脫毒苗和植物生長調節劑對甘薯內源激素含量及塊根產量的影響

0內源激素對甘薯塊根產量的調控【研究意義】植物生長發育過程及其物質和能量的變化受到植物內源素系統的控制。植物的根是植物激素的“來源”，也是土壤產生并被運輸的內源素的“庫”。因此，根系可以調節輸出或輸入激素的水平，從而影響地上部分激素的含量，協調土壤和地下根的發育，對協調土壤和地下根的發育起到重要作用。甘薯塊的根產量的形成和提高受到許多因素的限制，其中內源植物激素是影響因素之一。【前人研究進展】國內外諸多研究結果表明,甘薯塊根的形成和膨大是細胞分裂素(CTKs)、脫落酸(ABA)、生長素(IAA)、赤霉素(GAA)等多種內源激素協同作用的結果。其中CTKs和ABA含量的高低,在不定根能否轉化形成塊根和塊根膨大的速率方面起著關鍵的作用,與塊根產量間存在顯著正相關關系。玉米素和玉米素核苷(Z+ZR)、二氫玉米素和二氫玉米素核苷(DHZ+DHZR)等是細胞分裂素的主要組分,其影響塊根形成和膨大的作用機理主要是促進細胞分裂,抑制細胞伸長,促進細胞擴展。而ABA的主要作用是促進碳水化合物向塊根內的運轉和積累。因此,在塊根發育的不同階段,通過一定的技術手段調控甘薯內源激素,是促進塊根膨大,提高產量的有效途徑。脫毒苗利用及合理施用植物生長調節劑是提高甘薯塊根產量的重要栽培措施。國內外已有大量的試驗和研究表明,種植無病毒種苗可大幅度提高產量,改善品質。而植物生長調節劑如乙烯利、多效唑、ABT生根粉5號、氯化膽堿(CC)、縮節安(DPC)、壯豐安等可有效地協調甘薯地上部莖葉生長和地下部塊根膨大,促進塊根產量顯著提高。但前人的研究主要集中在栽培措施本身如施用劑量、施用時間及產量提高的幅度、產量提高的生理指標等方面。【本研究切入點】本試驗首次從內源激素角度探討脫毒和植物生長調節劑處理對甘薯內源激素系統的調節效應及對塊根產量的影響。【擬解決的關鍵問題】闡明上述問題,對于進一步揭示甘薯塊根形成及膨大的激素生理作用機制,促進塊根發育,提高塊根產量,指導甘薯高產栽培,具有十分重要的理論和實踐意義。1材料和方法1.1徐薯18苗種安全性評價試驗于2002-2003年兩個生長季節在山東省農業科學院作物研究所試驗田進行。試驗田為中壤土,肥力中等。供試品種為北方薯區主栽的高產淀粉型品種徐薯18(Xushu18)。試驗設置脫毒和非脫毒2組,一組為徐薯18脫毒原種苗(VF);另一組為未脫毒的徐薯18苗進行不同的處理:氯化膽堿(LH)浸根,即未脫毒的徐薯18苗栽植前用200×10-6mg·L-1氯化膽堿浸根6h;葉面噴灑壯豐安(ZFA),由于壯豐安為生長抑制劑,預試驗結果表明生長中后期噴施效果明顯,因此本試驗未脫毒的徐薯18栽后75d用150×10-6mg·L-1壯豐安750kg·ha-1葉面噴灑;對照為未脫毒徐薯18苗(CK)。采用隨機區組設計,重復3次,小區面積22.5m2(壟長5m、壟寬0.75m),6行區。試驗分別于2002年5月28號及2003年6月2號栽插,栽插選取大小、苗質均勻的薯苗,栽植密度6.0萬株/ha左右,田間管理同一般大田。1.2干物率、干物重的測定自薯苗栽插后30d始,每隔10d每處理選取10株,稱量地上部葉片、葉柄、莖及地下部根系和塊根的鮮重,烘干后計算干物率、干物重;T/R值測定為自栽插后25d始,間隔10d;取光合能力最強頂端第4片展開葉及有代表性的塊根液氮速凍及低溫冷凍保存,用于內源激素測定。1.3激素的提取效果植物激素用間接酶聯免疫吸附法(ELISA)測定,按何鐘佩方法,略有改動,試劑盒由中國農業大學作物化學控制研究室提供,抗體與抗源之間存在高度專一性,故測定時各種激素之間不存在干擾現象。測定時把一定量的激素標樣加入樣品,與樣品同步提取,計算回收率,結果均在88%以上,表明測定結果是可信的。樣品處理方法為,將甘薯樣品1.0g于液氮中速凍,用80%甲醇溶液(含二叔丁基對甲苯酚(BHT)1mmol·L-1)勻漿,4℃提取8h,4000r·min-1離心15min,沉淀用80%甲醇重復提取3次,合并上清液,氮氣吹干,PBSTG溶解定容,用于ELISA測定。1.4數據的統計分析方法數據處理及作圖采用MirosoftExcel2000進行,用SPSS統計分析系統對數據進行方差分析和顯著性檢驗。