全 文 ：植物生理学报 Plant Physiology Journal 2012, 48 (2): 156~160156
收稿 2011-09-19　　修定 2011-12-19
资助 国家自然科学基金项目(31070293)、国家“十一五”科技支
撑计划项目(2006BAI06A13-06)和陕西师范大学研究生培
养创新基金项目(2011CXS032)。
* 通讯作者(E-mail: weigu@snnu.edu.cn; Tel: 029-85310266)。
华中五味子雌雄株花期叶片中内源激素的比较
熊宇婷1,3, 徐敏2,3, 顾蔚1,2,3,*
陕西师范大学1西北濒危药材资源开发国家工程实验室; 2药用植物资源与天然药物化学教育部重点实验室; 3生命科学学院,
西安710062
摘要: 对华中五味子雌雄株花期叶片中4种内源激素含量进行测定和比值的比较, 结果表明, 雌株叶片中的ABA含量显著高
于雄株, IAA、GA3和ZR含量则显著低于雄株, ABA/IAA、ABA/GA3和ABA/ZR比值显著高于雄株, 这可能与华中五味子性
别分化有关。
关键词: 华中五味子; 雌雄株; 内源激素
Comparison of Endogenous Hormones of Leaves between Female and Male
Plants of Schisandra sphenanthera Rehd. et Wils. during Flowering Stage
XIONG Yu-Ting1,3, XU Min2,3, GU Wei1,2,3,*
1National Engineering Laboratory for Resource Development of Endangered Crude Drugs in Northwest of China, 2Key Labora-
tory of the Ministry of Education for Medicinal Resources and Natural Pharmaceutical Chemistry, 3College of Life Sciences,
Shaanxi Normal University, Xi’an 710062, China
Abstract: Four kinds of endogenous hormone contents and their ratio levels in female and male plants leaves
of Schisandra sphenanthera Rehd. et Wils. during flowering stage were investigated in this paper. The results
showed that, in female plants leaves, ABA contents were significantly higher than those in male plants leaves,
IAA, GA3 and ZR contents were significantly lower than those in male plants leaves, and ABA/IAA, ABA/GA3
and ABA/ZR value were significantly higher than those in male plants leaves, which might be associated with
sex differentiation.
Key words: Schisandra sphenanthera; female and male plants; endogenous hormones
植物性别间的差异主要表现在花器官上。性
别的分化主要受遗传因子的调控, 同时也受到环
境因素的影响(孟金陵等1997)。激素是影响植物
性别分化的重要因素之一, 几乎所有植物激素都
能在一定程度上诱导植物性别的分化, 同一种激
素可以诱导不同植物向雄株或雌株分化, 而不同
的激素也可能诱导同一种性器官的发生(汪俏梅和
曾广文1997)。同时, 环境因素对植物性别分化的
影响也可能是通过调节植物内源激素的生物合成
途径来实现的(Khryann 2002)。人们一直很关注植
物性别分化与组织器官中各种内源激素水平的关
系, 研究表明植物雌株和雄株中的内源激素的含
量存在着很大的差异(Koshita等1999; Souza等
2003; 覃喜军等2010)。因此, 在雌雄异株植物的性
别分化前期测定内源激素水平可为鉴定雌株或雄
株提供依据(李瑞丽等2006)。
华中五味子雌雄异株, 为常用中药, 以干燥成
熟果实入药, 雌株药用经济价值比雄株更大, 富含
木脂素, 具有收敛固涩、益气生津、补肾宁心之
功效(Smith 1947; 中国科学院中国植物志编辑委
员会1996; 国家药典委员会2010)。目前五味子属
中仅有对五味子[Schisandra chinensis (Turcz.)
