马尾松针叶基潜伏芽萌发过程中内源激素的变化研究

朱亚艳 徐嘉娟 杨 冰 李 芳 周家维 霍 达 王 港

(贵州省林业科学研究院 贵阳 550005)

马尾松(Pinusmassoniana)是我国南方地区重要的造林用材树种之一，也是荒山绿化的先锋树种，是我国林业领域长期重点研究的树种，目前已对马尾松进行了系统和全面的研究，在遗传育种、森林培育等领域均取得了丰硕成果[1]。我国马尾松种质资源丰富，南方各主要马尾松分布省区都建立了规模较大的育种群体，有效地保存了遗传多样性，从而在长期育种中获得更高的遗传增益[2～4]，但由于其育种周期和生长发育周期较长，遗传改良过程进展缓慢。而无性繁殖能够保持母本的优良性状，缩短育种周期。马尾松针叶是一根极度缩短的枝条，针叶束基部中心的潜伏芽在一定条件下可发育、生长、形成新的枝梢。它再生能力很强，通过截顶的方式，可刺激针叶基潜伏芽的萌发；通过施肥等处理，其植株萌条数量和质量都有大幅提高[5～6]，能够培育出大量的健壮穗条供扦插或嫁接育苗使用，同时也为组培增殖扩繁提供新材料[7]。

内源激素调控植物生长发育是一个复杂的网络调控过程，植物内源激素对植物营养物质的运输、分配在开花和衰老过程中起着重要的调控作用[8]。植物内源激素种类繁多，赤霉素(GA)、生长素(IAA)、细胞分裂素(CTK)与脱落酸(ABA)是重要的植物内源激素，它们广泛分布在植物体内，对植物细胞的分裂与生长分化、器官建成、开花结实、成熟与衰老、植物的休眠萌发、抗寒性等都有直接或间接的影响，分别或相互协调地调控植物的生长、发育与分化，对植物的生长发育具有重要的作用[9～12]。为研究马尾松针叶基潜伏芽萌发过程中激素含量变化，本文通过对马尾松针叶基潜伏芽萌发过程中IAA、GA3、ABA及ZR含量进行测定，分析潜伏芽萌发过程中内源激素含量变化，揭示内源激素对潜伏芽萌发的影响，并通过不同浓度的IAA、GA3和6-BA三种外源激素喷施马尾松针叶，探索出能够促进不同程度地提高马尾松针叶基潜伏芽萌发穗条的质量和产量的激素类型和浓度。

1 材料与方法

1.1 试验地概况

试验地位于贵州省林业科学研究院马尾松种子园，海拔1070～1130m，属于亚热带湿润温和型气候，年均气温15.3℃，年平均相对湿度为77%，年均总降水量为1129.5mm，土壤为石灰岩发育的酸性山地黄壤。该园建于1985年，总面积26.7公顷，种子园配置采用随机区组设计，定植密度为4×5米或5×5米，入园无性系171个，分别来源于黄平、都匀、岑巩、紫云、剑河、开阳、贵州省林科院七个县市，现保存无性系94个。

1.2 试验方法

选取长势基本一致，无病虫害的健壮6年生马尾松植株12株，将其顶梢进行修剪，破除顶端优势，采集修剪前针叶(CK)，每隔5天采样一次，直至潜伏芽萌发为止。根据徐聪敏等[13]对落叶松针叶营养诊断采样技术的研究，上午10点左右，针叶养分含量稳定，采样于上午进行，采集不同部位的针叶混合，带回实验室放于-80℃冰箱保存。马尾松针叶基潜伏芽萌发过程中IAA、GA3、ABA及ZR含量采用酶联免疫吸附测定法。

选取树龄一致，分枝粗细基本一致的马尾松枝条进行截顶，保留一定数量的针叶，每隔7～10天对针叶喷施不同浓度的IAA(200mg/l、100mg/l、50mg/l)、GA3(150mg/l、100mg/l、50mg/l)及6-BA(75mg/l、50mg/l、25mg/l)溶液，以长势一致的健壮枝条为对照(CK)，每个试验重复3次，定期观察并记录马尾松针叶基潜伏芽萌发情况。

