黃曉宇　龐娟　 陳貴林

摘要：為探究獨腳金內(nèi)酯和生長素對黃芪根系生長發(fā)育的影響，該研究以膜莢黃芪和蒙古黃芪幼苗為材料，在種子萌發(fā)袋中添加不同濃度GR24和IAA（2 μmol·L1GR24、5 μmol·L1IAA和2 μmol·L1GR24+5 μmol·L1IAA），7 d后檢測黃芪幼苗主根長和側(cè)根數(shù)，并測定內(nèi)源激素含量、生長素和獨腳金內(nèi)酯相關(guān)基因表達(dá)量的變化。結(jié)果表明：（1）GR24處理顯著促進(jìn)黃芪主根生長。（2）IAA處理下主根生長受到抑制，側(cè)根數(shù)明顯增加。（3）GR24+IAA處理下主根的生長同樣受到抑制，膜莢黃芪側(cè)根數(shù)較IAA處理下減少，說明GR24有抑制IAA對側(cè)根發(fā)育的誘導(dǎo)作用，但不能緩解IAA對黃芪主根生長的抑制。（4）3種處理下黃芪幼苗根系內(nèi)源激素含量、生長素和獨腳金內(nèi)酯相關(guān)基因表達(dá)量發(fā)生了顯著變化，說明GR24和IAA對黃芪幼苗主根長和側(cè)根數(shù)的影響可能與生長素和獨腳金內(nèi)酯相關(guān)基因表達(dá)及內(nèi)源激素水平的變化有關(guān)。該研究結(jié)果初步闡明了黃芪幼苗根系生長發(fā)育與GR24和IAA之間的關(guān)系，為黃芪規(guī)范化育苗和幼苗質(zhì)量控制提供理論依據(jù)，對進(jìn)一步探索獨腳金內(nèi)酯和生長素調(diào)控黃芪根系生長發(fā)育的分子機(jī)制具有一定的意義。

關(guān)鍵詞： 黃芪， 主根， 側(cè)根， 獨腳金內(nèi)酯， 生長素， 基因表達(dá)

中圖分類號：Q945

文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

文章編號：10003142（2022）05084510

Relationship between root growth and development

of Astragalus seedlings and GR24 and IAA

Abstract：In order to explore the effects of strigolactones and auxin on the growth and development of Astragalus roots， Astragalus membranaceus ?and A. membranaceus var. mongholicus seedlings were put into seed germination bag with different concentrations of GR24 and IAA （2 μmol·L1GR24， 5 μmol·L1IAA and 2 μmol·L1GR24+5 μmol·L1IAA）. Primary root length and lateral root number of Astragalus seedlings were measured， and endogenous phytohormones， the expression levels of auxin and strigolactone related genes were determined after seven days treatment. The results were as follows： （1） GR24 treatment could significantly promote the growth of primary roots of Astragalus. （2） The growth of primary roots was inhibited under IAA treatment， and the number of lateral roots was significantly increased. （3） The growth of primary roots under GR24+IAA treatment was also inhibited， the number of lateral roots of A. membranaceus was reduced compared with that under IAA treatment， indicating that GR24 can inhibit the induction of IAA to lateral root development， but can not alleviate the inhibition of IAA to primary root growth. （4） The levels of endogenous hormones， auxin and strigolactone related gene expression in the root of Astragalus seedlings under the three treatments were changed significantly， indicating that the effects of GR24 and IAA on primary root length and lateral root number of Astragalus seedlings may be related to these changes. The results preliminarily clarify the relationship between the root growth and development of Astragalus seedlings and GR24 and IAA， and provide a theoretical basis for the standardized breeding and seedling quality control of Astragalus. It also has certain significance to further explore the molecular mechanism of strigolactones and auxin regulating the growth and development of Astragalus root.

