萱草花芽分化過程中內源激素的動態(tài)變化

李志娟，賈民隆，呂英民，王云山，曹冬梅

（1.山西農業(yè)大學園藝學院，山西太原 030031；2.北京林業(yè)大學園林學院，北京 100083）

花芽分化是萱草成花的關鍵時期，直接影響其花蕾的產量和品質。花芽分化過程由環(huán)境因子和內源物質共同調控，其中，內源激素是影響植物花芽分化的重要因素[1-2]。龐夫花等[3]研究發(fā)現，在寧玉草莓花芽分化過程中，細胞分裂素（ZR）含量增加，赤霉素（GA3）和脫落酸（ABA）含量降低有利于花芽分化。段九菊等[4]研究發(fā)現，高含量的ZR 和低含量的GA3有利于丹尼斯鳳梨花芽分化。郭辰等[5]通過酶聯免疫吸附法測定了東興金花茶花果期不同組織中內源激素含量，研究認為生產中提高ZR 和ABA含量，降低吲哚乙酸（IAA）和GA3含量可促進東興金花茶的花芽分化。此外，激素間平衡也起到促進成花或抑制成花的重要調控作用[6-7]。大量研究結果顯示，ABA/IAA、ABA/GA3值降低和GA3/IAA值升高，利于花芽從營養(yǎng)生長向生殖生長轉變[8-10]，ZR/GA3值升高可促進花芽形態(tài)分化[10]和花粉粒的形成[11]，（IAA＋ZR）/GA3和（GA3＋IAA＋ZR）/ABA值增大有利于小花原基的形成和發(fā)育[12-13]。目前在內源激素對萱草花芽分化的影響研究方面，仲文晶等[14]測定了萱草栽培種金娃娃花芽分化前期內源激素含量及比值的變化，但關于野生萱草花芽分化不同時期的相關研究鮮見報道。基于此，本研究以自然條件下生長的野生萱草黎城7 號為試驗材料，通過測定植株花芽分化期莖尖中ABA、IAA、ZR 和GA3的含量，分析這4 種內源激素含量及比值的變化規(guī)律，為萱草花期調控提供科學依據。

1 材料和方法

1.1 試驗材料

供試材料為種植5 a 的野生萱草黎城7 號（Hemerocallis lilioasphodelus sp.）分株苗，采自山西省黎城縣南蛟山（36°34′53′′N，113°15′55′′E）[15]，種植在山西農業(yè)大學園藝學院萱草種質資源圃中，全年常規(guī)露地管理。選苗時，要求植株長勢一致、無病蟲害。

1.2 樣品采集

筆者前期通過解剖結構研究明確了野生萱草黎城7 號的花芽形態(tài)分化過程，將其劃分為5 個時期（圖1），即營養(yǎng)生長期（Ⅰ，圖1-a）、生理分化期（Ⅱ，圖1-b）、花序原基分化期（Ⅲ，圖1-c）、花原基分化期（Ⅳ，圖1-d）和花器官原基分化期（V，圖1-e）。本試驗于2017 年6-10 月、2018 年3-4 月進行。期間每隔7～10 d 隨機選取植株3 株，通過觀測花芽形態(tài)特征確定采樣時間。5 個時期樣本的采集時間為Ⅰ（2017-06-18），Ⅱ（2017-07-10），Ⅲ（2017-07-27），Ⅳ（2017-09-06），V（2018-4-10）。各時期隨機選取6 株材料，采集后清洗植株表面塵土并擦凈，解剖觀察并分離植株莖尖。稱量莖尖組織3 份，各0.2 g，液氮速凍30 min 后研磨成粉末，放入-80 ℃冰箱中保存待測。

1.3 測定項目及方法

采用酶聯免疫法（ELISA）測定樣品內ABA、IAA、ZR 和GA3的含量（鮮質量），具體操作：向0.2 g待測樣品中分次加入4 mL 的80%預冷甲醇（內含1 mmol/L BHT），冰浴研磨成勻漿后4 ℃下提取4 h，3 000 r/min 離心20 min，分離上清液。將上清液過C18 固相萃取柱用于純化激素，純化后的激素采用酶聯免疫吸附試劑盒進行樣品測定，使用酶標儀在490 nm 波長下測定吸光值，試驗重復3 次[16-17]。酶聯免疫吸附試劑盒由中國農業(yè)大學提供。

