GA3對柱型和普通型蘋果組培苗生長和生理的影響

劉國娟， 劉殿紅， 王 闖， 劉 敏， 徐 寧， 孫曉慧

(聊城職業技術學院，山東聊城 252000)

蘋果(MluspumilaMill)屬薔薇科、仁果亞科蘋果屬，原產歐洲、亞洲，已成為世界四大水果之一[1]。蘋果的生態適應性強，風味獨特，耐貯藏，且供應周期長[2]。我國是世界第一大蘋果生產國，主要集中在渤海灣、西北黃土高原、黃河故道和西南冷涼高地四大產區。蘋果產業的發展狀況對果區經濟振興、市場供應和出口創匯影響巨大，在我國水果業中占最重要的地位[3]。柱型蘋果是一種新的蘋果品種類型，這類蘋果因其株形類似直立的支柱，而稱為柱型蘋果(columnar apple)，又稱芭蕾蘋果(ballerina apple)[4-5]，這類蘋果品種在田間表現出樹體極緊湊、萌芽率極高和節間短而粗的特點，非常適于設施內高密栽培[6]。

GA3作為植物內源激素，可促進植物細胞伸長、莖伸長、葉片擴大，加速生長和發育，使作物提早成熟，并增加產量或改進品質[7]；能打破休眠，促進發芽；減少器官脫落，提高果實的結實率或形成無籽果實等[8]。GA3最顯著的效應是促進莖的節間伸長，而且效果比生長素更為顯著，但節間數不改變，節間長度的增加是由于細胞伸長和細胞分裂的結果。

對GA3的生理學研究發現，它主要通過增強淀粉酶mRNA合成、膜透性和膜結合的多聚核糖體增生，促進淀粉酶的合成；以及通過抑制IAA氧化酶或過氧化酶的活性，促進生長素的生物合成來調節生長素的水平，從而對植物的生長起促進作用[9-10]。細胞壁的松弛是細胞伸長所必需的，一般認為細胞壁的松弛是酶促反應過程。在植物細胞壁的松弛及其他一些需要細胞伸長的發育過程中，ROS(reactive oxygen species)發揮著決定性的作用，超氧化物歧化酶(SOD)和過氧化物酶(POD)等是能夠分解ROS的重要抗氧化酶，是植物體內氧化還原反應動態平衡的指示劑[11]，許多初級和次級代謝發揮著重要的生理作用，例如清除H2O2參與木質化發育過程等[12]。

本試驗采用柱型蘋果富士×特拉蒙、普通型蘋果嘎拉施加不同濃度外源GA3處理的組培苗為試材，柱型蘋果富士×特拉蒙、普通型蘋果嘎啦為對照，研究了柱型蘋果、普通型蘋果組培苗施加外源GA3后，蘋果幼苗中SOD、POD和α-淀粉酶含量的變化，初步探討了柱型蘋果和普通型蘋果葉片中氧化酶與外源GA3的關系，旨在揭示葉片內各種酶與GA3的關系，以及GA3濃度與蘋果組培苗生長勢的關系。

1 材料與方法

1.1 材料

特拉蒙×富士柱型蘋果和普通型蘋果嘎拉。

1.2 方法

1.2.1 MS培養基的配制 配制1 L MS培養基：100 mL大量元素(10倍液)+10 mL微量元素(10倍液)+10 mL鐵鹽(100倍液)+10 mL有機物(100倍液)+10 mL CaCl2(100倍液)+1 mL NAA(1 mg/L)+1 mL 6-BA(0.1 mg/L)置容量瓶中，再加入7 g瓊脂，30 g蔗糖，溶解混勻，先加熱沸騰，再定容至1 L，用0.5 mol/L NaOH調pH值至5.8～6.2之間，121 ℃下大三角瓶內高壓蒸汽滅菌15 min。

1.2.2 培養基分裝 按試驗要求每次吸取75、150、300、600、1 200 μL母液于1 L MS液態固體培養基中，即可配成含0.5、1.0、2.0、4.0、8.0 mg/L GA3的MS培養基。每1 L MS培養基可分裝20瓶。

1.2.3 培養觀察和取樣 接種完畢后將組培瓶置于26～28 ℃ 的恒溫培養箱中，光照條件下培養，觀察記錄蘋果幼苗發芽情況、生長狀況。

1.3 測定方法

SOD測定采用氮藍四唑法，依據SOD抑制NBT(氮藍四唑)在光下的還原程度來確定SOD活性的大小，活性單位以抑制NBT光化還原的50%為1個酶活性單位(U)[13]。POD測定采用愈創木酚法[13]；參考李合生的α-淀粉酶活性測定方法[13]測定α-淀粉酶的活性。

2 結果與分析

2.1 外源GA3對柱型蘋果和普通型蘋果表型的影響

2.1.1 外源GA3對柱型蘋果富士×特拉蒙組培苗表型的影響 柱型蘋果富士×特拉蒙組培苗在不同濃度的GA3上培養16 d后，其組培苗新梢生長狀態存在差異(圖1)。GA3在一定濃度內，均能促進蘋果組培苗新梢的生長，當GA3的濃度為 0～4 mg/L 時，均能促進富士×特拉蒙新梢的生長。當GA3濃度為8 mg/L時，蘋果組培苗新梢的生長受到明顯的抑制(圖1-F)，植株株高明顯變矮，節間變短，但分枝數量明顯增多。