1.3 数据统计与分析

利用Excel和SPSS 18.0 软件对数据进行差异显著性分析等。

2 结果与分析

2.1 马尾松针叶基潜伏芽萌发过程中内源激素含量变化

2.1.1IAA含量变化

IAA是植物体内普遍存在的一种生长素，具有促进植物细胞的伸长、分裂和分化，调控植物茎尖的向光性和根的向地性，诱导花的雌性化等生理作用[14]。在芽休眠方面，已有研究表明：低浓度的IAA 能够促进芽的萌发，但高浓度 IAA却不利于芽的萌发，这可能是由于低浓度的IAA促进了根系生长，使根系合成的细胞分裂素等促进萌芽的物质运送到地上部，间接促进了休眠解除，而高浓度 IAA则由于其顶端优势作用，抑制了芽的萌发。因此，在休眠解除期间虽有明显增加，但并不直接参与休眠控制[15～16]。由表1 可知：在马尾松针叶基潜伏芽萌发过程中，IAA含量先增加后降低，由修剪前的50.896ng/g升至峰值82.165ng/g，随后逐渐降低，马尾松针叶基潜伏芽萌发时针叶内IAA含量为68.006ng/g。

2.1.2GA3含量变化

赤霉素GA3具有打破种子及芽的休眠、加速细胞伸长、促进萌发、分蘖等作用，是植物内广泛存在的一种内源激素。由表1 可知：在马尾松针叶基潜伏芽萌发过程中，GA3含量变化趋势与IAA含量变化基本一致，呈现先增加后降低的变化，由修剪前的6.073 ng/g迅速增加至8.939 ng/g，随后增加至峰值8.981 ng/g便开始缓慢降低，潜伏芽萌发时降至6.042 ng/g。

2.1.3ZR含量变化

细胞分裂素ZR对细胞的分裂和伸长有一定的促进作用[17]。由表1可知：在马尾松针叶基潜伏芽萌发过程中，ZR含量从9.035ng/g增加到9.609 ng/g后减少，变化幅度不大。

2.1.4ABA含量变化

脱落酸ABA是一类对植物生长发育具有重要调控作用的植物激素，如促进叶、花、果的脱落，诱导芽的休眠，提高植物抗逆性等[10]。由表1 可知：修剪顶梢后，马尾松的顶端优势被打破，ABA含量急剧降低，由原来的83.598ng/g降低至63.157ng/g，随后持续稳定降低，针叶基潜伏芽萌发时降至47.626ng/g。

2.1.5内源激素比值的变化

植物体内分别存在着对其生长具有促进和抑制作用的两类内源激素，它们在植物体内相互作用影响着植物的正常生长发育。Sibton等通过转基因改变植物内源激素平衡的研究表明生长素与细胞分裂素平衡在腋芽生长中起着至关重要的作用[18]。马尾松针叶基潜伏芽的萌发受IAA、GA3、ZR和ABA等激素含量变化的影响，与此同时，激素间的平衡关系对潜伏芽的萌发具有重要作用，由表1可知：马尾松截顶修剪后，原有的激素平衡被打破，(IAA+GA3+ZR)/ABA比值急剧增大，在马尾松针叶基潜伏芽萌发过程中维持逐渐增大的趋势，比值由修剪前的0.796提高到萌发时的1.746，潜伏芽萌发后激素水平达到新的平衡。

