南高丛蓝莓‘奥尼尔’绿枝扦插生根过程中内源激素的变化

安海山,章加应,张学英,周博强,张丽勍

(上海市农业科学院林木果树研究所,上海市设施园艺重点实验室,上海 201403)

蓝莓为杜鹃花科(Ericaceae)越橘属(Vacciniumspp.)多年生小浆果,可利用扦插、组织培养、嫁接和播种等多种方式进行繁殖,其中扦插繁殖操作简便、成本低廉且易于保持母体固有特性,被广泛应用于蓝莓生产实践[1-3]。然而,受参试品种、插条类型及取材时间和扦插季节等多因素影响,其扦插生根率较低,严重制约蓝莓的繁殖[4-5]。植物激素在植物生长发育中起重要调控作用,以往研究多集中在利用植物生长调节剂吲哚丁酸(IBA)、萘乙酸(NAA)和ABT生根粉等诱导蓝莓插条生根等方面[6-8],但内源激素含量及其动态变化对蓝莓插条生根的调控作用及相关机理仍不清晰。本研究以南高丛蓝莓品种‘奥尼尔’为试材,利用液相色谱质谱联用(LC-MS)方法检测蓝莓扦插生根过程中插穗韧皮部内源激素变化,以期明确内源激素调控蓝莓插条生根的潜在机制。

1 材料与方法

1.1 试验材料

供试材料为3年生南高丛蓝莓品种‘奥尼尔’,定植于上海市农业科学院庄行综合试验站。

1.2 试验方法

1.2.1 插穗准备及处理

2019年4月10日随机采取半木质化的新梢若干,参照An等[9]的方法将蓝莓新梢截取为长度10 cm的插穗,保留顶端1—2片叶,其余叶片全部剔除,分别在清水(对照)和1 000 mg∕L吲哚丁酸(IBA)溶液中处理1 min,垂直插入经1 000倍稀释的多菌灵消毒后的基质(泥炭∶珍珠岩=3∶1,体积比),每50个插穗为1组,3次重复。扦插后,利用迷雾系统保持基质相对湿度在80%—90%。扦插后60 d,调查蓝莓插穗的生根情况。

1.2.2 内源激素含量测定

每7 d对插穗基部1 cm的韧皮部进行取样(取样时间点为扦插后0 d、7 d、14 d、21 d、28 d、35 d),参照An等[10]的方法对不同取样点的蓝莓样品的内源激素进行提取,采用液相色谱质谱联用(LC-MS)的方法测定生长素(IAA)、脱落酸(ABA)、玉米素(ZT)和赤霉素(GA3)这4种主要内源激素含量,并计算各激素间的比值。

1.2.3 数据处理与分析

利用SPSS 19.0软件进行差异显著性分析(P≤0.05),利用GraphPad Prism 6.0软件进行绘图。

2 结果与分析

2.1 ‘奥尼尔’绿枝扦插生根表型调查

由图1可知,与对照相比,吲哚丁酸(IBA)显著促进蓝莓插穗的生根。IBA处理后‘奥尼尔’插穗的生根率为49.84%,显著高于对照组(28.35%),平均根条数为8.28,与对照组(4.87)存在显著性差异;IBA处理组和对照组的平均根长度有一定差别,但未达到显著水平(图2),表明生长素类的植物生长调节剂吲哚丁酸对诱导蓝莓绿枝插穗生根具有显著促进作用。

图1 ‘奥尼尔’绿枝扦插后60 d的生根表型Fig.1 Rooting phenotype at 60 days after cutting of‘O＇Neal’under different treatments

图2 ‘奥尼尔’绿枝扦插生根率、生根条数和平均根长度(n=3)Fig.2 Rooting ability of blueberry cuttings from cv.‘O＇Neal’under different treatments(n=3)

2.2 ‘奥尼尔’插穗生根期间内源激素含量的变化

与对照相比,IBA处理后,IAA含量呈现“低-高-低”的变化趋势,在扦插后21 d达到峰值(图3a);ABA含量急剧下降,扦插后7 d降至最低,随后保持在较低水平(图3b);GA3含量在蓝莓插穗生根进程中无明显变化(图3c);ZT含量在蓝莓插穗整个生根进程中均极低且无明显变化(图3d),上述结果表明,较高含量的生长素和较低含量的脱落酸和玉米素有利于促进蓝莓插穗生根。

图3 ‘奥尼尔’扦插生根过程中IAA、ABA、GA3和ZT含量的变化(n=3)Fig.3 Changes of contents of IAA、ABA、GA3 and ZT during adventitious root formation of blueberry cv.‘O＇Neal’(n=3)

2.3 ‘奥尼尔’插穗生根期间激素比值的变化

为深入探究内源激素对蓝莓扦插生根的调控作用,进一步分析‘奥尼尔’蓝莓插穗生根期间不同激素的比值(包括IAA∕ABA、IAA∕GA3、IAA∕ZT、ABA∕GA3、ABA∕ZT和GA3∕ZT)变化,结果显示:IAA∕ABA和IAA∕ZT的变化趋势基本一致,尤其是IBA处理后,两者均在扦插后21 d出现波峰(图4a和图4c),对照组和IBA处理后的蓝莓插穗中IAA∕GA3无明显差异(图4b),ABA∕GA3和ABA∕ZT变化趋势类似,均表现为IBA处理组在扦插后7 d降至最低,随后保持在较低水平(图4d和图4e),GA3∕ZT无明显变化规律(图4f)。

图4 ‘奥尼尔’扦插生根过程中几种激素比值的变化Fig.4 Changes of the ratio of several hormones during adventitious root formation of blueberry cv.‘O＇Neal’

