不同品种杜鹃花朵自动脱落相关酶活性比较

陈睿 鲜小林 黄晋谷

摘要：【目的】探討不同品种杜鹃花朵花冠离区相关脱落酶活性的变化规律，为杜鹃花期调控和新品种选育提供参考依据。【方法】观测春潮、红精灵、春之舞和神州奇等4个品种杜鹃花朵的自动脱落率，分析其与杜鹃开花过程中花冠离区多聚半乳糖醛酸酶（PG）、果胶甲酯酶（PME）和β-葡萄糖苷酶活性的关系。【结果】红精灵和春潮的花朵自动脱落率较高，分别为92.280%和88.030%。除神州奇花冠离区的PG活性呈先上升后下降变化趋势外，其余3个品种呈先下降后上升再下降的变化趋势;除春之舞花冠离区的PME活性呈先下降后上升再下降的变化趋势外，其余3个品种呈先上升后下降的变化趋势。盛花期时，红精灵的PG和PME活性较高，分别为0.993 mg/（g·h）和0.069 U/gFW 。春潮和红精灵开花过程中，其β-葡萄糖苷酶活性呈上升趋势，春之舞和神州奇的β-葡萄糖苷酶活性呈下降趋势;在开花过程的各时期，红精灵的β-葡萄糖苷酶活性均显著高于其他品种（P<0.05，下同）。相关性分析结果表明，PG与PME呈极显著正相关（P<0.01），二者均与自动脱落率呈显著正相关;β-葡萄糖苷酶活性与自动脱落率及PG和PME活性相关不显著（P>0.05）。【结论】PG和PME是促使杜鹃花朵脱落的关键酶，β-葡萄糖苷酶在杜鹃花朵脱落过程中也发挥积极作用。

关键词： 杜鹃;花朵脱落;多聚半乳糖醛酸酶（PG）;果胶甲酯酶（PME）;β-葡萄糖苷酶

中图分类号： S685.21                     文献标志码： A 文章编号：2095-1191（2018）12-2463-06

Comparative study on related enzyme activities of  blossom automatic abscission process in different varieties of azalea

CHEN Rui1，2， XIAN Xiao-lin1，2， HUANG Jin-gu1，2

（1Horticulture Institute，Sichuan Academy of Agricultural Sciences， Chengdu  610066， China; 2Key Laboratory of Biology and Genetic Improvement of Horticultural Crops in Southwest Region， Ministry of Agriculture

and Rural Affairs，Chengdu  610066， China）

Abstract：【Objective】The variation patterns of related abscission enzyme activities in the abscission zone of  corolla in different varieties of azalea were explored to provide reference for controlling the flowering period of azalea and bree-ding new varieties. 【Method】The automatic abscission rates of four varieties（Chunchao，Hongjingling，Chunzhiwu and Shenzhouqi） of azalea were observed to analyze the relationships between them and polygalacturonase（PG）， pectin methy-lesterase（PME） as well as β-glucosidase activities in the abscission zone of corolla during flowering process of azalea. 【Result】The automatic abscission rates of Hongjingling and Chunchao were relatively high， being 92.280% and 88.030% respectively. The PG activity in the abscission zone of corolla of Shenzhouqi increased firstly and then decreased，however the PG activities in other three varieties of azalea decreased firstly and then increased and decreased again finally. The PME activity in the abscission zone of corolla of Chunzhiwu decreased firstly and then increased and decreased again finally， however the PME activities in other three varieties of azalea increased firstly and then decreased. At full flowering stage， PG and PME activities of Hongjingling were high， which were 0.993 mg/（g·h） and 0.069 U/gFW respectively. During the flowering processes of Chunchao and Hongjingling， their β-glucosidase activities showed an increasing tendency， while the β-glucosidase activities of Chunzhiwu and Shenzhouqi showed a decreasing tendency. The β-glucosidase activity of Hongjingling were always significantly higher than those of other varieties（P<0.05， the same below） in the different stages during flowering process. The result of correlation analysis showed that there was extremely significant positive correlation（P<0.01） between PG and PME， and both PG and PME had significant positive correlations with automatic abscission rate. Automatic abscission rate had no significant correlation with β-glucosidase， PG and PME activities（P>0.05）. 【Conclusion】PG and PME are the key enzymes to impel blossom abscission of azalea， and β-glucosidase also plays an active role in the blossom abscission process of azalea.

