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藍果忍冬果實發(fā)育過程中形態(tài)指標及內(nèi)源激素含量的變化

2016-05-30 21:29趙利娟霍俊偉秦棟劉朋馬旿晛劉煜池
南方農(nóng)業(yè)學(xué)報 2016年3期

趙利娟 霍俊偉 秦棟 劉朋 馬旿晛 劉煜池

摘要:【目的】探討藍果忍冬果實不同發(fā)育時期內(nèi)源激素含量的變化規(guī)律,為藍果忍冬果實生長發(fā)育生理機制研究及調(diào)控提供參考依據(jù)。【方法】采用液相色譜法測定蓓蕾和長白山1號兩個藍果忍冬品種(系)果實發(fā)育過程中的玉米素(ZT)、赤霉素(GA3)、生長素(IAA)和脫落酸(ABA)含量?!窘Y(jié)果】蓓蕾和長白山1號果實生長曲線均呈不明顯雙S型。盛花后6 d果實內(nèi)GA3、IAA和ABA含量均處于峰值,此后隨著果實的發(fā)育逐漸下降;第Ⅱ快速生長期前期和中期果實內(nèi)GA3、IAA和ZT含量均出現(xiàn)一個小峰值,第Ⅱ快速生長期后期ABA含量出現(xiàn)高峰(蓓蕾為4.88 μg/gFW,長白山1號為3.32 μg/gFW)。兩個品種(系)果實中GA3和IAA與單果重、橫徑的相關(guān)系數(shù)絕對值大于0.500?!窘Y(jié)論】藍果忍冬果實發(fā)育初期ABA含量出現(xiàn)小高峰可促進落花,且高含量的GA3、IAA和小高峰含量的ABA及第Ⅱ快速生長期前期高含量的GA3、IAA和ZT有利于果實快速生長,采收前高含量的ABA有利于果實成熟,可作為藍果忍冬生產(chǎn)上應(yīng)用生長調(diào)節(jié)劑調(diào)控果實生長發(fā)育、成熟的理論依據(jù)。

關(guān)鍵詞: 藍果忍冬;果實發(fā)育;內(nèi)源激素

中圖分類號: S663.9 文獻標志碼:A 文章編號:2095-1191(2016)03-0436-06

0 引言

【研究意義】藍果忍冬(Lonicwea caerulea L.)屬忍冬科(Caprifoliaceae)、忍冬屬(Lonicera Linn.)落葉灌木,其變種在我國廣泛分布(中國植物志編輯委員會,1988),其果實富含酚類、維生素、花青苷及多種氨基酸等物質(zhì),可預(yù)防糖尿病、心血管疾病、癌癥等(Jin et al.,2006)。藍果忍冬是繼越橘、黑穗醋栗、醋栗、樹莓及沙棘等小漿果之后在我國發(fā)展的又一新興樹種,已在多地進行示范種植,但缺乏對其果實生長發(fā)育及成熟生理機理方面的研究。因此,探討藍果忍冬果實生長發(fā)育過程中內(nèi)源激素的變化規(guī)律,對藍果忍冬果實生長發(fā)育的生理機制研究及調(diào)控具有重要意義?!厩叭搜芯窟M展】已有研究證實,內(nèi)源激素在葡萄(陳發(fā)河等,2002)、草莓(鐘曉紅等,2004)、荔枝(Wang et al.,2007)和梨(廖明安等,2009)等果實生長發(fā)育過程中起重要作用。劉丙花等(2007)研究發(fā)現(xiàn),甜櫻桃在生長發(fā)育過程中其脫落酸(ABA)含量呈下降—上升—下降—上升變化趨勢,赤霉素(GA3)含量的變化動態(tài)與生長素(IAA)相似,在第Ⅰ、Ⅱ速長期各出現(xiàn)一次高峰,共同調(diào)控果實的生長發(fā)育。Zaharah等(2012)研究發(fā)現(xiàn),芒果果實軟化期的第4 d ABA含量出現(xiàn)高峰,IAA含量則一直呈下降趨勢,共同促進果實軟化。在藍果忍冬研究方面,已開展了種質(zhì)資源多樣性(霍俊偉,2004)、生理活性物質(zhì)及揮發(fā)性成分(王藝菲,2014)、組織快繁(于婷喬等,2014)等的評價工作?!颈狙芯壳腥朦c】目前,關(guān)于藍果忍冬果實發(fā)育過程中內(nèi)源激素含量變化動態(tài)及其與果實生長發(fā)育、成熟關(guān)系的研究鮮見報道。【擬解決的關(guān)鍵問題】測定不同品種(系)藍果忍冬果實不同發(fā)育時期的內(nèi)源激素含量,分析其與果實生長發(fā)育的相關(guān)性,為藍果忍冬果實生長發(fā)育生理機制研究及調(diào)控提供參考依據(jù)。

