ＧＡ_３對慈竹木質素和纖維素動態積累及ＰＡＬ酶活性調控的效應

摘要:以移栽二年生慈竹新生嫩枝為材料，通過噴灑GA3，研究其對慈竹木質素和纖維素含量動態積累及PAL活性的調控作用。結果表明，不同濃度GA3處理對木質素含量動態積累的調控效應不同，GA3處理可以改變慈竹木質素含量積累動態，較低濃度GA3具有降低木質素含量的作用。低濃度的GA3處理具有降低PAL活性的作用。不同濃度GA3處理對慈竹纖維素含量動態積累具有調控作用，100 mg#8226;L-1 GA3處理的纖維素含量動態積累在試驗范圍內呈上升的趨勢，而50 mg#8226;L-1 GA3處理纖維素含量的積累則呈先上升而后下降的趨勢。相關分析結果表明，GA3濃度與慈竹纖維素含量間呈極顯著正相關(r=0.998 3)，木質素含量與PAL活性間呈極顯著正相關(r=0.831 1)。

關鍵詞:慈竹;木質素;纖維素;PAL活性

中圖分類號:S795.5;Q539+.3;Q557+.3 文獻標識碼:A 文章編號:0439-8114(2008)08-0930-03

植物激素是植物發育和形態發生的重要調節因子，其對形成層的生長具有調節作用，如細胞分裂，細胞的伸長，最終細胞的形態學，誘導細胞分化成不同細胞類型和細胞壁化學組成等[1-4]。羅自生在竹筍木質化的研究中，發現外源GA3處理能增加內源GA3含量，降低ABA/GA3的比值，并抑制PAL，C4H和POD活性的上升，降低木質素含量和硬度，從而延緩竹筍木質化的進程[1]。劉尊英用GA3處理采后的綠蘆筍，其木質素含量增加較為緩慢，貯藏過程中木質素含量始終低于對照;同時，用赤霉素處理采后豌豆苗，經過處理后豌豆苗中粗纖維含量顯著受到了抑制，木質化進程也受到了抑制[2]。有關GA3對慈竹木質素和纖維素形成及調控木質素生物合成關鍵酶活性的作用鮮見報道。因此，本研究以四川省典型叢生慈竹為材料，通過噴灑外源GA3，研究其對慈竹木質素和纖維素含量動態積累及PAL活性的調控作用。

1 材料與方法

1.1 樣品的采集及制備

將二年生生長健壯且無病蟲害的慈竹于2005年3月進行移栽，行長和行距分別為1.5 m，移栽時留下約1 m高的竹樁，為保證成活率，在竹樁頂端灌入清水。待移栽成活并有新枝#65380;新葉發出并生長茂盛后，竹枝長約40 cm，用0 mg#8226;L-1#65380;50 mg#8226;L-1#65380;100 mg#8226;L-1的GA3分別噴施于竹叢冠層葉表面，每平方米噴施100 mL，每個處理3次重復。以噴灑蒸餾水的為對照。噴灑后定期將新萌發的枝條剪掉，以保證試驗的準確性。

從噴灑赤霉素開始，分別于噴灑后60#65380;120和180 d的上午進行采樣。采集處理方法如下:每一叢上剪取生長粗壯#65380;長短相似的枝條，摘下葉片迅速儲藏到冰盒中。每個樣品的枝條分成兩部分儲藏，一部分迅速剪成小段，于液氮中，30 min后轉移到

-86℃超低溫冰箱中保存待用;一部分105℃殺青。

1.2 木質素含量測定

參照國家標準GB2677.8-81進行測定。將殺青烘干至恒重的樣品放入植物粉碎機中粉碎，過60目篩。將過篩后的樣品竹粉放入索氏抽提器中，用苯∶醇=1∶2(1體積的苯和2體積的乙醇混合配成)溶解;取出樣品，110℃烘干3 h;萬分之一電子天平準確稱取200 mg的樣品放入試管中，加入4 mL的72%硫酸;塞緊試管塞放入40℃的水浴鍋中1 h，并每隔10 min搖動試管;然后將試管中的樣品移到250mL錐形瓶中，加入112mL蒸餾水;在100℃下冷凝回流1 h;混合液經過真空抽提泵砂芯漏斗過濾，并用500 mL熱水沖洗直至濾液pH為中性;在110℃高溫下烘1 h以上，直至恒重。這樣就得到了慈竹的木質素。每個樣品重復3次。先將砂芯漏斗烘干，在萬分之一電子天平上精確稱量到萬分之一位，并記下數據W1。在提取出木質素后，連同木質素和砂芯漏斗一起稱量，同樣也精確到萬分之一位，記下數據W2。最后木質素含量=W2-W1。

