60Co-γ對海州常山扦插過程內源激素含量的變化影響

何 嶺，張瑩婷，王良桂，華雅潔，胡 蝶，王 欣，陳 敏，楊秀蓮

（南京林業大學 風景園林學院，江蘇 南京 210037）

海州常山（Clerodendrum trichotomum），別名臭梧桐、泡火桐、追骨風等。產遼寧、甘肅、陜西以及華北、中南、西南各地，常出現在海拔2400m以下的灌叢中。朝鮮、日本及菲律賓北部也有分布[1]。海州常山不僅是有待開發的觀賞木本花卉，也是有生物油用和藥用的經濟作物[2]。近年來，海州常山關于海州常山的研究逐漸豐富，但目前關于海州常山育種研究罕見報道，這會制約海州常山大面積地開發及推廣。

60Co-γ輻射是最廣泛使用的輻射方法，射線的高能量誘導生物的遺傳物質變異，并重新組合得到有利的突變體[3]。趙云龍[4]用60Coγ對大白杜鵑進行輻射處理，吲哚乙酸(IAA)、赤霉素(GA3)、玉米素核苷(ZR)含量降低，脫落酸(ABA)含量增加，較高含量的脫落酸使大白杜鵑產生矮化現象。劉春貴等[5]使用60Coγ射線輻射路易斯安那鳶尾種子,發現100 Gy輻射處理會促進種子萌發率和成苗率,可用于種苗生產。60Coγ輻射誘變材料主要有種子、胚、組培苗、愈傷組織、枝條 、幼苗等，枝條輻射后常嫁接嫁接于母株上，輻射后扦插較為少見。近年來，史玉敏等[6]研究60Co-γ輻射對桂花插穗的影響，結果表明桂花根形態特征、新生葉的可溶性蛋白質和可溶性糖含量與輻照劑量呈負相關。

插穗內源激素的動態變化與生根有密切關系[7]。增加60Co-γ輻射劑量會提高植株的變異率，同時也會提高植株死亡率。筆者在試驗研究中發現，非過高劑量的60Co-γ輻射并不會明顯降低死亡率，而是延緩插穗物候期，導致生根前插穗內部營養物質耗盡死亡。本研究用不同劑量60Co-γ射線輻射海州常山枝條，測定插穗萌發過程中ABA、GA3、ZR、IAA 4種內源激素含量的動態變化和比值大小，旨在研究60Co-γ輻射后插穗生根與內源激素含量之間的關系，為今后輻射育種、施用外源激素方法以提高成活率提供一定的理論依據。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

在2017年3月6日，于南京林業大學白馬教學科研基地采取生長健壯、無病蟲害一年生休眠枝條（芽鱗開始松動）為試驗材料。將枝條剪成長度為10cm左右的插穗，切口上平下斜，上切口離最上芽為1cm，下切口離下芽為0.5cm，脫脂棉包裹保濕。

1.2 試驗方法

1.2.1 輻射處理與扦插試驗

于2017年3月7日，經江蘇省農業原子能農業利用研究所進行60Co-γ射線輻射處理，劑量15Gy，劑量率為1.1 Gy.min-1。同時設未經輻射處理的為對照（CK），每處理60根插穗，3個重復。扦插前，用400mg/LNAA溶液浸泡插穗基部1h[8]，后插于基質中，基質配方為V泥炭：V珍珠巖：V蛭石：V河沙=1：1：1：2，基質經 800 倍多菌靈溶液消毒。 后日常養護管理。

1.2.2 內源激素的測定

考慮到物候及輻射效應，于扦插之日起，分別隔 40d、47d、54d、64d、74d、84d、104d 于每個處理組中隨機選擇10根插穗，洗凈擦干，削取插穗基部1～2cm皮部，稱量分裝后存放于-80℃冰箱中備用，最后委托中國農業大學化控中心統一測定。各時期樣品測定的內源激素含量測定采用酶聯免疫吸附法（ELISA），激素具體包括吲哚乙酸 （IAA）、赤霉素(GA3)、玉米素核苷（ZR）和脫落酸（ABA）。