1 材料與方法

1. 1 試驗材料

供試品種(系)為8年生蓓蕾和長白山1號,是本課題組選育的優(yōu)良品種(系)。長白山1號果實成熟期約比蓓蕾早2 d。試驗所用果實采自東北農(nóng)業(yè)大學(xué)藍果忍冬種質(zhì)資源圃。試驗地立地條件一致,常規(guī)管理。

1. 2 試驗方法

1. 2. 1 樣品采集 選取生長健壯、整齊一致的植株掛牌,于盛花后6 d開始每隔6 d采樣1次,直至果實完全成熟。采集的果實一部分直接測定果實橫徑、縱徑和單果重,另一部分用液氮速凍并置于-80 ℃冰箱保存,用于內(nèi)源激素含量測定。

1. 2. 2 果實橫徑、縱徑和單果重測定 隨機選取30個果實,用0.01%游標卡尺測定其橫徑和縱徑。再隨機選取30個果實,用千分之一天平測定單果重。

1. 2. 3 果實內(nèi)源激素含量測定 GA3、IAA和ABA的提取及含量測定參照馬海燕(2007)的方法并略有改動;玉米素(ZT)的提取及含量測定:在石油醚萃取后加入2.0 g PVPP,振蕩1 h后置于超低溫冰箱中直至完全結(jié)冰后取出,室溫溶解,10000×g離心10 min,上清液pH調(diào)至8.0,再用乙酸乙酯萃取,其余操作過程與GA3、IAA和ABA的提取過程完全相同。另外,測定的色譜條件中僅流速變?yōu)?.9 mL/min,其余條件相同。

1. 3 統(tǒng)計分析

試驗數(shù)據(jù)采用Excel 2003進行統(tǒng)計、制圖,采用SPSS 17.0軟件進行相關(guān)性分析。

2 結(jié)果與分析

2. 1 藍果忍冬果實形態(tài)指標的變化情況

2. 1. 1 單果重的變化 從圖1-A可以看出,藍果忍冬果實單果重在發(fā)育過程中呈快—慢—快的不明顯雙S型變化趨勢。其中,在第Ⅰ快速生長期(蓓蕾為盛花后6~24 d,長白山1號為盛花后6~18 d)藍果忍冬果實快速膨大,兩個品種(系)果實的凈增長量分別占成熟時單果重的40.71%和33.00%;在緩慢生長期(蓓蕾為盛花后24~30 d,長白山1號為盛花后18~24 d),藍果忍冬果實生長緩慢,外觀上幾乎無明顯變化,但重量凈增長64.00和71.00 g;在第Ⅱ快速生長期(蓓蕾為盛花后30~42 d,長白山1號為盛花后24~42 d),果實重量快速增加,凈增長量分別占成熟時單果重的38.44%和47.32%。說明蓓蕾果實果重增長的主要時期在果實第Ⅰ快速生長期,長白山1號果實果重增長的主要時期在果實第Ⅱ快速生長期。另外,從坐果至果實成熟,果實各生長發(fā)育期長白山1號的果實單果重均略重于蓓蕾。

