全 文 ：2014 年 11 月
Nov． 2014
华南师范大学学报 (自然科学版)
JOUＲNAL OF SOUTH CHINA NOＲMAL UNIVEＲSITY
(NATUＲAL SCIENCE EDITION)
第 46 卷第 6 期
Vol． 46 No． 6
收稿日期:2014 － 07 － 17
基金项目:国家自然科学基金广东联合基金项目(U1301213) ;广东省自然科学基金项目(5300074)
* 通讯作者:孙姝兰，副研究员，Email:sunsl@ scnu． edu． cn．
文章编号:1000 － 5463(2014)06 － 0093 － 05
植物生长物质对蓝猪耳二长雄蕊运动的影响
蔡 丹，孙姝兰*
(华南师范大学生命科学学院，广东植物发育生物工程重点实验室，广州 510631)
摘要:蓝猪耳在雄蕊授粉过程中二长雄蕊存在翻转运动的现象．为了探讨蓝猪耳二长雄蕊运动的生理机制，研究外
施植物生长物质及其相关抑制剂对翻转运动的作用．结果表明:GA3 和 NAA 缩短开花后二长雄蕊至翻转结束时间
分别为对照的 49. 1%和 53. 6%，GA 合成抑制剂 PAC 和生长素运输抑制剂 TIBA 分别使该过程延长 165. 3%和
59. 6% ．表明植物激素 GA和生长素参与对蓝猪耳二长雄蕊的翻转运动的调控．
关键词:蓝猪耳;二长雄蕊;翻转运动;植物生长调节物质
中图分类号:Q945 文献标志码:A doi:10． 6054 / j． jscnun． 2014． 09． 009
Effect of Plant Growth Ｒegulators on Didynamous Ｒetroflexion of Torenia Fournieri
Cai Dan，Sun Shulan*
(Guangdong Key Lab of Biotechnology for Plant Development，College of Life Sciences，South China Normal University，Guangzhou 510631，China)
Abstract:The didynamous of Torenia fournieri showed retroflexion during filament growth． To investigate the physi-
ological mechanism of didynamous retroflexion of T． fournieri，we analyzed the effects of GA3 and NAA，as well as
their inhibitors on didynamous retroflexion． The results showed that application of GA3 and NAA shortened the time
of retroflexion to 49. 1% and 53. 6% of that of the control． Furthermore，application of inhibitors of GA biosynthe-
sis and NAA transport，PAC and TIBA，delayed the time of retroflexion to 165. 3% and 59. 6% of that of the con-
trol，which indicate that plant hormones，GA3 and NAA are involved in regulation of didynamous retroflexion of T．
fournieri．
Key words:Torenia fournieri;didynamous;retroflexion;plant growth regulators
同一朵花的雄蕊在形态、大小、颜色以及功能等
方面有显著的区别，称为异型雄蕊［1］． 异型雄蕊的
作用包括保护繁殖用的花粉，促进异花授粉［2］． 在
开花过程中，异型雄蕊也会出现相应的花部运动行
为，即雄蕊向上弯曲和花丝伸长等．在对异型雄蕊运
动的适应性意义的探究上，有学者认为花发育过程
中通过花部运动这种行为具有实现延迟自交的意
义［3］．延迟自交是一种被广泛报道的具有生殖适应
性的繁殖机制，其保证了植物在传粉者稀少情况下
的种子生产，但传粉者丰富时，又允许异交优先发
生［4］．雄蕊运动指在自身能量支持下雄蕊发生的主
动运动．研究发现，大根槽舌兰雄蕊的花丝能主动旋
转 360°，将花药和花粉带到自花柱头上实现自交授
粉［5］．在玄参科 Collinsia 中开花晚期雄蕊弯向柱头
