曹建華　林位夫　陳俊明

摘要采用酶聯(lián)免疫檢測技術測定了3種由巴西橡膠樹花藥離體組織培養(yǎng)的無性系組成的芽接樹PR107/熱研88-13、PR107/海墾2和PR107/大豐99接穗(PR107)膠乳中生長素(IAA)、細胞分裂素(iPAs)的含量在一年中不同季節(jié)的變化情況,同時利用DH925A型微波膠乳測試儀測定了膠乳干含(DRC),分析了它們之間的相互關系,結果表明:同一嫁接組合材料在不同月份采膠,膠乳中IAA或iPA含量差異極顯著,膠乳中IAA和iPA含量受季節(jié)影響明顯;割膠對膠乳中IAA和iPA含量有顯著的影響,割膠后二者含量成倍增加;不同砧木材料(熱研88-13、海墾2和大豐99)對同一接穗(PR107)膠乳中的IAA和iPA含量的影響是不同的,二者的含量在不同嫁接組合中存在顯著差異;IAA、IAA/iPA與膠乳干含呈顯著正相關,iPA與膠乳干含的相關性不顯著(但接近顯著相關水平)。表明IAA和iPA參與了產膠調節(jié);干膠產量與膠乳中IAA和iPA含量及IAA/iPA比值具有一定正相關關系,但相關性不顯著。

關鍵詞巴西橡膠;膠乳;IAA;iPA;季節(jié)變化;產量

中圖分類號S794.1文獻標識碼A文章編號 1007-5739(2009)15-0182-05

TheSeasonalChangesofIAAandiPAinLatexandRelativitiesamongYieldIAAandiPAofGrafted

HeveaBrasiliensisTrees

CAO Jian-hua 1,2LIN Wei-fu 1,2CHEN Jun-ming 1,2

(1 Rubber Research Institute,Danzhou Hainan 571737; 2 Key Laboratory of Ministry of Agriculture for Tropical Crops Physiology)

AbstractThe seasonal changes of contents of IAA and iPA in latex of grafted Hevea brasiliensis trees,which were bred by tissue culture with anther cells,named self-root clones,consisted of ReYan88-13,HaiKen2 and DaFeng99 as the rootstocks respectively,PR107 as the scions were determinde by the method ofplant hormonal immunoassay. Meanwhile,the dry rubber content(DRC) was determined using micro-wavelength detecting of latex,and then the interacting relationships among them were analyzed. The results indicated that the contents of IAA and iPA in different seasons,from the same grafted material,had apparent differences. It indicated that IAA and iPA in latex were affected evidently by seasonal factors.The contents of IAA and iPA in latex were affected apparently by tapping,because they increased as times as account after tapping.There were apparent differences in contents of IAA and iPA in latex of scions among the different grafted materials. It indicated thatthe effects,from different rootstocks(ReYan88-13,HaiKen2 and DaFeng99) to the same scion(PR107),were different.There was an apparently positive relativity between DRC and content of IAA or the ratio of IAA/iPA. The relativity between DRC and content of iPA was not apparently,but approaching to the apparent level in statistic. It indicated that the IAA and iPA in latex had taken part in the regulation of latex regeneration. However,there were no apparent relativities between yield and content of IAA,iPA,or the ratio of IAA/iPA.

Key wordsHevea brasiliensis;latex;IAA;iPA;seasonal changes;yield

植物激素以信號傳導的形式調節(jié)基因表達或改變酶的活性,對植物的生長和發(fā)育起重要作用,幾乎參與了植物生長發(fā)育過程中所有生理過程的調節(jié)[1]。生長素與細胞分裂素屬于植物中最普遍和最重要的激素之一[2,3]。許多研究表明,內源IAA在樹皮的創(chuàng)傷后再生過程中,特別是維管形成層的發(fā)生和活動中起著重要作用,參與了組織分化的調節(jié)[4-7],并且IAA的變化與形成層的活動具有一致性[8]。受傷產生的誘導信號能使傷口周圍的細胞活化,內源激素含量的變化與傷口變化具有一致性,并參與了誘導化學信號的傳導[9],調控著某些特殊基因的表達[1,9]。