2. 1. 2 橫徑和縱徑的變化 從圖1-B、圖1-C可以看出,藍果忍冬果實橫徑、縱徑均呈快—慢—快的不明顯雙S型變化趨勢。其中,第Ⅰ快速生長期兩個品種(系)果實的橫徑增加迅速,凈增長量分別占成熟時的33.27%和24.62%;緩慢生長期橫徑凈增長量僅增加0.24和0.80 mm,增長非常緩慢;第Ⅱ快速生長期兩個品種(系)橫徑變化非常明顯,凈增長量分別占成熟時的33.63%和40.00%。蓓蕾和長白山1號果實的縱徑在第Ⅰ快速生長期凈增長量分別占成熟時的25.90%和22.32%;緩慢生長期果實縱徑僅增加0.40和1.40 mm;第Ⅱ快速生長期,兩個品種(系)的果實縱徑凈增長量分別占成熟時的18.11%和31.25%。

兩品種(系)果實橫徑、縱徑的變化趨勢與單果重的變化趨勢相對應(yīng),但蓓蕾果實的第Ⅰ快速生長期比長白山1號長6 d,第Ⅱ快速生長期則短6 d,總的生長發(fā)育時間相同。由此可見,兩品種(系)果實生長曲線相似,僅果實發(fā)育時期存在一定差異。

2. 2 藍果忍冬果實內(nèi)源激素含量的變化情況

2. 2. 1 GA3含量的變化 從圖2-A可以看出,蓓蕾和長白山1號果實發(fā)育過程中GA3含量均呈下降—上升—下降的變化趨勢。其中長白山1號果實整個生長發(fā)育期的GA3含量均高于蓓蕾;蓓蕾和長白山1號果實中GA3含量在盛花后6 d均較高,隨后逐漸下降,在進入緩慢生長期時降至最(蓓蕾為0.13 μg/gFW,長白山1號為0.27 μg/gFW);GA3含量分別在盛花后30和24 d出現(xiàn)小高峰,分別為0.23和0.33 μg/gFW,分別是盛花后6 d時的61.02%和65.88%;GA3含量從小高峰期開始下降后直至果實成熟均維持在較低水平。

藍果忍冬果實發(fā)育過程中GA3含量的兩個高峰均出現(xiàn)在快速生長期,說明GA3可促進果實細胞體積膨大,有利于果實生長。

2. 2. 2 IAA含量的變化 從圖2-B可以看出,蓓蕾和長白山1號果實的IAA含量變化趨勢與GA3含量變化趨勢相似。其中,除果實完全轉(zhuǎn)色至果實成熟采收期外,長白山1號果實內(nèi)IAA含量均高于蓓蕾;第Ⅰ快速生長期,兩個品種(系)果實的IAA含量逐漸下降,可能是由于果實體積迅速增長的稀釋作用所致;兩個品種(系)果實內(nèi)IAA含量分別在盛花后36和30 d時出現(xiàn)小高峰,分別為0.43和0.48 μg/gFW;隨后IAA含量開始下降直至果實成熟均維持在較低水平。

蓓蕾和長白山1號果實的IAA含量出現(xiàn)高峰時果實正處于快速生長期,說明高含量的IAA可能是促進果實快速生長的因素之一。

2. 2. 3 ZT含量的變化 從圖3-A可以看出,蓓蕾果實的ZT含量變化與長白山1號基本相同。其中,果實第Ⅰ快速生長期和緩慢生長期內(nèi)ZT含量無明顯變化,均維持在3.5 μg/gFW水平;第Ⅱ快速生長期,兩個品種(系)果實ZT含量出現(xiàn)峰值(分別為3.83和3.91 μg/gFW)的時間與IAA含量出現(xiàn)第二次峰值的時間一致,分別為盛花后36和30 d,含量分別為盛花后6 d時的135.71%和122.20%;隨后ZT含量開始下降,約在3.00 μg/gFW水平上維持穩(wěn)定,直至果實完全成熟采收。

