王勇鋒， 李 毛， 崔桂賓， 徐開杰， 孫風(fēng)麗， 張 超， 劉曙東， 奚亞軍*

(1. 西北農(nóng)林科技大學(xué)農(nóng)學(xué)院， 陜西 楊凌 712100； 2. 中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院棉花研究所， 河南 安陽 455000)

開花是一個復(fù)雜的生命進程，其發(fā)生受到光周期、溫度、春化作用、植物激素等多因素的影響[1-5]。正常情況下，植物個體成熟以后即可進行開花、授粉、結(jié)實等一系列的生命過程，然而某些植物在進入成熟期后遇到不利于開花的外界環(huán)境，如持續(xù)降雨[6]、氣溫驟變[7]、人為改變光周期[8]等，部分已分化并發(fā)育的花器官組織將停止發(fā)育或逆向發(fā)育，最終再次形成營養(yǎng)器官或類似營養(yǎng)器官的組織，這種現(xiàn)象被稱為花器官逆轉(zhuǎn)?；ㄆ鞴倌孓D(zhuǎn)根據(jù)逆轉(zhuǎn)來源不同又被分為花逆轉(zhuǎn)(花的部分結(jié)構(gòu)發(fā)生逆轉(zhuǎn))和花序逆轉(zhuǎn)(花序上的小花發(fā)生逆轉(zhuǎn))[7,9]?；ㄆ鞴倌孓D(zhuǎn)現(xiàn)象最早在鳳仙花(Impatiensbalsamina)中有詳細報道，研究發(fā)現(xiàn)將開花期的鳳仙花從短日照環(huán)境轉(zhuǎn)移到長日照環(huán)境下，花序終端將由花轉(zhuǎn)變成葉[7,9]。模式植物擬南芥(Arabidopsisthaliana)在短日照條件下也有部分小花逆向發(fā)育形成花序的現(xiàn)象，然而該現(xiàn)象只在其Landsberg erecta生態(tài)型中發(fā)現(xiàn)，且逆轉(zhuǎn)頻率不高，而其突變體lfy-6和ag-1在短日照條件下發(fā)生逆轉(zhuǎn)頻率升高[8,9]。在單子葉植物中同樣有花器官逆轉(zhuǎn)相關(guān)報道，Joseph等、Wang等分別研究發(fā)現(xiàn)，玉米(Zeamays)突變體id1無雄花發(fā)育[10]，水稻(Oryzasativa)突變體pho不能形成正常小花[6]，相應(yīng)的花器官均發(fā)育形成新生幼苗。

在影響花發(fā)育的眾多因素中，植物激素被認為是一種至關(guān)重要的因子。在前人的研究中發(fā)現(xiàn)，多數(shù)影響到花發(fā)育的環(huán)境條件(光周期、溫度等)在誘導(dǎo)花器官形成的過程中都會引起植物體內(nèi)激素水平變化[4,5,11]。Kesy等發(fā)現(xiàn)短日照植物矮牽牛(Pharbitisnil.)在開花前人為打斷黑暗條件將會顯著抑制開花，研究表明該過程中植物體內(nèi)生長素(IAA)和乙烯(Eth)含量急劇升高，并且外源施加IAA和Eth同樣能起到抑制開花的效果[1]；Sringarm等研究表明龍眼樹(Dimocarpuslongan, Lour.)在低溫誘導(dǎo)開花的過程中內(nèi)源異戊烯基腺嘌呤/異戊烯基腺苷(iP/iPA)和吲哚乙酸(IAA)含量急劇升高，而玉米素(ZR)和赤霉素(GA)含量卻明顯降低[3]。細胞分裂素(CTK)在花發(fā)育過程中也起到重要的作用，多數(shù)研究者認為CTK在植物開花過程中起到促進作用[5,12]，然而也有研究認為，細胞分裂素含量過高時，不利于植物從營養(yǎng)生長向生殖生長轉(zhuǎn)變[13]。