2結果與分析2.1徐薯18產量變化表1結果表明,塊根產量提高的主要原因是單株薯塊干重的提高,不同處理均可提高甘薯塊根產量。其中VF處理2年分別使徐薯18產量提高19.1%和22.8%,平均為21.0%,LH處理2年分別使徐薯18產量提高23.9%和24.6%,平均為24.2%,與對照間產量差異均達極顯著水平;ZFA處理2年分別使徐薯18產量提高3.1%和7.4%,平均為5.2%,與對照間產量差異不顯著。2.2對對照差異總率的分析VF、LH和ZFA等處理均可不同程度的提高塊根膨大高峰期(栽植后55-85d)的日鮮重增長速率(圖1),各處理與對照間的差異均達顯著水平。在甘薯生長的初期(栽植后35d內)和后期(收獲前15d)各處理的塊根日鮮重增長速率與對照間差異不明顯。不同處理日鮮重增長速率增長幅度不同,LH處理>VF處理>ZFA處理,故LH處理塊根產量提高最顯著,VF處理次之,ZFA處理增幅最低。2.3vf和lh處理的t/r值變化VF、LH和ZFA等處理均可促進徐薯18的T/R值向有利于產量形成的方向發展(表2)。生長前、中期VF和LH處理的T/R值明顯低于對照,移栽后35d、65d和95d,VF處理的T/R值比對照分別降低了2.26、2.07和0.46,LH處理的T/R值分別比對照降低了4.86、3.46和0.58,表明VF和LH處理后使前中期T/R值下降速度加快,有利于塊根的早形成、早膨大。收獲時VF、LH、ZFA處理的T/R比值分別為0.41、0.39和0.44,對照為0.40,處理與對照間差異不顯著。2.4不同處理對徐薯葉片ctsk-1和3h-1的影響由圖2可見,各處理葉片IAA、CTKs和GA4含量變化趨勢相同,均為前、中期高后期低。VF和LH處理葉片IAA及GA4含量在全生育期內均不同程度高于對照。栽植后75d內葉片IAA含量及栽植后60d內葉片GA4含量提高顯著,生長中后期葉片IAA含量及GA4含量提高不顯著;ZFA處理則使生長中、后期葉片的GA4含量顯著低于對照,而IAA含量顯著高于對照;VF、LH和ZFA處理可使葉片的CTKs含量均有不同程度的提高,但未達顯著水平。不同處理徐薯18葉片ABA含量動態變化是逐步升高的趨勢。VF和LH處理均降低了生長前、中期葉片的ABA含量,尤其是LH處理使生長前、中期葉片的ABA含量降低顯著,但后期葉片的ABA含量反而高于對照,ZFA處理則使后期葉片的ABA含量顯著低于對照。圖3分別是不同處理CTKs各組份ZR、DHZR和iPA的含量變化情況。VF和LH處理降低了葉片的ZR含量(生長中期下降達顯著水平),顯著提高了全生育期葉片的iPA含量及生長前期的DHZR含量,但對中后期(栽植75d后)葉片的DHZR含量影響不顯著。ZFA處理主要是顯著提高了生長后期葉片的DHZR含量,對葉片ZR含量和iPA含量的影響不顯著。上述結果表明不同處理可調節葉片的內源激素含量。VF和LH處理均可不同程度提高葉片的IAA含量、CTKs含量和GA4含量,降低ABA含量。2.5塊根激素含量的變化VF、LH和ZFA等處理均可提高塊根的CTKs、ABA和IAA的含量(圖4),其中CTKs含量的提高最顯著。甘薯膨大高峰期(栽植后60-90d)CTKs、ABA和IAA等3種激素提高幅度較大,與日鮮重增長速率的顯著提高(圖1)相吻合。VF處理可提高全生育期內塊根的CTKs、ABA和IAA的含量,其中膨大高峰期塊根的CTKs含量比對照提高了13.0%,差異顯著,ABA和IAA含量的提高未達顯著水平;LH處理主要提高了生長前、中期塊根的CTKs、ABA及IAA含量,使3種激素高峰期出現比對照提早3-4周,其中膨大高峰期塊根的CTKs含量提高顯著,ABA和IAA含量的提高未達顯著水平,對后期塊根激素含量影響則較小;ZFA處理主要提高了生長后期(收獲前30d)塊根的CTKs、ABA及IAA含量,但均未達顯著水平。塊根的GA4含量受上述處理影響較小,處理與對照間GA4含量沒有明顯差異,表明GA4在塊根的膨大過程中的作用可能很小。塊根CTKs各組份ZR、DHZR和iPA含量變化動態見圖5。