Key words： Astragalus， primary roots， lateral roots， strigolactones， auxin， genes expression

生長素是最早發(fā)現(xiàn)且目前研究最多的一類植物激素，一直以來被認(rèn)為是參與植物根系生長發(fā)育最關(guān)鍵的核心植物激素（Saini et al.， 2013; Wei et al.， 2016）。生長素的分布、極性運輸和信號轉(zhuǎn)導(dǎo)決定著植物根系的形態(tài)建成（Saini et al.， 2013）。生長素在植物地上部幼嫩組織合成后，通過維管組織運輸?shù)礁浚↙jung et al.， 2005; Teale et al.， 2006）。生長素輸入載體AUX1/LAX、生長素輸出載體PIN和ABCB轉(zhuǎn)運蛋白介導(dǎo)生長素在細(xì)胞間的極性運輸（Okushima et al.， 2005; Vieten et al.， 2007; Vanneste & Friml， 2009），使生長素在根部形成一定的濃度梯度，為根的生長發(fā)育提供所需的最佳生長素濃度（Teale et al.， 2006）。而PIN蛋白在質(zhì)膜的定位也進(jìn)一步影響著細(xì)胞極性、生長素分布和根部組織分化（Aida et al.， 2004）。在生長素調(diào)控根生長發(fā)育的信號轉(zhuǎn)導(dǎo)過程中，了解最清晰的是泛素化介導(dǎo)的蛋白酶體降解途徑。當(dāng)生長素響應(yīng)因子ARF被活化后，其會調(diào)控下游參與根生長發(fā)育的生長素應(yīng)答基因表達(dá)，進(jìn)而調(diào)控根的生長和發(fā)育（Guilfoyle & Hagen， 2007; Saini et al.， 2013）;生長素響應(yīng)因子ARF7和ARF19通過激活LBD/ASL基因而調(diào)控側(cè)根的形成（Okushima et al.， 2007）。另外，Zhang等（2008）研究表明MAPK途徑也參與生長素的極性運輸與根的發(fā)育。

獨腳金內(nèi)酯是一類主要產(chǎn)生于植物根系的植物激素，最初發(fā)現(xiàn)其具有刺激寄生植物種子萌發(fā)的作用（Cook et al.， 1966;Waldie et al.， 2014）。進(jìn)一步研究表明，它還能夠促進(jìn)叢枝菌根真菌菌絲分枝（Xie et al.， 2010），抑制植物分枝（GomezRoldan et al.， 2008; 馮丹和陳貴林，2011），調(diào)控植物根系的生長發(fā)育（Koltai， 2010; RuyterSpira et al.， 2011; Hu et al.， 2018）。擬南芥獨腳金內(nèi)酯合成突變體max3和max4及獨腳金內(nèi)酯信號突變體max2較野生型植株主根變短且側(cè)根增加，表明獨腳金內(nèi)酯正調(diào)控主根的生長而負(fù)調(diào)控側(cè)根形成（Kapulnik et al.， 2011; RuyterSpira et al.， 2011）。隨著獨腳金內(nèi)酯類似物GR24的開發(fā)與利用及現(xiàn)代分子生物學(xué)技術(shù)的應(yīng)用，發(fā)現(xiàn)GR24一方面通過抑制生長素外輸載體活性影響生長素正常的極性運輸，從而調(diào)控主根的生長和側(cè)根的發(fā)育（Koltai et al.， 2010;RuyterSpira et al.， 2011）;另一方面，通過刺激分生組織細(xì)胞分裂使細(xì)胞數(shù)量增加進(jìn)而促進(jìn)主根生長（RuyterSpira et al.， 2011），但也有研究認(rèn)為GR24促進(jìn)了皮層細(xì)胞的伸長而不是細(xì)胞分裂（Koltai et al.， 2010）。同時，GR24處理阻礙了側(cè)根原基由V階段向VI階段的轉(zhuǎn)換，因而抑制側(cè)根形成（RuyterSpira et al.， 2011）;也有學(xué)者認(rèn)為GR24影響側(cè)根發(fā)生的起始并不影響側(cè)根原基的發(fā)育（Kapulnik et al.， 2011）。因此，關(guān)于獨腳金內(nèi)酯如何在細(xì)胞水平上調(diào)控植物根系的生長發(fā)育存在很多爭論，對獨腳金內(nèi)酯如何在分子層面與細(xì)胞層面調(diào)控根系生長發(fā)育的進(jìn)一步研究將有助于闡明獨腳金內(nèi)酯在植物根系形態(tài)結(jié)構(gòu)建成中所發(fā)揮的重要作用。