柳枝稷(PanicumvirgatumL.)是短日照開花植物[14-15]，在陜西楊凌其抽穗期為每年7-8月，不同緯度間進行引種會引起開花期的改變。之前的研究中我們發(fā)現(xiàn)，將柳枝稷幼穗置于含有高水平外源細胞分裂素的培養(yǎng)基上進行體外培養(yǎng)時，部分已分化的花器官停止生殖生長，轉(zhuǎn)而逆向發(fā)育，經(jīng)花器官逆轉(zhuǎn)途徑形成逆轉(zhuǎn)穗芽[16]。人們對花器官逆轉(zhuǎn)的研究由來已久，然而之前的研究多集中在花器官逆轉(zhuǎn)的誘導(dǎo)方法以及現(xiàn)象描述等方面[17-18]，很少有人對花器官逆轉(zhuǎn)的生理特性進行較為詳細的研究。柳枝稷體外花器官逆轉(zhuǎn)誘導(dǎo)穗芽與前人通過改變環(huán)境誘導(dǎo)花器官逆轉(zhuǎn)的方法相比具有易操作、效率更高、結(jié)果更穩(wěn)定等優(yōu)勢[9,19]。本文參照前人研究，結(jié)合本實驗室前期柳枝稷人工穗芽誘導(dǎo)相關(guān)工作，從生理學(xué)方面對柳枝稷花器官逆轉(zhuǎn)現(xiàn)象進行探索，以期在一定程度上揭示柳枝稷花器官逆轉(zhuǎn)發(fā)生的機理，為柳枝稷及其他植物花器官逆轉(zhuǎn)研究和花發(fā)育研究提供參考。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

柳枝稷為異花授粉植物，同一品種不同植株間性狀存在一定差異[14,20]。為驗證體外誘導(dǎo)花器官在不同類型柳枝稷材料中的一致性，試驗以柳枝稷栽培品種“Alamo”兩個植株為材料，編號分別為“4-6”和“14-7”，其中“14-7”與“4-6”相比植株更高大且分蘗更集中。材料種植于溫室中，每天光照16 h，溫度為恒溫30℃。

1.2 柳枝稷穗芽誘導(dǎo)

當柳枝稷發(fā)育至伸長期第4期(E4期)時[21]，莖端發(fā)育出1～2 cm長幼穗，取下莖端(保留幼穗上下各2 cm)，先用體積分數(shù)70%的酒精消毒1 min，然后用體積分數(shù)8%的次氯酸鈉(有效氯5.5%)再次消毒1～2 min，無菌水沖洗3～4次[16]。將處理后的材料在超凈工作臺中切去兩端各0.5 cm，并將其縱向切成兩半，接種到穗芽誘導(dǎo)培養(yǎng)基(Shoot Induction Medium, SIM)或MS基本培養(yǎng)基(Murashige and Skoog, MS)[22]上，之后置于25℃恒溫光照培養(yǎng)箱中培養(yǎng)，光周期為20 h白天/4 h黑暗。來自于兩棵柳枝稷單株的試驗材料分別培養(yǎng)和研究。

MS培養(yǎng)基：MS培養(yǎng)基無機鹽和有機物 + 30 g·L-1蔗糖 + 7 g·L-1瓊脂粉，pH 5.8；

SIM培養(yǎng)基：MS培養(yǎng)基無機鹽和有機物 + 3 mg·L-16-BA + 30 g·L-1蔗糖 + 7 g·L-1瓊脂粉，pH 5.8。

1.3 穗芽繼代培養(yǎng)

穗芽誘導(dǎo)培養(yǎng)30 d后，將材料在超凈工作臺中取出，切除芽塊上部葉片，留下基部1～1.5 cm，然后將其接種到新鮮培養(yǎng)基中。繼代培養(yǎng)所使用培養(yǎng)基與穗芽誘導(dǎo)培養(yǎng)一致，仍為SIM培養(yǎng)基或MS基本培養(yǎng)基。之后再次將材料置于25℃恒溫光照培養(yǎng)箱中培養(yǎng)，光周期保持20 h白天/4 h黑暗不變。繼代培養(yǎng)30 d后(共培養(yǎng)60 d)，再次將材料取出并重復(fù)一次繼代培養(yǎng)。

