全 文 ：植物生理学报 Plant Physiology Journal 2012, 48 (3): 260~264260
收稿 2011-11-15 修定 2012-01-17
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的影响
陈虞超, 李苗, 陈晓军, 张丽, 宋玉霞*
宁夏农业生物技术重点实验室, 银川750002
摘要: 研究氟草敏(norflurazon)、氟啶酮(fluridone)、GR24、赤霉素(GA3) 4种外源信号物质对肉苁蓉种子萌发的影响, 以及
2,6-二甲氧基-对-苯醌(2,6-DMBQ)、5,8-二羟基萘醌(5,8-DHNQ)、阿魏酸(ferulic acid) 3种外源信号物质对萌发的肉苁蓉种
子吸器形成的影响, 结果表明: 氟草敏、氟啶酮、GR24对肉苁蓉种子的萌发均具有明显的促进作用, 其中氟草敏作用最为
显著, 处理168 h后肉苁蓉种子开始萌发, 萌发率最高达65%; 2,6-DMBQ对肉苁蓉种子吸器形成具有显著的促进作用, 处理
48 h后肉苁蓉种子开始形成吸器, 吸器形成率最高达50%。
关键词: 外源信号物质; 肉苁蓉; 种子萌发; 吸器形成
Effects of Exogenous Signal Substances on Seed Germination and Haustorium
Formation of Cistanche deserticola Y. C. Ma
CHEN Yu-Chao, LI Miao, CHEN Xiao-Jun, ZHANG Li, SONG Yu-Xia*
Key Laboratory of Agricultural Biotechnology of Ningxia, Yinchuan 750002, China
Abstract: The effects of four exogenous signal substances (norflurazon, fluridone, GR24 and GA3) on seed ger-
mination and three exogenous signal substances (2,6-dimethoxy-p-benzoquinone [2,6-DMBQ], 5,8-dihydroxy-1,4-
naphthoquinone [5,8-DHNQ] and ferulic acid) on haustorium formation of germinated seeds of Cistanche de-
serticola were studied. The results showed that norflurazon, fluridone and GR24 significantly promoted seed
germination. The promotion of norflurazon was the most significant. The seeds treated with norflurazon began
to germinate after 168 h, and the highest germination rate was 65%. 2,6-DMBQ significantly promoted hausto-
rium formation. The germinated seeds began to form haustorium 48 h later after being treated with 2,6-DMBQ,
and the highest haustorium formation rate was 50%.
Key words: exogenous signal substances; Cistanche deserticola; seed germination; haustorium formation
肉苁蓉为列当科肉苁蓉属(Cistanche)的多年生
专性根寄生植物, 其寄主为藜科植物梭梭(Haloxy-
lon ammodendron), 是我国西北荒漠和半荒漠地区
珍贵的植物资源。它具有补肾阳、益精血、润燥
通肠等功效, 是使用频率最高的补肾中药。由于
生境恶劣、野生资源稀少、种子萌发率低以及人
为过度采挖等因素影响, 肉苁蓉处于濒危境地, 为
国家二级保护植物, 被列入《中国植物红皮书》。