黃芪作為中醫(yī)臨床上常用大宗中藥材，以膜莢黃芪（Astragalus membranaceus）或蒙古黃芪（A. membranaceus var. mongholicus）的干燥根入藥，用量大且用途廣泛（劉強(qiáng)等，2008;陳貴林，2018）。市場上主要以主根長、側(cè)根數(shù)少的外觀形態(tài)指標(biāo)作為優(yōu)質(zhì)黃芪的主要評價標(biāo)準(zhǔn)。黃芪外觀品質(zhì)在一定程度上影響其有效成分含量。而在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中，黃芪多以移栽苗的方式進(jìn)行種植。因此，培育優(yōu)質(zhì)的黃芪幼苗對于提高黃芪的藥用價值具有重要意義。目前，關(guān)于獨腳金內(nèi)酯和生長素調(diào)控植物根系生長發(fā)育的研究多集中于水稻、擬南芥和番茄等植物上，而對藥用植物的研究卻鮮有報道。因此，本文基于相關(guān)研究報道及前期對黃芪幼苗外施不同濃度的GR24和IAA處理的預(yù)實驗結(jié)果，最終選取2 μmol·L1GR24、5 μmol·L1IAA和2 μmol·L1GR24 + 5 μmol·L1IAA對黃芪幼苗進(jìn)行處理，研究GR24、IAA以及二者相互作用對黃芪根系形態(tài)、內(nèi)源激素水平和獨腳金內(nèi)酯與生長素相關(guān)基因表達(dá)的影響，為黃芪規(guī)范化育苗和幼苗質(zhì)量控制提供科學(xué)依據(jù)，同時也為獨腳金內(nèi)酯和生長素調(diào)控藥用植物根系生長發(fā)育的分子機(jī)制研究奠定基礎(chǔ)。

1材料與方法

1.1 材料

以膜莢黃芪（Astragalus membranaceus）和蒙古黃芪（A. membranaceus var. mongholicus）為材料，黃芪種子均采購于內(nèi)蒙古豐鎮(zhèn)市天創(chuàng)農(nóng)牧業(yè)有限公司。

1.2 實驗設(shè)計

分別取適量的膜莢黃芪和蒙古黃芪種子于50 mL離心管中，清水沖洗干凈，95%乙醇溶液消毒1 min，0.1% HgCl溶液消毒30 s，無菌水沖洗5～6次，浸泡4 h。之后，將黃芪種子播種于鋪有無菌水浸濕濾紙的培養(yǎng)皿（規(guī)格：9 cm）后置于24 ℃恒溫培養(yǎng)箱中黑暗培養(yǎng)。