Key words： azalea; blossom abscission; polygalacturonase（PG）; pectin methylesterase（PME）; β-glucosidase

0 引言

【研究意义】杜鹃素有花中“西施”的美誉，品种丰富、花色艳丽、花期长，无论是单株还是群体种植，均具有很高的观赏价值。国内外对杜鹃育种和栽培的研究多集中在花色选择、花期调控和组织培养等方面（吴月燕等，2011;兰熙等，2012;蓝伟根等，2016）。已有研究证实，花朵和果实等植物器官脱落主要受纤维素酶（EG）、多聚半乳糖醛酸酶（PG）和果胶甲酯酶（PME）控制，过氧化物酶（POD）、苯丙氨酸解氨酶（PAL）和几丁质酶（Chitinase）等与器官脱落也有一定关系（曹建康等，2007）。本课题组多年研究发现，仅极少数杜鹃品种的花朵在盛花期后可与花柄完全脱离，大部分品种的花朵存在衰而不调、残留枝头情况，特别影响景观效果，且人工摘除残花成本较高。因此，探讨不同品种杜鹃花朵自动脱落与花冠离区相关脱落酶活性的关系，对杜鹃花期调控、新品种选育和提高生产效率具有重要意义。【前人研究进展】曾秀丽等（2006）研究认为，PME和PG是影响脐橙果实发育和成熟脱落的主要酶，β-葡萄糖苷酶可能是 PE和PG发挥脱落作用的补充。李晓红等（2007）研究表明，高温可降低番茄离體花柄细胞壁降解酶的活性，PG活性与花柄脱落呈正相关。齐明芳等（2007）研究认为，β-葡萄糖苷酶属于纤维素酶类，通过糖化作用对花朵离区纤维素进行降解，从而导致花朵凋谢和自动脱落。任艳芳等（2010）研究发现，β-甘露聚糖酶参与脐橙花柄的脱落，在花柄脱落过程中，总体上呈先降低后升高的变化趋势。马文平等（2012）研究发现，PG、PME和β-葡萄糖苷酶在甜瓜果实发育的不同时期以不同方式参与果实的软化进程，1-MCP（1-甲基环丙烯）处理可显著抑制贮藏期果实硬度降低，同时抑制这些酶的活性。李政等（2013）研究发现，CpEXP1基因在自然脱落腊梅花上的表达量显著高于其他脱落方式的表达量，腊梅花自然脱落时扩张蛋白的活性也最强。黄雪梅等（2015）比较我国2个主栽油梨品种桂垦3号和哈斯的后熟生理和营养品质，发现桂垦3号比哈斯更易成熟软化，后熟过程中果肉的纤维素酶和果胶甲酯酶活性高于哈斯。尹宝重等（2015）以不同光周期处理中晚熟红小豆，探究其花的形成和脱落及相关酶活性，结果表明，12 h短日照处理的落花数最少，且PG活性明显低于其他短日照时间处理。【本研究切入点】花朵的自动脱落关系到观赏效果和劳动力成本，但目前关于杜鹃花朵自动脱落与相关脱落酶活性关系的研究鲜见报道。【拟解决的关键问题】观测不同品种杜鹃花朵的自动脱落率，分析其与杜鹃开花过程中花冠离区PG、PME和β-葡萄糖苷酶活性的关系，为杜鹃花期调控及新品种选育提供参考依据。

1 材料与方法

1. 1 试验地概况

试验在四川省农业科学院新都基地进行，该区属亚热带湿润季风气候，年均气温16.2 ℃，绝对最高气温35.5 ℃，绝对最低气温-5.4 ℃，年均相对湿度81.5%，无霜期271 d，年均日照时间约100 d，年均降水量911.7 mm。

1. 2 试验材料

以栽培中观察到花朵有自动脱落现象的杜鹃品种春潮、红精灵和无自动脱落品种春之舞、神州奇为试材，选择5年生健康植株（盆栽苗，基质为泥炭土+园土），每品种分为4组，每组5盆，随机观察采样。

1. 3 试验方法

2017年3月中旬—4月初，在各品种露色期、初花期、盛花期和谢花期分别混合采样，在植株不同方位随机采取花芽或花朵放入冰盒迅速带回实验室。以花冠与花柄间的离区部位为中心，准确剪取上下各0.5 cm长的试材，称重后用液氮快速处理并置于 -80 ℃保存，供酶活性测定使用。于盛花期花朵全部开放后记录花朵数量，谢花期记录各品种自动脱落花朵数，计算自动脱落率。以花冠完全脱离花瓣（或花被脱落、花柱留存）为自动脱落标准。