1.4 數據分析

采用Microsoft Excel 2013 進行數據處理；SPSS 19.0 進行單因素方差分析（One-way ANOVA）、Scheffe 比較（P＜0.05）和主成分分析；Origin pro 8.0作圖。

2 結果與分析

2.1 花芽分化期莖尖內源激素含量的變化

內源激素脫落酸（ABA）、吲哚乙酸（IAA）、細胞分裂素（ZR）和赤霉酸（GA3）的含量測定結果顯示，在萱草花芽分化期，莖尖內ABA、IAA、ZR 和GA3含量差異顯著，ABA 含量顯著高于其他3 種內源激素的含量。

ABA 含量在花器官形成前總體呈下降的變化趨勢。由營養(yǎng)生長期（Ⅰ）進入生理分化期（Ⅱ）后ABA 含量持續(xù)顯著下降（P＜0.05），花原基分化期（Ⅳ）下降至15.25 ng/g，顯著低于其他時期（P＜0.05），較營養(yǎng)期降低了78.82%；而花器官原基分化期（V）ABA 含量小幅上升（圖2）。

IAA 含量在營養(yǎng)生長期處于較高水平，花芽生理分化啟動后，IAA 含量顯著下降（P＜0.05），至花序原基分化期降到最低點，為21.94 ng/g，與營養(yǎng)生長期相比，降低了27.45%；在花原基分化期IAA 含量上升，與生理分化期含量相比無顯著差異，隨后在花器官原基分化期IAA 含量再次小幅下降（圖3）。

同ABA 和IAA 相比，ZR 在營養(yǎng)生長期含量最低，為1.99 ng/g。在生理分化期ZR 含量增加到一個峰值，為營養(yǎng)生長期含量的2.76 倍；在花序原基分化期和花原基分化期ZR 含量處于較低水平；花器官原基分化期ZR 含量再次顯著上升并達到最高峰，為營養(yǎng)生長期含量的5.85 倍，顯著高于其他時期（P＜0.05）（圖4）。

從圖5 可以看出，GA3含量變化呈先上升、后下降、再上升的波動趨勢。在營養(yǎng)生長期向生理分化期轉變的過程中GA3 含量上升，生理分化期GA3含量為營養(yǎng)生長期含量的1.14 倍。隨后，GA3含量逐漸下降，至花原基分化期降低至峰谷，為3.39 ng/g，與生理分化期相比，降低了40.74%；在花器官原基分化期GA3含量又顯著增加（P＜0.05），是花原基分化期含量的1.57 倍。

2.2 花芽分化期莖尖內源激素含量比值的變化

植物花芽分化進程受多種內源激素的共同影響。從圖6 可以看出，在萱草花芽分化期，ABA/IAA與ABA/GA3值的變化趨勢相似。營養(yǎng)生長期兩者均處于較高水平，進入生理分化期二者比值均開始下降，至花原基分化期比值均降到最低。在花器官原基分化期ABA/IAA 值上升，而ABA/GA3值在花芽分化期總體呈下降趨勢。

從圖6 可以看出，GA3/IAA 值呈先升高、后降低、再升高的波動趨勢。在生理分化期GA3/IAA 值達到最大，進入生殖生長后比值逐漸下降，至花原基分化期降低到最低水平，顯著低于其他時期（P＜0.05）。隨后，GA3/IAA 值急劇上升，在花器官原基分化期再次達到峰值，此時與生理分化期比值間無顯著差異。（GA3＋IAA＋ZR）/ABA 值在花芽分化初期保持低水平，進入花序原基分化期后顯著增加，花原基分化期達到最高，為營養(yǎng)生長期的4.04 倍。在花器官原基分化期比值下降，但仍顯著高于分化前期各階段（P＜0.05）。

ZR/GA3值在花芽過程中整體呈上升趨勢，在營養(yǎng)生長期比值最低，進入生理分化期后比值增加并保持穩(wěn)定。從花序原基分化期到花器官原基分化期ZR/GA3值大幅上升，花器官原基分化期達到最高，顯著高于其他時期（P＜0.05）。（IAA＋ZR）/GA3值在花原基分化期以前較低，花原基分化期比值增大至最高，在花器官原基分化期比值減小。

2.3 花芽分化期莖尖內源激素的主成分分析

為進一步明確萱草花芽分化期4 種內源激素的調控作用，本研究對莖尖中4 種內源激素進行了主成分分析。結果顯示，主成分1 主要包括ABA 和IAA，主成分2 主要包括ZR 和GA3，二者的累積貢獻率為88.945%（表1、2）。