以1/2 MS營養(yǎng)液為母液，通過添加IAA（3吲哚乙酸）和GR24（人工合成的獨腳金內(nèi)酯類似物）配制不同IAA濃度（0.04、0.2、1和5 μmol·L1）和GR24濃度（0.01、0.1、1和2 μmol·L1）的營養(yǎng)液，pH值5.8。采用種子萌發(fā)袋（高14 cm，寬12.5 cm;北京啟維益成科技有限公司）培養(yǎng)幼苗，每個種子萌發(fā)袋中添加10 mL不同IAA濃度和GR24濃度的營養(yǎng)液，對照組（CK）添加10 mL蒸餾水。待黃芪種子黑暗條件下萌發(fā)3 d后，將下胚軸長約1 cm、長勢一致的黃芪幼苗轉(zhuǎn)移到種子萌發(fā)袋中（圖版I）。每個種子萌發(fā)袋放入6株黃芪幼苗，為一個處理，每處理3個種子萌發(fā)袋，兩種黃芪共計30個種子萌發(fā)袋180株幼苗。將幼苗置于24 ℃ 恒溫生長室中培養(yǎng)，培養(yǎng)條件為16 h/8 h光周期。每個種子萌發(fā)袋隔2 d補(bǔ)充一次1/2 MS營養(yǎng)液，處理7 d后取樣，測量幼苗主根長和統(tǒng)計幼苗側(cè)根數(shù)。根據(jù)以上不同IAA濃度和GR24濃度的處理結(jié)果，最終篩選2 μmol·L1GR24、5 μmol·L1IAA和2 μmol·L1GR24+5 μmol·L1IAA分別對黃芪幼苗進(jìn)行處理，處理7 d后取樣，檢測幼苗主根長、側(cè)根數(shù)，并測定幼苗根系內(nèi)源激素含量、獨腳金內(nèi)酯和生長素相關(guān)基因表達(dá)量。

1.3 方法

1.3.1 根系形態(tài)指標(biāo)測定收集每個處理18株黃芪幼苗，將根部沖洗干凈，使用直尺測量主根長，在體式顯微鏡（Leica EZ4 HD）下觀察側(cè)根，人工統(tǒng)計側(cè)根數(shù)量。

1.3.2 內(nèi)源激素含量測定

黃芪幼苗根系生長素（IAA）、獨腳金內(nèi)酯（SLs）、脫落酸（ABA）和細(xì)胞分裂素（CTK）含量參照朱莉莉等（2020）的方法進(jìn)行提取，采用植物激素酶聯(lián)免疫分析（ELISA）試劑盒（上海酶聯(lián)生物科技有限公司）進(jìn)行檢測，使用全光譜酶標(biāo)儀（美國賽默飛世爾科技公司）在450 nm波長下測定吸光度（OD值），通過標(biāo)準(zhǔn)曲線計算樣品中植物激素含量，各激素標(biāo)準(zhǔn)曲線的線性關(guān)系如表1所示。

1.3.3 黃芪根系總RNA提取及反轉(zhuǎn)錄按照全式金生物技術(shù)有限公司提供的Easy Pure Plant RNA kit試劑盒提取各處理組黃芪幼苗根系總RNA。1%瓊脂糖凝膠電泳鑒定RNA完整性，采用NanoDrop 2000紫外分光光度計對其濃度和純度進(jìn)行檢測。參照該公司提供的TransScript AllinOne FirstStrand cDNA Synthesis SuperMix for qPCR（OneStep gDNA Removal）逆轉(zhuǎn)錄試劑盒將總RNA合成cDNA，放于-20 ℃下保存。

1.3.4 熒光定量PCR采用TransStart Tip Green qPCR SuperMix試劑盒進(jìn)行熒光定量PCR檢測基因的表達(dá)量，使用primer express 3.0.1設(shè)計引物（Singh & Pandey， 2015），引物見表2。qPCR反應(yīng)體系為20 μL，包括2×TransStart Tip Green qPCR SuperMix 10 μL、正反向引物各0.4 μL（10 μmol·L1）、Nucleasefree Water 7.2 μL、模板cDNA 2 μL（10 ng·μL1）。反應(yīng)程序：94 ℃預(yù)變性3 min;94 ℃ 5 s，58 ℃ 34 s，72 ℃ 30 s，重復(fù)40個循環(huán)，每個樣品做3個重復(fù)。以18S rRNA作為內(nèi)參基因，采用2-ΔΔCT方法（Livak & Schmittgen， 2001）分析基因的表達(dá)量，實驗儀器采用ABI Prism 7500熒光定量PCR儀。