1. 4 测定指标及方法

自动脱落率（%）=自动脱落的花朵数/全部花朵数×100。PG活性参考王天龙等（2008）、刘月等（2012）的DNS比色法进行测定，试材用量改用1.0 g。在波长620 nm 处测定其初始吸光值A1，酶与果胶发生作用使指示剂颜色发生变化反应2 min后测定其吸光值A2，以△A620/（g·h）变化表示酶活性。PME活性参考徐晓波（2008）的方法（略加改进）进行测定，试材用量改用1.0 g。参照宋晓青（2005）的方法制作硝基苯酚标准曲线，β-葡萄糖苷酶活性参考曹建康等（2007）的对硝基苯葡萄糖苷水解法进行测定，试材用量改用1.0 g。

1. 5 统计分析

试验数据采用Excel 2007进行整理，以SPSS 16.0进行方差分析和相关性分析。

2 结果与分析

2. 1 花朵自动脱落观察结果

由表1可知，4个杜鹃品种中红精灵的花朵自动脱落率最高，为90.280%;春潮次之，为88.030%;春之舞和神州奇的花朵自动脱落率仅分别为11.430%和8.470%，均显著低于前两个品种（P<0.05，下同）。形态观察发现，红精灵和春潮的绝大部分花冠或花被片可自动脱落（仅花柱残留），而春之舞和神州奇的花冠萎蔫后残留在花枝上（图1）。说明红精灵和春潮两个品种具有花朵自动脱落习性。

2. 2 PG活性比较

从图2可看出，神州奇开花过程中其花冠离区的PG活性从露色期至谢花期呈先上升后下降的变化趋势，其余3个品种均呈先下降后上升再下降的变化趋势;4个品种的PG活性均在盛花期达峰值;红精灵的PG活性在各开花时期均最高，春潮的PG活性次之，其中红精灵的PG活性在盛花期出现最高值，为0.993 mg/（g·h）;在同一开花时期，春潮和红精灵的PG活性显著高于春之舞和神州奇;从露色期到谢花期，红精灵的PG活性是春之舞和神州奇的1.95～3.25倍，春潮的PG活性是春之舞和神州奇的1.52～2.35倍。说明杜鹃花冠离区的PG活性可能与其花朵自动脱落密切相关，PG活性越高，花朵越容易自动脱落。

2. 3 PME活性比较

从图3可看出，除春之舞花冠离区的PME活性呈先下降后上升再下降的变化趋势外，其他3个品种的PME活性在开花过程中均呈先上升后下降的变化趋势;在露色期，4个品种间的PME活性无显著差异（P>0.05，下同）;进入初花期后，春潮、红精灵和神州奇的PME活性上升，春之舞的PME活性下降;在盛花期，春潮和红精灵的PME活性达峰值，分别为0.050 和0.069 U/gFW，显著高于同期春之舞和神州奇的PME活性;在谢花期，春潮和红精灵的PME活性开始下降，春之舞和神州奇的PME活性则降至最低，仅分别为0.010 和0.014 U/gFW，显著低于同期春潮和红精灵。说明杜鹃花冠离区的PME活性与花朵自动脱落密切相关，PME活性越高，花朵越容易自动脱落。

2. 4 β-葡萄糖苷酶活性比较

从图4可看出，春潮开花过程中花冠离区的β-葡萄糖苷酶活性呈先上升后下降再上升的变化趋势，红精灵呈持续上升趋势，而春之舞和神州奇呈下降趋势;在同一开花时期，红精灵的β-葡萄糖苷酶活性均最高，且显著高于其他3个品种;在谢花期，春潮和红精灵的β-葡萄糖苷酶活性达峰值，分别为0.087和0.177 μmol/gFW，春之舞和神州奇的β-葡萄糖苷酶活性降至最低，4个品种间的β-葡萄糖苷酶活性差异显著，其活性排序为红精灵>春潮>神州奇>春之舞。这与花朵自动脱落结果相对应，即花冠离区β-葡萄糖苷酶活性较高的春潮和红精灵的花朵自动脱落率显著高于春之舞和神州奇。说明β-葡萄糖苷酶也参与杜鹃花朵自动脱落的生理活动，其活性在谢花期升高可能是杜鹃品种花朵后期自动脱落的原因之一。

