期长[2]。我国是世界第一大苹果生产国，主要集中在渤海湾、西北黄土高原、黄河故道和西南冷凉高地四大产区。苹果产业的发展状况对果区经济振兴、市场供应和出口创汇影响巨大，在我国水果业中占最重要的地位[3]。柱型苹果是一种新的苹果品种类型，这类苹果因其株形类似直立的支柱，而称为柱型苹果(columnar apple)，又称芭蕾苹果(ballerina apple)[4-5]，这类苹果品种在田间表现出树体极紧凑、萌芽率极高和节间短而粗的特点，非常适于设施内高密栽培[6]。

GA3作为植物内源激素，可促进植物细胞伸长、茎伸长、叶片扩大，加速生长和发育，使作物提早成熟，并增加产量或改进品质[7]；能打破休眠，促进发芽；减少器官脱落，提高果实的结实率或形成无籽果实等[8]。GA3最显著的效应是促进茎的节间伸长，而且效果比生长素更为显著，但节间数不改变，节间长度的增加是由于细胞伸长和细胞分裂的结果。

对GA3的生理学研究发现，它主要通过增强淀粉酶mRNA合成、膜透性和膜结合的多聚核糖体增生，促进淀粉酶的合成；以及通过抑制IAA氧化酶或过氧化酶的活性，促进生长素的生物合成来调节生长素的水平，从而对植物的生长起促进作用[9-10]。细胞壁的松弛是细胞伸长所必需的，一般认为细胞壁的松弛是酶促反应过程。在植物细胞壁的松弛及其他一些需要细胞伸长的发育过程中，ROS(reactive oxygen species)发挥着决定性的作用，超氧化物歧化酶(SOD)和过氧化物酶(POD)等是能够分解ROS的重要抗氧化酶，是植物体内氧化还原反应动态平衡的指示剂[11]，许多初级和次级代谢发挥着重要的生理作用，例如清除H2O2参与木质化发育过程等[12]。

本试验采用柱型苹果富士×特拉蒙、普通型苹果嘎拉施加不同浓度外源GA3处理的组培苗为试材，柱型苹果富士×特拉蒙、普通型苹果嘎啦为对照，研究了柱型苹果、普通型苹果组培苗施加外源GA3后，苹果幼苗中SOD、POD和α-淀粉酶含量的变化，初步探讨了柱型苹果和普通型苹果叶片中氧化酶与外源GA3的关系，旨在揭示叶片内各种酶与GA3的关系，以及GA3浓度与苹果组培苗生长势的关系。

1 材料与方法

1.1 材料

特拉蒙×富士柱型苹果和普通型苹果嘎拉。

1.2 方法

1.2.1 MS培养基的配制 配制1 L MS培养基：100 mL大量元素(10倍液)+10 mL微量元素(10倍液)+10 mL铁盐(100倍液)+10 mL有机物(100倍液)+10 mL CaCl2(100倍液)+1 mL NAA(1 mg/L)+1 mL 6-BA(0.1 mg/L)置容量瓶中，再加入7 g琼脂，30 g蔗糖，溶解混匀，先加热沸腾，再定容至1 L，用0.5 mol/L NaOH调pH值至5.8～6.2之间，121 ℃下大三角瓶内高压蒸汽灭菌15 min。

1.2.2 培养基分装 按试验要求每次吸取75、150、300、600、1 200 μL母液于1 L MS液态固体培养基中，即可配成含0.5、1.0、2.0、4.0、8.0 mg/L GA3的MS培养基。每1 L MS培养基可分装20瓶。

1.2.3 培养观察和取样 接种完毕后将组培瓶置于26～28 ℃ 的恒温培养箱中，光照条件下培养，观察记录苹果幼苗发芽情况、生长状况。

1.3 测定方法

SOD测定采用氮蓝四唑法，依据SOD抑制NBT(氮蓝四唑)在光下的还原程度来确定SOD活性的大小，活性单位以抑制NBT光化还原的50%为1个酶活性单位(U)[13]。POD测定采用愈创木酚法[13]；参考李合生的α-淀粉酶活性测定方法[13]测定α-淀粉酶的活性。

2 结果与分析

2.1 外源GA3对柱型苹果和普通型苹果表型的影响

2.1.1 外源GA3对柱型苹果富士×特拉蒙组培苗表型的影响 柱型苹果富士×特拉蒙组培苗在不同浓度的GA3上培养16 d后，其组培苗新梢生长状态存在差异(图1)。GA3在一定浓度内，均能促进苹果组培苗新梢的生长，当GA3的浓度为 0～4 mg/L 时，均能促进富士×特拉蒙新梢的生长。当GA3浓度为8 mg/L时，苹果组培苗新梢的生长受到明显的抑制(图1-F)，植株株高明显变矮，节间变短，但分枝数量明显增多。

2.1.2 外源GA3对普通型苹果嘎啦组培苗表型的影响 普通型苹果嘎啦组培苗添加不同浓度的GA3培养16 d后，在一定浓度范围内显著促进苹果组培苗生长，当超出一定浓度范围，则抑制其新梢的生长(图2)。当GA3的浓度为0～2 mg/L 时，处理均能促进普通型苹果新梢的生长。随着GA3浓度的增加，促进分枝，但抑制节间伸长(图2-E)。当GA3浓度为8 mg/L时，苹果组培苗新梢的生长受到明显的抑制(图2-F)。同时，植株株高明显变矮，节间变短，但分枝数量明显增多，表现为簇生状态。

