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不同激素处理对南方红豆杉扦插苗的影响



全 文 :南方红豆杉 (Taxus chinensis var. mairei Cheng et
L.K)是中国特有树种,为第三纪孑遗树种和国家一级
保护植物,是新型抗癌天然药物紫杉醇(Taxol)的主要
来源之一。由于紫杉醇具有独特的抗癌机理和优异的
抗癌效果,被国际上公认为首选的抗癌药物。但是,至
今几乎所有的紫杉醇临床用药都直接或间接地来源于
红豆杉属植物的自然资源,其它的一些尝试都还没有
形成产业化规模[1],这导致红豆杉属原植物野生资源破
坏严重,红豆杉生长缓慢的生物学特性和极低的紫杉
醇含量进一步恶化了这种状况。
人工栽培红豆杉是解决紫杉醇资源瓶颈的重要途
径。南方红豆杉的自然繁殖能力很低[2],种子含有发芽
抑制剂且需要后熟过程[3],实生苗培育需要经历较长的
种子处理期,且种苗出圃至少需要 2年的时间,利用扦
插育苗则可以保持母株优良性状并可当年出圃,因此,
扦插已经成为南方红豆杉人工培植的主要繁育手段之
一。国内外学者对红豆杉属植物的扦插技术开展了大
量研究[4-7],关注的重点多是插穗、基质、激素、季节等条
件的选择对扦插成活率、扦插苗生物量等方面的影响,
但均未关注扦插苗中的紫杉醇含量这一主要经济性
状。
1 材料与方法
1.1 仪器和试剂
Jasco PU-980高效液相色谱仪;UV-975紫外吸收
检测器(日本);色谱柱 Curosil-PFP 5 μm (4.6mm×250
mm) (Phenomenex Inc.USA)。旋转蒸发仪(上海青浦沪
基金项目:国家“十一五”科技支撑计划“抗癌植物喜树和南方红豆杉定向培育的研究”(2006BAD18B03);国家星火计划基金“特种工业原料林培育技
术”(2007EA701054);国家自然基金科学部主任基金“UV-B对南方红豆杉植物生活史型形成的影响”(30840019)。
第一作者简介:高银祥,男,1980年出生,硕士,通信地址:150040黑龙江省哈尔滨市东北林业大学森林植物生态学教育部重点实验室,Tel:045182191517,
E-mail:yinxiang.gao@gmail.com。
通讯作者:祖元刚,男,1954年出生,教授,博士生导师,研究方向:植物学、生态学、植物化学,E-mail:zygorl@vip.hl.cn。
收稿日期:2008-11-10,修回日期:2008-11-14。
不同激素处理对南方红豆杉扦插苗的影响
高银祥,于景华,祖元刚,张学科,常 影,庞海河
(东北林业大学森林植物生态学教育部重点实验室,哈尔滨 150040)
摘 要:以清水处理为对照,使用不同激素(ABT 1 号生根粉、NAA、IBA)处理南方红豆杉插穗,从而研究
不同激素处理对南方红豆杉扦插苗生根率、生物量及紫杉醇含量的影响。结果表明:ABT处理下,南方红
豆杉扦插苗的生根率、生根数、新生枝叶数以及紫杉醇的含量均为最高。 因此,用 ABT 处理南方红豆杉
插穗优于其他激素处理。
关键词:南方红豆杉;扦插;激素;紫杉醇
中图分类号:S3 文献标识码:A
Effects of Different Phytohormone Treatments on
Taxus chinensis var. mairei Cuttings
Gao Yinxiang, Yu Jinghua, Zu Yuangang, Zhang Xueke, Chang Ying, Pang Haihe
(Key Laboratory of Forest Plant Ecology of Ministry of Education, Northeast Forestry University, Harbin 150040)
Abstract: Effects of ABT rooting powder No.1 (ABT1), α-Naphthaleneacetic acid (NAA) and Indolebutyric
acid(IBA) on the rooting rates, biomass and taxol contents of Taxus chinensis var. mairei cuttings were studied
in this experiment. The results showed that the ABT1 treatment had the best effectiveness on rooting rate,
roots number, new branches number and taxol contents . ABT1 is the best Phytohormone for Taxus chinensis
var. mairei cuttings treatments.