肉苁蓉完成生活史的关键是种子的萌发和吸
器的形成, 自然条件下, 肉苁蓉种子萌发、吸器形
成靠寄主根系分泌外源信号物质诱导作用完成(宋
玉霞等2008; 李天然1996; 李天然等1989)。由于这
些信号物质属于瞬间作用, 很难迅速从寄主梭梭
根系中分离得到。但Cook等(1966)、Yasuda等
(2003)、Xie等(2009)先后从几种天然植物的根系
分泌物中分离得到了独脚金内酯(strigolactone)类
化合物, 经研究, 独脚金内酯类化合物(特别是人工
合成的GR24 (3-[4-methyl-5-oxo-2,5-dihydrofuran-
2(R)-yloxymethylene]-3,3a(R),4,8b(S)-tetrahydroinde-
no-[1,2-b]furan-2-one)对独脚金(Striga asiatia)等其
他根寄生植物的种子萌发具有诱导作用(Yoneya-
ma等2009)。Kusumoto等(2006)的研究证明类胡萝
卜素生物合成抑制剂氟草敏(norflurazon)和氟啶酮
(fluridone)能够诱导预培养后的根寄生植物独脚金
种子萌发。Chang和Lynn (1986)从高粱根中分离
出2,6-二甲氧基-对-苯醌(2,6-dimethoxy-p-benzoqui-
none, 2,6-DMBQ), 发现其对根寄生植物种子吸器
形成具有诱导作用。还有研究者认为酚酸、醌和
陈虞超等: 外源信号物质对肉苁蓉种子萌发与吸器形成的影响 261
黄酮类物质均可诱导根寄生植物种子吸器的形成
(胡飞和孔垂华2003; Hirsch等2003)。在外源信号
物质诱导肉苁蓉种子萌发和吸器形成方面, 研究
者也开展了许多工作。牛东玲等(2006)、陈庆亮
等(2009)用赤霉素(GA3)等外源信号物质处理肉苁
蓉种子后, 可明显地提高萌发率。乔学义等(2007)
利用氟啶酮处理肉苁蓉种子 , 使其萌发率达到
52%。张汝民等(2009)通过研究发现, 植物激素和
2,6-DMBQ可分别诱导肉苁蓉种子萌发与吸器形
成。本实验在前人研究的基础上, 分别利用氟草
敏、氟啶酮、GR24和GA3对肉苁蓉种子进行处理,
用2,6-DMBQ、5,8-二羟基萘醌(5,8-dihydroxy-1,4-
naphthoquinone, 5,8-DHNQ)和阿魏酸(ferulic acid)对
肉苁蓉种子萌发产生的类胚根状体进行处理, 将
外源信号物质对肉苁蓉种子萌发和吸器形成的作
用作系统地比较研究, 旨在为从根本上探讨和解
决影响肉苁蓉寄生的关键问题提供理论依据。
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。肉苁蓉由
宁夏大学马德滋教授鉴定。GA3、氟草敏、氟啶
酮、阿魏酸、5,8-DHNQ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, 其他试剂均为国产分析纯。GR24
由中国科学院水利部水土保持研究所马永清研究
员惠赠。
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。选取消毒后
的种子100粒, 放在90 mm的培养皿中, 分别用外源
信号物质浸泡处理(处理因素及水平见表1) 3 h后, 摆
放在铺有玻璃纤维滤纸的无菌培养皿中, 在25 ℃、
湿度80%的条件下于恒温培养箱中暗培养。Leica
体式显微镜观察种子萌发情况, 记录初始萌发时
间, 待各处理萌发的种子数不再增加时(30 d后), 视
萌发完全, 统计萌发率。选取萌发并生长良好的
肉苁蓉种子100粒, 放在90 mm的培养皿中, 分别用
外源信号物质浸泡处理(处理因素及水平见表2) 3 h
后, 摆放在铺有玻璃纤维滤纸的无菌培养皿中, 在
25 ℃、湿度80%的条件下于恒温培养箱中暗培
养。每隔4 h在Leica体式显微镜下观察种子的类
胚根状体吸器形成情况, 记录吸器初始形成时间,
待各处理形成吸器的种子数不再增加时(72 h后),
视吸器形成完全, 统计吸器形成率。以蒸馏水处
理作为对照, 各处理重复3次。
表1 萌发处理因素及水平
Table 1 Levels of factors for exogenous signal substances
inducing germination
水平
处理浓度/mol·L-1
氟草敏 氟啶酮 GR24 GA3
1 10-9 10-9 10-9 10-9
