全 文 ：植物生理学报 Plant Physiology Journal 2013, 49 (6): 573~578 573
收稿 2013-02-20　　修定 2013-04-24
资助 国家自然科学基金项目(31000931)。
* 通讯作者(E-mail: hliao@scau.edu.cn; Tel: 020-85283380)。
吲哚乙酸、吲哚丁酸和萘乙酸对大豆幼根生长的影响
李欣欣, 赵静, 廖红*
亚热带农业生物资源保护与利用国家重点实验室, 华南农业大学根系生物学研究中心, 广州510642
摘要: 以大豆基因型‘HN89’为材料, 设置不同浓度的吲哚乙酸(IAA)、吲哚丁酸(IBA)及萘乙酸(NAA)处理, 研究不同外源
生长素对大豆根系生长的影响。结果表明: 低浓度的IAA (0.05和0.5 µmol·L-1)能够促进大豆主根伸长生长及侧根发育;
IBA、NAA和高浓度IAA抑制了主/侧根的伸长生长, 使根系发育不良, 生物量下降。这说明不同外源生长素类物质不同程
度的调控了大豆根系形态构型。
关键词: 大豆; 吲哚乙酸; 吲哚丁酸; 萘乙酸; 根系; 生长发育
Effects of Indoleacetic Acid, Indolebutyric Acid and Naphthylacetic Acid on
Soybean [Glycine max (L.) Merr] Root Growth
LI Xin-Xin, ZHAO Jing, LIAO Hong*
State Key Laboratory for Conservation and Utilization of Subtropical Agro-Bioresources, Root Biology Center, South China Agri-
cultural University, Guangzhou 510642, China
Abstract: The effects of exogenous auxins on root growth were evaluated using soybean genotype ‘HN89’ as
plan materials. The seedlings were treated by different concentrations of indoleacetic acid (IAA), indolebutyric
acid (IBA) and naphthylacetic acid (NAA). The results showed that only low concentrations (0.05 and 0.5
µmol·L-1) of IAA could promote both primary root elongation and lateral root development in soybean, IBA,
NAA and high concentration of IAA inhibited the elongation of both primary and lateral roots, resulted in ab-
normal root development, and subsequently reduced soybean biomass. These results elucidated that different
exogenous auxin regulated the soybean root architecture inordinately.
Key words: soybean (Glycine max); indoleacetic acid; indolebutyric acid; naphthylacetic acid; roots; growth
and development
生长素是最早发现的一类植物激素, 在植物
生长发育过程中起十分重要的作用。在器官水平
上, 生长素影响了器官的生长、成熟和衰老; 在细
胞水平上, 生长素影响了细胞的伸长、分裂和分
化。生长素对植物生长发育的调控作用, 因其浓
度、植物种类、器官和细胞的年龄不同而异, 根系
生长发育与生长素密切相关(Overvoord等2010)。