1.3 數據分析

用Excel 2003軟件數據分析與制圖。

2 結果與分析

2.1 60Co-γ對扦插生根過程中激素含量變化的影響

2.1.1 生長素（IAA）

由圖1表明，扦插后60Co-γ射線15Gy輻射的插穗IAA含量呈現先下降再上升最后再下降的趨勢。對照處理的插穗扦插40-47d內呈下降趨勢，后于47-54d時，上升至125.99ng.g-1，扦插54d后不定根逐漸伸長，對照處理的IAA含量逐漸下降。而60Co-γ射線處理的插穗IAA含量在扦插40-54d緩慢上升；54-64d為輻射處理插穗愈傷組織分化成根原基，IAA含量下降；64-104d隨著根尖的生長素的合成，IAA含量呈上升的變化趨勢。輻射處理插穗IAA含量谷值比對照延遲17d，兩者IAA含量分別為 107.93ng.g-1、91.31ng.g-1。

2.1.2 細胞分裂素（玉米素ZR）

由圖1可見，ZR在海州常山插穗生根過程中總體呈下降上升的趨勢。對于對照處理的插穗在不定根誘導期40-64d時，ZR含量下降，扦插64d后，隨著不定根的伸長，ZR含量上升后又趨于穩定；經輻射處理的插穗，40-74d為不定根誘導期，ZR含量在74d達到最低值，后不定根伸長生長，ZR含量逐漸上升，其中輻射處理ZR含量的最低值出現期比對照處理組晚10d。

2.1.3 赤霉素（GA3）

海州常山插穗扦插過程中，GA3含量變化趨勢為先上升后降低。在扦插前期40-47d，GA3含量無明顯變化，且對照組與處理組無明顯差距，扦插后47-54d，GA3含量均急劇上升，對照與處理水平GA3含量分別達到22.22ng.g-1和17.62ng.g-1。64d后GA3含量又降至扦插初期水平，且對照組比處理組變化幅度大。試驗中，輻射處理組與對照組不定根形成時間不同，但GA3峰值出現在相同的時間段。

2.1.4 脫落酸（ABA）

根據圖1可知處理組和對照組插穗的ABA含量總體呈下降趨勢。40-64d不定根誘導期間對照組ABA含量持續降低，最低值為117.44ng.g-1；64-104d插穗內ABA含量有一定的上升。60Co-γ射線輻射處理的插穗ABA含量在40-64d差異不大，可能是輻射引起的脅迫作用使得ABA含量處于一個較高的穩定水平；64-74d時，愈傷組織形成不定根ABA含量下降，隨后下降幅度有所減緩，84d后ABA含量再次降低，根系持續伸長生長。

圖1 60Co-γ射線輻射后不同內源激素含量的變化Fig.1 Variations of different endogenous hormones content treated by 60Co-γradiation

2.2 60Co-γ對扦插生根過程激素的比值變化

2.2.1 生長素與脫落酸（IAA/ABA)

如圖2所示，60Co-γ射線輻射處理的插穗IAA/ABA比值呈先上升再下降最后再上升的趨勢，而對照組表現出先上升再下降的變化趨勢。輻射處理的IAA/ABA比值在40-54d呈上升趨勢，在這可能是不定根誘導期IAA含量升高和ABA含量降低引起的，隨著不定根的出現比值隨IAA含量降低而降低；64-104d，IAA/ABA比值呈上升的趨勢。對照處理組插穗IAA/ABA含量在40-54d呈上升變化趨勢，最高達0.96ng.g-1；54d后比值逐漸降至扦插前期水平。取樣期間，輻射處理組插穗IAA/ABA比值多低于對照組處理水平。

2.2.2 赤霉素與脫落酸（GA3/ABA)

由圖2可見，海州常山插穗GA3/ABA比值變化趨勢基本相同，GA3/ABA在插穗生根過程中呈先上升后降低的趨勢。GA3/ABA比值在扦插40-47d差距不大，但在54d輻射組和對照組插穗GA3/ABA比值同時急劇上升，分別達到0.17ng.g-1和0.11ng.g-1。扦插64d，比值下降至扦插前期水平；74-104d，處理組比值呈緩慢上升趨勢，而對照組變化趨勢與其相反。

圖2 60Co-γ射線輻射后IAA/ABA,GA3/ABA和ZR/ABA的變化Fig.1 Variations of IAA/ABA,GA3/ABA and ZR/ABA treated by60Co-γradiation

