全 文 ：植物生理学通讯 第 45卷 第 10期，2009年 10月 967
收稿 2009-07-10 修定 　2009-09-27
资助 国家自然科学基金(30 6 71 7 1 1)。
致谢 西澳大学提供丁烯羟酸内酯。
* 通讯作者(E-mail: magh@scib.ac.cn; Tel: 020-37252993)。
丁烯羟酸内酯对公鸡花种子萌发和赤霉素含量的影响
周俊芳 1,2, 马国华 1,*
1中国科学院华南植物园, 广州 510650; 2中国科学院研究生院, 北京 100049
提要: 从植物燃烟中提取的丁烯羟酸内酯(butenolide)能提高公鸡花种子的萌发率, 并促进其萌发后的生长。光可以增强丁
烯羟酸内酯的作用。公鸡花对外源GA的响应与对丁烯羟酸内酯的响应类似, 二者有协同效应。酶联免疫法测定结果显示,
在种子尚未萌发时, 经丁烯羟酸内酯处理的种子中内源赤霉素含量低于不做处理的; 萌发生长后, 其赤霉素含量则高于不
做处理的。因此认为, 丁烯羟酸内酯可能是通过增加种子对GA的敏感性而起作用的。
关键词: 丁烯羟酸内酯; 光; 赤霉素; 种子萌发; 公鸡花
Effects of Butenolide on Seed Germination and Endogenous Gibberellin Con-
tents in Aristolochia labiata Willd.
ZHOU Jun-Fang1,2, MA Guo-Hua1,*
1South China Botanical Garden, Chinese Academy of Sciences, Guangzhou 510650, China; 2Graduate University of Chinese
Academy of Sciences, Beijing 100049, China
Abstract: Smoke-derived butenolide could increase the rate of Aristolochia labiata seed germination and im-
prove their post-germination growth. Light could enhance the effects of butenolide. Seed had similar response
to gibberellins and butenolide, and they had a synergetic effect. Enzyme-linked immunosorbent assays (ELISA)
revealed that the gibberellin levels of seeds treated with butenolide were significantly less than controls when
germination was not finished; however, gibberellin contents were higher than controls after germination. These
results suggested that butenolide treatment could increase sensitivity to GA.
Key words: butenolide; light; GA; seed germination; Aristolochia labiata
植物燃烧产生的烟雾能够促进植物种子萌发
(Brown 1993; Dixon等1995; Keeley和Fotheringham
1997; Minorsky 2002)。但由于烟化物成分复杂,
有关其生理代谢基础以及作用机制一直没有解决。
直到Flematti等(2004)从纤维素或植物材料燃烧产
生的烟中分离出对种子萌发起关键作用的化合
物——丁烯羟酸内酯(butenolide, 3-methyl-2H-furo
[2,3-c]pyran-2-one)才引起人们广泛的关注和重
视。它溶于水, 对热稳定, 极低浓度(nmol·L-1)就能
促进种子萌发(Sparg等2005; Jain等2006; Kulkarni
等2007)。但对于其促进种子萌发的作用机制尚不
十分清楚。丁烯羟酸内酯促进植物种子萌发的研
究主要在地中海气候特征(夏季干旱少雨, 容易发生
山火)的地区, 如澳洲西部、美国加州以及南非等
地区。而它对于我国南部亚热带地区季风海洋性
气候条件下植物种子萌发的研究尚未见报道。我
们前期的工作基础表明植物烟水化物能够促进马兜
铃属植物 3个种种子萌发。而与马兜铃属植物种
子萌发相关的研究尚未见报道。本文以其中之一
的公鸡花为材料, 研究丁烯羟酸内酯对公鸡花种子
萌发和萌发后幼苗生长的影响; 同时就丁烯羟酸内
酯的作用机制及其与GA、IAA、KT和光之间的
关系也作了一些探讨。
材料与方法
公鸡花(Aristolochia labiata Willd.)于 2009年