1.4 生理指標測定及方法

試驗使用裂區(qū)設(shè)計，其中培養(yǎng)基類型(SIM和SM)和柳枝稷材料(4-6和14-7)為主處理，誘導(dǎo)時間(30 d,60 d,90 d)為副處理，試驗材料每30 d繼代一次。取不同處理的柳枝稷穗芽分別進行生理指標的測定，并進行主處理和副處理的差異性分析，每個處理重復(fù)3次。測定的生理指標包括可溶性糖含量[23]、游離氨基酸含量[24]、可溶性蛋白含量、總氮含量、葉綠素含量、超氧化物歧化酶(SOD)活性、過氧化物酶(POD)活性、過氧化氫酶(CAT)活性、多酚氧化酶(PPO)活性[25]。利用酶聯(lián)免疫法對不同處理3個培養(yǎng)時期的柳枝稷穗芽測定生長素(IAA)、赤霉素(GAs)、細胞分裂素(ZRs)和脫落酸(ABA)含量，并進行處理間和培養(yǎng)時期間的差異性分析，每個樣品重復(fù)3次。

1.5 數(shù)據(jù)分析

數(shù)據(jù)整理及圖表繪制使用Excel 2013，數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析使用軟件DPS 7.05。

2 結(jié)果與分析

2.1 柳枝稷穗芽誘導(dǎo)特點

當柳枝稷4-6和14-7在SIM培養(yǎng)基和MS基本培養(yǎng)基上進行誘導(dǎo)培養(yǎng)30 d以后，不同處理的材料在形態(tài)上出現(xiàn)了明顯的差異。外植體在SIM培養(yǎng)基上(圖1c,1e)的生長速率較MS基本培養(yǎng)基(圖1d,1f)更快，產(chǎn)生逆轉(zhuǎn)穗芽數(shù)量大；與MS培養(yǎng)基上的非逆轉(zhuǎn)穗芽相比，逆轉(zhuǎn)穗芽長度較短，但整體更粗壯，節(jié)間更密集；在MS基本培養(yǎng)基上培養(yǎng)30 d后，幼穗繼續(xù)生長發(fā)育，長出小花(圖1d,1f)，與之相比， SIM培養(yǎng)基上幼穗的小花發(fā)育更為緩慢或出現(xiàn)花器官逆轉(zhuǎn)現(xiàn)象(圖1c,1e)；柳枝稷4-6和14-7逆轉(zhuǎn)穗芽誘導(dǎo)也表現(xiàn)出一定的差異，14-7生長速度較4-6更快，逆轉(zhuǎn)穗芽產(chǎn)生數(shù)量也較4-6更多，表明其具有更強的活性。

圖1 柳枝稷穗芽誘導(dǎo)Fig.1 Spike buds induction of switchgrass

2.2 柳枝稷穗芽發(fā)育中葉綠素含量的變化

培養(yǎng)30 d后，兩種柳枝稷材料的逆轉(zhuǎn)穗芽和非逆轉(zhuǎn)穗芽葉綠素含量并未發(fā)現(xiàn)明顯差異；60 d后，兩種柳枝稷逆轉(zhuǎn)穗芽均發(fā)生明顯的葉綠素含量降低的現(xiàn)象，而與此同時，非逆轉(zhuǎn)穗芽葉綠素含量并未發(fā)生明顯下降，方差分析結(jié)果顯示逆轉(zhuǎn)穗芽葉綠素含量極顯著低于非逆轉(zhuǎn)穗芽；與此類似，培養(yǎng)90 d的逆轉(zhuǎn)穗芽葉綠素含量極顯著低于非逆轉(zhuǎn)穗芽(表1)。兩種類型柳枝稷葉綠素含量差異不顯著(P= 0.5365)，但就不同時期而言，培養(yǎng)30 d的材料與培養(yǎng)60 d和90 d的材料差異極顯著(P< 0.01)，但后兩者差異不顯著(表1)。

表1 柳枝稷穗芽形成期間葉綠素含量變化Table 1 Chlorophyll content variation of different switchgrass spike buds

2.3 柳枝稷穗芽發(fā)育中總糖含量的變化

兩種類型柳枝稷的逆轉(zhuǎn)穗芽和非逆轉(zhuǎn)穗芽總糖含量在培養(yǎng)30 d、60 d和90 d時差異均未達到顯著水平，這表明外植體在各時期不同培養(yǎng)基上對糖的吸收、代謝差異不明顯(表2)。兩種柳枝稷之間比較總糖含量差異未達到顯著水平(P=0.5113)，但隨著培養(yǎng)時間的延長，總糖含量表現(xiàn)下降的趨勢，培養(yǎng)90 d的穗芽總糖含量極顯著低于培養(yǎng)30 d的穗芽(P< 0.01，表2)。這可能是因為多次繼代的穗芽塊具有更多的穗芽，對培養(yǎng)基中糖的消耗更快，從而引起后期培養(yǎng)基碳源供應(yīng)不足。

