全 文 ：植物生理学报 Plant Physiology Journal 2012, 48 (9): 917~921 917
收稿 2012-05-28　　修定 2012-07-20
资助 国家自然科学基金项目(30960023和31160066)。
* 通讯作者 (E-mail: songyx666@163.com; Tel: 0951-6886755)。
外源信号物质对肉苁蓉种子萌发与吸器形成内源激素水平变化的影响
陈虞超, 李苗, 石磊, 甘晓燕, 王敬东, 宋玉霞*
宁夏农业生物技术重点实验室, 银川750002
摘要: 利用外源信号物质氟草敏(norflurazon)和2,6-二甲氧基对苯醌(2,6-DMBQ)分别诱导肉苁蓉种子萌发与吸器形成, 研究
它们在此过程中对内源激素脱落酸(ABA)、赤霉素(GA3)、吲哚乙酸(IAA)、玉米素核苷(ZR)水平变化的影响。结果表明:
在诱导肉苁蓉种子萌发时, 经norflurazon处理0~168 h后, 种子中ABA水平呈现显著降低的变化趋势, GA3、IAA、ZR水平
呈现显著升高的变化趋势。在诱导肉苁蓉种子萌发体吸器形成时, 经2,6-DMBQ处理0~72 h后, 肉苁蓉种子萌发体ABA水
平变化不显著, GA3、IAA、ZR水平均呈现显著升高的变化趋势。表明在肉苁蓉种子萌发与吸器形成中外源信号物质nor-
flurazon和2,6-DMBQ能影响内源激素水平的变化。
关键词: 外源信号物质; 肉苁蓉; 种子萌发; 吸器形成; 内源激素
Effects of Exogenous Signal Substances on Changes in Endogenous Hormone
Levels in Cistanche deserticola Y. C. Ma Seeds during Germination and Haus-
torium Formation
CHEN Yu-Chao, LI Miao, SHI Lei, GAN Xiao-Yan, WANG Jing-Dong, SONG Yu-Xia*
Key Laboratory of Agricultural Biotechnology of Ningxia, Yinchuan 750002, China
Abstract: The seed germination and haustorium formation of Cistanche deserticola were induced by norflura-
zon and 2,6-dimethoxy-p-benzoquinone (2,6-DMBQ) respectively. The effects of them on changes in endoge-
nous levels of ABA, GA3, IAA and ZR during seed germination and haustorium formation were studied. The
results showed that ABA level significantly decreased and the levels of GA3, IAA and ZR significantly in-
creased during 0–168 h treated with norflurazon. ABA level changed indistinctively, and the levels of GA3, IAA
and ZR significantly increased in 0–72 h treated with 2,6-DMBQ. The results preliminarily confirmed that the
exogenous signal substances, norflurazon and 2,6-DMBQ, effected the endogenous hormone levels of C. deser-
ticola during seed germination and haustorium formation.
