不同生長狀況下新疆野蘋果內源激素含量的變化

王振東，陳奇凌，鄭強卿，王晶晶，王文軍，蔡 勇

(1.新疆農墾科學院林園所，新疆石河子 832000；2.新疆生產建設兵團第一師13團，新疆阿拉爾 843300)

0 引 言

【研究意義】新疆野蘋果又名塞威氏蘋果[M.sieversii(Ledeb.)Roem.]，薔薇科蘋果屬植物，已被列入中國優先保護物種名[1]。新疆野蘋果是珍貴的果樹種質資源，具有抗寒、耐蟲、抗旱等優良性狀，在我國僅分布于新疆伊犁、塔城等地；由于自然狀況、人為因素、管理滯后、病蟲害等原因使新疆野蘋果生存環境遭到了嚴重的威脅[2-4]，馬闖[5]、田潤煒等[6]調查研究發現,新疆塔城、伊犁部分地區新疆野蘋果林呈現不同程度衰退。研究不同生長勢新疆野蘋果野果林在發育過程中內源激素的變化規律，對新疆野蘋果的生理機制及保護研究有著重要意義。【前人研究進展】過去幾年對新疆野蘋果野果林的保護研究多集中在種群年齡結構[6]、抗性生理[7]等，在抗性生理研究多集中于鹽堿脅迫[8]、鐵脅迫[9]等。【本研究切入點】而關于受到病蟲害的野果林退化后相關生理研究較少。研究不同生長狀態下野蘋果樹內源激素含量的變化。【擬解決的關鍵問題】在退化野果林集中分布區，對野蘋果樹進行不同生長勢劃分，選取代表性樣木取樣測定，對比不同健康程度野果林內源激素差異及變化規律，分析內源激素在野果林退化過程中變化特點對不同生長勢、不同發育時期新疆野蘋果樹取樣測定，對比研究其內源激素(IAA、GA3、ABA、ZR、JA)變化。

1 材料與方法

1.1 材 料

不同生長狀態的新疆野蘋果林位于新疆伊犁州新源縣野果林改良場，試驗地位于N43°22′35″，E83°35′52″。在同一海拔高度設置調查樣帶，在樣帶內設置20 m×20 m的樣地，由于山體條件不同(有些地段不適宜調查)，樣帶內設置3～5塊樣地。在新疆野蘋果林分布區域，按照樹體存活率、患病蟲害等綜合影響因素選擇設立典型樣方，調查野蘋果樹生長情況，確立健康狀況分類指標。

1.2 方 法

1.2.1 樣品采集

樣品采集分別與2017和2018年間進行，2年間采樣方法一致。果實采樣時期按照果實發育特征進行，即根據果實的鮮重和外觀色澤變化將果實分為幼果期、膨大期、著色期、成熟期4個時期進行，在果實膨大期和成熟期進行采樣，2年間采樣方法一致每次采樣從植株的東南西北4個方位、以及上中下里外5個方向，采集基部第4～6片葉處果30個和葉片100片，放入液氮速凍后帶回實驗室，貯于-80℃冰箱中備用。正常的新疆野蘋果林用H表示，退化的新疆野蘋果林用NH表示；不同生長狀況的葉片劃分按照試驗地的野蘋果林存活率分為100%存活率新疆野蘋果林、80%存活率新疆野蘋果林、40%存活率新疆野蘋果林、20%存活率新疆野蘋果林、10%存活率新疆野蘋果林，在取樣時間為6月。