2. 5 3种酶活性与杜鹃花朵自动脱落的相关性

由表2可知，盛花期时杜鹃花朵离区的PG和PME活性与花朵自动脱落率呈显著正相关，相关系数分别为0.979和0.951，两种酶活性呈极显著正相关（P<0.01），说明PG和PME积极参与了杜鹃花朵自动脱落的相关生理代谢活动，且杜鹃品种花朵离区的PG和PME活性越高，花朵自动脱落现象越明显;β-葡萄糖苷酶活性与自动脱落率及PG和PME活性呈正相关，但相关不显著，结合杜鹃花冠离区的β-葡萄糖苷酶活性的变化规律可知，花朵自动脱落率最高的红精灵在盛花期和谢花期的 β-葡萄糖苷酶活性远高于其他3个品种，说明β-葡萄糖苷酶虽参与了花瓣脱落的生理活动，但可能仅对花朵自动脱落较高杜鹃品种花朵的脱落起加速作用。

3 讨论

PG参与多种植物器官的脱落，如大豆花荚（宋莉萍等，2011）和豇豆花荚（胡志辉等，2016）等。也有研究表明，PG在西瓜果实软化（刘景安等，2013）和李果实软化（齐秀东等，2015）过程中发挥重要作用。查笑君等（2010）研究发现，根据细胞壁多聚体降解模式，PME的作用是催化脱除半乳糖醛酸羧基上的甲醇基，因而有利于形成PG作用底物——多聚半乳糖醛酸，促进PG活性提高。本研究中，杜鹃花冠离区的PG活性变化规律与PME基本一致，且有花朵自动脱落现象的品种在盛花期的PG和PME活性均较高。进一步的相关性分析结果表明，杜鹃花朵的PG活性与PME活性呈极显著正相关，二者分别与花朵自动脱落率呈显著正相关，说明在杜鹃开花过程中PG活性与PME活性对花朵自动脱落发挥关键作用，与陈发河等（2003）对葡萄果实成熟脱落、阚娟等（2006）对桃果实成熟软化及姜妮娜等（2010）对柿果实软化的研究结果一致。

植物活体器官与组织的自然断裂由降解细胞壁结构的酶完成（王彦昌和李天来，2001）。张嵩等（2005）的研究结果表明，果实成熟过程是一个复杂的生理生化过程，需众多酶的共同参与。本研究结果也证实，促使杜鹃花朵脱落的酶有多种，其中PG和PME所发挥的作用至关重要，β-葡萄糖苷酶也参与了花瓣脱落，但可能仅对花朵自动脱落率较高杜鹃品种花朵的脱落起加速作用。本研究中，红精灵的β-葡萄糖苷酶活性显著高于其他品种，并在谢花期达峰值，与许娟等（2015）对库尔勒香梨的研究结果相似;春之舞与神州奇的β-葡萄糖苷酶活性在谢花期最低，与宋晓青（2005）对腊梅的研究结果一致，说明杜鹃花朵的β-葡萄糖苷酶活性与杜鹃花朵凋谢后的自动脱落率密切相关，其中在花朵发育时期β-葡萄糖苷酶活性呈上升趋势的杜鹃品种其花朵自动脱落率较高，而β-葡萄糖苷酶活性呈下降趋势的杜鹃品种其花朵自动脱落率较低。但相关性分析结果表明，β-葡萄糖苷酶活性变化虽与杜鹃花朵自动脱落及PG、PME活性呈正相关，但相关不显著，说明β-葡萄糖苷酶活性对杜鹃花朵自动脱落具有一定影响，但非起关键作用的酶。

杜鹃花朵的自动脱落是一个复杂的生理代谢过程，本研究仅从其PG、PME和β-葡萄糖苷酶活性与自动脱落率关系角度进行探讨，各种相关酶是通过何种机制和途径使其自动脱落，以及植物本身遗传因素和外界环境因素对自动脱落的控制程度如何，还需进一步探究。

4 结论

杜鹃花朵花冠离区的PG和PME活性越高，花朵越容易自动脱落;β-葡萄糖苷酶活性越高，对自动脱落也具有一定影响。因此，PG和PME是促使杜鹃花朵脱落的关键酶，β-葡萄糖苷酶在杜鹃花朵脱落过程中也发挥积极作用。

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