采自中国科学院华南植物园。丁烯羟酸内酯由西
澳大学提供, 其浓度为 0.1、1、10、100 nmol·L-1。
GA、KT和 IAA均购自上海博奥生物有限公司。
GA和 IAA (均为 1.0 g)用 1 mL 95%酒精溶解后加
蒸馏水分别稀释到 10、100和 1 000 μmol·L-1。1.0
g KT用 1 mL 1 mol·L-1 HCl溶解后加水稀释到 10、
100和 1 000 μmol·L-1。多效唑用 3 mL甲醇溶解
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后加水配制成1 μmol·L-1溶液。这些溶液与1:1 000
的杀菌剂混合[杀菌剂成分为N-(2-苯并咪唑基)-氨
基甲酸甲酯]。酶联免疫法测定中的赤霉素试剂盒
购自中国农业大学激素研究室。
在丁烯羟酸内酯和植物生长调节剂影响种子
萌发的实验中, 丁烯羟酸内酯浓度为 0.1、1、10、
100 nmol·L-1, GA浓度为 10、100、1 000 μmol·L-1,
KT浓度为 10、100、1 000 μmol·L-1, IAA浓度为
10、100、1 000 μmol·L-1。公鸡花种子播于铺有
2层定性滤纸的 9 cm培养皿中后加入不同处理液,
每组均用蒸馏水为对照。每处理重复 4次, 每个重
复播 25粒种子。于暗中(25±2) ℃下培养。以胚
根突破种皮长至 1 mm时为萌发标志。每天记录
萌发数。
在丁烯羟酸内酯和GA影响种子萌发及萌发后
幼苗生长的实验中, 丁烯羟酸内酯浓度为 0.1、1、
10、100 nmol·L-1, GA浓度为 10、100、1 000
μmol·L-1。对照为蒸馏水。处理方法同上。培养
条件有: 每天 12/12 h光照 /黑暗或 24 h连续黑暗,
温度均为(25±2) ℃。光照度为 40 μmol·m-2·s-1。种
子萌发后继续培养 9 d, 测定萌发后的生长情况。
幼苗活力指数 =[平均胚轴长(mm)+平均胚根长
(mm)]×萌发率。
在丁烯羟酸内酯和GA混合影响种子萌发和萌
发后生长的实验中, 所用处理液为: 10 μmol·L-1 GA
分别与 0.1、1、10、100 nmol·L-1丁烯羟酸内酯
以 1:1的比例混合而成, 以 10 μmol·L-1 GA的处理
液为对照, 于暗中(25±2) ℃下培养。每天记录萌
发数和观察 9 d后的生长情况。
在丁烯羟酸内酯和多效唑混合影响种子萌发
的实验中, 所用处理液为 1 μmol·L-1多效唑分别与
0.1、1、10、100 nmol·L-1丁烯羟酸内酯以 1:1的
比例混合而成, 以 1 μmol·L-1多效唑的处理液为对
照, 12/12 h光照 /黑暗(光照强度同上)或连续黑暗
(25±2) ℃下培养。每天记录萌发数。
丁烯羟酸内酯或蒸馏水处理的种子在培养8 d
(此时种子尚未完成萌发)和萌发后生长9 d后, 用酶
联免疫法(钟显2006)测定种子中内源赤霉素含量。
数据采用 SPSS 16.0进行统计学分析。每个
处理的萌发率经反正弦后, 用单因素方差分析
(ANOVA)比较不同处理间的差异显著性(P<0.05)。
萌发后的生长指标和内源赤霉素含量测定的结果均
用单因素方差分析(ANOVA), 比较不同处理间的差
异显著性(P<0.05), 单独样本的 T检验用于分析成
对设计的变量差异显著性(P<0.05) (Kulkarni等
2007)。
结果与讨论
1 丁烯羟酸内酯、GA、KT、IAA对公鸡花种子
萌发和萌发后长出的幼苗的影响
种子对丁烯羟酸内酯、GA、KT和 IAA的反
应是不同的。黑暗培养条件下, 以丁烯羟酸内酯或
GA处理的公鸡花种子能够萌发, 50 d时萌发率可
以分别达到 42%和 73.27% (图 1), 但KT和 IAA对
图 1 12/12 h光照 /黑暗和黑暗下丁烯羟酸内酯和GA对种子萌发的影响
Fig.1 Effects of butenolide and GA on seed germinations under 12/12 h light/dark or dark condition
相同字母表示在 0 .0 5 水平下差异不显著。丁 0 . 1、丁 1、丁 1 0、丁 1 0 0 分别代表 0 .1、1、1 0、1 0 0 n m o l · L - 1 丁烯羟酸
内酯; GA 10、GA 1 00、GA 1 000 分别代表 10、10 0、1 000 μmol ·L -1 G A。图 2~ 4 均同此。
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其没有促进作用, 种子不萌发。
无论是在 12/12 h光照 /黑暗还是连续黑暗下,
丁烯羟酸内酯和 GA都明显促进公鸡花种子萌发
(P<0.05)。12/12 h光照 /黑暗下, 种子随着丁烯
羟酸内酯浓度升高, 萌发率也升高。100 nmol·L-1
丁烯羟酸内酯处理的萌发率达到 92%, 与 1 000