1.3 綜纖維含量測定

參照國家標準GB2677.10-81進行測定。準確稱取2 g烘干樣品置于三角瓶中，加65 mL蒸餾水#65380;0.5 mL冰乙酸和0.6g NaClO2(亞氯酸鈉)搖勻，75℃恒溫水浴，間隔混勻;1 h后再加入0.5 mL冰乙酸和0.6 g NaClO2搖勻，繼續75℃恒溫水浴1 h，如此反復，直到試樣變白即可，即木質素含量在2%~4%;三角瓶冷卻后，將全部殘渣移入砂芯漏斗(30 mL)，用循環水真空泵進行抽濾，冷水沖洗至濾液pH值為中性，用丙酮洗3次，然后將砂芯漏斗連同殘渣一同放入110℃電熱鼓風干燥箱烘至恒重，利用萬分之一電子天平測殘渣質量。綜纖維素含量為最后每克樣品中殘渣所占的毫克數，每個樣品3次重復。

1.4 PAL活性測定

參照Koukol等的方法進行測定[7]。①粗酶液的提取。取不同處理樣品各0.1 g，放入冰凍好的干燥研缽中。加入相當于樣品50倍的預先配制好的緩沖液(含0.2 mol#8226;L-1硼砂，含0.005 mol#8226;L-1的巰基乙醇，0.001 mol#8226;L-1的EDTA，pH8.0)，加入相當于樣品1/10重量的聚乙烯吡咯烷酮(PVP)。于冰浴中將樣品研磨勻漿，將勻漿好的樣品轉入1.5 mL的EP管中，用3管進行分裝。于4℃下，10 000 r#8226;min-1，離心15 min，將相同樣品不同管的上清液轉入同一大型EP管中充分混勻，然后放入4℃冰箱中待用。②酶活性的測定。取底物溶液(為L-苯丙氨酸0.02 mol#8226;L-1，配制時用硼砂緩沖液進行溶解)1 mL，緩沖液2 mL，0.8 mL粗提酶液，混合后放入大型離心管中，于37℃水浴鍋反應1 h。分別取各種反應液1 mL，在290 nm波長下測定吸光度值。對照用緩沖液代替底物(L-苯丙氨酸)溶液。酶活力單位為0.001A290 #8226;g-1FW#8226;h-1。每個樣品設3次重復。

2 結果與分析

2.1 GA3對慈竹木質素動態積累的效應

不同濃度的GA3處理對木質素含量動態積累的調控效應不同。在噴灑GA3 60 d后，50 mg#8226;L-1和100 mg#8226;L-1處理的木質素含量都明顯高于0 mg#8226;L-1處理。到120 d時，50 mg#8226;L-1處理的木質素含量緩慢上升，爾后快速下降，到180 d時達到最低，明顯低于另兩個處理;而100 mg#8226;L-1處理的木質素含量，則快速下降，到120 d時，達最低谷，然后快速回升，到180 d時，其木質素含量與0 mg#8226;L-1處理的無明顯差異。0 mg#8226;L-1處理的木質素含量在本試驗范圍內呈上升的趨勢(圖1，表1)。研究結果表明，GA3對慈竹莖桿木質素含量動態積累具有調控作用。GA3處理可以改變慈竹木質素含量積累動態，而且噴灑較低濃度GA3具有降低后期木質素含量的作用。

2.2 GA3對調控慈竹木質素生物合成酶PAL活性的效應

由圖2可以看出，不同濃度GA3處理對PAL活性動態的調控效應不同。50 mg#8226;L-1 GA3處理，在噴灑后60 d時，PAL活性高于其他兩個處理，隨著生育期的延長，其活性呈降低的趨勢，到180 d時，其活性低于100 mg#8226;L-1 GA3的處理，而高于無GA3的處理。無GA3處理的PAL活性的變化動態與50 mg#8226;L-1 GA3處理的相同，只是每一時期PAL活性均低于50 mg#8226;L-1 GA3的處理。而100 mg#8226;L-1 GA3處理PAL活性的變化動態與50 mg#8226;L-1 GA3處理的相反，呈上升的趨勢，在噴灑GA3 60 d和120 d時，PAL活性都低于其他兩個處理，而且PAL活性變化比較緩慢，但120 d后，到180 d時，其活性卻高于其他兩個處理，而且其活性的增長速度很快。由此可以看出，低濃度的GA3處理具有降低PAL活性的作用。