蓓蕾和長白山1號果實的ZT含量均在第Ⅱ快速生長期出現(xiàn)峰值,說明ZT可能是促進果實第Ⅱ快速期生長的因素之一。

2. 2. 4 ABA含量的變化 從圖3-B可以看出,在藍果忍冬果實的整個發(fā)育過程中,ABA含量均出現(xiàn)兩次高峰,其中蓓蕾果實的ABA含量高于長白山1號;盛花后6 d時出現(xiàn)第一次高峰,分別為4.55(蓓蕾)和2.82 μg/gFW(長白山1號),此時果實處于落花期和第Ⅰ快速生長初期,說明高含量ABA可能導(dǎo)致落花;隨著果實的生長發(fā)育,ABA含量逐漸下降,盛花后30 d時降至最低水平(蓓蕾為2.36 μg/gFW,長白山1號為1.76 μg/gFW);ABA含量的第二次高峰均出現(xiàn)在盛花后42 d,分別為盛花后6 d時的1.07(蓓蕾)和1.18倍(長白山1號),此時果實已進入成熟期,說明ABA可能起促進果實快速成熟作用。

2. 3 藍果忍冬果實中內(nèi)源激素間的平衡關(guān)系及其與果實形態(tài)指標的相關(guān)性

由表1可知,蓓蕾和長白山1號果實的ZT含量與IAA/ABA呈顯著正相關(guān)(P<0.05,下同);GA3含量與GA3/ABA和(GA3+IAA)/ABA呈極顯著正相關(guān)(P<0.01,下同),與IAA/ABA呈顯著正相關(guān);(GA3+IAA)/ABA與IAA/ABA呈極顯著正相關(guān);ABA含量與(GA3+IAA+ ZT)/ABA呈極顯著負相關(guān)。同時,長白山1號和蓓蕾果實的GA3/ABA與(GA3+IAA)/ABA分別呈極顯著和顯著相關(guān);長白山1號果實的ZT含量與ABA含量和(GA3+IAA+ZT)/ABA顯著相關(guān),IAA含量與GA3/ABA呈顯著相關(guān),IAA/ABA與(GA3+IAA+ZT)/ABA呈顯著相關(guān),相關(guān)性均高于蓓蕾。說明藍果忍冬果實內(nèi)各激素間存在平衡關(guān)系,通過相互影響、共同調(diào)控果實生長發(fā)育,且不同品種(系)果實中激素間相關(guān)性存在差異。

蓓蕾和長白山1號果實的ZT含量與果實的單果重、橫徑及縱徑間呈低度相關(guān)[相關(guān)系數(shù)的絕對值為0.300~0.500,相關(guān)不顯著(P>0.05)],ABA含量與單果重、橫徑及縱徑的相關(guān)度更弱(相關(guān)系數(shù)的絕對值小于0.300);GA3/ABA、IAA/ABA及(GA3+IAA)/ABA分別與果實的單果重、橫徑及縱徑呈顯著或極顯著相關(guān)。長白山1號果實中GA3含量和IAA含量與單果重、橫徑及縱徑呈極顯著或顯著相關(guān),蓓蕾果實中IAA含量與單果重、橫徑及縱徑間相關(guān)系數(shù)絕對值均大于0.800,且相關(guān)極顯著。說明藍果忍冬果實生長過程中,不同激素起著不同程度的調(diào)控作用,相對來說,GA3和IAA作用較強,且GA3對長白山1號果實的調(diào)控作用強于蓓蕾,IAA對蓓蕾果實的調(diào)控作用強于長白山1號。

3 討論

本研究結(jié)果表明,蓓蕾和長白山1號藍果忍冬果實的生長曲線均呈不明顯的雙S型,與霍俊偉(2004)對藍果忍冬的研究結(jié)果基本一致,但蓓蕾果實的第Ⅰ快速生長期長于長白山1號,而長白山1號的第Ⅱ快速生長期長于蓓蕾。蓓蕾果實的凈增長量在第Ⅰ快速生長期占比例較大,長白山1號果實的凈增長量在第Ⅱ快速生長期占比例較大,可作為確定兩個品種(系)最佳施肥期的理論依據(jù)。