μmol·L-1 GA (萌发率为 94%)的效应相同(P>0.05)。
随着 GA浓度的增加, 种子萌发率并没有明显增
加。黑暗条件下, 丁烯羟酸内酯和GA促进种子萌
发的程度明显小于 12/12 h光照 /黑暗下(图 1)。
萌发后再培养 9 d, 不同浓度丁烯羟酸内酯和
GA对胚轴和胚根生长都有明显促进作用。12/12
h光照 /黑暗下, GA促进胚轴生长(10.6~17.9 mm)
的程度大于丁烯羟酸内酯(图 2-a)。
12/12 h光照 /黑暗下幼苗活力指数都高于黑
暗下, 幼苗鲜重则低于黑暗下(图 2-c、d)。丁烯
羟酸内酯和GA处理的幼苗活力指数和鲜重都明显
提高(P<0.05), 丁烯羟酸内酯对幼苗鲜重的提高程
度高于 GA的(图 2-d)。
总之, 以上结果与前人报道的丁烯羟酸内酯促
进金合欢属植物种子萌发和萌发后长出幼苗的生长
结果(Kulkarni等 2007)是一致的。
图 2 12/12 h光照 /黑暗和黑暗下丁烯羟酸内酯和GA对萌发后长出的幼苗生长(9 d)的影响
Fig.2 Effects of butenolide and GA on the growth of seedlings after germination
for 9 d under 12/12 h light/dark or dark condition
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此外, 我们还观察到: (1)当 10 μmol·L-1 GA分
别与 0.1、1、10、100 nmol·L-1丁烯羟酸内酯以
1:1的比例混合后, 其萌发率、胚根长、幼苗活力
指数都明显高于单独使用 10 μmol·L-1 GA的(P<
0.05) (图 3-a、b、c) , 胚轴长和幼苗鲜重与 10
μmol·L-1 GA没有明显区别(P>0.05) (图 3-b、d)。
10 μmol·L-1 GA与 1 nmol·L-1丁烯羟酸内酯混合后,
其萌发率比单独以10 μmol·L-1 GA处理的增加58%,
胚根长增加 15 mm, 幼苗活力指数提高 30倍。这
与前人报道的一定浓度的植物茎叶燃烧产生的烟雾
水可以促进水稻幼苗根的分蘖和叶生长的结果(方
平夷 1998)是类似的。(2)当 1 μmol·L-1多效唑分别
与 0.1、1、10、100 nmol·L-1丁烯羟酸内酯以 1:1
的比例混合施用后, 无论是在 12/12 h光照 /黑暗
还是在黑暗条件下, 种子均不萌发。这似乎说明种
子萌发过程的完成需要赤霉素的重新合成。
图 3 暗中GA和丁烯羟酸内酯的混合物对种子萌发和萌发后幼苗生长的影响
Fig.3 Effects of GA mixed with butenolide on the seed germination and growth of seedlings under dark condition
2 丁烯羟酸内酯对公鸡花种子和幼苗中赤霉素含
量的影响
种子培养 8 d后, 12/12 h光照 /黑暗下以 10、
100 nmol·L-1丁烯羟酸内酯处理的和黑暗下以 100
nmol·L-1丁烯羟酸内酯处理的赤霉素含量都显著低
于不做处理的(P<0.05) (图 4-a)。第 8天时, 黑暗
下培养的种子中赤霉素含量高于 12/12 h光照 /黑
暗下种子的。种子萌发后长出的幼苗生长 9 d (即
培养的第 17天)时, 12/12 h光照 /黑暗下以10、100
nmol·L-1丁烯羟酸内酯处理的赤霉素含量显著高于
不做处理的(P<0.05), 黑暗下以丁烯羟酸内酯处理
的与不做处理的差异不明显(图 4-b)。
根据本文结果, 可以得到两个印象: (1)植物燃
烟促进公鸡花种子萌发可能与赤霉素路径有关。
本文结果与前人报道的植物燃烟可促进莴苣萌发
(Drewes等 1995)和丁烯羟酸内酯可促进澳大利亚
菊科植物(Merritt等 2006)和耕地杂草(Daws等
2007)种子萌发, 并认为其可代替红光和GA可代替
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红光的说法是类似的。这也从另一个侧面说明丁
烯羟酸内酯与GA的作用有相似之处。(2)植物燃烧
后生成的烟水溶液影响种子中内源赤霉素合成和脱
落酸含量(Schwachtje和 Baldwin 2004)。本文结果
也显示经过丁烯羟酸内酯处理的公鸡花种子中赤霉
素含量变化与光有关。这与 Nelson等(2009)的
Karrikins (丁烯羟酸内酯的新化学名称)促进休眠的
拟南芥种子萌发时需要光照和 GA的合成, 以及
Soos等(2009)的烟水溶液能活化莴苣种子萌发过程
中与ABA有关的基因和光诱导基因表达的双重作
用的结果相似。总之, 丁烯羟酸内酯能够通过增强
种子对GA的敏感性, 从而促进种子萌发和萌发后
幼苗的生长。对此, 今后还需从分子水平上进一步
探讨。
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