在橡膠方面,已有研究結果表明內源植物激素,如乙烯[10]、茉莉酸(JA)[11]和亞麻酸[12]等參與了膠乳的合成代謝,是促進膠乳次生代謝、形成次生產物的信號分子。另外,植物激素還參與巴西橡膠有功能的韌皮部及乳管的分化、形成[12-14],韌皮部與乳管密切相關,而乳管數(shù)的多少直接關系到橡膠的產量。但是,植物激素在橡膠樹乳管中的存在和作用目前還了解得很少。筆者已在巴西橡膠樹膠乳中檢測到IAA和iPA[15],并發(fā)現(xiàn)芽接樹中IAA和iPAs的含量因接穗、砧木、芽接方式及激素種類的不同而發(fā)生很大變化[16]。本研究對巴西橡膠芽接樹膠乳中生長素(IAA)、細胞分裂素(iPAs)的含量以及膠乳干含和干膠產量在一年中不同季節(jié)的變化情況進行了測定,分析了割膠對它們的影響以及相互間的關系。

1材料與方法

1.1材料

以PR107為接穗,分別嫁接由花藥體細胞組織培養(yǎng)的無性系砧木熱研88-13、海墾2和大豐99,得到了3種芽接樹:PR107/熱研88-13、PR107/海墾2和PR107/大豐99。試驗中,每種芽接樹選取3株標準樹作為重復。砧木材料1997年種植,1998年芽接,1999年鋸去砧木樹干后按試驗小區(qū)隨機分布進行定植,至2005年6月進行本試驗時第1次割膠。

1.2方法

1.2.1割膠制度。試驗處理采用1/2樹圍割線3d 1刀割制(S/2↓d/3),對照為1/2割線1個月1刀割制(S/2↓d/m),均對接穗割膠,并測定每刀膠乳干含與干膠產量。

1.2.2激素測定樣品的采集與處理。每月中旬左右,在試驗處理割膠的當天,對照同時割膠,割后立即采樣用于激素測定。將3mL預冷的體積分數(shù)為80%甲醇液裝入試管稱重(V1),在田間采集時讓膠乳直接滴入上述試管內并搖勻,冰凍后迅速帶回實驗室稱重(V2),V2-V1重量之差即為樣品重。在實驗室內取出冰凍的樣品,稱重后放入4℃冷凍離心機(15 000rpm)離心10min,取上清液備用。利用C18柱分別提取離心后的上清液中的生長素(IAA)和細胞分裂素(iPAs),然后將提取出的激素液放入-20℃黑暗環(huán)境中保存?zhèn)溆谩?/p>

1.2.3測定的方法與原理。激素測定方法與原理根據(jù)文獻[17],利用ELISA試劑盒(由南京農業(yè)大學生產提供)和ELX808 Ultra Microplate Reader酶聯(lián)儀分別測定IAA和iPAs含量。膠乳干含(DRC)利用DH925A型微波膠乳測試儀(由華南熱帶農業(yè)大學研制生產)測定,利用干含×單位時間內的排膠重量計算得干膠產量。利用SAS統(tǒng)計軟件對試驗數(shù)據(jù)分析。

2結果與分析

2.1膠乳中IAA含量季節(jié)變化

3種芽接樹處理與對照接穗膠乳中IAA含量在1年中不同季節(jié)的變化見圖1。

從圖1可以看出,3種芽接樹接穗膠乳中的IAA含量差異很大,這與筆者以前在其他不同芽接組合材料中的研究結果是一致的[15,16],其中:PR107/大豐99的IAA含量最高,PR107/海墾2其次,而PR107/熱研88-13最低。

處理的3種芽接樹膠乳中IAA的含量在各月份均明顯高于各自對照,這表明割制對膠乳中IAA的含量有明顯的影響。3種芽接樹由于砧木材料的不同,IAA含量的差異程度亦有很大區(qū)別:在6~11月,PR107/熱研88-13處理的IAA含量分別比其對照高出了0.38~4.77倍,PR107/海墾2處理的IAA含量分別比其對照高出了0.11~5.04倍,PR107/大豐99處理的IAA含量分別比其對照高出了0.01~6.69倍。