表1 马尾松针叶基潜伏芽萌发过程中内源激素含量变化

2.2 外源激素处理对马尾松针叶基潜伏芽萌发的影响

2.2.1外源激素处理对穗条数量的影响

从图1可以看出：IAA、GA3、6-BA三种不同浓度的外源激素均能促进马尾松针叶基潜伏芽的生长。三种激素处理后针叶基潜伏芽萌生的平均穗条数均高于对照组，其中，100mg/l浓度的GA3处理后穗条数最多，平均为20.5根，其次为100mg/l的IAA处理，平均为20.4根，显著高于对照组(穗条数量14.8根)，75mg/l 的6-BA处理后穗条数量为16.5根，效果不明显，而50mg/l和25mg/l的6-BA处理后穗条数量分别为19.0根和18.8根，显著高于对照组；激素处理后萌生的平均穗条数变化范围为16.5～20.5根，变化范围不大。

图1 外源激素处理后平均穗条数量

2.2.2外源激素处理对穗条质量的影响

从图2、图3可以看出：三种外源激素处理后萌生的穗条质量较对照组有所提高，穗条的平均直径和长度均高于对照组。其中，穗条直径变化范围为2.17～2.56mm，穗条长度的变化范围为7.07～8.81cm。

图2 外源激素处理后穗条平均直径

由图2可知：三种不同浓度的外源激素对穗条质量的影响大小：GA3150>GA3100>IAA100>6-BA25>6-BA75=GA350>IAA50>IAA200>6-BA50>CK，150mg/l和100mg/l浓度的GA3对穗条的直径影响最大，穗条直径达2.56mm和2.52mm。

图3 外源激素处理后穗条平均长度

由图3可知：三种不同浓度的外源激素对穗条长度的影响大小：GA350>GA3100>GA350>6-BA25>6-BA50>6-BA75>IAA200>IAA100>IAA50>CK，三种浓度的GA3处理对穗条长度影响最大，平均长度达8.81cm，其次为6-BA，穗条长度为8.76cm。

综上所述： 150mg/l、100mg/l和50mg/l浓度的GA3处理对穗条直径和长度的影响均大于IAA和6-BA。

3 结论与讨论

植物激素在马尾松针叶基潜伏芽萌发过程中起着至关重要的作用，IAA、GA3、ZR和ABA几种主要激素共同参与调控针叶基潜伏芽的萌发。John等对辐射松的研究表明：松树在新梢萌发前后，枝条内源激素的活性有大幅提高[19]；黄利斌[20]等对杉木采穗母株根颈促萌结果表明：杉木休眠芽的萌发主要由植株内源激素的作用控制，植株体内细胞分裂素类物质对打破休眠，促进萌发起重要作用。使用一定浓度的 6-BA处理对杉木萌条提早萌发有一定的促进作用。

本试验中，通过修剪方式打破顶端优势，针叶基潜伏芽萌发过程中IAA 、GA3和ZR含量均呈现先增加后降低的趋势，而ABA含量则持续降低，由原来的83.598ng/g降低至63.157ng/g，随后持续降低，至针叶基潜伏芽萌发时降为47.626ng/g。脱落酸被认为是感受外界环境因子变化，并传导外界信号导致休眠的物质，Nagar对茶树芽的季节性休眠研究发现，茶树芽进入休眠阶段，脱落酸主要以游离态形式存在，且含量很高；休眠解除，含量开始下降[21]，与本文结果一致；在马尾松针叶基潜伏芽萌发过程中，(IAA+GA3+ZR)/ABA比值逐渐增大，由修剪前的0.796提高到萌发时的1.746，比值增加2.19倍，激素水平在潜伏芽萌发后达到新的平衡，试验结果与孟云[22]、张庆伟[23]等利用外源激素6-BA、GA3喷施诱导苹果苗腋芽萌发、促进分枝的结果一致。此外，喷施外源激素IAA、6-BA、GA3不仅能够促进潜伏芽/腋芽萌发生长，还能提高穗条产量和质量，缩短潜伏芽萌发的时间，25mg/l、50mg/l和75mg/l浓度的6-BA均能促进马尾松针叶基潜伏芽提早萌发，IAA和GA3对针叶芽萌发早晚的影响不明显。适宜浓度的IAA、6-BA、GA3处理均能提高穗条产量和质量，其中以150mg/l、100mg/l和50mg/l浓度的GA3处理效果最好。