Baill.]花芽分化过程中内源激素变化的研究(艾军
等2006), 华中五味子花期内源激素动态变化研究
未见报道。本文通过对华中五味子雌雄株花期4
种内源激素脱落酸(abscisic acid, ABA)、生长素
(indole acetic acid, IAA)、赤霉素(gibberellin acid,
GA3)和玉米素核苷(zeatin riboside, ZR)含量测定和
比值的比较, 研究不同激素在其性别分化中的作
用, 为华中五味子雌雄株的早期鉴定提供借鉴。
熊宇婷等: 华中五味子雌雄株花期叶片中内源激素的比较 157
材料与方法
1 实验材料
于2011年4~5月华中五味子(Schisandra sphen-
anthera Rehd. et Wils.)花期, 重返陕西省柞水县华
中五味子野生抚育基地选取已知性别的雌雄植株,
采集嫩叶清洗后, 置于-40 ℃冰箱保存备用。采样
时间开始于营养生长期(4月9日), 每隔7 d采样1次,
直至花期结束(5月27日), 共采样7次, 样本70株。
样本采集信息见表1。
2 激素的提取和测定
内源激素的提取参照齐永平等(2009)的方法,
略有改变。称取1.00 g新鲜嫩叶, 剪成小碎块, 液
氮研磨成粉末, 转移至20 mL的大离心管内。加入
4 ℃预冷的体积分数为80%甲醇溶液分2次冷浸提
取24 h, 石油醚脱色处理2次。再用乙酸乙酯萃取,
分离水相和乙酸乙酯相, 对水相重复萃取1次, 将
乙酸乙酯液合并。将水溶液中遗留的乙酸乙酯在
36~38 ℃蒸干, 1 mol·L-1 NaOH调pH至8.0, 加入等
体积的正丁醇萃取2次, 弃水相, 合并正丁醇相。
将乙酸乙酯溶液和正丁醇溶液分别在36~38 ℃减
压蒸干, 加入PBS (phosphate buffered saline)缓冲液
溶解并定容至5 mL, 置于4 ℃保存 , 前者用于
ABA、IAA和GA3的测定, 后者用于ZR的测定。
ABA、IAA、GA3和ZR含量用酶联免疫吸附
测定法(enzyme linked immunosorbent assay, ELI-
SA)试剂盒(博海生物工程开发有限公司)测定, 检
测波长为450 nm。
数据采用SPSS 13.0统计软件分析。
实验结果
1 华中五味子雌雄株花期叶片内源激素含量的变化
从营养生长期到花期结束, 华中五味子雌雄
株的激素变化趋势均较为一致(图1), 其中, ABA含
图1 华中五味子雌雄株花期叶片中内源激素含量的变化
Fig.1 Changes of endogenous hormone contents of leaves in female and male plants of S. sphenanthera during flowering stage
*表示0.05显著水平, **表示0.01极显著水平。下图同此。
表1 华中五味子采样情况
Table 1 Sample collection information of S. sphenanthera
日期(月-日) 生长时期 生物学特征
4-9 营养生长期 新叶长出, 叶片较少, 没有出现花苞
4-17 雄花初蕾期 叶片变大, 枝叶繁密, 雄株出现花苞
4-25 雌花初蕾期 雌株出现花苞, 雄株部分开花
5-3 雄花盛花期 雄株大量开花, 雌株部分开花
5-11 雌花盛花期 雌花大量开花, 雄花开始凋谢
5-19 凋谢期 雄花大量凋谢, 雌花部分凋谢
5-27 花期结束 花全部凋谢
植物生理学报158
量在花形成阶段(4-9~4-25)都呈明显的上升趋势,
IAA、GA3和ZR含量则均呈明显的下降趋势, 且在
盛花期(5-3)直到花期结束时(5-27)变化趋于平
稳。ABA含量在雌花初蕾期(4-25)的雌雄差异达
到最显著, 雌株中ABA含量显著高于雄株(图1-A),
在7次采样中, ABA (雌/雄)的比值依次为1.31、
1.53、1.54、1.08、1.07、1.06和1.07。雄株中
IAA、GA3和ZR含量则显著高于雌株的, 在雄花初
蕾期(4-17)雌雄差异达到最高, 此时这三种激素(雌/
雄)比值分别为0.68、0.69和0.89。其中, 在雌雄株
ZR差异较小, 变化幅度不明显, 这可能与华中五味
子中的ZR含量相对较低有关(图1)。
2 华中五味子雌雄株花期叶片中内源激素含量比
值的变化
比较雌雄株不同采样时间各激素的比值, 结
果(图2)表明: GA3/IAA、IAA/ZR和GA3/ZR比值
的变化幅度较小, 呈现较低比值, 雌雄株在花形
成阶段 (4-9~4-25)相差不大。而ABA/IAA、
ABA/GA3和ABA/ZR比值的变化趋势较为相似,
总体逐渐升高, 呈现较高比值, 而雌株始终大于
雄株, 且在花形成阶段(4-9~4-25)上升趋势明显,
雌雄株差异显著或极显著, 在盛花期(5-3)直至花
期结束(5-27), 比值基本保持稳定, 雌雄差异相对