同一芽接樹在一年中的不同月份,膠乳IAA的含量有很大變化,其中7月最高,而11月最低,表明膠乳中IAA的含量會隨季節(jié)而發(fā)生變化。同時還可看出,處理與對照芽接樹膠乳中IAA的含量季節(jié)變化趨勢較為一致,即6月份第1次割膠后,至7月IAA含量大幅度升高至最高水平,8月份下降至比6月低的水平,9月又上升低于或接近6月水平,10月又下降,11月下降至最低水平。所不同的是,處理各芽接樹較其對照膠乳中IAA的含量要高,在一年中其變化的幅度也較大。

利用SAS統(tǒng)計軟件對上述試驗結果進行隨機區(qū)組多元統(tǒng)計分析,結果表明:同一芽接樹,由于割制不同,其膠乳中IAA含量差異達極顯著,由此說明割膠對膠乳中IAA的含量有極顯著影響;同一芽接樹在不同月份膠乳中IAA含量差異達極顯著,可見膠乳中IAA的含量受季節(jié)影響明顯;3種芽接樹在不同月份各自膠乳中IAA含量相互間差異達極顯著,而在同一月份它們的差異也達極顯著,說明不同砧木對同一接穗膠乳IAA含量的影響有很大差異。

2.2膠乳中iPA含量季節(jié)變化

3種芽接樹處理與對照接穗膠乳中iPA含量在一年中不同季節(jié)的變化見圖2。從圖2可知,3種芽接樹接穗膠乳中的iPA含量差異很大,筆者以前在其他巴西橡膠芽接樹上亦得到了相同的研究結果[15,16]。其中:在處理各芽接樹中,PR107/大豐99膠乳中iPA含量最高,PR107/海墾2其次,PR107/熱研88-13最低。在對照各芽接樹中,PR107/大豐99 膠乳中iPA含量最高。而6~8月PR107/海墾2膠乳中iPA含量高于PR107/熱研88-13,至9~11月,PR107/熱研88-13又高于PR107/海墾2。

處理的3種芽接樹膠乳中iPA含量在各月份均明顯高于各自對照,這表明割膠對膠乳中iPA的含量有明顯的影響。3種芽接樹由于砧木無性系的不同,iPA含量的差異程度亦有很大區(qū)別:在6~11月,PR107/熱研8813處理的iPA含量分別比其對照高出了0.34~1.53倍,PR107/海墾2處理的iPA含量分別比其對照高出了0.36~1.52倍,PR107/大豐99處理的iPA含量分別比其對照高出了0.29~1.97倍。

同一芽接樹在一年中的不同月份,iPA的含量亦有明顯變化,其中7月最高,而8月最低,表明季節(jié)因素對膠乳中iPA的含量有明顯的影響。同時處理與對照芽接樹膠乳中iPA的含量變化趨勢較為一致,即6月第1次割膠后,iPA含量在7月升高至最高水平,8月下降至最低水平,9月又上升但低于6月水平,10月繼續(xù)上升(對照PR107/大豐99在10月iPA含量略低于9月水平),11月份下降至最低水平。不同的是,由于每月割膠次數(shù)不同,處理各芽接樹較其對照膠乳中iPA的含量要高,在一年中其變化的幅度也較大。

利用SAS統(tǒng)計軟件對上述試驗結果進行隨機區(qū)組多元統(tǒng)計分析,結果表明:同一芽接樹,由于割制不同,其膠乳中iPA含量差異極顯著,由此說明割膠對膠乳中iPA的含量有顯著影響;同一芽接樹在不同月份膠乳中iPA含量差異極顯著,可見膠乳中iPA的含量受季節(jié)影響明顯;3種芽接樹膠乳中iPA的含量差異極顯著,說明不同砧木對同一接穗膠乳iPA含量的影響有很大差異。

2.3膠乳中IAA與iPA含量的相關性

處于同一環(huán)境中的植物激素之間存在相互影響,會發(fā)生協(xié)同作用或拮抗作用。膠乳中的IAA和iPA之間亦存在相互作用,從二者之間的季節(jié)變化趨勢(見圖1、圖2)可以知道它們之間的相互作用關系。3種芽接樹,不論是處理還是對照,IAA與iPA含量變化均表現(xiàn)一致的規(guī)律性:即從6~9月,IAA與iPA含量的升高或降低具有一致性。但在10月和11月,隨著IAA含量的降低,iPA含量卻呈上升趨勢。由于砧木材料的不同,3種芽接樹膠乳中IAA和iPA在不同月份含量的變化幅度存在一定的差異。