2 10-8 10-8 10-8 10-8
3 10-7 10-7 10-7 10-7
4 10-6 10-6 10-6 10-6
5 10-5 10-5 10-5 10-5
氟草敏的水溶液饱和浓度为1×10-5 mol·L-1, 因此各物质的最大
处理浓度也设为1×10-5 mol·L-1。
表2 吸器形成处理因素及水平
Table 2 Levels of factors for exogenous signal substances
inducing haustorium formation
水平
处理浓度/mol·L-1
2,6-DMBQ 阿魏酸 5,8-DHNQ
1 10-9 10-9 10-9
2 10-8 10-8 10-8
3 10-7 10-7 10-7
4 10-6 10-6 10-6
5 10-5 10-5 10-5
2.2 测定指标与方法
肉苁蓉种子的类胚根状体长度为种子长度的
1/2时视为萌发, 萌发率=(萌发种子数/供试种子总
数)×100% (处理30 d后测定); 吸器形成率=(吸器形
成种子数/供试种子总数)×100% (处理72 h后测
定)。
2.3 数据处理
试验数据采用Microsoft Excel 2003处理, 采用
SPSS 1310软件进行方差分析。
植物生理学报262
实验结果
1 外源信号物质对肉苁蓉种子萌发的影响
对经外源信号物质处理的肉苁蓉种子进行连
续观察后发现, 对照及不同浓度GA3处理的肉苁蓉
种子始终未萌发; 而氟草敏、氟啶酮以及GR24对
肉苁蓉种子萌发具有显著的促进作用(图1-A和
B)。其中, 1×10-5 mol·L-1的氟草敏作用最为显著,
萌发率达到65%, 相同浓度的GR24和氟啶酮处理
后萌发率分别为54%和46%; 不同浓度的氟草敏、
氟啶酮、GR24处理, 种子萌发率存在显著差异, 萌
发率随处理浓度的升高而升高(表3)。相同浓度氟
草敏、氟啶酮、GR24处理对肉苁蓉种子萌发时间
的影响也存在显著差异, 处理后的萌发时间分别
为168、216、360; 不同浓度的氟草敏、氟啶酮、
GR24对萌发时间的影响差异不明显(表4)。
图1 外源信号物质处理后肉苁蓉种子萌发与吸器形成
Fig.1 The germination and haustorium formation of C. deserticola seeds treated with exogenous signal substances
A: 外源信号物质处理后尚未萌发的种子(标尺=100 μm); B: 外源信号物质处理后萌发的种子(标尺=100 μm); C: 外源信号物质处理后
的萌发体(标尺=60 μm); D: 形成吸器的萌发体(标尺=100 μm); E: 电子显微镜下吸器的形态(标尺=20 μm)。SC: 种皮; LR: 类胚根状体; PH:
初生吸器。
2 外源信号物质对肉苁蓉吸器形成的影响
由表5可见, 对照及不同浓度5,8-DHNQ和阿魏
酸处理后的肉苁蓉种子类胚根状体均未形成吸器;
只有不同浓度的2,6-DMBQ对肉苁蓉种子类胚根
状体吸器形成具有明显的促进作用 , 以浓度为
1×10-7 mol·L-1的作用最为显著, 低于此浓度时吸器
形成率随其浓度升高而升高, 高于此浓度时吸器
形成率呈现下降趋势。不同浓度2,6-DMBQ对肉
苁蓉种子类胚根状体吸器诱导时间无影响, 均在48
h后形成吸器。
讨 论
研究表明, 试验所用的几种类胡萝卜素生物
合成抑制剂物质氟草敏、氟啶酮以及独脚金内酯
GR24对肉苁蓉种子的萌发具有显著的促进作用,
可使肉苁蓉种子萌发率分别达到65%、54%、46%,
陈虞超等: 外源信号物质对肉苁蓉种子萌发与吸器形成的影响 263
因此, 我们认为这类物质很可能就是促进肉苁蓉
种子萌发的有效外源信号物质。氟草敏与氟啶酮
均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脱落酸
(ABA)的前体, 因而氟草敏与氟啶酮能抑制ABA
(ABA对种子萌发具有抑制作用)的合成。独脚金
内酯类物质与ABA一样来自类胡萝卜素途径, 据
Akiyama和Hayashi (2008)研究报道, 独脚金内酯类
物质5-deoxy-strigol及其类似物来源于类胡萝卜素
途径中的八氢番茄红素(15-cis-phytoene), 氟草敏
等抑制八氢番茄红素脱氢酶(phytoene desaturase)