减小。
图2 华中五味子雌雄株花期叶片中内源激素比值的变化
Fig.2 Changes of endogenous hormone ratios of leaves in female and male plants of S. sphenanthera during flowering stage
熊宇婷等: 华中五味子雌雄株花期叶片中内源激素的比较 159
讨　　论
华中五味子花期较短, 选取的7次采样中, 营
养生长期和花期结束这两个阶段均无花器官, 而
华中五味子雌、雄株的花期也存在时间先后的差
异。因此, 对华中五味子整个花期雌雄株内源激
素的动态分析, 选用一致的营养器官更易于检测
与比较。而对于不同营养器官而言, 叶片中内源
激素的变化趋势大体上与同期芽中的含量变化相
似(王白坡等1999)。此外, 植物激素ABA、IAA和
GA3的主要合成部位在叶, 而ZR的主要合成部位
在根, 通过木质部从根向地上器官运输(Davies
2005)。本研究直接测定合成部位叶片中植物激素
的含量, 相对于其他部位更为准确。
对银杏(王白坡等1999)、栝楼(刘芸等2010)、
甜瓜(张建农和李计红2007)、绞股蓝(王庆亚等
2004)和番木瓜(赖瑞云等2009)等植物的研究表明,
雌雄株中内源激素的含量不一致, 可能是导致植
物向雌雄株分化重要因素之一。陈学好等(2002)
研究表明黄瓜雌雄花发育中ABA含量变化基本一
致, 差异小, ABA对黄瓜性别发育影响可能较小。
Frielander等(1977)则推测ABA有利于雄花的发育,
Rudich等(1972)持相反意见, 认为高水平的ABA可
能有利于黄瓜雌花发育。本实验结果也说明ABA
可能有利于华中五味子雌株的分化发育。细胞分
裂素也有利于黄瓜的雌花发育(陈学好等2002), 但
在玉米性别分化中的作用正好相反 (赵德刚等
1999); GA在多数植物上具有促雄作用, 但在苦瓜
上表现出明显地促雌作用(汪俏梅和曾广文1997)。
本研究结果表明, 维持一定高水平的IAA、GA3和
ZR可能有利于华中五味子分化为雄株。艾军等
(2006)的研究表明GA3抑制五味子的雌花形成 ,
ABA和玉米素(zeatin, ZT)则促进五味子雌花形
成。ZR和ZT都是细胞分裂素的一种, 它们在本实
验中的作用相反, 是由所测的ZR和ZT不同激素还
是华中五味子和五味子的不同种导致的, 仍有待
进一步分析。
在植物性别分化过程中通常表现为多种激素
相互协同作用的结果, 但有时候也表现为某种激
素处于主导地位, 其他激素对植物性别表达的效
应通过促进和抑制这种激素的活性而产生。植物
内的激素平衡可导致成花基因解除阻遏, 从而使
成花基因活化, 控制其性别分化(Luckwill 1970)。
童本群和郝忠颖(1991)发现, 核桃雌花芽分化是
ZT、GA3、IAA和ABA这4种激素作用于芽分生组
织的某一特定平衡的结果, ZT/GA3的高比值可以
促进雌花芽形成雌花原基; 较低水平的ABA可能
对GA3产生拮抗作用, 更有利于雌花芽分化; 在ZT
或GA3存在的条件下, IAA的促雌作用也会得到加
强。赖瑞云等(2009)对番木瓜研究表明, 雄株在花
芽分化期间的ZR/IAA、ZR/ABA比值明显增高,
这有利于雄花的分化与形成。本实验结果表明,
ABA在华中五味子雌雄分化时与IAA、GA3和ZR
起拮抗作用, 高比值的ABA/IAA、ABA/GA3和
ABA/ZR有利于雌株的分化发育, 说明ABA可能在
华中五味子性别分化过程中起着主导的作用。本
研究还发现, 初蕾期是华中五味子内源激素水平
变化的一个重要临界点, 与赖瑞云等(2009)对番木
瓜的研究结果一致, 在这一时期, 合成高水平的
ABA有利于雌株的发育, 而维持较高水平的IAA、
GA3和ZR则有利于雄株的发育, 这为华中五味子
野生抚育中雌雄株的早期鉴定提供了实验依据。
雌雄异株植物是研究激素与雌雄花分化发育
的特殊材料, 但目前的研究只停留在对激素含量
变化的描述中。进一步分析核酸和蛋白质等生物
大分子在植物性别分化过程中的变化及雌雄之间
的差异, 探讨它们与激素生物合成之间的相互关
系, 分离和鉴定雌雄特异表达基因, 对揭示植物性
别分化的激素调控机理是非常重要的。
参考文献
艾军, 王英平, 李昌禹, 郭修武, 李爱民(2006). 五味子花芽分化过程
中3种内源激素的消长. 中国中药杂志, 31 (1): 24~26
陈学好, 曾广文, 曹碚生(2002). 黄瓜花性别分化和内源激素的关
系. 植物生理学通讯, 38 (4): 317~320
国家药典委员会(2010). 中华人民共和国药典(2010年版). 北京: 中
国医药科技出版社, 227~228
赖瑞云, 苏明华, 林建忠, 谢志南, 林丽仙(2009). 番木瓜不同株性
植株初蕾前后叶片的内源激素水平. 热带作物学报, 30 (5):
575~578