表2 柳枝稷穗芽形成期間總糖含量變化Table 2 Total sugar content variation of different switchgrass spike buds

2.4 柳枝稷穗芽發(fā)育中可溶性蛋白、游離氨基酸及總氮含量的變化

在培養(yǎng)30 d時，逆轉(zhuǎn)穗芽可溶性蛋白含量總體高于非逆轉(zhuǎn)穗芽，但只有柳枝稷14-7達到顯著水平(表3)；與之相反，同時期的逆轉(zhuǎn)穗芽游離氨基酸的含量總體低于非逆轉(zhuǎn)穗芽，且均達到顯著水平(表4)，而總氮含量差異不顯著(表5)，這表明逆轉(zhuǎn)穗芽和非逆轉(zhuǎn)穗芽在培養(yǎng)早期對氮的吸收速率差異不明顯，但逆轉(zhuǎn)穗芽氮的代謝效率更高。培養(yǎng)60 d時，逆轉(zhuǎn)穗芽可溶性蛋白含量總體低于非逆轉(zhuǎn)穗芽，柳枝稷14-7達到顯著水平(表3)，然而游離氨基酸和總氮含量差異不顯著(表3，4)，這可能是因為繼代后逆轉(zhuǎn)穗芽數(shù)量和生長速度更快，對氮的消耗更快，從而表現(xiàn)出培養(yǎng)基氮缺乏現(xiàn)象。培養(yǎng)90 d時，逆轉(zhuǎn)穗芽可溶性蛋白含量總體低于非逆轉(zhuǎn)穗芽，游離氨基酸和總氮含量表現(xiàn)出相同的趨勢(表3，4)，這可能是因為繼代培養(yǎng)對氮的消耗進一步加快，從而表現(xiàn)出更嚴重的培養(yǎng)基氮缺乏現(xiàn)象。兩種柳枝稷之間的可溶性蛋白、游離氨基酸和總氮含量差異均不顯著(P=0.0608,P=0.0611,P=0.4494)，而逆轉(zhuǎn)穗芽與非逆轉(zhuǎn)穗芽之間均表現(xiàn)顯著或極顯著差異(P=0.0404,P=0.0048,P=0.0024)，各時期間相比較可溶性蛋白含量整體下降，而游離氨基酸和總氮含量均為先升后降的趨勢。綜合考慮可溶性蛋白、游離氨基酸和總氮含量的變化以及SIM培養(yǎng)基后期氮供應(yīng)不足可以推斷出逆轉(zhuǎn)穗芽具有更高的氮代謝效率。

表3 柳枝稷穗芽形成期間可溶性蛋白含量變化Table 3 Soluble protein content variation of different switchgrass spike buds

表4 柳枝稷穗芽形成期間游離氨基酸含量變化Table 4 Free amino acid content variation of different switchgrass spike buds

表5 柳枝稷穗芽形成期間總氮含量變化Table 5 Total nitrogen content variation of different switchgrass spike buds