的运动，实现“延迟自交”，能够达到生殖保障的目
的［6］．
蓝猪耳是玄参科紫色翼萼属的一年生草本植
物，是研究胚囊受精的模式植物同时也是场地布置
的花卉品种之一． 作者发现室内培养的蓝猪耳在自
然条件下不能结实;而且开花后二长雄蕊存在伸长
翻转的运动现象．
在拟南芥中花丝和花柱的伸长与生长素和赤霉
素 2 种激素信号途径密切相关． 比如在影响生长素
极性运输的双突变体 atmdr1 /atpgp1 中，花丝不能正
常伸长到与柱头触碰，无法正常进行自花授粉［7］．
在抗生长素突变体 axr1 中，花丝不能正常伸长导致
了突变体的育性降低［8］． GA 缺乏的拟南芥突变体
gal-3 其雌雄蕊皆变短，雄蕊过短无法进行自交授
粉［9］． GAI(GA信号途径中的一个负调控因子，属于
DELLA基因)功能获得性突变基因在拟南芥和烟草
雄蕊中的异源定位表达延迟花丝伸长引起不育［10］．
本文通过施加外源 GA 和 NAA，探索其对蓝猪
耳二长雄蕊的伸长和翻转的影响，进一步探讨内源
GA的作用． 利用 PAC进行处理，PAC是 GA生物合
成的抑制剂，抑制植物的生长［11 － 13］．为了探究 NAA
的作用方式，利用生长素运输抑制剂 TIBA 外施处
理，通过施加植物生长物质和相关抑制剂的作用，为
揭示蓝猪耳二长雄蕊翻转的生理生化机制提供
依据．
1 材料与方法
1． 1 实验材料
蓝猪耳(Torenia fournieri Linden)种子由华南师
范大学生命科学院宾金华教授惠赠． 将华南师范大
学生命科学院兰花中心种植的深蓝色蓝猪耳植株单
株收种．
种子播种在含有培养土(购自广东省顺德市翠
药有限公司)的小花盆中，培养室光周期为 16 h 光
照 /8 h黑暗，湿度 70% ～80%，温度 23 ℃ ± 1 ℃，光
照强度 60 μmol /(m2·s)． 播种 2 周内每天浇水 1
次;2 周后，把幼苗单株移栽至含有混合土(蛙石 +
培养土)的花盆中，放在光照培养室中继续种植，每
2 ～ 3 d浇水 1 次．
1． 2 实验方法
1． 2． 1 植物生长物质和相关抑制剂的处理 随机
选取即将开放的花蕾(苞片微裂，刚见蓝)各取 8 ～
10 朵为一组，共取 5 组，分别用 GA3(20 μmol /L)、
NAA(0. 1 μmol /L)、PAC(20 μmol /L)和 TIBA(20
μmol /L)及 H2O(对照组)每 3 h 喷洒花蕾，开花后
喷洒花朵内的雄蕊． GA3、NAA和 PAC购于 Sigma公
司，TIBA为广州鼎国产品．
1． 2． 2 记录二长雄蕊伸长和翻转所需时间统计
从花朵(四瓣均展开)开放时进行拍照，记录开花时
间，剪除翼瓣后，将数码相机固定位置进行每间隔
30 min侧面拍照，图象采用 photoshop 软件进行分
析．根据图像记录的二长雄蕊与柱头的相对位置关
系来确定伸长期和翻转期，从开花起始至二长雄蕊
的花药与花丝基本平行，且花丝伸长变慢时(图 1
A-E)界定为伸长期，之后花药开始快速翻转直到完
成，此时花丝基本不伸长(图 1 F-H) ，界定这段时间
为翻转期，根据照片计算二长雄蕊伸长和翻转所需
时间．
1． 2． 3 数据分析 用 Excel 进行数据的统计，用 T
检验进行显著性分析．
2 结果与分析
2． 1 蓝猪耳在开花过程中二长雄蕊的翻转运动
蓝猪耳初始开花时柱头位于二长雄蕊后方，二
短雄蕊与二长雄蕊以及花冠管平行，而且从高度上
二长雄蕊在最上方，雌蕊柱头位于中间，最下方则是
二短雄蕊(图 1A)． 从花蕾完全开放到二长雄蕊翻
转前，二长雄蕊快速伸长，雄蕊进行翻转(图 1A-
E) ，在此时期，虽然雄蕊同时具备翻转和伸长，但其
长度增加较快，而且翻转角度较小，故将此时期定为
雄蕊整个翻转过程的伸长期，平均为 26 h 左右． 当
二长雄蕊伸长到一定长度后，雄蕊开始迅速翻转
(图 1F-H) ，同时伴随着雌蕊的伸长． 当雄蕊翻转到
雌蕊上方时，雌蕊已不再伸长，但二长雄蕊仍能继续
翻转，长度继续增加，等二长雄蕊的长度与角度都不
发生改变时，雄蕊完成翻转(图 1H) ，这个时期，雄
蕊长度增加较小，翻转速度较快，将此时期定为翻转
期．从二长雄蕊翻转期平均为 20 h左右．
2． 2 GA3 促进蓝猪耳二长雄蕊翻转运动
GA3 在蓝猪耳二长雄蕊的伸长期和翻转期起促
进作用(图 2) ，使其翻转所用总时间缩短． GA3 处理
后，二长雄蕊的伸长期平均用时为 13. 7 h，相比于对
照组(26. 9 h)缩短了 49. 1%;GA3 处理的二长雄蕊
的翻转期平均用时为 12. 61 h，比对照组(19. 42 h)显
著缩短了 35. 1% ．说明 GA3 明显促进开花后二长雄
蕊伸长和二长雄蕊翻转的整个过程．