李瑞丽, 卢龙斗, 高武军, 李书粉, 王琼(2006). 雌雄异株植物性别鉴
定的研究进展. 广西植物, 26 (4): 387~391
刘芸, 钟章成, 王小雪, 谢君, 杨文英(2010). 栝楼雌雄植株激素和多
胺含量的比较. 园艺学报, 37 (10): 1645~1650
孟金陵, 刘定富, 罗鹏(1997). 植物生殖遗传学. 北京: 科学出版社,
1~32
植物生理学报160
齐永平, 顾蔚, 罗成, 王喆之(2009). 华中五味子种子的发育和3种内
源激素含量的变化. 植物生理学通讯, 45 (6): 615~618
覃喜军, 黄夕洋, 蒋水元, 李虹, 戴俊, 韦荣昌, 李锋(2010). 罗汉果
花芽分化过程中内源激素的变化. 植物生理学通讯, 46 (9):
939~942
童本群, 郝忠颖(1991). 核桃雌花分化的内源激素模式. 林业科学,
27 (4): 401~409
王白坡, 程晓建, 戴文圣, 杨飞峰(1999). 银杏雌雄株内源激素和核
酸的变化. 浙江林学院学报, 16 (2): 114~118
汪俏梅, 曾广文(1997). 高等植物性别分化的诱导信号. 植物生理学
通讯, 33 (2): 147~151
王庆亚, 郭巧生, 孙建云, 张守栋, 李扬汉(2004). 绞股蓝雌雄株的识
别及内源激素变化的研究. 中国中药杂志, 29 (9): 837~840
张建农, 李计红(2007). 甜瓜不同性别花蕾发育中激素和多胺的变
化. 园艺学报, 34 (5): 1195~1200
赵德刚, 韩玉珍, 傅永福, 国凤利, 孟繁静(1999). 玉米雌、雄穗与叶
片内几种激素含量的比较. 植物生理学报, 25 (1): 57~65
中国科学院中国植物志编辑委员会(1996). 中国植物志(第三十卷,
第一分册). 北京: 科学出版社, 231~269
Davies PJ (2005). The plant hormones: Their nature, occurrence and
function. In: Davies PJ. Plant Hormones: Biosynthesis, Signal
Transduction, Action! (3rd). Dordrecht: Kluwer Academic Pub-
lishers, 1~15
Frielander M, Atsmon D, Galun E (1977). Sexual differentiation in
cucumber: abscisic acid and gibberellic acid contents of various
sex genotypes. Plant Cell Physiol, 18: 681~691
Khryann VN (2002). Role of phytohormones in sex differentiation in
plants. Russ J Plant Physiol, 49: 545~551
Koshita Y, Takahara T, Ogata T, Goto A (1999). Involvement of en-
dogenous plant hormones (IAA, ABA, GAS) in leaves and flower
bud formation of satsuma mandarin (Citrus unshiu Marc.). Sci
Hort, 79: 185~194
Luckwill LC (1970). The control of growth and fruitfulness of apple
trees. In: Luckwill LC. The Physiology of Tree Crops. New
York: Academic Press, 237~254
Rudich J, Halevy AH, Kedar N (1972). The level of phytohormones in
monoecious and gynoecious cucumber as affected by photope-
riod and ethephon. Plant Physiol, 50: 585~590
Smith AC (1947). The families Illiciaceae and Schisandraceae. Sar-
gentia, 7: 1~244
Souza BM, Kraus JE, Endres L, Mercier H (2003). Relationships
between endogenous hormonal levels and axillary bud develop-
ment of Ananas comosus nodal segments. Plant Physiol Bio-
chem, 41: 733~739