2.5 柳枝稷穗芽發(fā)育中SOD、POD、CAT活性變化

在培養(yǎng)30 d后，兩種培養(yǎng)基上的逆轉(zhuǎn)穗芽和非逆轉(zhuǎn)穗芽SOD活性無顯著差異，但培養(yǎng)60 d和90 d后，逆轉(zhuǎn)穗芽SOD活性總體高于非逆轉(zhuǎn)穗芽(表6)。培養(yǎng)30 d后，柳枝稷4-6的逆轉(zhuǎn)穗芽POD活性顯著高于其他3組處理；培養(yǎng)至60 d時活性有所下降，與柳枝稷14-7逆轉(zhuǎn)穗芽總體低于非逆轉(zhuǎn)穗芽，但未達到顯著水平；培養(yǎng)90 d后，柳枝稷14-7的逆轉(zhuǎn)穗芽POD活性急劇上升，極顯著高于其他3組處理，并且逆轉(zhuǎn)穗芽POD酶活性總體高于非逆轉(zhuǎn)穗芽，這表明在繼代2次培養(yǎng)基碳源和氮源缺乏的情況下，POD酶產(chǎn)生響應(yīng)，以起到保護的作用(表7)。CAT活性在培養(yǎng)30 d后各處理間未表現(xiàn)出顯著差異，但培養(yǎng)60 d后逆轉(zhuǎn)穗芽酶活性顯著高于非逆轉(zhuǎn)穗芽，而培養(yǎng)90 d后，柳枝稷14-7的逆轉(zhuǎn)穗芽CAT活性卻急劇下降，與SOD和POD酶活性變化截然相反，這表明CAT活性并未因碳源和氮源缺乏而產(chǎn)生響應(yīng)，相反的是其活性受到明顯的抑制(表8)。兩種柳枝稷之間的SOD、POD和CAT差異均極顯著(P=0.0013,P=0.0003,P=0.0011)，然而SOD和POD均表現(xiàn)為柳枝稷14-7活性更高，而CAT表現(xiàn)為4-6活性更高，這可能是不同類型抗氧化酶對碳氮缺乏響應(yīng)的差異所引起；SOD各時期差異不顯著，而誘導(dǎo)90 d的穗芽POD和CAT活性與其他兩個時期差異均達到極顯著水平。

表6 柳枝稷穗芽形成期間SOD活性變化Table 6 SOD activity variation of different switchgrass spike buds

表7 柳枝稷穗芽形成期間POD活性變化Table 7 POD activity variation of different switchgrass spike buds

表8 柳枝稷穗芽形成期間CAT活性變化Table 8 CAT activity variation of different switchgrass spike buds

2.6 柳枝稷穗芽發(fā)育中PPO活性的變化

方差分析發(fā)現(xiàn)，在培養(yǎng)30 d、60 d和90 d時，兩種柳枝稷材料的逆轉(zhuǎn)穗芽和非逆轉(zhuǎn)穗芽PPO活性差異均不顯著，但總體上逆轉(zhuǎn)穗芽酶活性比非逆轉(zhuǎn)穗芽略高(表9)。兩種柳枝稷之間PPO酶活性無顯著差異(P= 0.7645)；各培養(yǎng)時期間相比較發(fā)現(xiàn)PPO活性整體呈現(xiàn)先降后升的趨勢。

表9 柳枝稷穗芽形成期間PPO活性變化Table 9 PPO activity variation of different switchgrass spike buds

2.7 柳枝稷穗芽發(fā)育中ZR、IAA含量的變化

對兩種類型柳枝稷逆轉(zhuǎn)和非逆轉(zhuǎn)穗芽的ZR含量分析發(fā)現(xiàn)，培養(yǎng)30 d和60 d后，逆轉(zhuǎn)和非逆轉(zhuǎn)穗芽間均未體現(xiàn)出顯著的差異；培養(yǎng)90 d后柳枝稷4-6的非逆轉(zhuǎn)穗芽ZR含量顯著高于其他處理但未達到極顯著水平(表10)。材料培養(yǎng)30 d后，非逆轉(zhuǎn)穗芽IAA含量顯著高于逆轉(zhuǎn)穗芽，培養(yǎng)60 d和90 d后穗芽IAA含量雖然也有差異，但兩種柳枝稷卻并未表現(xiàn)出一致的趨勢；此外該結(jié)果還表明外源6-BA的施加對IAA的合成體現(xiàn)出一定的抑制作用。通過對IAA/ZR分析，結(jié)果與IAA含量類似，整體而言，逆轉(zhuǎn)穗芽IAA/ZR高于非逆轉(zhuǎn)穗芽(表12)。兩種柳枝稷ZR含量差異不顯著(P=0.0757)，但IAA含量和IAA/ZR差異達到顯著或極顯著水平(P=0.0063,P=0.0148)；不同時期相比較發(fā)現(xiàn)，ZR含量、IAA含量和IAA/ZR均表現(xiàn)先升后降的趨勢，且時期間差異均達到極顯著水平(P<0.0601)。

表10 柳枝稷穗芽形成期間ZR含量變化Table 10 ZR content variation of different switchgrass spike buds

表11 柳枝稷穗芽形成期間IAA含量變化Table 11 IAA content variation of different switchgrass spike buds

表12 柳枝稷穗芽形成期間IAA/ZR變化Table 12 The value of IAA/ZR variation of different switchgrass spike buds