根系是植物体的重要组成部分, 具有锚定、
吸收水分养分、合成和贮藏营养物质、维持根际
微生物等功能(Hodge等2009)。发达的根系对植物
正常的生命活动及抵抗不良环境具有重要作用。
根系的生长发育与许多因素有关, 生长素是其中
最重要的因素之一。生长素参与调控根毛的生长
发育, 外施2,4-D能够恢复拟南芥中调控根毛发育
的生长素响应缺失突变体axr1的表型, 促使其根毛
伸长生长(Pitts等1998)。生长素还参与调控侧根原
基的形成, 并且侧根的发生与伸长生长都依赖于
生长素直接或间接的调控作用(Péret等2009)。研
究发现, 拟南芥中高亲和的生长素输入载体LAX3
能促使侧根发育, 并调控与细胞壁建成相关基因
的表达(Swarup等2008)。外源添加生长素能增加
侧根数目, 抑制生长素运输时减少侧根数目, 且外
源添加生长素能恢复aux1突变体侧根数目减少的
表型(Marchant等2002)。生长素调控根系向地性,
生长素输入载体AUX1在细胞内活动受AXR4调
控, 在axr4突变体中, AUX1蛋白在根部表皮和原
生韧皮部细胞不对称分布丧失, 导致植物根的重
力反应减弱(Dharmasiri等2006)。此外, 生长素还
植物生理学报574
调控不定根的发育, 不定根形成的关键是其原基
的形成是一个受激素调控的复杂过程, 生长素起
关键的调节作用(王金祥等2005)。外施5 mg·L-1
IBA或NAA能促使地中海波喜荡草(Posidonia oce-
anica)水生植物插条产生不定根(Balestri和Lardicci
2006)。周索和杜丽(2008)发现NAA、IAA、IBA
和2,4-D等都具有抑制拟南芥主根生长, 促进不定
根生长的作用。
在生长素调控众多植物根系发育的研究中,
对大豆根系调控作用尚未见报道。本文以IAA、
IBA和NAA三种外源生长素类物质对大豆根系
生长发育影响等方面进行了比较研究 , 旨在为
进一步研究生长素调控大豆根构型及调控根系
发育等方面提供理论依据, 丰富大豆根系研究的
内容。
材料与方法
1 实验材料
供试植物为大豆[Glycine max (L.) Merr]基因
型‘HN89’, 实验在大豆培养室中进行。
2 实验方法
2.1 培养液及实验设计
本实验采用1/2Hoagland营养液的改良配方,
其成分为0.25 mol·L-1 KH2PO4、1.5 mol·L
-1KNO3、
1.2 mol·L-1 Ca(NO3)2·4H2O、0.4 mol·L
-1 NH4NO3、
0.3 mol·L-1 (NH4)2SO4、0.3 mol·L
-1 K2SO4、0.5 mol·L
-1
MgSO4·7H2O、0.025 mol·L
-1 MgCl2、0.0025 mol·L
-1
NaB4O7·10H2O、0.0015 mol·L
-1 MnSO4·H2O、
0.0015 mol·L-1 ZnSO4·7H2O、0.0005 mol·L
-1
CuSO4·5H2O、0.00016 mol·L
-1 (NH4)6Mo7O24·4H2O
和0.04 mol·L-1 Fe-Na-EDTA。
母液配制: 分别称取7 mg吲哚乙酸(IAA)、
8.128 mg吲哚丁酸(IBA)和7.45 mg萘乙酸(NAA)分
析纯, 用1 mol·L-1 NaOH少许溶解后, 定容至40 mL
配置成1 mmol·L-1母液待用, 实验中生长素处理大
豆幼苗的浓度分别为0.05、0.5、1和5 µmol·L-1, 工
作液按相应比例稀释配制而成。
2.2 大豆幼苗的培养
将饱满均匀的大豆种子经10% H2O2表面消毒
1 min, 无菌水漂洗10次, 1/4大豆水培营养液(pH
5.8)催芽至露白后, 用121 ℃高压灭菌20 min的催
芽纸催芽。1/2水培营养液将催芽纸润湿后平铺在
干净的平板上, 种子逐个放在距催芽纸上边缘1 cm
处卷好, 放入盛有1/2水培营养液的培养杯中。卷
纸在培养杯中竖直, 确保大豆胚根向下; 用保鲜膜
将卷纸围起, 起到固定并保湿的功能(图1-A)。大
豆暗培养2 d后, 再在光照强度为400 μmol·m-2·s-1、
空气相对湿度为60%的培养室中 (白天温度26
℃/13 h, 晚上温度24 ℃/11 h)培养1 d, 在幼苗没有