用 GA生物合成抑制剂 PAC 处理蓝猪耳后，其
二长雄蕊伸长期平均时间为 60. 01 h(图 3) ，明显使
伸长期比对照延长了 123. 1% ．同时，翻转期平均用
时为 51. 5 h(其中处理后不再翻转的二长雄蕊没有
计算在内) ，比对照组显著延长了 165. 3% ． PAC 明
显抑制蓝猪耳开花乃至翻转结束的整个过程．
49 华 南 师 范 大 学 学 报 (自 然 科 学 版) 第 46 卷
A － E:伸长期;F － H:翻转期
图 1 蓝猪耳开花期间雄蕊和柱头的位置变化
Figure 1 The spatial change of stamens and stigma during flowering
图 2 GA3 促进蓝猪耳二长雄蕊翻转的作用
Figure 2 The promotion effect of GA3 on didynamous retroflexion
注:* P ＜ 0. 05;＊＊P ＜ 0. 01，下图同
图 3 PAC对蓝猪耳二长雄蕊翻转的影响
Figure 3 The effect of PAC on didynamous retroflexion
同时约有 25%的蓝猪耳经 PAC处理后，二长雄
蕊的伸长速度慢．在雄蕊花丝发生大幅度伸长后，其
花药仍未翻转．当花瓣开始枯萎与凋落时，其二长雄
蕊始终未发生翻转．
以上结果说明内源 GA水平可能促进二长雄蕊
的伸长和翻转．
2． 3 NAA对蓝猪耳二长雄蕊翻转运动的作用
NAA处理蓝猪耳使得二长雄蕊翻转伸长期所
用时间比对照组缩短了 35. 43%(图 4)． 而二长雄
蕊翻转期，NAA处理后(平均用时 9. 02 h)缩短该过
程所用时间的 53. 6%，具有显著性差异．总体来说，
NAA使整个过程所用时间缩短到平均 26. 39 h，缩
短幅度也较大，缩短为原来的 57%，差异显著．说明
NAA对蓝猪耳二长雄蕊的翻转具有促进作用．
为了进一步了解 NAA 促进蓝猪耳二长雄蕊翻
转的作用，用生长素运输抑制剂 TIBA 处理蓝猪耳，
观察其对雄蕊翻转的作用． 结果表明，TIBA 对二长
雄蕊的伸长具有抑制作用，使伸长期平均时间延长
到 40. 95 h，TIBA使雄蕊翻转期延长幅度达到了对
照组的 69. 7% (图 5) ，说明 TIBA 的作用主要集中
于抑制二长雄蕊的翻转．
59第 6 期 蔡 丹等:植物生长物质对蓝猪耳二长雄蕊运动的影响
图 4 NAA促进蓝猪耳二长雄蕊翻转的影响
Figure 4 The promotion effect of NAA on didynamous retroflex-
ion
图 5 TIBA对蓝猪耳二长雄蕊翻转的影响
Figure 5 The effect of TIBA on didynamous retroflexion
3 讨论
有报道表明在玄参科以及其他科中存在雄蕊和
雌蕊的运动现象［6，14］，但是在蓝猪耳中这种雄蕊伸
长并花药翻转的现象未见报道． 这种运动在生物学
上主要是为了促进异交，有些物种中也为了实现延
迟自交，在蓝猪耳中通过二长雄蕊的翻转运动使得
花药暂时远离柱头，推测与促进异交有关． 目前，对
于雌雄蕊的运动现象了解较少．
赤霉素促进细胞扩展和细胞分裂，生长素也促
进细胞扩展，而且生长素的不均分布促进根茎等侧
向或者弯曲生长［15］，因此二长雄蕊的伸长与翻转很
有可能与这 2 种激素密切相关． 结果表明，GA3 和
NAA单独处理对蓝猪耳二长雄蕊的运动过程都起
到促进作用，但两者促进二长雄蕊运动的主要作用
时期有所不同． 在伸长期，NAA 处理后平均用时为
17. 37 h，而 GA3 处理则只需要 13. 7 h，相比对照处
理的二长雄蕊伸长时间 26. 9 h，两者之间的促进效
果有显著差异，其中 GA3 对雄蕊伸长的作用较大．
而在翻转期，NAA 对雄蕊花药翻转作用更大，NAA
与 GA3 影响的效果之间具有显著性差异，说明 GA3
促进翻转可能在伸长期，而 NAA促进翻转的主要作
用在于雄蕊的翻转期．
NAA处理明显促进雄蕊翻转期，可能是内源
IAA在雄蕊翻转部位上下两侧分布不均，外施 NAA
可能使上下两侧 IAA 含量的浓度差加大，导致上下
两侧伸长速率差异更大，其中上面一侧浓度更高生
长更慢，下面一侧浓度较低生长更快，表现为其翻转
速率也加快． 与此相一致，生长素诱导的 SAUＲ32 /
AAM1 过量表达能够下胚轴顶端弯钩打开［16］，而
SAUＲ63 能够促进花丝伸长［17］． TIBA 处理导致伸长
期和翻转期都延长，其中翻转期的延长幅度更大，说
明生长素的运输对蓝猪耳二长雄蕊的翻转非常重
要，NAA的作用可能与运输有关．
已知 PAC抑制 GA的生物合成，通过阻碍贝壳
杉烯向贝壳杉烯醇的氧化．经 PAC 处理后的蓝猪耳