2.8 柳枝稷穗芽發(fā)育中ABA含量的變化

培養(yǎng)30 d后，柳枝稷4-6的逆轉(zhuǎn)穗芽ABA含量顯著或極顯著高于其他3組處理，但其他3組處理間差異不顯著；培養(yǎng)至60 d時， 柳枝稷14-7的逆轉(zhuǎn)穗芽ABA含量有所上升，但4-6的逆轉(zhuǎn)穗芽ABA含量仍高于其他3組處理，且差異均達到極顯著；培養(yǎng)到90 d時，柳枝稷14-7的逆轉(zhuǎn)穗芽ABA含量有顯著上升，與4-6的逆轉(zhuǎn)穗芽ABA含量水平一致，并且均顯著高于MS培養(yǎng)基(表13)。兩種類型柳枝稷所形成的穗芽ABA含量差異極顯著(P= 0.0002)，表明兩種柳枝稷的ABA響應(yīng)存在一定的差異；3個培養(yǎng)時期相比較，差異雖未達到顯著水平，但整體呈上升趨勢，結(jié)合逆轉(zhuǎn)穗芽ABA含量更高的結(jié)果可推斷，ABA可能在穗芽發(fā)育的后期起到重要的作用。

表13 柳枝稷穗芽形成期間ABA含量變化Table 13 ABA content variation of different switchgrass spike buds

2.9 柳枝稷穗芽發(fā)育中GAs含量的變化

當培養(yǎng)至30 d時，兩種類型柳枝稷逆轉(zhuǎn)穗芽GAs含量均高于非逆轉(zhuǎn)，差異達到顯著或極顯著水平(表14)，表明早期穗芽起始誘導(dǎo)的過程中GAs發(fā)揮著重要的作用；培養(yǎng)至60 d和90 d時，兩種類型柳枝稷逆轉(zhuǎn)穗芽GAs含量仍顯著或極顯著高于非逆轉(zhuǎn)穗芽，表明在后期逆轉(zhuǎn)穗芽發(fā)育過程中，GAs同樣行使著重要的功能(表14)。就兩種類型柳枝稷而言，14-7的GAs水平整體極顯著高于4-6，結(jié)合柳枝稷14-7穗芽生長速度較4-6快，而SIM培養(yǎng)基上的穗芽生長速度較MS培養(yǎng)基快，我們可以推斷GAs對穗芽形成時的快速生長起到重要的作用；3個培養(yǎng)時期比較分析表明，GAs含量隨著培養(yǎng)時間總體呈上升趨勢，并且培養(yǎng)至90 d時其水平極顯著高于前兩個時期，表明GAs在逆轉(zhuǎn)穗芽形成初期及發(fā)育后期均起到重要的作用。

表14 柳枝稷穗芽形成期間GAs含量變化Table 14 GAs content variation of different switchgrass spike buds

3 討論與結(jié)論

在花發(fā)育的研究進程中，人們往往更關(guān)注植物從營養(yǎng)生長向生殖生長的轉(zhuǎn)變，而對花器官逆向發(fā)育的關(guān)注較少[26]。本試驗利用體外花器官逆轉(zhuǎn)誘導(dǎo)方法，通過比較SIM培養(yǎng)基上逆轉(zhuǎn)穗芽和MS基本培養(yǎng)基上非逆轉(zhuǎn)穗芽的部分生理指標和激素水平，發(fā)現(xiàn)逆轉(zhuǎn)穗芽具有較低的葉綠素水平，但具有更高的糖含量(前兩個時期30 d、60 d)，這可能是因為體外培養(yǎng)過程中的碳源更多來自培養(yǎng)基，而逆轉(zhuǎn)穗芽葉綠素含量低并非導(dǎo)致其發(fā)育速度快的原因。綜合考慮兩種培養(yǎng)基上的穗芽可溶性蛋白、游離氨基酸和總氮含量的變化以及SIM培養(yǎng)基后期氮供應(yīng)不足可以推斷出，與非逆轉(zhuǎn)穗芽相比，逆轉(zhuǎn)穗芽具有更高的氮代謝效率。逆轉(zhuǎn)穗芽和非逆轉(zhuǎn)穗芽抗氧化酶活性比較發(fā)現(xiàn)，逆轉(zhuǎn)穗芽整體抗氧化酶系統(tǒng)具有更高的活性。外源施加6-BA對柳枝稷內(nèi)源ZR的合成無顯著影響，但對IAA的合成可能起到一定的抑制作用，這對穗芽起始誘導(dǎo)起到關(guān)鍵的作用。ABA可能在穗芽發(fā)育的后期階段起到重要的作用，而GAs可能在穗芽發(fā)育的整個時期都有行使重要的功能。