侧根形成时(图1-B), 移植到分别添加不同浓度
IAA、IBA和NAA的培养杯中处理4 d (图1-C), 每
种处理有3个生物学重复。
2.3 根系参数的分析
根形态参数的分析用根系扫描仪(Epson1460XL,
日本)对大豆植株根系进行扫描, 根系总根长、根
表面积和根直径采用根系分析软件WinRHIZO
(Canada, Regent Instrument Inc.)进行定量分析。
2.5 数据处理
本实验所有数据均用 Microsoft Excel 2007进
行平均数和标准误差的分析。
图1 大豆种子卷纸催芽与不同外源生长素处理
Fig.1 Soybean seeds germinated on rolling paper and treatments with different auxin sources
A: 大豆幼苗露白后卷纸催芽; B: 萌发3 d后大豆幼苗; C: 进行生长素处理的培养杯。
李欣欣等: 吲哚乙酸、吲哚丁酸和萘乙酸对大豆幼根生长的影响 575
结果与讨论
1 不同浓度IAA、IBA及NAA对大豆根系形态的
影响
从图2可以看出, 经不同浓度的IAA、IBA及
NAA处理4 d的大豆根系形态发生了显著的变化。
随着IAA浓度的递增, 大豆根系生长呈现出从促进
到抑制的趋势, 0.05和0.5 µmol·L-1的IAA处理与对
照(图2-A)相比能够促进根系生长(图2-A~C), 1
µmol·L-1 IAA处理大豆根系变化不显著(图2-D), 但
5 µmol·L-1 IAA处理的大豆根系生长受到明显抑制,
尤其是侧根和主根的伸长(图2-E)。
外施IBA显著抑制了大豆根系的生长。0.05
µmol·L-1 IBA处理的根系主、侧根都短于对照但又
长于高浓度IBA处理的根系(图2-F), 0.5和1 µmol·L-1
IBA处理的根系形状类似于排根(并非排根), 侧根
在整条主根上分布均匀(图2-G和H), 5 µmol·L-1
IBA处理的根系侧根能刺穿并掀起表皮(图2-I, 右
侧为IBA放大图, 白色箭头表示), 侧根数量变多、
变短、粗壮且不能伸长。
不同浓度的NAA处理大豆根系都抑制侧根和
主根的伸长(图2-J~M), 0.05 µmol·L-1 NAA处理与
0.5 µmol·L-1 IBA处理根系表型相似(图2-G和J)。1
和5 µmol·L-1 NAA处理的大豆根系在距离根尖处
的侧根分布密集(图2-L和M, 右侧为图2-M的放大
图), 靠近基部的侧根却变得稀疏, 侧根像主根上的
突起。
从图2可以发现, 随着浓度的增加, NAA和
IBA对根系生长的抑制作用增强; 而低浓度IAA能
够促进根系生长而高浓度IAA则抑制其生长。这
图2 不同浓度IAA、IBA和NAA处理的大豆根系形态的变化
Fig.2 Changes of soybean root morphology with different concentrations of IAA, IBA and NAA
植物生理学报576
可能是因为高浓度IAA破坏了正常的生理过程, 抑
制了细胞伸长。高浓度IBA (图2-G~I)及所有NAA
处理的大豆根系都明显缩短了根尖与最后一条侧
根之间的距离, 而在高浓度IAA (图2-E)处理的大
豆根系中这种现象才明显。由此可见, NAA、IBA
和高浓度的IAA能加速植物的根系衰老, 过度地促
使侧根原基发育并形成侧根突起, 然而不能发育
成具有正常生物学功能的侧根。
在植物体内, 生长素首先与生长素受体相结
合, 生成生长素受体复合物, 通过各种作用元件在
信号传递链上传递, 最终引起植株形态上的改变
(吕剑和喻景权2004)。本文研究发现不同浓度的
外源生长素类物质处理大豆幼苗, 根系表型发生
了显著变化, 可能的原因有: (1)外源生长素作为信
号物质, 由于外界浓度的提高, 可能影响了大豆体
内生长素与受体结合程度, 阻遏或者增强了各作
用元件的传递作用, 进而改变了根系表型。(2)根
的生长发育是一个复杂的过程, 有多种植物激素
的参与, 然而激素之间的互作常常会引起某一个
或几个激素信号途径的改变, 最终调控根系发育
(Benková和Hejátko 2009)。本实验中通过不同浓
度外源激素的处理, 可能引起了大豆体内不同激
素间共同信号转导成员时空表达的改变, 是调控