1.2.2 樣品內源激素的測定1.2.2 .1 內源激素測定

稱取樣品1.0 g，液氮速凍并研磨成粉末，加入冷卻的80%甲醇溶液10 mL，超聲浸提5 min，浸提液以10 000 r/min離心10 min得上清液，浸提2次，合并3次上清液，全部濾液于35℃減壓濃縮至3 mL，加入0.1 g PSA吸附酚類物質，5 000 r/min離心5 min得上清液，上清液用2 mo1/L，檸檬酸調節至pH=3.0，再用等體積乙酸乙酯萃取3次，合并酯相，于40℃氮氣吹干，所得殘留物加入3 mL pH=3.5磷酸鹽緩沖液溶解，過C18小柱，用80%甲醇洗脫收集后，在40℃氮氣吹干，用流動相溶解殘渣并定容至1 mL，溶液經0.45 μm微孔濾膜過濾后，進行GA3、IAA、ABA、ZR、JR含量質譜分析。

1.2.2.2 色譜條件

使用Waters液相色譜儀、510泵、486紫外檢測器儀器，波長254 nm，柱子為Nova-parkC18柱(D3.9 mm×L150 mm)，710自動進樣器，IBM-386計算機控制，流動相為甲醇：20%乙酸:水的體積比為40∶40∶20，流量為1.5 mL/min。

1.3 數據處理

數據采用SPSS17、Excel 2016、origin 2018數據處理軟件進行統計分析。

2 結果與分析

2.1 不同生長勢新疆野蘋果在不同時期內源激素含量的變化

研究表明,從6～9月，正常的新疆野蘋果葉片ZR、GA3含量下降，分別下降了30.8%、46.7%，JA、IAA、ABA含量上升，分別上升了7.8%、35.5%、0.9%；退化的新疆野蘋果葉片5種激素(ZR、JA、GA3、IAA、ABA)含量均上升，分別上升了18.7%、33.8%、26.2%、27.6%、30.5%。而在新疆野蘋果果實中,退化的新疆野蘋果和正常的新疆野蘋果ZR、JA、GA3、IAA變化趨勢相同，均呈下降的趨勢，正常的新疆野蘋果果實內源激素含量分別下降了62.9%、39.3%、70.2%、69.3%，退化的新疆野蘋果果實內源激素含量分別下降了57.7%、55.0%、74.4%、69.9%；在2種生長勢新疆野蘋果果實ABA含量：在正常的新疆野蘋果上升了6.3%，退化的新疆野蘋果降低了7.9%。圖1,圖2

2.2 不同年份新疆野蘋果5種內源激素含量的變化

研究表明,從2017到2018年，正常的新疆野蘋果葉片ZR、JA、ABA含量上升，分別上升了16.0%、48.8%、11.8%，GA3、IAA 含量下降，分別下降了8.39%、19.8%；退化的新疆野蘋果ZR、ABA含量上升，分別上升了3.9%、1.4%，JA、GA3、IAA 含量下降，分別下降了10.5%、20.9%、0.4%；正常和退化的新疆野蘋果果實內源激素含量變化趨勢相同，均是JA 含量上升，分別上升了36.3%、111.4%；ZR、GA3、IAA、ABA 含量下降，正常的新疆野蘋果果實內源激素含量下降了40.1%、22.6%、36.9%、39.2%，退化的新疆野蘋果果實內源激素含量下降了 35.1%、1.1%、14.7%、0.3%。圖3,圖4

圖1 新疆野蘋果葉片內源激素變化

Fig. 1 Changes of endogenous hormones in leaves ofMalussieversii

圖2 新疆野蘋果果實內源激素變化

Fig. 2 Changes of endogenous hormones in fruits ofMalussieversii

2.3 不同生長狀況新疆野蘋果葉片5種內源激素含量的變化

研究表明,100%存活率新疆野蘋果林的ZR含量最高，為9.80 ng/g；10%存活率新疆野蘋果林葉片的ZR含量最少，為6.72 ng/g。20%存活率新疆野蘋果林葉片的JA含量最高，為18.95 ng/g；其次是40%存活率新疆野蘋果林、80%存活率新疆野蘋果林100%存活率新疆野蘋果林、10%存活率新疆野蘋果林，分別為18.17、16.20、15.79和14.47 ng/g。100%存活率新疆野蘋果林葉片的GA3含量最高，為6.47 ng/g，其它幾種處理差距不大。5種不同存活率的新疆野蘋果葉片IAA含量從高到低分別為100%存活率新疆野蘋果林、80%存活率新疆野蘋果林、40%存活率新疆野蘋果林、20%存活率新疆野蘋果林、10%存活率新疆野蘋果林。10%存活率新疆野蘋果林葉片ABA含量高于其余4種處理，為134.17 ng/g；其后幾種處理ABA含量從高到低依次為40%存活率新疆野蘋果林、20%存活率新疆野蘋果林、80%存活率新疆野蘋果林、100%存活率新疆野蘋果林。圖5