1.4 數(shù)據(jù)分析

采用SPSS 22.0軟件統(tǒng)計分析結(jié)果，進(jìn)行單因素方差分析（ANOVA），并使用GraphPad Prism 8繪制柱狀圖，結(jié)果用平均值±標(biāo)準(zhǔn)誤顯示。

2結(jié)果與分析

2.1 不同濃度GR24與IAA對黃芪幼苗主根長和側(cè)根數(shù)的影響

由圖1可知，隨著IAA處理濃度的升高，兩種黃芪主根長呈先增長后降低的趨勢。與CK相比，0.2 μmol·L1 IAA顯著促進(jìn)黃芪主根的生長，1 μmol·L1 IAA和5 μmol·L1 IAA抑制了主根的生長。不同濃度IAA處理下側(cè)根數(shù)與CK相比均明顯增加。0.1 μmol·L1 GR24、1 μmol·L1 GR24和2 μmol·L1 GR24處理下主根長均顯著高于CK，且隨濃度的升高主根長呈增加的趨勢;而CK和不同濃度GR24處理下均未見黃芪側(cè)根發(fā)育和生長。表明GR24可促進(jìn)黃芪主根的生長，其中1 μmol·L1 GR24和2 μmol·L1 GR24作用效果較顯著;0.04 μmol·L1 IAA和0.2 μmol·L1 IAA可促進(jìn)黃芪主根的生長，1 μmol·L1 IAA和5 μmol·L1 IAA抑制主根的生長;不同濃度IAA對黃芪側(cè)根的發(fā)育均具有促進(jìn)作用。

2.2 GR24與IAA對黃芪幼苗主根長和側(cè)根數(shù)的影響

由圖2可知，CK和IAA、GR24和GR24+IAA處理下黃芪主根隨著生長天數(shù)的增加均呈逐漸增長的趨勢;GR24處理的兩種黃芪主根明顯長于同一生長時期CK的黃芪主根，蒙古黃芪的變化趨勢略小于膜莢黃芪;而IAA和GR24+IAA處理的黃芪主根均明顯短于CK，且較CK生長緩慢。

由圖3可知，與CK相比，GR24處理的兩種黃芪主根顯著增長，側(cè)根數(shù)沒有發(fā)生顯著變化;IAA處理下兩種黃芪主根顯著變短、側(cè)根數(shù)增加，且膜莢黃芪側(cè)根數(shù)顯著多于蒙古黃芪;GR24+IAA處理下兩種黃芪主根仍顯著短于CK，與IAA單獨處理下無顯著差異，膜莢黃芪側(cè)根數(shù)顯著少于IAA單獨處理。表明GR24處理對黃芪主根生長具有促進(jìn)作用;IAA抑制黃芪主根生長，誘導(dǎo)側(cè)根發(fā)生;GR24+IAA處理下，GR24不能緩解IAA對黃芪主根生長的抑制，可以抑制IAA對膜莢黃芪側(cè)根發(fā)生的誘導(dǎo)。

2.3 GR24與IAA對黃芪幼苗根系內(nèi)源激素含量的影響

與CK相比，IAA、GR24和GR24+IAA處理均增加了膜莢黃芪根系IAA和SLs含量（圖4：A，B），而CTK和ABA含量顯著降低（圖4：C，D）。另外，3種處理也均顯著增加了蒙古黃芪根系IAA含量，但對其根系CTK和ABA含量變化沒有顯著影響，SLs含量在GR24和GR24+IAA處理下顯著增加（圖4）。表明IAA和GR24處理顯著影響了兩種黃芪根系內(nèi)源激素水平，且膜莢黃芪與蒙古黃芪根系內(nèi)源激素水平變化存在一定的差異。