利用SAS統(tǒng)計軟件對各嫁接組合材料膠乳中的IAA、iPA含量測定結果進行相關性分析,結果表明:3種芽接樹膠乳中IAA與iPA含量呈極顯著的正相關(對照PR107/熱研88-13除外),表明二者在乳管系統(tǒng)內相互間是一種協(xié)同作用關系。由此可見,膠乳中IAA和iPA含量不僅受季節(jié)因素、割膠的影響,還受相互間的作用影響。

2.4膠乳中IAA、iPA含量與干含、產量之間的關系

膠乳干含和干膠產量不僅與膠樹自身的生理特性有關,還與割制有很大關系。對照的3種芽接樹由于每月僅割膠1次,其干含和產量不能很好地反映其真實情況。因此,筆者在此以處理的3種芽接樹來探討膠乳中IAA、iPA含量與干含、產量之間的關系。

2.4.1IAA和iPA與膠乳干含的關系。處理的3種芽接樹接穗膠乳IAA、iPA含量與干含的季節(jié)變化趨勢見圖3。

從圖3可以看出,處理的3種芽接樹接穗膠乳干含與IAA和iPA含量之間關系表現(xiàn)出較一致的趨勢:不同的月份,干含與IAA之間的波動趨勢較為一致,而與iPA的波動在6~8月表現(xiàn)為一致,9~11月卻呈相反趨勢。

利用SAS統(tǒng)計軟件對膠乳干含、IAA和iPA含量的試驗結果進行相關性統(tǒng)計分析,結果表明:膠乳干含與IAA含量呈顯著正相關;干含與iPA含量具有一定的相關性,但在統(tǒng)計學上未達顯著水平(3種芽接樹Pr>F分別為0.128、0.086、0.099);干含與IAA/iPA比值呈顯著正相關?？梢?膠乳中激素參與了產膠調節(jié)。

2.4.2膠乳中IAA與iPA含量與干膠產量的關系。處理的3種芽接樹接穗膠乳IAA、iPA含量與干膠產量的季節(jié)變化趨勢見圖4。從圖4可以看出,處理材料各嫁接組合干膠產量與膠乳中IAA、iPA含量表現(xiàn)出了較為一致的規(guī)律性,即:在6~9月,干膠產量與膠乳中IAA、iPA含量變化(升高或降低)具有一致性;在10月和11月則表現(xiàn)出不同的規(guī)律:10月干膠產量較9月低,而此時IAA含量也下降,但iPA含量卻升高。11月干膠產量又升高,而IAA含量繼續(xù)下降,iPA含量繼續(xù)上升。

利用SAS統(tǒng)計軟件對干膠產量、IAA和iPA含量的試驗結果進行相關性統(tǒng)計分析,結果表明:干膠產量與膠乳中IAA和iPA含量、IAA/iPA的比值之間的相關性不顯著。

3討論

(1)割膠對膠乳中IAA和iPA含量有顯著的影響。割膠對于橡膠樹來說是一種機械損傷,排膠就是對這種機械傷害的保護反應。目前已證明,乙烯是一種對傷害起響應的信號分子[2,3],而常規(guī)割膠會形成創(chuàng)傷刺激導致內源乙烯產生[10],乙烯又是如何與膠乳中IAA和iPA發(fā)生作用的,非常值得深入研究的。IAA和iPA是促進植物生長的一類重要調節(jié)物質,在樹皮創(chuàng)傷后的再生過程中,參與了組織分化的調節(jié)[4-7]。研究發(fā)現(xiàn),機械傷害可誘導橡膠次生乳管的形成,而茉莉酸在這一過程中必不可少[19]。割膠后膠乳中IAA和iPA含量的急劇增加,可能與乳管和樹皮的再生修復有關,因為IAA和iPA是促進植物生長必不可少的調節(jié)物質,割膠傷害刺激了膠樹的超?；謴汀Ｈ楣軆鹊腎AA和iPA在橡膠樹創(chuàng)傷(割膠)后乳管與樹皮的再生恢復過程中可能起到了重要的作用。并且3種芽接樹由于砧木無性系不同,其接穗膠乳中IAA和iPA含量的變化量差異也較大。這表明,不同的無性系芽接材料對外界的機械傷害(割膠)的響應是不同的,這種不同主要來源于砧木的影響。