Key words: exogenous signal substances; Cistanche deserticola; seed germination; haustorium formation; en-
dogenous hormone
植物内源激素脱落酸(abscisic acid, ABA)、赤
霉素(gibberellin, GA, 特别是GA3)、吲哚乙酸(in-
dole-3-acetic acid, IAA)、玉米素核苷(zeatin ribo-
side, ZR)参与了种子休眠、萌发以及幼苗生长的
调控(Kucera等2005; Finch-Savage和Leubner-
Metzger 2006; 杨玲等2008)。种子萌发和吸器形成
是肉苁蓉完成寄生生活史的关键阶段。有研究结
果表明, 肉苁蓉等寄生植物的种子萌发和吸器形
成与其内、外源植物激素水平密切相关。牛东玲
等(2006)用GA3处理肉苁蓉种子, 使其萌发率达到
16.7%。陈庆亮等(2009)利用低温层积处理诱导肉
苁蓉种子萌发, 发现种子内源激素GA含量逐渐增
加, ABA含量逐渐降低。Tomilov等(2005)研究发
现植物激素对寄生植物种子萌发和吸器形成具有
促进作用。
在自然条件下, 肉苁蓉种子萌发率极低, 其种
子萌发和吸器形成需在特定外源信号物质作用下
才能完成(宋玉霞等2008)。研究发现, 外源信号物
质氟草敏(norflurazon)和2,6-二甲氧基对苯醌
(2,6-dimethoxy-p-benzoquinone, 2,6-DMBQ)可分别
诱导肉苁蓉种子萌发与吸器形成 (陈虞超等
2012)。本实验利用norflurazon和2,6-DMBQ分别
植物生理学报918
诱导肉苁蓉种子萌发与吸器形成, 研究此过程中
内源激素ABA、GA3、IAA、ZR水平的变化情况,
以及norflurazon和2,6-DMBQ对这4种内源激素水
平变化的影响, 为深入研究外源信号物质对肉苁
蓉寄生生长的影响和作用机制提供依据。
材料与方法
1 材料
肉苁蓉(Cistanche deserticola Y. C. Ma)种子于
2008年6月采自内蒙古阿拉善左旗苏海图苏木乌
兰布和沙漠中自然分布的肉苁蓉植株。norflura-
zon购自Sigma公司, 2,6-DMBQ购自东京化成公司,
玻璃纤维滤纸购自Whatman公司, 酶联免疫吸附分
析(ELISA)试剂盒由中国农业大学作物化学控制
研究中心提供, 其他试剂均为国产分析纯。ELISA
测定法所用仪器为Thermo公司的MULTISKAN
MK3检测仪。
2 方法
2.1 试验处理
本实验在宁夏农业生物技术重点实验室进
行。肉苁蓉种子经25 ℃的蒸馏水浸泡12 h, 然后
用70%乙醇消毒30 s, 无菌水清洗3次, 再用0.1%次
氯酸钠消毒15 min, 无菌水清洗5次。之后, 再用
1×10-5 mol·L-1 norflurazon进行处理。将处理后的
种子摆放在铺有玻璃纤维滤纸的无菌培养皿中,
在25 ℃和80%湿度的条件下于恒温培养箱中暗培
养168 h后, 种子开始萌发。萌发阶段取样时间为
norflurazon处理后0、0.5、1、2、4、8、24、48、
72、96、120、144、168 h。以蒸馏水处理的肉苁
蓉种子作为对照。肉苁蓉种子萌发后, 经1×10-7
mol·L-1 2,6-DMBQ处理, 摆放在铺有玻璃纤维滤纸
的无菌培养皿中, 在25 ℃和80%湿度的条件下于
恒温培养箱中暗培养48 h后, 种子类胚根状体开始
形成吸器。吸器形成阶段取样时间为2,6-DMBQ
处理后0、0.5、1、2、4、8、24、48、72 h。以
蒸馏水处理的肉苁蓉种子萌发体作为对照。所取
样品在液氮中速冻30 s后, 置于–80 ℃冰箱中保
存。
2.2 激素测定
激素测定参照盛晋华(2006)的方法, 并按照
ELISA试剂盒操作说明进行。取冰箱中保存的种
子材料0.2 g (精确至0.001 g), 置于研钵中, 加入2
mL样品提取液与0.5 g石英砂, 在冰浴中研磨成匀
浆, 转入10 mL离心管中, 再用3 mL提取液分3次将
研钵冲洗干净, 一并转入试管中, 摇匀后放置在