3 讨论

生长素对促进插条生根起重要作用,其原因可能在于插条嫩叶或活动芽形成的IAA向下运输至生根区后能够诱导愈伤组织或根原基的产生,进而促进生根[11-12]。插条的生根能力与植物生长调节剂的种类、浓度、处理时间及内源激素水平等直接相关。本研究显示,IBA处理的蓝莓插条生根质量显著提高,尤其是生根率和平均根条数均显著高于对照组(图1,图2),内源激素测定显示,IBA处理的蓝莓插条IAA含量呈‘低-高-低’的变化趋势,在扦插后7 d出现第一次小高峰,在21 d出现第二次高峰且达到峰值,表明较高水平的IAA含量有利于诱导蓝莓插条生根。An等[10]对南高丛蓝莓‘比洛克西’插条解剖结构观察发现,扦插后7 d时产生大量愈伤组织,扦插后21—28 d是蓝莓根原基产生的关键期,这与本研究在扦插后7 d和21 d分别出现的两次IAA峰值相吻合。蓝莓插条中IAA含量的升高,可能是由于外源IBA刺激了内源IAA向插条基部运输,或促使部分内源IBA转运至蓝莓插条基部进而转化为IAA有关,而高含量IAA可诱导插条基部愈伤组织的产生、根原基的起始等一系列反应,从而促进蓝莓插穗生根。

ABA是一种抑制插条生根的内源激素,ABA含量的急剧下降,不仅有利于插条内的淀粉水解转化为糖,也有利于IAA受体的形成,从而促进蓝莓插条生根。徐继忠等[13]研究表明,对照组(清水)的桃插条在扦插4 d后ABA含量下降,之后变化较小;IBA处理的桃插条在整个生根过程中ABA含量持续下降。本研究结果显示,经IBA处理的蓝莓插条ABA含量迅速下降,在扦插后7 d降至最低,随后保持在较低水平,而对照组ABA含量在扦插后7 d时较低,14 d时较高,随后降低。这与前人研究的观点基本一致,即外源激素处理能够降低内源ABA的水平,从而促进生根,提高生根率。

赤霉素是植物体内产生的一种影响植物生长发育的激素[14]。关于赤霉素在植物扦插生根中的作用有两种说法:一种说法认为赤霉素与生长素起相反的作用,但抑制不定根产生的途径可能是通过抑制形成根原基细胞的分裂或是阻碍生长素诱导的根原基的进一步生长发育进行[15];另一种说法是不定根形成的不同阶段,GA3发挥的作用不同,低浓度的GA3能够增强生长素对不定根的诱导作用,有利于不定根原基的起始分化,而一定当量的GA3有助于根原基的生长[16],GA3含量的适度下降有利于细柄蕈不定根的产生[17]。An等[10]指出‘比洛克西’绿枝扦插后21 d GA3含量略微升高,但整个生根进程GA3含量变化并不明显。本研究发现对照组的GA3含量在扦插后7 d上升,随后下降并呈波动状态,IBA处理的‘奥尼尔’插条GA3含量也呈波动状态,且无明显变化规律,因此,关于赤霉素在蓝莓插条生根中的作用仍待进一步研究。

玉米素是一种细胞分裂素,一般认为ZT对插条生根有一定的促进作用。宋鹏飞等[18]研究指出低浓度的ZT含量利于‘兔眼’蓝莓嫩枝不定根原基的形成,高浓度ZT有利于不定根的伸长。王雪娇[19]研究表明,‘美登’蓝莓组培苗在扦插生根过程中ZT呈上升趋势,且在扦插后24 d时达到峰值,认为ZT含量的积累有利于根原基的发育及不定根的形成。本研究结果显示在‘奥尼尔’蓝莓插条生根进程中玉米素含量始终保持在较低水平(图3d),这与上述研究结果并不完全一致,这可能是由于参试材料不同或不定根形成进程的差异所致。

与单一激素作用相比,不同激素间的平衡可能在蓝莓插条生根中起更重要作用。王雪娇[19]指出,外源激素处理的‘美登’蓝莓组培苗插穗内的IAA∕ABA值高于对照,且在扦插后32 d时达到峰值,认为高IAA∕ABA值有利于蓝莓插穗不定根的生成。李立佼[20]探究了外源添加硼、蔗糖、维生素B的IBA溶液对蓝莓插穗生根过程中内源激素的影响,发现经硼-IBA处理的插穗大量生根,且不定根形成时期的ABA含量显著降低,IAA∕ABA值也高于其他处理,认为硼的添加之所以能促进蓝莓生根与其能提高不定根形成时期的IAA含量和降低ABA含量密切相关。宋鹏飞[18]指出,适宜的IAA∕GA有利于愈伤组织和根原基分化,IAA∕ZT的升高有利于根原基的分化,但在生根后期,低IAA∕ZT有助于不定根的伸长生长。本研究发现,IAA∕ABA、IAA∕GA3和IAA∕Zeatin的变化趋势类似,均在扦插后7 d和21 d时出现不同程度的峰值,尤其是IAA∕ABA的比值在扦插后21 d时达到最高峰,进一步说明高水平的IAA和低水平的ABA在蓝莓插条生根中起重要作用,这与前人研究结果吻合。IBA处理的蓝莓插条ABA∕GA3和ABA∕Zeatin均在扦插后7 d降至最低,随后变化很小,而对照组中两者均在扦插后7 d较低,扦插后14 d较高,随后降至较低水平,这也间接反应了高水平的ABA不利于蓝莓插穗生根。

总之,蓝莓插条生根是一个受多因子影响的生理生态过程,内源激素水平及不同激素间的平衡在蓝莓插穗生根不同发育阶段的调控作用也是极其复杂的,关于蓝莓扦插生根进程激素间的平衡与互作机制仍需进一步研究。