2.3 GA3對慈竹纖維素動態積累的效應

不同濃度的GA3處理對慈竹纖維素含量的動態積累具有調控作用，但調控的效應不同。經GA3處理60 d后，其纖維素含量都明顯地高于0 mg#8226;L-1 GA3的處理(圖3，表2)。60 d至120 d時，50和100 mg#8226;L-1 GA3處理的纖維素含量增長比較緩慢，而0 mg#8226;L-1 GA3處理纖維素含量的積累卻呈快速的增長，到120 d時，其纖維素含量與50 mg#8226;L-1 GA3處理的無明顯差異，但與100 mg#8226;L-1 GA3處理的差異達極顯著水平。120 d后，0 mg#8226;L-1 GA3處理和100 mg#8226;L-1 GA3處理的纖維素含量的積累仍呈增長的趨勢，但增長的速度比較慢，到180 d時，其含量都明顯高于50 mg#8226;L-1 GA3處理;50 mg#8226;L-1 GA3處理纖維素含量的積累則呈緩慢降低的趨勢。總之，0 mg#8226;L-1 GA3處理和100 mg#8226;L-1 GA3處理的纖維素含量動態積累在本試驗范圍內呈上升的趨勢，而50 mg#8226;L-1 GA3處理纖維素含量的積累則呈先上升而后下降的趨勢。

2.4 GA3濃度#65380;木質素含量#65380;纖維素含量和PAL活性間的關系

相關分析結果表明，GA3濃度與木質素含量和PAL活性之間分別呈不顯著的正相關(r=0.194 1)和負相關關系(r=-0.384 0)，但與慈竹纖維素含量間呈極顯著的正相關關系(r=0.998 3**)。表明GA3處理有提高慈竹纖維素含量的作用;但對木質素含量的作用很不明顯，對PAL活性的作用雖呈不明顯的負相關關系，但GA3對PAL活性的作用程度要高于對木質素含量的作用。木質素含量和PAL活性間呈極顯著的正相關關系(r=0.831 1**)，表明PAL活性的增加可以明顯提高木質素的含量。

3 小結與討論

植物激素作為一種微量信號分子，對植物整個發育和基因的表達具有調控作用。研究表明，GA3能促進棉纖維細胞的分化，也能刺激纖維使其有一定程度的伸長[5]。王學東等用赤霉素處理亞麻后發現，赤霉素對亞麻生長發育有較大影響，可顯著提高亞麻纖維的各項生理指標，噴施赤霉素可使纖維細胞直徑明顯增粗，從而使纖維產量獲得提高[6]。本研究認為，噴施GA3對慈竹纖維素含量及其動態積累具有調控作用，并能提高纖維素含量。相關分析結果進一步證明了這點，但噴施不同濃度GA3對慈竹纖維素含量動態積累的調控趨勢不同。前人研究表明，經外源GA3處理后的竹筍木質素含量有不同程度的降低[7]。本研究認為，GA3處理不僅可以改變慈竹木質素含量積累動態，而且噴灑較低濃度GA3具有降低木質素含量的作用。植物激素對木質素合成相關酶有重要的調控作用，植物激素通過調控這些酶的活性從而達到對木質素合成的調控[1-4]。Sophia等將擬南芥中編碼赤霉素合成的基因GA20-oxidase(AtGA20-ox)和GA2-oxidase(AtGA2-ox)克隆到煙草中后發現，GA20-oxidase(AtGA20-ox)和GA2-oxidase(AtGA2-ox)基因對合成途徑中上游的PAL影響不大[4]。本研究認為，低濃度的GA3處理具有降低PAL活性的作用，從而對降低木質素含量起到一定的調控作用。

參考文獻:

[1] 羅自生. GA3處理對采后竹筍木質化及內源激素水平的影響[J]. 園藝學報，2005，32(3):454-457.

[2] 劉尊英. 綠蘆筍木質化的生理生化基礎及其調控技術研究[D]. 北京:中國農業大學，2003.

[3] 賓金華，潘瑞熾. 茉莉酸甲酯誘導煙草幼苗抗病與過氧化物酶活性和木質素含量的關系[J]. 應用與環境生物學報，1999，

5(2):160-164.

[4] SOPHIA B，HENNING T，UWE S. Impact of alered gibberellin metabolism on biomass accumulation， lignin biosynthesis， and photosynthesis in transgenic tobacco plants[J]. Plant Physiol，2004，135:254-265.

[5] 孫振元，鄭湘如，徐楚年，等. 吲哚乙酸和赤霉酸在離體棉花胚珠生長和纖維發育中的作用[J]. 北京農業大學學報，1992(增刊):129-135.

[6] 王學東，李 明，崔 琳，等. 赤霉素對亞麻纖維發育及產量的影響[J]. 中國麻業，2002，24(3):13-14.

[7] KOUKOL J，CONN E E. The metabolism of aromatic compounds in higher plants: Purification andproperties of the-phenylalanine deaminase of Herdeum vulagare[J]. Journal of Biology and Chemistry，1961，236:2 692-2 698.