的活性, 避免八氢番茄红素转化成六氢番茄红素
(phytofluene), 进而导致5-deoxy-strigol及其类似物
的积累, 诱导种子萌发。氟草敏与氟啶酮既可抑
制ABA合成, 又能促进独脚金内酯类物质的积累,
所以能够诱导肉苁蓉种子萌发。GR24为人工合
成的独脚金内酯类物质, 所有的独脚金内酯均具
有相同的碳骨架, 是由三环内酯(A、B、C三环)通
过烯醇醚键与α, β-不饱和呋喃环D环耦合形成
的。对独脚金内酯的生物活性分析显示, 这些分
子中的C、D环部分是独脚金等根寄生植物种子对
这类信号物质产生反应的主要部位(Humphrey等
2006)。在外源信号物质作用下, 根寄生植物种子
启动萌发可能是通过受体介导的信号机制进行不
可逆的级联信号传递来实现的(Akiyama和Hayashi
2008; Sugimoto等1998)。依靠受体介导的信号机
制而进行作用的诱导反应, 其所需要的外源信号
物质的量很少。本研究中低浓度的氟草敏、氟啶
酮和GR24对肉苁蓉种子萌发具有显著诱导作用
证实了这一机制的可能性。本研究中GA3处理的
肉苁蓉种子未见萌发, 与牛东玲等(2006)、陈庆亮
等(2009)的研究结果不一致, 我们认为这可能与肉
苁蓉种子前期是否进行过层积处理有关。
研究表明, 试验所用几种对苯醌类物质中只
有2,6-DMBQ对肉苁蓉种子吸器的形成具有十分
显著的促进作用。我们认为这类物质很可能就是
促进肉苁蓉种子吸器形成的有效外源信号物质。
2,6-DMBQ的核心结构是对苯醌, 其甲氧酮结
构是诱导吸器形成的活性基团。5,8-DHNQ的核心
结构虽然也是对苯醌, 但与2,6-DMBQ相比缺少甲
氧基团, 我们推断甲氧基团的缺失是5,8-DHNQ对
诱导肉苁蓉种子类胚根状体吸器形成无明显作用
的原因。因此, 我们认为诱导肉苁蓉种子吸器形
成的外源信号物质不仅要具备核心结构对苯醌,
还要具备甲氧基团, 以增强其活性。吸器形成不
仅受外源信号物质的调控, 在此过程中还涉及一
系列氧化-还原反应。Smith等(1996)对醌类物质与
根寄生植物受体进行了研究, 认为醌类物质得到
光化学刺激或NADH所提供的1个电子形成半醌,
半醌又失去电子重新氧化形成醌类, 通过这样一
表4 外源信号物质对肉苁蓉种子萌发时间的影响
Table 4 The effect of exogenous signal substances on
germination time of C. deserticola seeds
水平
萌发时间/h
氟草敏 氟啶酮 GR24
1 168A 216B 360C
2 168 216 360
3 168 216 360
4 168 216 360
表3 外源信号物质对肉苁蓉种子萌发率的影响
Table 3 The effect of exogenous signal substances on
germination rate of C. deserticola seeds
水平
萌发率/%
氟草敏 氟啶酮 GR24 GA3 对照
1 22eA 11eC 16eB 0D 0D
2 35dA 23dC 29dB 0D 0D
3 45cA 32cC 39cB 0D 0D
4 54bA 38bC 46bB 0D 0D
5 65aA 46aC 54aB 0D 0D
同列数据上标的不同小写字母表示差异显著(P<0.05); 同行数
据上标的不同大写字母表示差异显著(P<0.05)。表4和5同此。
表5 外源信号物质对肉苁蓉种子吸器形成率的影响
Table 5 The effect of exogenous signal substances on
haustorium formation rate of C. deserticola seeds
水平
吸器形成率/%
2,6-DMBQ 阿魏酸 5,8-DHNQ 对照
1 11d 0 0 0
2 32c 0 0 0
3 50a 0 0 0
4 39b 0 0 0
5 31c 0 0 0
植物生理学报264
种氧化-还原机制来控制一些蛋白质和其他分子的
活性, 从而诱导吸器的形成。
种子的萌发和吸器的形成是肉苁蓉完成寄生
生长的关键, 外源信号物质能够有效促进该关键
环节的完成, 因此, 对外源信号物质的研究, 在深
入探究肉苁蓉寄生生长机制、离体寄生、人工种
植等方面具有重要意义。
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