圖3 新疆野蘋果葉片內源激素變化

Fig. 3 Changes of endogenous hormones in leaves ofMalussieversii

圖4 新疆野蘋果果實內源激素變化

Fig. 4 Changes of endogenous hormones in fruits ofMalussieversii

2.4 新疆野蘋果葉片和果實內源激素相關性

研究表明,不同時期新疆野蘋果葉片和果實的5種激素及其比值相關性，5種激素之間有復雜關系。葉片中ZR含量與JA含量呈顯著正相關(P<0.05，下同)；JR含量與GA3含量呈顯著正相關；GA3含量與ZR/ABA和GA3/ABA呈顯著正相關；IAA含量與IAA/ABA呈極顯著正相關(P<0.01，下同)；ABA含量分別與IAA/ABA和ZR/ABA呈顯著負相關和極顯著負相關；GA3/ABA與ZR/ABA呈極顯著正相關。在新疆野蘋果果實中ZR含量分別與GA3含量、IAA含量、IAA/ABA、GA3/ABA、ZR/ABA呈極顯著正相關；JR含量與GA3/ABA、JR/ABA呈顯著正相關；GA3含量與JR/ABA呈顯著正相關，與IAA含量、IAA/ABA、GA3/ABA、ZR/ABA呈極顯著正相關；IAA含量與IAA/ABA、GA3/ABA、ZR/ABA呈極顯著正相關；ABA含量與IAA/ABA和ZR/ABA呈極顯著負相關；ZR/ABA與JR/ABA呈顯著正相關，與IAA/ABA、GA3/ABA呈極顯著正相關；GA3/ABA與IAA/ABA、JR/ABA呈極顯著正相關；IAA/ABA與JR/ABA呈顯著正相關。表1，表2

圖5 新疆野蘋果葉片內源激素變化

Fig. 5 Changes of endogenous hormones in leaves of Malus sieversii

表1 不同生長勢新疆野蘋果葉片內源激素含量及其比值與時間的相關關系

Table 1 Correlation between analysis endogenous hormone content and ratio and time in leaves of Malus sieversii with different growth potential

ZRJAGA3IAAABAZR/ABAGA3/ABAIAA/ABA JR/ABA2R1 JA0.659?1GA30.5610.693?1IAA-0.0720.3010.5381ABA0.3920.266-0.112-0.3731ZR/ABA0.2790.2770.671?0.567-0.719??1GA3/ABA0.0720.4010.576?0.199-0.0340.171IAA/ABA-0.0030.1650.4150.758??-0.654?0.802??-0.2241JA/ABA0.0180.1360.5090.232-0.2970.370.899??-0.0941

注：**和*分別表示0.01和0.05 水平的差異性顯著性，下同

Note:**and*indicate the significance ofP≤0.01 andP≤0.05 respectively, the same as below