二长雄蕊其翻转期延长，甚至部分材料不翻转，说明
PAC能够抑制雄蕊的翻转．可能的原因是 PAC 除阻
抑内源 GA的生物合成而延缓其生长外，从而达到
其延缓翻转的目的．
植物激素调控花器官的发育相互作用，如 GA
和生长素分别在调节细胞扩大和组织分化两方面有
相互叠加的作用［18］． 同时，生长素促进 GA 合成和
GA信号转导［19］，GA在发育过程中也调控生长［20］．
激素对雄蕊翻转的调控不仅取决于某种激素含量变
化，更重要的在于激素间平衡．对蓝猪耳用外源植物
生长调节剂处理，可能改变植物内源激素间平衡，影
响雄蕊翻转的表现．对其作用机制有待进一步认识，
结合转录组表达谱分析将有助于揭示其分子机制．
参考文献:
［1］ Dulberger Ｒ． The floral biology of Cassia didymobotrya
and C． auriculata (Caesalpinoideae) ［J］． American
Journal of Botany，1981，68(10) :1350 － 1360．
［2］ 罗中莱，张奠湘．异型雄蕊的研究进展［J］．热带亚热
带植物学报，2005，13(6) :536 － 542．
Luo Z L，Zhang D X． A review of heteranthery in flower-
ing plant［J］． Journal of Tropical and Subtropical Bota-
ny，2005，13(6) :536 － 542．
［3］ 任明迅．花内雄蕊分化及其适应性意义［J］．植物生态
学报，2005，33(1) :222 － 236．
Ｒen M X． Intrafloral stamen differentiations and their a-
daptive significances［J］． Chinese Journal of Plant Ecolo-
69 华 南 师 范 大 学 学 报 (自 然 科 学 版) 第 46 卷
gy，2009，33(1) :222 － 236．
［4］ 阮成江，钦佩，尹增芳．繁殖保障和延迟自交的研究进
展［J］．生态学报，2006，26(1) :195 － 204．
Ｒuan C J，Qin P，Yin Z F． Advancements in reproduc-
tive assurance and delayed selfing［J］． Acta Ecologica
Sinica，2006，26(1) :195 － 204．
［5］ Liu K W，Liu Z J，Huang L Q，et al． Self-fertilization
strategy in an orchid［J］． Nature，2006，441:945 －
946．
［6］ Kalisz S，Vogler D W，Finer M，et al． The mechanism of
delayed selfing in Collinsia verna (Scrophulariaceae)
［J］． American Journal of Botany，1999，86:1239 －
1247．
［7］ Noh B，Murphy A S，Spalding E P． Multidrug resistance-
like genes of Arabidopsis required for auxin transport and
auxin-mediated development［J］． Plant Cell，2001，13:
2441 － 2454．
［8］ Lincoln C，Britton J H，Estelle M． Growth and develop-
ment of the axr1 mutants of Arabidopsis［J］． Plant Cell，
1990，2:1071 － 1080．
［9］ Cheng H，Qin L，Lee S，et al． Gibberellin regulates Ara-
bidopsis floral development via suppression of DELLA
protein function［J］． Development，2004，131:1055 －
1064．
［10］ Huang S，Cerny Ｒ E，Qi Y L，et al． Transgenic studies
on the involvement in of cytokinin and gibberellin in male
development［J］． Plant Physiology，2003，131:1270 －