2.1.3 外源GA3对柱型和普通型苹果新梢生长影响的比较 不同浓度的GA3处理能明显促进柱型苹果富士×特拉蒙和普通型苹果嘎啦新梢的生长，其新梢增长量均高于对照(图3)。但处理16 d后，柱型苹果对GA3产生的反应较慢，其新梢生长增加量不明显(图3-A)；而普通型苹果对GA3反应非常敏感，产生的反应非常快，新梢生长增加量很明显(图3-B)。二者不同之处还在于，当GA3浓度为4.0 mg/L时，富士×特拉蒙的新梢增长量最大，说明富士×特拉蒙新梢生长的GA3最敏感浓度为4.0 mg/L；相对而言，普通型苹果嘎啦新梢生长的GA3最敏感浓度为2.0 mg/L。

2.2 GA3对苹果组培苗SOD和POD酶活性的影响

2.2.1 GA3对柱型苹果和普通型苹果组培苗SOD和POD酶活性的影响 GA3处理16 d后，POD活性的变化比较明显(图4)。富士×特拉蒙苹果组培苗节间的POD含量明显提高。在0～2.0 mg/L浓度范围内，随着GA3浓度的增加，POD活性随着GA3浓度的提高而增加，当GA3浓度为1.0 mg/L时，POD活性达到最高，当其超过2.0 mg/L时，POD活性开始下降，但是仍旧高于对照的POD活性。而普通型苹果嘎啦的POD活性变化并不明显，GA3浓度在0～1.0 mg/L浓度范围内，随浓度的增加而提高，1.0 mg/L浓度时，POD活性达到最大值，超过1.0 mg/L逐渐呈下降趋势，GA3浓度 8.0 mg/L 时POD活性降至最低。说明外源GA3可以促进普通型苹果组培苗节间的POD活性，但富士×特拉蒙的POD活性明显高于普通型苹果，说明POD活性与树体矮化程度呈正相关。

此外，GA3处理16 d后，随着GA3浓度的增加，富士×特拉蒙组培苗的SOD活性明显下降。在0～2.0 mg/L浓度范围内，随着GA3浓度的增加，SOD活性变化不明显，当浓度为1.0 mg/L时，SOD活性达到最大。GA3浓度超过1.0 mg/L时，其SOD活性明显下降，在4.0 mg/L时，SOD活性降至最低，说明外源GA3抑制柱型苹果组培苗节间SOD的活性，普通型苹果与柱型苹果节间SOD活性大体一致，都是呈下降趋势，但是普通型苹果的SOD活性略高于柱型苹果。

2.3 GA3对柱型苹果和普通型苹果组培苗α-淀粉酶活性的影响

试验结果(图5)表明，GA3处理16 d后，柱型苹果和普通型苹果α-淀粉酶活性有明显的变化，不管是富士×特拉蒙还是嘎啦苹果组培苗节间的α-淀粉酶都受GA3的诱导。在0～2.0 mg/L浓度范围内，随着GA3浓度的增加，富士×特拉蒙α-淀粉酶活力呈现下降趋势，随后加强，浓度增至2.0 mg/L时，α-淀粉酶活性达到最大，随着浓度的再次增加，α-淀粉酶活性迅速下降，与普通型苹果相比，柱型苹果变化很明显，说明2.0 mg/L是GA3促进柱型苹果α-淀粉酶活性的最佳反应浓度，普通型苹果的变化则不那么明显，在0.5 mg/L时α-淀粉酶活性达到最大，随着浓度的不断增加，α-淀粉酶活性不断下降。但在0～2.0 mg/L浓度范围内，普通型苹果的α-淀粉酶活性要大于柱型苹果，说明普通型苹果初期受GA3影响较大。

3 讨论

3.1 GA3与SOD和POD的关系

对柱型苹果的研究集中在相关酶活性和内源激素水平的测定上，本研究发现具有矮化生长特性的柱型苹果富士×特拉蒙POD、SOD酶活性与生长势密切相关，柱型苹果叶片内的POD、SOD酶活性显著高于普通型苹果。外源GA3处理后，不管是柱型苹果富士×特拉蒙还是普通型苹果嘎啦，其SOD活性呈现下降趋势，而POD活性则呈上升趋势， 这也证明了，POD活性与树体矮化程度呈显著正相关， 酶活性越高，矮化程度越大[14]。

3.2 GA3与α-淀粉酶的关系

GA3是诱导多种植物一些组织中α-淀粉酶的必要条件，α-淀粉酶为淀粉水解过程重要的水解酶，现已用α-淀粉酶来检测植物组织中GA的响应状态[15]。本研究发现外源GA3能促进柱型苹果富士×特拉蒙和普通型苹果嘎啦α-淀粉酶的活性，但在测定过程中，柱型苹果和普通型苹果组培苗内α-淀粉酶不太稳定，很可能因为酶的性质不稳定导致的。

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