2.4 GR24與IAA對黃芪幼苗根系生長素相關(guān)基因表達(dá)的影響

由圖5可知，與CK相比，IAA處理顯著增加了AmPIN1、AmPIN2和AmARF19基因在膜莢黃芪根系的表達(dá)，而降低了AmARF7基因表達(dá);蒙古黃芪根系A(chǔ)mPIN1、AmARF7和AmARF19基因表達(dá)量均顯著增加，且AmPIN1和AmARF7基因的表達(dá)均顯著高于膜莢黃芪，AmPIN2基因在蒙古黃芪根系的表達(dá)顯著降低。GR24處理的膜莢黃芪根系與CK相比，AmPIN1、AmPIN2和AmARF7基因表達(dá)顯著降低，蒙古黃芪根系中僅AmPIN1和AmARF7基因表達(dá)降低。GR24+IAA處理增加了AmPIN1、AmPIN2基因在膜莢黃芪根系的表達(dá)， 降低了AmARF7基因的表

達(dá);而蒙古黃芪根系僅AmPIN1表達(dá)增加，AmARF7表達(dá)減少。表明GR24和IAA影響了黃芪根系生長素相關(guān)基因的表達(dá)，且膜莢黃芪與蒙古黃芪具有差異的基因表達(dá)模式。

2.5 GR24與IAA對黃芪幼苗根系獨腳金內(nèi)酯相關(guān)基因表達(dá)的影響

由圖6可知，與CK相比，IAA處理顯著增加了膜莢黃芪根系A(chǔ)mMAX2和AmD14基因的表達(dá)，AmCCD8的表達(dá)減少;蒙古黃芪根系A(chǔ)mMAX1、AmCCD8、AmMAX2和AmD14的表達(dá)均顯著增加，且AmMAX1、AmCCD8和AmD14的表達(dá)顯著高于膜莢黃芪。GR24處理顯著增加了膜莢黃芪根系A(chǔ)mMAX1和AmMAX2基因的表達(dá)，降低了AmCCD8基因的表達(dá);蒙古黃芪根系A(chǔ)mMAX2和 AmD14表達(dá)水平增加，AmMAX1表達(dá)降低。GR24+IAA處理均降低了AmCCD8、AmMAX2和AmD14基因在膜莢黃芪和蒙古黃芪根系表達(dá)量，增加了AmMAX1基因在蒙古黃芪中的表達(dá)，降低了其在膜莢黃芪中的表達(dá)。表明IAA和GR24同時也影響了黃芪根系獨腳金內(nèi)酯相關(guān)基因的表達(dá)，且獨腳金內(nèi)酯相關(guān)基因在膜莢黃芪與蒙古黃芪根系也具有差異的基因表達(dá)模式。

3討論與結(jié)論

已有研究表明，獨腳金內(nèi)酯影響植物根系的形態(tài)結(jié)構(gòu)，且生長素是調(diào)控植物根系生長發(fā)育的關(guān)鍵激素，本研究深入探究了獨腳金內(nèi)酯和生長素與黃芪根系生長發(fā)育之間的關(guān)系。GR24處理顯著促進(jìn)了膜莢黃芪和蒙古黃芪幼苗主根的生長，主根的長度明顯增加。這與前人對番茄（Koltai et al.， 2010）、水稻（RuyterSpira et al.， 2011）和高茅草（Hu et al.， 2018）的研究結(jié)果一致，說明獨腳金內(nèi)酯對植物主根具有正調(diào)控作用。通常，生長素在低濃度下會促進(jìn)植物根的生長，高濃度抑制根的生長，促進(jìn)側(cè)根發(fā)育（Xing et al.， 2016; Lu et al.， 2019），在黃芪中也得到了相同的結(jié)果。兩種黃芪幼苗在5 μmol·L1 IAA處理下主根生長均受到抑制，側(cè)根數(shù)增加。GR24+IAA共同作用下，主根長較IAA單獨處理下無顯著差異，膜莢黃芪側(cè)根數(shù)量卻明顯減少，說明GR24可以減輕IAA對側(cè)根發(fā)育的誘導(dǎo)。