1282．
［11］ Davis T D，Steffens G L，Sankhla N． Triazol plant growth
regulators［J］． Horticultural Ｒeviews，1988，10:151 －
188．
［12］唐兵，李庆平，龙伟，等． 植物生长抑制剂对烤烟烟苗
生理主成分的影响分析［J］．华南师范大学学报:自然
科学版，2013，45(2):92 － 96．
Tang B，Li Q P，Long W，et al． Analysis of plant growth
regulation on the physiological principal Components in
flue － cured tobacco seedings［J］． Journal of South China
Normal University:Natural Science Edition，2013，45
(2) :92 － 96．
［13］李春俭． 生长素极性运输抑制剂［J］．北京农业大学学
报，1995，21(S1) :89 － 93．
Li C J． Polar auxin transport inhibitors［J］． Acta Agricul-
turae Universitatis Pekinensis，1995，21(S1) :89 － 93．
［14］ Li Q J，Xu Z F，Kress W J，et al． Flexible style that en-
courages outcrossing［J］． Nature，2001，410:432
［15］ Frigerio M，Alabadi D，Perez-Gomez J． et al． Transcrip-
tional regulation of gibberellin metabolism genes by auxin
signaling in Arabidopsis［J］． Plant Physiology，2006，
142:553 － 563．
［16］ Park J E，Kim Y S，Yoon H K，et al． Functional charac-
terization of a small auxin-up ＲNA gene in apical hook
development in Arabidopsis［J］． Plant Science，2007，
172:150 － 157．
［17］ Chae K，Isaacs C G，Ｒeeves P H，et al． Arabidopsis
SMALL AUXIN UP ＲNA63 promotes hypocotyl and sta-
men filament elongation［J］． The Plant Journal，2012，
71:684 － 697．
［18］ Frigerio M，Alabadi D，Perez-gomez J，et al． Transcrip-
tional regulation of gibberellin metabolism genes by auxin
signaling inArabidopsis［J］． Plant Physiology，2006，142:
553 － 563．
［19］张国华，张艳洁，丛日晨，等． 赤霉素作用机制研究进
展［J］．西北植物学报，2009，29(2):412 － 419．
Zhang G H，Zhang Y J，Cong Ｒ C，et al． Advances on
gibberellins mechanism［J］． Acta Botanica Boreali Occi-
dentalia Sinica，2009，29(2) :412 － 419．
［20］ Carrera E，Ｒuiz-Ｒivero O，Peres L E，et al． Character-
ization of the procera tomato mutant shows novel functions
of the SlDELLA protein in the control of flower morpholo-
gy，cell division and expansion，and the auxin-signaling
pathway during fruit-set and development［J］． Plant
Physiology，2012，160:1581 － 1596．
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79第 6 期 蔡 丹等:植物生长物质对蓝猪耳二长雄蕊运动的影响