根系表型的另一原因。(3)研究发现生长素参与调
控细胞周期蛋白、根系发育(严小龙等2007)及细
胞壁建成相关基因(Swarup等2008)的表达。因此,
生长素直接或间接调控根构型响应基因的表达是
起根形态改变的可能原因之一。从图2-I中可以看
出5 µmol·L-1 IBA能刺激侧根原基形成并掀起其表
皮, 说明外界IBA可能诱导了与根系发育相关的细
胞周期蛋白的表达, 促使细胞快速分裂, 侧根迅猛
增加, 然而其真实性需要进一步的实验证实。
2 不同浓度IAA、IBA及NAA对大豆根系指标的
影响
从图3可以看出 , 不同浓度的IAA、IBA和
NAA处理显著影响了大豆幼苗根系的总根长、侧
根数、根表面积和平均直径。0.05和0.5 µmol·L-1
IAA显著增加了大豆根系的总根长, 但之后随着
IAA浓度的增加, 总根长逐渐变短(图3-A), 这也与
低浓度IAA促进生长高浓度抑制生长的现象相一
图3 不同浓度IAA、IBA和NAA对大豆总根长、侧根数、根表面积和平均直径的影响
Fig.3 Effect of IAA, IBA and NAA with different concentrations on soybean root length,
lateral root number, root surface area and average diameter
李欣欣等: 吲哚乙酸、吲哚丁酸和萘乙酸对大豆幼根生长的影响 577
致。1 µmol·L-1 IAA与对照之间的差异不显著, 5
µmol·L-1 IAA 与对照相比较, 显著缩短了总根长。
IBA和NAA处理的大豆幼苗皆随着浓度的增加而
抑制根系伸长生长 , NAA的抑制作用更大 (图
3-A)。
0.05和0.5 µmol·L-1 IAA显著增加了大豆侧根
数(图3-B), 说明低浓度的IAA不仅能促进根系伸长
生长, 还能促进侧根发育。1和5 µmol·L-1 IAA与对
照的侧根数相当。不同浓度IBA的处理下, 大豆幼
苗侧根数都多于对照, 且随着IBA浓度的增加而增
加。不同浓度NAA处理都能明显增加大豆幼苗的
侧根, 其中浓度为0.05 µmol·L-1 时侧根最多。图
3-B显示, IBA和NAA抑制主根和侧根根系的伸长
生长, 促进侧根原基形成。
根表面积是反映根系与土壤之间进行营养交
换界面大小的重要参数(严小龙等2007)。从图3-C
可以看出, IAA和NAA处理的大豆根表面积与其总
根长的变化趋势一致, IBA处理略有不同。大豆根
表面积的随着IBA浓度的增加而减少。与对照相
比较, 0.05 µmol·L-1 IBA处理增加了根表面积, 与总
根长的变化不同的原因可能是0.05 µmol·L-1 IBA侧
根数增加导致的, 而其他处理没有改变的原因是
侧根没有伸长(图2-F), 即使侧根数有所增加最终
未能引起总根长的变化。
不同浓度的IAA、IBA和NAA均影响了根系
平均直径(图3-D)。不同浓度IAA处理中, 只有5
µmol·L-1的IAA显著增加了根系平均直径, 其他浓
度处理与对照之间差异不显著。IBA和NAA处理
的平均直径都是随着浓度的增加而增加, 高浓度5
µmol·L-1的IAA、IBA和NAA促使根系增粗, 导致
根系短而粗、发育不良。
3 不同浓度IAA、IBA及NAA对大豆生物量的影
响
经不同生长素处理4 d后, 大豆幼苗第一片真
叶未完全张开, 且各处理的大豆幼苗地上部形态
没有改变(图1-C), 但根部形态变化显著, 这可能是
因为根部是植物体对生长素浓度最敏感的营养器
官或者根部直接接触生长素的缘故。由图4可知,
0.05和0.5 µmol·L-1 IAA处理显著促进了大豆生长,
植株总生物量明显增加; 而1和5 µmol·L-1 IAA处理
抑制了大豆生长, 植株总生物量与对照相比较明
显下降。IBA和NAA负调控大豆生长, 随浓度的升
高抑制作用增强, 总生物量呈现递减的趋势。5
µmol·L-1 IAA、IBA和NAA严重阻碍了大豆生长,
在各处理浓度之间总生物量最小。说明不同外源
生长素类物质通过改变大豆根系形态构型, 影响
根系发育, 进而影响了其生物量。
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