VF處理使塊根ZR和DHZR含量在全生育期均有顯著提高,尤其是塊根膨大高峰期比對照分別提高了23.6%和12.2%;LH處理主要使前、中期塊根的ZR及DHZR含量顯著提高,栽植后30-90d塊根ZR含量比對照平均提高15.0%,DHZR含量平均比對照提高了16.5%;ZFA處理主要是提高了后期塊根的ZR和DHZR含量,栽后90-120d處理比同期對照分別提高了9.1%和14.9%。各處理塊根的iPA含量含量呈現略有提高的趨勢。上述結果表明,VF、LH和ZFA處理可顯著提高膨大高峰期甘薯塊根CTKS的含量,其中主要是顯著提高了ZR及DHZR的含量,ABA和IAA含量提高雖未達顯著水平,但高峰期比對照提前出現2-3周,因而顯著提高了塊根日鮮重增長速率,最終使塊根產量顯著提高。3討論3.1ctsk影響葉片發育,生長和發育甘薯塊根產量取決于干物質總產及其分配到塊根中的比例,干物質生產的源是葉片,庫則是積累干物質的塊根。甘薯要獲得高產不僅要求源器官(葉片)利用光能的效率高,庫器官(塊根)接受同化物質的容量大,更要求源器官向根部分配同化物質(流)的能力強,甘薯源、流、庫關系協調是甘薯獲得高產的關鍵。葉片內源激素系統是影響葉片生長、發育和生理功能提高的主要內在原因。段留生等報道,CTKs可顯著延緩葉片衰老,并可能是作為一種導引同化物移動的重要信號,誘導營養物向其移動,維持或改變植物源庫關系。趙春江等研究表明,CTKs及GAs均抑制衰老,ABA具有明顯促進衰老作用,IAA則具有雙重功效,可能前期促進生長,后期加速衰老。本研究中,脫毒、氯化膽堿浸根和壯豐安葉面噴灑等處理雖未改變甘薯葉片內源激素含量的變化趨勢,但脫毒和氯化膽堿浸根處理均不同程度的提高了葉片的IAA含量、CTKs含量和GA4含量,降低ABA含量,ZFA處理提高了CTKs含量和IAA含量,顯著降低了中后期葉片的GA4含量,因而可促進葉片的生長,延長葉片功能期,有效延緩葉片的衰老,一定程度上提高制造光合產物的“源”的強度,有效控制甘薯地上部的群體并防止莖葉的徒長,使地上部莖葉的生長與地下部塊根的膨大更為協調。3.2治療脫毒的效果李卓杰等的研究表明,IAA、GAs和CTks均有強化庫器官活性、定向誘導同化物向之運輸的作用。王慶美等的研究結果,甘薯塊根的形成和膨大是ZR、DHZR、ABA、iPA和IAA等多種內源激素協同作用的結果,其中ZR、DHZR、ABA含量的高低,在不定根能否轉化成塊根和塊根膨大的速率方面起著關鍵作用。何鐘佩研究表明,源于根系的內源激素作為一種信息物質使地上地下結合起來構成一有機整體,不同時期對不同器官實施化學調控,都將對地上地下器官產生影響,最終影響作物的產量。本研究中氯化膽堿浸根處理可顯著提高塊根膨大過程中的CTKs和ABA含量,使ZR、DHZR和ABA高峰期提前出現3-4周,相應的增大了產量器官的庫容和庫活性的效應,因而有利于塊根產量的顯著提高。壯豐安的使用在甘薯上尚未見報道,主要被應用于小麥上,可延長葉片功能期,降低株高,增加莖干抗倒伏能力,增加花后干物質積累量,從而顯著提高產量。壯豐安在大豆、花生、馬鈴薯、甜菜上的顯著增產效果也見報道,本試驗中葉面中期噴灑壯豐安增產效果未達顯著水平,主要原因可能是壯豐安處理雖然一定程度上提高了塊根膨大后期各種內源激素的含量,但持續時間短,內源激素提高幅度未達顯著水平,對塊根產量的影響相對較低。脫毒苗的顯著增產效果已得到許多專家學者的驗證[10,11,12,13,14,15],并從生理生化方面對其增產機理進行了探討,認為脫毒增產的主要原因是,脫毒苗地上部生長勢提高,還苗快,根系早發,地上部葉片葉綠素含量提高、葉片光合速率提高、地下部塊根形成和膨大提前,最終產量顯著提高。本研究主要針對脫毒苗塊根內源激素變化情況進行探討,結果發現,與未脫毒苗相比較,脫毒苗可以提高全生育期內塊根的CTKs、ABA和IAA的含量,高峰出現早,保持時間長,因而有利于塊根產量的顯著提高。4結論4.1豐安處理對葉片ctsk、aba及iaa含量的影響脫毒苗和氯化膽堿浸根處理可不同程度地提高功能葉葉片的IAA含量、CTKs含量和GA4含量;壯豐安處理顯著降低了中后期葉片的GA4含量和ABA含量,一定程度上提高了葉片CTKs含量、IAA含量及生長后期塊根的CTKs、ABA及IAA含量。上述處理有效延緩葉片的衰老,延長葉片功能期,有效控制甘薯地上部的群體并防止莖葉的徒長,使地上部莖葉的生長與地下部塊根的膨大更為協調。4.2zr和aba超期試驗氯化膽