PIN1和PIN2基因是生長素輸出載體PINs家族的兩個成員，在生長素運輸和根系生長素濃度梯度的建立過程中發(fā)揮著重要作用（Blilou et al.， 2005; Blakeslee et al.， 2005; Saini et al.， 2013）。本研究中qPCR結(jié)果表明GR24處理的兩種黃芪幼苗根系A(chǔ)mPIN1基因表達(dá)下調(diào)，AmPIN2在膜莢黃芪根系表達(dá)下調(diào)，說明GR24抑制了生長素運輸基因的表達(dá)，進(jìn)而可能通過影響生長素向根系的極性運輸，打破根系生長素濃度梯度的平衡，促進(jìn)黃芪主根生長。IAA和GR24+IAA處理促進(jìn)了AmPIN1基因和AmPIN2基因的表達(dá)，因此黃芪幼苗主根生長受到了抑制。Hu等（2019）研究表明，GR24同樣抑制了高茅草冠根PIN1和PIN2基因的表達(dá)，NAA和NAA+GR24處理促進(jìn)了PIN1和PIN2基因表達(dá)，與我們的結(jié)果相一致。因此，進(jìn)一步證實了GR24可能通過影響生長素運輸而調(diào)控黃芪根系生長和發(fā)育。同時，我們發(fā)現(xiàn)AmPIN2基因在蒙古黃芪幼苗根系中的表達(dá)與膜莢黃芪存在差異，這可能由于膜莢黃芪與蒙古黃芪之間遺傳上的差異和信號轉(zhuǎn)導(dǎo)的復(fù)雜性所致。

除了生長素運輸載體外，生長素響應(yīng)因子ARFs也參與調(diào)控根的生長和發(fā)育（Guilfoyle & Hagen， 2007; Chen et al.， 2018; Guan et al.， 2019）。本研究中，IAA處理下AmARF7和AmARF19的表達(dá)在蒙古黃芪幼苗根中上調(diào)。Chen等（2019）研究發(fā)現(xiàn)縮節(jié)胺使棉花幼苗根中GhARF7/19和GhLBD18s基因表達(dá)上調(diào)而促進(jìn)了側(cè)根起始和側(cè)根伸長生長，從而使側(cè)根數(shù)量增加。Okushima等（2007）研究表明，ARF7和ARF19作為轉(zhuǎn)錄激活因子，通過激活LBD/ASL基因的表達(dá)來促進(jìn)側(cè)根形成。因此，推測IAA可能同樣通過誘導(dǎo)黃芪根中AmARF7和AmARF19基因表達(dá)，促進(jìn)了側(cè)根發(fā)育，側(cè)根數(shù)量增加;GR24+IAA處理下AmARF7和AmARF19基因在蒙古黃芪根系表達(dá)量相比IAA處理下減少，因而側(cè)根的發(fā)育被減緩。但是AmARF7和AmARF19是否通過誘導(dǎo)AmLBDs基因的表達(dá)而促進(jìn)黃芪側(cè)根發(fā)育還需要進(jìn)一步的探究。另外，與CK相比，雖然GR24處理的兩種黃芪根系中AmARF7的表達(dá)發(fā)生下調(diào)，但是CK組和GR24處理下側(cè)根均未發(fā)育，這可能是由于幼苗生長周期較短所致，因而GR24對側(cè)根的發(fā)育是否具有抑制作用，還需要進(jìn)一步研究。