2.1.2 外源GA3對普通型蘋果嘎啦組培苗表型的影響 普通型蘋果嘎啦組培苗添加不同濃度的GA3培養16 d后，在一定濃度范圍內顯著促進蘋果組培苗生長，當超出一定濃度范圍，則抑制其新梢的生長(圖2)。當GA3的濃度為0～2 mg/L 時，處理均能促進普通型蘋果新梢的生長。隨著GA3濃度的增加，促進分枝，但抑制節間伸長(圖2-E)。當GA3濃度為8 mg/L時，蘋果組培苗新梢的生長受到明顯的抑制(圖2-F)。同時，植株株高明顯變矮，節間變短，但分枝數量明顯增多，表現為簇生狀態。

2.1.3 外源GA3對柱型和普通型蘋果新梢生長影響的比較 不同濃度的GA3處理能明顯促進柱型蘋果富士×特拉蒙和普通型蘋果嘎啦新梢的生長，其新梢增長量均高于對照(圖3)。但處理16 d后，柱型蘋果對GA3產生的反應較慢，其新梢生長增加量不明顯(圖3-A)；而普通型蘋果對GA3反應非常敏感，產生的反應非常快，新梢生長增加量很明顯(圖3-B)。二者不同之處還在于，當GA3濃度為4.0 mg/L時，富士×特拉蒙的新梢增長量最大，說明富士×特拉蒙新梢生長的GA3最敏感濃度為4.0 mg/L；相對而言，普通型蘋果嘎啦新梢生長的GA3最敏感濃度為2.0 mg/L。

2.2 GA3對蘋果組培苗SOD和POD酶活性的影響

2.2.1 GA3對柱型蘋果和普通型蘋果組培苗SOD和POD酶活性的影響 GA3處理16 d后，POD活性的變化比較明顯(圖4)。富士×特拉蒙蘋果組培苗節間的POD含量明顯提高。在0～2.0 mg/L濃度范圍內，隨著GA3濃度的增加，POD活性隨著GA3濃度的提高而增加，當GA3濃度為1.0 mg/L時，POD活性達到最高，當其超過2.0 mg/L時，POD活性開始下降，但是仍舊高于對照的POD活性。而普通型蘋果嘎啦的POD活性變化并不明顯，GA3濃度在0～1.0 mg/L濃度范圍內，隨濃度的增加而提高，1.0 mg/L濃度時，POD活性達到最大值，超過1.0 mg/L逐漸呈下降趨勢，GA3濃度 8.0 mg/L 時POD活性降至最低。說明外源GA3可以促進普通型蘋果組培苗節間的POD活性，但富士×特拉蒙的POD活性明顯高于普通型蘋果，說明POD活性與樹體矮化程度呈正相關。

此外，GA3處理16 d后，隨著GA3濃度的增加，富士×特拉蒙組培苗的SOD活性明顯下降。在0～2.0 mg/L濃度范圍內，隨著GA3濃度的增加，SOD活性變化不明顯，當濃度為1.0 mg/L時，SOD活性達到最大。GA3濃度超過1.0 mg/L時，其SOD活性明顯下降，在4.0 mg/L時，SOD活性降至最低，說明外源GA3抑制柱型蘋果組培苗節間SOD的活性，普通型蘋果與柱型蘋果節間SOD活性大體一致，都是呈下降趨勢，但是普通型蘋果的SOD活性略高于柱型蘋果。

2.3 GA3對柱型蘋果和普通型蘋果組培苗α-淀粉酶活性的影響

試驗結果(圖5)表明，GA3處理16 d后，柱型蘋果和普通型蘋果α-淀粉酶活性有明顯的變化，不管是富士×特拉蒙還是嘎啦蘋果組培苗節間的α-淀粉酶都受GA3的誘導。在0～2.0 mg/L濃度范圍內，隨著GA3濃度的增加，富士×特拉蒙α-淀粉酶活力呈現下降趨勢，隨后加強，濃度增至2.0 mg/L時，α-淀粉酶活性達到最大，隨著濃度的再次增加，α-淀粉酶活性迅速下降，與普通型蘋果相比，柱型蘋果變化很明顯，說明2.0 mg/L是GA3促進柱型蘋果α-淀粉酶活性的最佳反應濃度，普通型蘋果的變化則不那么明顯，在0.5 mg/L時α-淀粉酶活性達到最大，隨著濃度的不斷增加，α-淀粉酶活性不斷下降。但在0～2.0 mg/L濃度范圍內，普通型蘋果的α-淀粉酶活性要大于柱型蘋果，說明普通型蘋果初期受GA3影響較大。

3 討論

3.1 GA3與SOD和POD的關系

對柱型蘋果的研究集中在相關酶活性和內源激素水平的測定上，本研究發現具有矮化生長特性的柱型蘋果富士×特拉蒙POD、SOD酶活性與生長勢密切相關，柱型蘋果葉片內的POD、SOD酶活性顯著高于普通型蘋果。外源GA3處理后，不管是柱型蘋果富士×特拉蒙還是普通型蘋果嘎啦，其SOD活性呈現下降趨勢，而POD活性則呈上升趨勢， 這也證明了，POD活性與樹體矮化程度呈顯著正相關， 酶活性越高，矮化程度越大[14]。

3.2 GA3與α-淀粉酶的關系

GA3是誘導多種植物一些組織中α-淀粉酶的必要條件，α-淀粉酶為淀粉水解過程重要的水解酶，現已用α-淀粉酶來檢測植物組織中GA的響應狀態[15]。本研究發現外源GA3能促進柱型蘋果富士×特拉蒙和普通型蘋果嘎啦α-淀粉酶的活性，但在測定過程中，柱型蘋果和普通型蘋果組培苗內α-淀粉酶不太穩定，很可能因為酶的性質不穩定導致的。

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