4 ℃冰箱中提取4 h, 然后离心10 min (3 220×g), 取
上清液。取4 mL上清液转入5 mL离心管中, 过反
相C18柱, 用氮气吹干, 加样品稀释液定容至10 mL,
用ELISA测定样品中ABA、GA3、IAA、ZR的水
平。每组实验重复3次。
实验结果
1 外源信号物质对肉苁蓉种子萌发中内源激素水
平变化的影响
由图1-A可见, 处理前肉苁蓉种子(图2-A)的
ABA水平为192.5 ng·g-1 (FW); norflurazon处理后,
ABA水平逐渐降低。处理2 h后, 与对照组相比, 处
理组ABA水平呈现显著下降的变化趋势。处理
168 h后, 种子开始萌发(图2-B), 此时ABA水平降
到最低, 为37.1 ng·g-1 (FW), 与处理前相比显著降
低。对照组肉苁蓉种子ABA水平保持在190 ng·g-1
(FW)左右, 无显著变化。
由图1-B可见, 处理前肉苁蓉种子GA3水平为
3.82 ng·g-1 (FW); norflurazon处理后, GA3水平逐渐
升高。处理2 h后, 与对照组相比, 处理组GA3水平
呈现显著升高的变化趋势。处理168 h后, GA3水
平升高至18.1 ng·g-1 (FW), 与处理前相比显著升
高。对照组肉苁蓉种子GA3水平保持在3.6 ng·g
-1
(FW)左右, 无显著变化。
由图1-C和D可见, norflurazon处理后, 肉苁蓉
种子IAA和ZR水平均呈现出逐渐升高的变化趋
势。处理2 h后, 与对照组相比, 处理组IAA和ZR水
平均呈现显著升高的变化趋势。处理168 h后 ,
IAA水平由处理前的30.5 ng·g-1 (FW)升高至172.4
ng·g-1 (FW), ZR水平由处理前的7.21 ng·g-1 (FW)升
高至18.9 ng·g-1 (FW), 二者均显著升高。对照组的
IAA和ZR水平分别在31~35和7.3~8.0 ng·g-1 (FW)区
间内波动, 无显著变化。
2 外源信号物质对肉苁蓉种子吸器形成中内源激
素水平变化的影响
由图3-A可见, 2,6-DMBQ处理后, 肉苁蓉种子
萌发体(图2-C)的ABA水平在95~104 ng·g-1 (FW)区
陈虞超等: 外源信号物质对肉苁蓉种子萌发与吸器形成内源激素水平变化的影响 919
图1 norflurazon处理后肉苁蓉种子内源激素水平的变化
Fig.1 Changes in endogenous hormone levels in C. deserticola seeds treated with norflurazon
图2 外源信号物质处理后肉苁蓉种子萌发与吸器形成
Fig.2 The germination and haustorium formation of C. deserticola seeds treated with exogenous signal substances
A: 处理后尚未萌发的种子(标尺=100 μm); B: 处理后萌发的种子(标尺=100 μm); C: 处理后吸器尚未形成的萌发体(标尺=50 μm); D:
处理后吸器已形成的萌发体(标尺=30 μm)。LR: 类胚根状体; SC: 种皮; PH: 初生吸器。
间内波动, 变化规律不明显, 与对照组相比无显著
差异。
由图3-B可见, 2,6-DMBQ处理后, 肉苁蓉种子
萌发体IAA水平呈现逐渐升高的变化趋势。处理
前, 萌发体IAA水平为249.8 ng·g-1 (FW); 处理2 h后,
与对照组相比, 处理组IAA水平呈现显著升高的变
化趋势; 处理48 h后, 类胚根状体上的吸器开始形
成(图2-D), IAA水平升高至354.1 ng·g-1 (FW), 与处
理前相比显著升高。对照组IAA水平也有所升高,
由248.4 ng·g-1 (FW)升高到257 ng·g-1 (FW)。
植物生理学报920
由图3-C可见, 2,6-DMBQ处理后, 肉苁蓉种子
萌发体GA3水平呈现逐渐升高的变化趋势。处理8
h后, 与对照组相比, 处理组GA3水平呈现显著升高
的变化趋势; 处理48 h后, GA3水平显著升高, 由处