Key words: Taxus chinensis var. mairei, cutting, phytohormone, taxol
中国农学通报 2009,25(01):93-96
Chinese Agricultural Science Bulletin
中国农学通报 http://www.casb.org.cn
西仪器厂,RE52-AA);KQ-250DB 型数控超声波清洗
器(昆山市超声仪器有限公司);AB104电子天平(瑞士
Mettletoledo公司)。
主要试剂包括:乙腈(色谱纯,北京百灵威公司)、
水(双重蒸馏水)、乙醇、甲醇为分析纯,ABT号生根粉
(中国林科院),NAA和 IBA(上海贝塔生物制品有限
公司),紫杉醇 99.4%标准品(Sigma)。
1.2 扦插
研究地点位于浙江省富阳市胥口镇下练村杭州海
正药用植物有限公司种植基地,经纬度为 E119°
25~120°09′、N29°44′~30°11′,该地点位于南方红豆杉
自然分布区范围之内。
于 2007年 3月,采集南方红豆杉枝条,将枝条剪
成长约 12cm的插穗,用 ABT、NAA、IBA处理,浓度为
500 mg/L,采用速蘸法,用清水作为对照处理,以河沙
为基质,扦插深度约为插条的 2/3。通过覆盖塑料大棚,
使温度保持在 20~35℃,用 70%遮阳网遮荫,透光度约
为 60%~70%,每日进行喷水,使湿度保持在 60%以上,
进行日常管理。
1.3 形态参数统计与生物量测定
统计南方红豆杉扦插苗生根率,扦插 6个月后,每
个处理随机抽取 30株南方红豆杉扦插苗,统计生根南
方红豆杉扦插苗株数;取每个处理的扦插苗 10株,测
量南方红豆杉扦插苗生物量,测量根数、根长、新生枝
叶数长、新生枝叶数等。将调查株整株采集、细心清洗
后在 60℃下烘干至恒重,测量新生枝叶及根系的重
量。
1.4 紫杉醇含量检测
分别精密称取不同处理的南方红豆杉扦插苗干
样。加入 5倍体积的 80%乙醇超声波振荡 30 min,过
滤,在滤渣中加入 5倍体积的 80%乙醇超声波振荡
30 min,过滤(2个重复)。将 3次提取的滤液合并、浓缩
至干。用 1 ml甲醇溶解,微孔滤膜(0.45 μm)过滤后得
到样品溶液,进行 HPLC分析。
HPLC分析方法详见 Yuangang Zu[8]。紫杉醇标准
溶液的配制及标准曲线的建立:精密称取紫杉醇标准
品 0.00150g,加甲醇并定容至 5ml容量瓶中,配成标准
母液,分别稀释 2、4、8、16、32、64倍,按色谱条件进样
分析,以峰面积(Y)对标准品浓度(X)进行线性回归,
回归方程为:Y = 2×107X-134934,R =0.9993。紫杉醇
标准品溶液在 0.01~0.3 mg/ml范围内浓度与峰面积具
有良好的线性关系。
1.5 数据分析
数据统计分析应用 spss16.0软件。
2 结果与分析
2.1 不同激素处理对南方红豆杉扦插苗生根的影响
在扦插 1个月后,观察到南方红豆杉插穗开始出
现白色或褐色的愈伤组织;2个月后愈伤组织持续增
长,并且开始有少量的插穗生根;大量插穗生根集中在
扦插的第 3个月到第 4个月;于扦插 6个月后,调查统
计南方红豆杉扦插苗的生根率。其中 ABT处理的南方
红豆杉扦插苗的生根率为 88%;NAA处理的南方红豆
杉扦插苗的生根率为 82%、IBA处理的南方红豆杉扦
插苗的生根率为 86%;用清水作为空白对照处理的南
方红豆杉生根率为 56%。该结果与胡德活[9]等人的研
究结果相似。ABT、NAA、IBA处理的南方红豆杉扦插
苗在生根率上相差不大,均高于对照组。
2.2 不同激素处理对南方红豆杉扦插苗生物量的影响
在扦插的第 1个月并无萌发新枝,只是从扦插的
第 2个月开始,陆续萌发新的枝条。于扦插 6个月后
(当年 9月),取已生根的扦插苗进行调查,每个处理取
样 10株。统计结果见表 1。
表 1 不同激素处理对南方红豆杉扦插苗根系及干重生物量的影响
              
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从表 1中可以看出,不同激素处理对根长的影响
不显著,但是 ABT、NAA、IBA处理的扦插苗生根数均
显著高于清水对照,而不同激素之间却没有显著差别;
ABT、NAA、IBA处理的扦插苗生根重均显著高于清水
对照,说明激素诱导可以增加生根数,同时也就相应的
增加了根重;ABT、NAA、IBA处理的南方红豆杉扦插