(2)膠乳中IAA和iPA含量受季節(jié)影響明顯。膠乳中IAA和iPA含量不僅與嫁接組合材料本身有關,還受外界因素的影響。在一年中的不同月份,光、熱、水、氣等都存在差異,使得膠樹在每月的生長狀況亦存在差異,而不同的嫁接組合材料對外界環(huán)境改變的反映是不一樣的,必定會從其生理生化特性上反映出來。IAA和iPA作為促進膠樹生長的一種調節(jié)物質,對環(huán)境的變化必然會做出響應。

(3)膠乳中IAA和iPA存在明顯的正相關關系。本研究的結果與趙毓桔“高濃度的生長素可以刺激細胞分裂素降解”[3]的觀點不一致?？赡苁怯捎谀z乳中IAA的濃度不足以達到刺激細胞分裂素發(fā)生降解的程度。抑或是在橡膠乳管這一特殊的生物合成器里面,對于割膠引起的傷害刺激,二者的協(xié)同作用在乳管、樹皮傷害后的修復與再生過程具有某種特殊的功能。

(4)不同砧木無性系(熱研88-13、海墾2和大豐99)對同一無性系接穗(PR107)膠乳中的IAA和iPA含量具有顯著影響,但這種影響也因砧木無性系的不同而存在顯著差異。筆者以前也研究過實生砧(砧木無性系未知)對接穗膠乳中激素的影響[16],得到了相一致的試驗結果,本研究的結果進一步豐富了砧木與接穗的相互影響研究的基礎理論。大量的研究表明[18],橡膠砧木對接穗在許多方面(如生長、生理生化特征、內源激素、產量等)都具有明顯的影響,因此在未來的橡膠育種工作中,不能忽視對橡膠芽接樹砧木材料的選擇。

(5)處理的3種芽接樹接穗膠乳干含與IAA含量呈顯著正相關,與iPA含量具有一定的相關性,與IAA/iPA比值呈顯著正相關。由此說明,乳管內的IAA和iPA參與了產膠代謝的調節(jié)。至于調節(jié)機理,需要進一步的研究。

(6)統(tǒng)計分析結果表明,干膠產量與膠乳中IAA和iPA含量、IAA/iPA的比值之間的相關性不顯著。干膠產量與排膠條件和干含有關,排膠條件包括橡膠樹自身的遺傳特性、割膠制度以及外界環(huán)境因素等,產量是所有綜合因素相互作用的最終反映。內源激素作為橡膠生長的調節(jié)物質,其本身也受上述這些因素的影響。從膠乳激素與產量的變化趨勢來看,它們之間具有一定的相關性,也可能存在某方面的相互作用,只是這種作用與割膠方式對產量的影響相比可能不明顯。但已有研究結果表明,內源激素(乙烯[10]、茉莉酸(JA)[11]和亞麻酸[12])確實參與了膠乳的合成代謝,是促進膠乳次生代謝、形成次生產物的信號分子。在植物體內的質膜、胞質、核膜及核質中普遍分布著IAA的結合蛋白[8],加上IAA受體蛋白的發(fā)現(xiàn)[20],對于推動膠乳中激素功能的研究具有重要作用。橡膠砧木與接穗之間存在顯著的相互影響,這種影響可能是通過激素作為信號分子來調節(jié)的。膠乳中IAA和iPA參與了產膠調節(jié),在橡膠受到機械傷害(割膠)后的恢復、再生過程中起到了某種特殊的作用。今后該研究的方向是:割膠傷害后,膠乳中激素的響應變化及其與橡膠樹體因割膠傷害誘導產生的乙烯之間的作用關系,對割膠傷害后樹皮和乳管再生的功能及作用過程,對產膠的調節(jié)作用研究,在砧木對接穗產量發(fā)生影響的過程中的作用與機制研究等。

4致謝

本文得到了郝秉中研究員的悉心指導,試驗得到了譚海燕老師的大力支持,在此表示衷心地感謝。

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