生長素還會通過影響?yīng)毮_金內(nèi)酯的合成和信號轉(zhuǎn)導(dǎo)，進(jìn)一步調(diào)控植物根的生長和發(fā)育（Saini et al.， 2013; Hu et al.， 2018）。Hu等（2018）研究表明，NAA處理能夠顯著上調(diào)高茅草冠根中獨腳金內(nèi)酯信號轉(zhuǎn)導(dǎo)基因D3和D14的表達(dá)。本研究中，IAA處理后獨腳金內(nèi)酯合成基因MAX1和CCD8在蒙古黃芪幼苗根中顯著上調(diào)，獨腳金內(nèi)酯信號轉(zhuǎn)導(dǎo)基因MAX2和D14的表達(dá)在膜莢黃芪和蒙古黃芪中均上調(diào)。因此，IAA可能通過誘導(dǎo)MAX1和CCD8基因表達(dá)，促進(jìn)獨腳金內(nèi)酯合成，使其含量增加;獨腳金內(nèi)酯進(jìn)一步通過影響生長素運輸和信號轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑而調(diào)控根的生長和發(fā)育;同時通過其自身的信號轉(zhuǎn)導(dǎo)而調(diào)控根的生長和發(fā)育。

在植物根的生長發(fā)育過程中，每個植物激素并不是單獨地發(fā)揮作用，而是互相之間形成動態(tài)的反饋環(huán)，協(xié)同控制根的形成與發(fā)育（Hayward et al.， 2009;Saini et al.， 2013）。研究表明生長素與獨腳金內(nèi)酯能夠顯著影響根系內(nèi)源激素水平和分布（Hayward et al.， 2009）。本研究IAA、GR24和GR24+IAA處理均導(dǎo)致膜莢黃芪根系IAA和SLs含量增加，CTK和ABA含量減少;在蒙古黃芪根系中IAA和SLs含量增加，CTK和ABA含量沒有顯著變化。因此，說明外源激素信號改變了黃芪根系激素的內(nèi)穩(wěn)態(tài)，且內(nèi)源激素水平的變化在不同黃芪中表現(xiàn)出很大的差異性。這種激素水平的變化，可能導(dǎo)致各個激素之間形成新的信號轉(zhuǎn)導(dǎo)網(wǎng)絡(luò)，協(xié)調(diào)互作從而參與植物生長過程，進(jìn)而改變黃芪根系的生長發(fā)育;另外，兩種黃芪的遺傳差異，可能導(dǎo)致對外源激素信號應(yīng)答水平的不同，所以出現(xiàn)差異的內(nèi)源激素水平變化。今后對不同黃芪內(nèi)源激素變化的深入研究，將有助于進(jìn)一步理解黃芪對外源信號刺激的應(yīng)答機(jī)制。

綜上所述，本研究發(fā)現(xiàn)2 μmol·L1GR24處理可促進(jìn)黃芪主根生長且可以抑制IAA對黃芪側(cè)根發(fā)育的誘導(dǎo)，對培育優(yōu)質(zhì)黃芪種苗具有重要實踐意義。GR24和IAA對黃芪根系結(jié)構(gòu)的改變可能與生長素和獨腳金內(nèi)酯相關(guān)基因表達(dá)的改變及內(nèi)源激素水平變化有關(guān)，為闡明獨腳金內(nèi)酯和生長素調(diào)控黃芪根系生長發(fā)育的分子機(jī)制奠定了基礎(chǔ)，獨腳金內(nèi)酯和生長素如何在細(xì)胞水平及與其他植物激素之間精細(xì)的互作調(diào)控黃芪根系的生長發(fā)育今后還有待研究。

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（責(zé)任編輯周翠鳴）

收稿日期：2021-07-04

基金項目：國家自然科學(xué)基金（81660630）;內(nèi)蒙古自治區(qū)科技重大專項課題（ZDZX2018049）;內(nèi)蒙古科技廳項目（201702114）

第一作者： 黃曉宇（1995-），碩士研究生，主要從事藥用植物化學(xué)研究，（Email）huangxiaoyu2340322@163.com。

通信作者：陳貴林，博士，教授，博士生導(dǎo)師，主要從事藥用植物化學(xué)研究，（Email）guilinchen61@163.com。