2.2.3 細胞分裂素與脫落酸（ZR/ABA）

由圖2分析可知，輻射組比值ZR/ABA呈現出先下降后上升的趨勢，對照組比值變化趨勢由上升到下降再至上升最后下降的變化趨勢。在不定根伸長前，40～64d內ZR/ABA比值下降，在64d降至最低0.049ng.g-1，之后一直呈上升趨勢。對照組ZR/ABA比值于扦插后40～54d內逐漸升高，達到0.076ng.g-1，此時正值不定根形成時期。扦插54d-64d比值急劇下降，隨著不定根的發育，比值上升繼而下降至扦插前期水平。

3 結論與討論

60Co-γ射線輻射會對植物產生有益的突變效應，同時也會對植物DNA、生物膜系統、酶系統產生傷害。楊振等[9]以庫爾勒香梨為試驗材料，采用60Coγ射線進行處理，發現輻射會抑制枝條的萌發和生長，但隨著輻射效應的降低，庫爾勒香梨枝條會恢復正常生長。同時，在扶芳藤[10]荔枝[11]的研究中也有類似的發現，輻射影響激素的產生，這與植物的生長發育有著密切的關系[12]。本研究中，海州常山插穗經15Gy的60Co-γ射線輻射后，不定根的生長較對照組延遲了10d。在輻射育種過程中，插穗生根前應加強日常養護管理，提供充足的水肥，以保證輻射材料的成活率。

前人的研究多證明生長素是促進生根的因子[13-16]。本研究顯示，在海州常山插穗生根過程中，激素與扦插生根關系密切，不定根形成前內源IAA含量下降。不定根形成后IAA含量上升。不定根形成前根原基的誘導消耗大量內源IAA，不定根形成后隨著根尖合成新的IAA，IAA含量上升以保持根系的生長。對照組和輻射處理組在IAA含量谷值上差距17d，輻射處理傷害了插穗定芽合成IAA的功能，從而延緩插穗的物候期。

ZR屬于細胞分裂素，對細胞分裂有促進效應，也可以延緩細胞衰老、解除頂端優勢等[17]。一些研究表明，高濃度細胞分裂素會抑制插穗不定根的生成，而低水平有利于生根[18]。本試驗中，海州常山插穗生根在不定根誘導及生長初期ZR含量低，表明內源ZR的降低有利于不定根的形成。隨著根系的生長，ZR含量的上升促進不定根分化。60Co-γ射線輻射延長了內源ZR含量變化趨勢，表明輻射延緩了插穗不定根的形成。

赤霉素可以促進植物節間伸長與種子萌發，并且與植物開花結果密切相關。目前內源GA3含量與插穗生根關系尚未有明確定論。前人在樹牽牛[19]的研究中發現，GA3可顯著提高植株生根率，促進根系生長。但閆文濤等[20、21]認為內源GA3活性降低有利于插穗不定根原基的誘導，低水平GA3能促進植物根尖發育。本試驗中，插穗不定根形成前，GA3含量均有個驟升過程，這代表不定根的形成需要內源GA3的促進。

經過60Co-γ處理后，海州常山扦插生根過程中輻射處理插穗ABA含量高于對照值。ABA含量的降低表明低含量的ABA有助于插穗生根，這與前人[22、23]的研究結論相似。輻射易引起ABA含量上升，內源ABA會通過影響生長素在插穗內的分布和含量，進而影響根尖分生區細胞分裂，從而抑制不定根伸長[24]。

植物扦插過程中，不同內源激素的含量和變化的動態平衡是插穗生根機理，內源激素含量比值與不定根生成的難易程度密切相關[25-27]。一般認為I-AA/ABA高，有助于根原基誘導分化[25,28]。本研究發現，60Co-γ射線輻射處理插穗的 IAA/ABA，GA3/A-BA,ZR/ABA比值在不定根誘導分化期均低于對照值，多在扦插54d比值達到峰值，于64d達到谷值以利于不定根生成，這與楊雪萌等[29]對菊花品種天墜玉露及楊霄霞[27]對香椿的研究結論相似。3者比值變化趨勢與扦插生根趨勢大體吻合，內源激素變化節奏與生根機理之間是協同的，但輻射會降低插穗內促進生根激素的含量，刺激抑制激素的生成，從而延緩生根。

綜上所述，60CO-γ射線輻射會通過調控幾種激素含量和比值的變化來抑制海州常山插穗生根。在今后的研究工作中，使用合適的促進生根激素對海州常山插穗進行處理，可提高輻射育種材料的成活率。

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