理前的53.4 ng·g-1 (FW)升高至74.1 ng·g-1 (FW)。对
照组GA3水平也有所升高, 由53.4 ng·g
-1 (FW)升高
至60.1 ng·g-1 (FW)。
由图3-D可见, 2,6-DMBQ处理后, 肉苁蓉种子
萌发体ZR水平呈现逐渐升高的变化趋势。处理4
h后, 与对照组相比, 处理组ZR水平呈现显著升高
的变化趋势; 处理48 h后, ZR水平显著升高, 由处
理前的41.9 ng·g-1 (FW)升高至84.1 ng·g-1 (FW)。对
照组ZR水平也有所升高, 由42.3 ng·g-1 (FW)升高至
57.1 ng·g-1 (FW)。
讨　　论
ABA是控制种子休眠的主要因素之一, 它可
能是通过降低种子胚的吸水能力和渗透势来阻碍
胚根的生长, 从而抑制种子萌发的, 外源ABA只具
有暂时休眠作用, 只有内源ABA才能使种子持续
休眠(Le Page-Degivry和Garello 1992; Le Page-De-
givry等1990)。本研究发现, 肉苁蓉种子ABA水平
较高, 我们认为高水平的内源ABA可能是导致肉
苁蓉种子萌发率不高的主要原因之一。norflura-
图3 2,6-DMBQ处理后肉苁蓉种子萌发体内源激素水平的变化
Fig.3 Changes in endogenous hormone levels in seed germinant body of C. deserticola treated with 2,6-DMBQ
zon处理后, 肉苁蓉种子ABA水平逐渐降低, 有可
能打破种子休眠促进萌发。norflurazon为类胡萝
卜素生物合成的抑制剂, 抑制类胡萝卜素的生物
合成, 而类胡萝卜素是合成ABA的前体, 所以nor-
flurazon能抑制ABA的合成(周峰等2009; Kusumoto
等2006)。可见norflurazon有可能通过该作用机制
而诱导肉苁蓉种子萌发。
Bewley (1997)认为GA能促进和维持种子萌
发, 但不直接参与种子休眠的调控, 而是拮抗ABA,
即反作用于ABA的萌发抑制效应。norflurazon处
理后, 肉苁蓉种子GA3水平显著升高, 可能正是基
于此机制而产生的生理变化。ZR是细胞分裂素的
一种, 其主要的生理作用是促进细胞的分裂与生
长。ZR常与GA联合作用排除种子对环境条件的
要求, 从而促进萌发。IAA尽管可能无促进萌发的
作用, 但却是植物合成活性GA的必要条件(Kucera
等2005; Gazzarrini和Mccourt 2003)。norflurazon处
理后, 肉苁蓉种子IAA和ZR水平变化趋势与GA3相
似, 这表明GA3、IAA和ZR三者协同作用, 抵消
ABA的抑制作用, 促进肉苁蓉种子萌发。
在2,6-DMBQ诱导肉苁蓉种子萌发体吸器形
成过程中, 萌发体ABA水平趋于稳定, 而GA3、
IAA和ZR的水平显著升高。ABA虽然对生长具有
抑制作用, 但同时也是基因表达与蛋白合成的必
陈虞超等: 外源信号物质对肉苁蓉种子萌发与吸器形成内源激素水平变化的影响 921
要调控物质, 萌发体生长和吸器形成需要ABA维
持在一定的水平。研究发现, 肉苁蓉种子萌发体
的吸器由其类胚根状体的表皮细胞向外进行伸长
生长而形成(陈虞超等2011)。IAA促进细胞分裂、
伸长与分化, ZR促进细胞分裂与生长(蔡传杰和陈
善娜2001)。2,6-DMBQ处理后, 高水平的IAA可能
促进萌发体表皮细胞伸长和分化 , 进而形成吸
器。ZR水平显著升高, 可能也是为了促进萌发体
吸器的形成。对照组肉苁蓉种子萌发体GA 3、
IAA和ZR的水平也有所升高, 这可能是因为肉苁
蓉种子萌发后, 萌发体的类胚根状体自身也存在
生长现象。2,6-DMBQ需要在H2O2等活性氧(ROS)
物质的参与作用下, 才能诱导根寄生植物吸器的
形成, 而ROS又与内源激素一起完成一些生理生化
作用(Kwak等2006; Keyes等2000)。虽然2,6-
DMBQ诱导吸器形成的分子机制目前尚未完全清
楚, 但我们推测内源激素在其中起着重要作用。
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