表1 莖尖4 種內源激素的主成分分析

表2 莖尖4 種內源激素的主成分因子負荷量

以主成分值1 和主成分值2 作為X 和Y 軸數據源，繪制萱草花芽分化期激素含量散點圖[18]。從圖7 可以看出，X 軸標值增大，ABA＋IAA 的含量增加；Y 軸標值增大，ZR＋GA3的含量增加。在營養(yǎng)生長期，ABA＋IAA 的含量較高；在花芽分化初期，ABA＋IAA 的含量大幅下降，表明較低的ABA＋IAA 含量有利于萱草由營養(yǎng)生長轉向生殖生長。在花序原基分化期和花原基分化期，ABA＋IAA 和ZR＋GA3的含量均相應降低。進入花器官原基分化期后，ZR＋GA3的含量大幅上升，推測較高的ZR＋GA3含量有利于花器官原基的形成。

3 結論與討論

3.1 萱草花芽分化與莖尖內源激素含量的關系

內源激素在植物成花和花序構建過程中起著重要作用[19]。對野生萱草花芽分化期莖尖內ABA、IAA、ZR 和GA3含量的測定結果顯示，在花芽分化不同階段各激素含量差異顯著。ABA 在不同植物花芽分化中的作用還未統一，在西紅花[8]、板栗[20]和Old Blush 月季[21]的花誘導和分化起始階段，芽內ABA 含量持續(xù)降低有利于啟動花芽分化；但在櫻花[22]、陸地棉[23]和蒿柳[24]的花芽分化初期，芽內ABA含量持續(xù)升高有利于啟動花芽分化。本研究中莖尖ABA 含量在花芽分化初期顯著下降，推測ABA 含量低可能是野生萱草花芽分化啟動的一個重要生理調控因子。內源激素IAA 在野生萱草營養(yǎng)期莖尖中大量積累，在花芽分化初期其含量快速下降，而在花芽分化后期含量上升，推測與IAA 在花芽分化不同階段作用不同有關[22]。ZR 含量高能夠促進陸地棉成花誘導[23]、大白菜抽薹[25]以及膏桐花梗、花柄和小花的伸長[13]，在野生萱草生理分化期和花器官原基期ZR 含量出現2 次顯著積累，說明ZR 含量高有利于其成花誘導及花器官分生組織生長。GA3含量測定結果顯示，GA3在生理分化期到花原基分化期含量呈持續(xù)顯著下降的趨勢，這與杏李[18]、大白菜[25]和藤本月季[26]的研究結果基本一致。在花器官原基分化期GA3含量快速上升，可能與野生萱草花芽的膨大密切相關[27]。

3.2 萱草花芽分化與莖尖內源激素平衡的關系

不同種類植物激素之間通過相互促進或相互拮抗達到一種動態(tài)平衡[28]，激素間形成的平衡關系也是調控植物花芽分化過程的重要因素[6]。本研究結果顯示，ABA/IAA 與ABA/GA3值在營養(yǎng)生長期最高，進入花芽分化期后兩者比值持續(xù)降低，在花原基分化期下降至最低，說明較高的ABA/IAA 和ABA/GA3值有助于野生萱草花芽維持營養(yǎng)生長狀態(tài)，比值降低后有利于花芽分化，這與王楨等[8]對西紅花和杜立言等[22]對櫻花的研究結果相同；ZR/GA3值隨著花芽分化進程整體呈上升趨勢，（GA3＋IAA＋ZR）/ABA、（IAA＋ZR）/GA3和GA3/IAA 值在花原基分化期增加顯著，可能與該野生萱草花器官原基的形態(tài)分化密切相關，也進一步說明多種內源激素通過相互間互作共同調控萱草花芽的分化過程。

綜上，在野生萱草花芽分化過程中，（1）較低的ABA、IAA 和GA3含量，ABA/IAA、ABA/GA3和GA3/IAA 值有利于花芽分化啟動；（2）花芽分化后期形態(tài)建成需要較高的IAA、GA3和ZR 含量，GA3/IAA、ZR/GA3、（GA3＋IAA＋ZR）/ABA 和（IAA＋ZR）/GA3值；（3）4 種內源激素及其相互間的比值是萱草花芽分化的重要生理調控因素。在未來萱草種植管理時，可根據需要外施激素影響萱草的花芽分化過程，從而達到調控花期的目的。