苗的新生枝叶数均显著高于清水对照,而不同激素之
间又是 ABT处理的南方红豆杉扦插苗的新生枝数显
著高于 NAA、IBA处理组;IBA处理的南方红豆杉扦
插苗新生枝长显著高于其他两种激素及清水对照,而
NAA,ABT与清水对照间没有显著的差别。
注:重量为 60℃恒干重;“()”内为 LSD标准差;纵行内字母相同者表示在 0.05水平上差异不显著。
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2.3 不同激素处理对南方红豆杉扦插苗中紫杉醇含量
的影响
采集不同激素处理的南方红豆杉扦插苗,应用反
相高效液相检测南方红豆杉扦插苗中紫杉醇的含量,
结果如表 2所示,不同处理的南方红豆杉扦插苗中紫
杉醇的含量不同,整株扦插苗中含量最高的是 ABT处
理组,最低的是 IBA处理组,甚至低于清水对照组;不
同激素处理的南方红豆杉扦插苗在不同器官中合成的
紫杉醇的含量是不同的,其中根中紫杉醇含量最高的
是 NAA处理组,而枝叶中紫杉醇含量最高的是 ABT
处理组。
注:“()”内为 LSD标准差。
表 2 不同处理对南方红豆杉扦插苗紫杉醇含量的影响
            
     
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3 讨论
国内外大量学者研究结果显示植物激素与扦插
苗不定根形成之间存在密切的关系[10-11]。用外源激素
处理插穗之后,与插穗内部的激素相互作用,调节内
源激素的变化,从而诱导插穗形成愈伤组织,进而促
进侧根的发生。王建华[12]等研究不同的激素对日本落
叶松扦插的影响时发现:激素的种类对插穗的生根率
存在显著的影响。同时还研究了不同激素种类对扦插
苗的生物量的影响,结果显示用 ABT处理的日本落
叶松不论在生根量及最长根长都显著的高于 IAA、I-
BA处理,与该文的结果相似。这可能是由于 ABT促
进了植物的不定根的形成及生长。但是对于地上部分
新生枝叶,则是 IBA处理表现更好,从总体生物量来
看,也是 IBA处理高于其他处理。可能的原因是:ABT
处理使南方红豆杉扦插苗将更多的能量分配在地下
部分根,而 IBA则使南方红豆杉扦插苗将能量更多的
分配在地上部分。
前人研究表明,通过对栽培或悬浮培养的红豆杉
(Taxus sp.)施用合适浓度的激素(如赤霉素、茉莉酸、
BA)或抑制剂(如矮壮素、多效唑、嘧啶醇等)促进初生
代谢向次生代谢转变,抑制一些代谢支路以及与紫杉
醇合成途径相竞争的其他次生代谢途径,可以促进紫
杉醇及其衍生物的生物合成[13]。细胞分裂素类化合物
中只有激动素有微弱的促进紫杉醇合成的作用。在悬
浮培养体系中,添加高浓度的 BA可以促进紫杉醇及
其衍生物的合成,NAA的影响则较小 [14]。ABT以及
NAA、IBA等生长素类物质对扦插苗紫杉醇类化合物
合成与积累的效应及机制还不清晰。该结果表明:用
IBA处理的南方红豆杉扦插苗不论根还是枝叶中紫杉
醇的含量都要低于清水对照,NAA处理的扦插苗则中
的紫杉醇不论在根中还是在枝叶中都高于清水对照,
这可能是 IBA作用于紫杉醇的合成路径,阻止紫杉醇
的合成,NAA则增加紫杉醇的合成,但 IBA、NAA具
体是作用于紫杉醇合成的那一步,则需要做进一步的
研究。而 ABT处理的扦插苗中根中紫杉醇的含量要低
于清水对照,枝叶中紫杉醇的要高于清水对照,整株上
高于清水对照,ABT处理后的扦插苗诱导紫杉醇大量
合成并向枝叶积累。刘智等[15]认为,紫杉醇的前体物质
巴卡亭Ⅲ在枝叶中合成,而紫杉醇可能在树皮中合成,
然后向其他部位运输的。可能是 ABT不但能诱导增加
紫杉醇的合成,并且对紫杉醇的运输途径可能也有影
响,造成 ABT处理的南方红豆杉扦插苗中紫杉醇含量
增加并向枝叶积累。
南方红豆杉扦插目的是扩大南方红豆杉的栽培,
最终获得红豆杉体内的紫杉醇,在实际生产中,紫杉醇
的生产主要靠采集红豆杉的枝条并从中提取紫杉醇,
从而可以持续的利用资源,而 ABT处理的南方红豆杉
扦插苗的枝叶中的紫杉醇含量是最高的。同时由于
ABT处理的南方红豆杉扦插苗的生根数,新生枝叶数
都高于其他处理组,所以随着扦插苗的生长,ABT处
理的南方红豆杉将继续保持在生物量上的优势或继续
扩大这方面的优势,所以用 ABT处理南方红豆杉进行
扦插要优于其他处理。
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