激素是調(diào)控植物生長發(fā)育的重要物質(zhì)，在花發(fā)育和花器官逆轉(zhuǎn)過程中也起到至關(guān)重要的作用。Gaudinová等在研究病毒引起的黑醋栗(Ribesnigrum)花器官逆轉(zhuǎn)的現(xiàn)象中發(fā)現(xiàn)，被病毒感染的花器官與正常組織相比細胞分裂素含量異常升高[13]。Young等研究表明細胞分裂素在玉米雌蕊發(fā)育以及雌蕊發(fā)育方向決定中起到重要的作用[27]。這些結(jié)果都與本試驗相一致。Jack等在研究中指出赤霉素是花器官形成過程中傳遞光周期信號的重要物質(zhì)，對花芽的形成起到促進作用，花器官逆轉(zhuǎn)可能通過降低植物體內(nèi)赤霉素水平而發(fā)生[8]。然而本試驗發(fā)現(xiàn)穗芽形成過程中具有較高的赤霉素水平，這可能是因為本試驗中高濃度的外源6-BA主導(dǎo)柳枝稷花器官逆轉(zhuǎn)的發(fā)生，而赤霉素可能起到加快發(fā)育進程的作用。此外，Cai等和Yuan等的研究表明，茉莉酸甲酯在花發(fā)育中起到促進的作用[11,28]。

在花器官逆轉(zhuǎn)誘導(dǎo)條件研究中，光周期和溫度被認為是啟始花器官逆轉(zhuǎn)的重要因素[7,9]。Okamuro等通過研究光周期和激素對擬南芥花器官逆轉(zhuǎn)的影響試驗發(fā)現(xiàn)，LFY和AG在花分生組織保持中起到重要作用，而其突變體發(fā)生的花器官逆轉(zhuǎn)可能與光敏色素和赤霉素信號傳導(dǎo)有關(guān)[8]。本試驗進行過程中，外植體培養(yǎng)光周期為20 h白天/4 h黑暗，該條件是不利于短日照植物柳枝稷正?；ㄆ鞴侔l(fā)育的[14]。然而在相同光周期條件的MS基本培養(yǎng)基上無花器官逆轉(zhuǎn)現(xiàn)象發(fā)生，表明在柳枝稷幼穗體外培養(yǎng)過程中，單獨改變光周期無法誘導(dǎo)其花器官逆向發(fā)育，外源施加高濃度細胞分裂素是柳枝稷花器官逆轉(zhuǎn)誘導(dǎo)的必要條件。光周期在誘導(dǎo)柳枝稷花器官逆轉(zhuǎn)中是否起到一定的作用仍需進一步試驗驗證。

植物花器官逆轉(zhuǎn)現(xiàn)象能夠使我們從反方向研究花發(fā)育，為花發(fā)育研究和基因功能驗證提供新的思路。Wang等通過對水稻花器官逆轉(zhuǎn)現(xiàn)象的研究發(fā)現(xiàn)DEP和AFO基因在決定花的形成中起到重要的作用[6]。Ampomah-Dwamena等通過對西紅柿中的SEP同源基因TM29共抑制和RNA干擾研究發(fā)現(xiàn)，轉(zhuǎn)基因植株在一定程度上表現(xiàn)出花器官逆轉(zhuǎn)的現(xiàn)象，甚至在部分畸形果實上能夠長出新的葉子或芽[29]。本試驗采用體外誘導(dǎo)方法獲得柳枝稷花器官逆轉(zhuǎn)，通過對逆轉(zhuǎn)穗芽和非逆轉(zhuǎn)穗芽的比較研究，在一定程度上揭示了柳枝稷穗芽形成過程中的生理生化特性。同時本試驗存一定的不足之處，為確保結(jié)果一致性，所選柳枝稷材料只有栽培種Alamo的兩個單株，試驗結(jié)果具有一定的局限性，但二者結(jié)果整體表現(xiàn)一致，對研究花發(fā)育以及花器官逆轉(zhuǎn)能夠提供一定的參考作用。