阮曉等(2000)和陳善波(2008)研究認為,果實發(fā)育初期高含量的GA3和IAA有利于幼果坐果和促進果實細胞分裂。本研究也獲得了類似結(jié)果,高含量的GA3和IAA可促進藍果忍冬果實在第Ⅰ快速生長期快速生長。第Ⅱ快速生長期前期,果實內(nèi)GA3和IAA含量均出現(xiàn)一次增長高峰,可能是促進果實第二次快速生長的原因。兩個品種(系)果實內(nèi)產(chǎn)生GA3的高峰均早于IAA產(chǎn)生高峰6 d,進一步證實了GA3對IAA的合成具有促進作用(李宗霆和周燮,1996;徐臣善,2013),且二者呈互為消長關(guān)系,使GA3+IAA總量維持在較高水平,對果實的生長發(fā)育起積極促進作用。劉小陽等(2006)研究發(fā)現(xiàn),碭山酥梨果實發(fā)育期間高含量的ZT對果實細胞膨大起重要作用。本研究中蓓蕾和長白山1號果實中的ZT含量均在第Ⅱ快速生長期出現(xiàn)峰值,由此推斷ZT含量峰值的出現(xiàn)可能是促進果實快速生長的另一個主要因素。

在葡萄(Wheeler et al.,2009;Sun et al.,2010)、甜櫻桃(劉丙花等,2008;Hao et al.,2014)、草莓(Jia et al.,2011,2013)等果實發(fā)育初期其ABA含量較高,可能與落花落果(劉丙花等,2007)及果實發(fā)育初期的快速生長(Hao et al.,2014)有關(guān)。本研究中兩個品種(系)藍果忍冬果實落花期(第Ⅰ快速生長期初期)ABA含量出現(xiàn)第一次小高峰(盛花后6 d),說明ABA可能促進落花,同時促進果實快速生長(ABA與果實單果重、橫徑、縱徑相關(guān)系數(shù)絕對值較大,為0.820~0.938)。Hao等(2014)研究認為,甜櫻桃果實內(nèi)高含量的ABA與其物質(zhì)的轉(zhuǎn)化、積累及果實成熟過程的啟動相關(guān)。本研究中兩個品種(系)藍果忍冬第二次出現(xiàn)ABA含量高峰均在采收前6 d,初步認為高含量的ABA可促進果實成熟。

果實生長、發(fā)育及成熟的整個過程不是由單一的內(nèi)源激素調(diào)控,而是多種內(nèi)源激素相互作用的結(jié)果(陳善波,2008),且各激素間存在相互平衡關(guān)系。本研究的相關(guān)性分析結(jié)果表明,藍果忍冬果實中ZT含量與IAA/ABA呈顯著正相關(guān);GA3含量與GA3/ABA和(GA3+IAA)/ABA呈極顯著正相關(guān),與IAA/ABA呈顯著正相關(guān);(GA3+IAA)/ABA與IAA/ABA呈極顯著正相關(guān);ABA含量與(GA3+IAA+ZT)/ABA高度相關(guān),說明各激素間存在著相互促進、制約作用,進一步證實了各激素間存在著平衡關(guān)系。ZT含量與果實的單果重、橫徑及縱徑低度相關(guān);GA3、IAA含量和激素比值與果實的單果重、橫徑及縱徑低度或中度相關(guān)(相關(guān)系數(shù)絕對值大于0.500),說明各內(nèi)源激素共同促進果實生長發(fā)育。由于各激素的合成途徑及作用方式較復(fù)雜,對藍果忍冬果實中各內(nèi)源激素間的相互協(xié)同作用等需進一步探究。

4 結(jié)論

藍果忍冬果實發(fā)育初期ABA含量出現(xiàn)小高峰可促進落花,且高含量的GA3、IAA和小高峰含量的ABA及第Ⅱ快速生長期前期和中期高含量的GA3、IAA和ZT有利于果實快速生長,采收前高含量的ABA有利于果實成熟,可作為藍果忍冬生產(chǎn)上應(yīng)用生長調(diào)節(jié)劑調(diào)控果實生長發(fā)育、成熟的理論依據(jù)。

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(責(zé)任編輯 思利華)