3 討 論

植物激素是一種小分子天然產物，在低濃度下調節植物的所有發育過程，是植物適應環境必不可少的信號分子，對于調節植物的各種生長發育過程具有十分重要的作用[10]。植物激素被分為植物生長素類、赤霉素類、細胞分裂素類、乙烯、脫落酸、油菜素甾醇類；除6大類激素之外，近年來發現的多胺、茉莉酸、水楊酸類等物質，在調控植物生長發育過程中也起著重要作用；其中IAA、GA3、ZR等屬于生長促進型植物激素，ABA、JA等屬于生長抑制型激素[11,12]。新疆野蘋果在果實膨大期(6月)生長促進型激素(IAA、GA3、ZR)含量均高于與果實成熟期(9月)，在果實膨大期代謝強，便于果實迅速生長；新疆野蘋果葉片(9月)IAA、GA3、ZR含量相比于6月都大幅提高，而抑制生長型激素ABA卻大幅降低，則有可能野蘋果已經從生殖生長轉變為營養生長。在退化的新疆野蘋果葉片在9月時ABA、JA含量大幅升高，遠高于健康新疆野蘋果葉片，高濃度的ABA、JA加快了退化新疆野蘋果葉片的衰老和脫落。

表2 不同生長勢新疆野蘋果果實內源激素含量及其比值與時間的相關關系

Table 2 Correlation between analysis endogenous hormone content and ratio and time in fruit of Malus sieversii with different growth potential

ZRJAGA3IAAABAZR/ABAGA3/ABAIAA/ABAJR/ABAZR1 JA0.2281GA30.848??0.5731IAA0.928??0.4060.971??1ABA-0.3930.234-0.38-0.4921ZR/ABA0.762??0.0520.655??0.762??-0.813??1GA3/ABA0.765??0.588?0.877??0.871??-0.4970.795??1IAA/ABA0.775??0.1740.766??0.840??-0.808??0.977??0.843??1JR/ABA0.3660.583?0.597?0.552-0.4460.626?0.842??0.671?1

在5種不同存活率的新疆野蘋果中，100%存活率新疆野蘋果林葉片中IAA、ZR、GA3含量最高，20%存活率和10%存活率的新疆野蘋果林葉片的JA和ABA含量最高，存活率越高，促進生長的激素含量也會越高；趙錦等[13]發現這3種不同生長狀態(健株、治療株和病株)的棗葉片中IAA、GA3和ABA的含量沒有明顯區別，而在試驗中不同存活率的新疆野蘋果林葉片中GA3變化幅度不大，而IAA、ABA含量差異明顯，可能的原因是不同病害、不同物種之間的差異；在不同存活率的新疆野蘋果葉片中JA含量隨著存活率(10%存活率新疆野蘋果除外)的下降隨之升高，JAS在植物對各種脅迫響應以及在植物發育中具有重要的功能，較高的濃度JAS可以降低植物周期蛋白活性，使細胞周期受阻，進而減緩細胞分裂與伸長作用，減緩植物營養生長，還可以使植物產生抗蟲防御反應[14-16]，退化的新疆野蘋果的JA含量相對較高，是一種自我的防衛反應；在草莓[17]和葡萄[18]果實中，隨著果實的發育，JA會先大量合成，后又會急劇降低，試驗中果實中JA含量6月測定JA含量遠大于9月，JA含量隨著果實成熟急劇下降的趨勢與前人研究結果基本一致。

4 結 論

4.1 新疆野蘋果從6～9月，正常的新疆野蘋果葉片ZR、GA3含量下降，JA、IAA、ABA含量上升；退化的新疆野蘋果葉片ZR、JA、GA3、IAA、ABA含量上升。退化和正常的果實ZR、JA、GA3、IAA變化趨勢相同，均呈下降的趨勢。

4.2 新疆野蘋果2018年相比于2017年，正常的新疆野蘋果葉片ZR、JA、ABA含量上升， GA3、IAA 含量下降；退化的新疆野蘋果葉片ZR、ABA含量上升，GA3、IAA 含量下降。正常和退化的果實內源激素含量變化趨勢相同，均是JA 含量上升，ZR、GA3、IAA、ABA 含量下降。

4.3 在5種不同存活率的新疆野蘋果中，得出100%存活率新疆野蘋果林葉片的IAA、ZR、GA3含量最高，20%存活率新疆野蘋果林葉片的JA含量最高，10%存活率新疆野蘋果林葉片的ABA含量最高，存活率越高，促進生長的激素含量也會越高。