全 文 ：植物生理学通讯 第 46 卷 第 9 期, 2010 年 9 月 895
收稿 2010-03-22 修定 　2010-06-23
资助 国家自然科学基金(30600380; 20872039)和广东省自然
科学基金(0 3 9 2 1 3 )。
致谢 暨南大学生命科学技术学院岑颖洲教授提供蕨藻红素药品。
* 共同通讯作者 (E-mail: jinxwang@scau.edu.cn, wenxgu@
scau.edu.cn; Tel: 020-85280156)。
蕨藻红素促进大豆插条不定根的形成
吴伦秀 1, 何庭玉 1, 谷文祥 1,*, 王金祥 2,3,*
华南农业大学 1 理学院, 2 资源与环境学院, 3 根系生物学研究中心, 广州 510642
提要: 对蕨藻红素影响大豆下胚轴插条不定根形成的研究表明: 蕨藻红素促进大豆插条不定根的形成, 其最适浓度为0.5 μmol·L-1,
最适处理时间为 2 d。0.5 μmol·L-1蕨藻红素处理大豆插条后, 不定根诱导阶段(0~24 h)的 POD、CAT、IAAox活性较低; 而
不定根形成生长阶段(24~72 h)的CAT和 IAAox活性较高, POD活性低于未作处理的。试验推测蕨藻红素促进大豆插条不
定根形成的生理基础可能与其影响 POD、CAT和 IAAox活性有关。
关键词: 蕨藻红素; 不定根; 大豆插条; 酶活性
Caulerpin Stimulating Adventitious Rooting in Soybean Hypocotyl Cuttings
WU Lun-Xiu1, HE Ting-Yu1, GU Wen-Xiang1,*, WANG Jin-Xiang2,3,*
1College of Science; 2College of Resources and Environment; 3Root Biology Center, South China Agricultural University, Guangzhou
510642, China
Abstract: Effect of caulerpin on adventitious rooting of soybean hypocotyl cuttings and the physiological basis
of its effect on rooting was explored in this study. The results indicated that application of caulerpin stimulated
adventitious rooting of soybean cuttings. The optimal concentration of caulerpin is 0.5 μmol·L-1 and the optimal
application time period is 2 days. Compared to the control, peroxidase (POD), catalase (CAT) and IAA oxidase
(IAAox) activities of soybean cuttings treated with 0.5 μmol·L-1 caulerpin were at lower level in induction stage
of rooting, CAT and IAAox activities were higher but POD activity was lower in growth stage (24–72 h). Taken
together, it is proposed that caulerpin promotes adventitious rooting possibly through mediating activities of
POD, CAT and IAAox.
Key words: caulerpin; adventitious root; soybean cuttings; enzyme activity
蕨藻红素(caulerpin)是从蕨藻属海藻中提取的
次生代谢物质, Aguilar-Santos 和 Doty (1968)最早
从蕨藻属(Caulerpa)总状蕨藻棒状变种(Caulerpa
racemosa var .c larifera)、棒叶蕨藻(Caulerpa
sertularioides)和齿形蕨藻(Caulerpa serrulata)中分
离得到蕨藻红素。杨宜婷等(2002)报道蕨藻红素
具有一定的抗肿瘤活性, 但有关其植物生理作用的
报道较少。吕扬等(1994)研究蕨藻红素结构发现,
蕨藻红素的分子式为C24H18N2O4。吲哚乙酸(indole
acetic acid, IAA)含AB环, 而蕨藻红素同时含有2个
AB环(图1), 与吲哚乙酸在结构上具有相似性, 可能
具有与吲哚乙酸类似的生理作用。广为人知的是,
在众多的次生代谢化合物中, 生长素类物质可以促
进植物特别是根系生长发育(黄丽波等 2000; 王乔
春 1992)。为此本文以大豆为供试材料, 研究了蕨
藻红素对大豆插条不定根形成和生长的影响及其生
图 1 蕨藻红素及吲哚乙酸分子结构式
Fig.1 The structure of caulerpin and indole acetic acid
研究报告 Original Papers
植物生理学通讯 第 46 卷 第 9 期, 2010 年 9 月896
理基础, 为将来在农业生产上利用蕨藻红素调节作
物根系生长发育提供参考。
材料与方法
大豆 [Glycine max (L.) Merr] 品种为 ‘ 本地二
号 ’。蕨藻红素由暨南大学化学系提供; 二甲基亚
砜(DMSO)、IAA、牛血清蛋白、考马斯亮蓝 G-
250 均为 Sigma 公司产品, 其他均为国产分析纯。
大豆(水培)培养液的母液配方如下。母液 1:
2 500 mmol·L-1 KNO3、2 500 mmol·L-1 Ca(NO3)2·
4H2O、82 mmol·L-1 Fe-EDTA (Na)、4.57 mmol·L-1
MnCl2·4H2O。母液 2: 250 mmol·L-1 K2SO4、1 000
mmol·L-1 MgSO4·7H2O、0.38 mmol·L-1 ZnSO4·
7H2O、1.57 mmol·L-1 CuSO4·5H2O、0.09 mmol·L-1
(NH4)6Mo7O2·4H2O、23.13 mmol·L-1 H3BO3。母液
3: 0.5 mmol·L-1 KH2PO4。
分别取 1 mL 母液 1、1 mL 母液 2 和 1 mL
母液 3 依次加入 500 mL 蒸馏水中, 再用蒸馏水定
容至1 000 mL, 用1 mol·L-1的NaOH和HCl调节pH
值为 6.0, 得到空白大豆培养液, 自然条件下配制,
无需灭菌。
大豆用卷纸培法培养 6 d, 选取长势、子叶大
小、下胚轴粗细一致、苗高 67 mm 的大豆幼苗,
切去距子叶 60 mm 以下部分得到大豆插条。
因蕨藻红素难溶于水, 首先用 DMSO 配制 1
mmol·L-1 蕨藻红素母液, 然后用大豆培养液配制成
0.01、0.05、0.1、0.25、0.5 和 1 μmol·L-1 的蕨
藻红素处理溶液, 以空白大豆培养液(不含蕨藻红素
但含与处理相同浓度DMSO, 下同)作对照, 每个浓
度 3 组, 每组 4 个插条。培养条件: 光 / 暗周期为
16 h (光) /8 h (暗)、光照强度为 150 μmol·m-2·s-1、
温度为 22 ℃ (光) /20 ℃ (暗), 相对湿度为 80%, 处
理 2 d, 再换用不含蕨藻红素、其他成分完全相同
的空白大豆培养液培养, 第3天测量上下胚轴长度,
第 6 天测量不定根数目、总长、生根范围及干重,
确定最适浓度。
在同样的培养条件下, 用最适浓度的蕨藻红素
分别处理大豆插条 0、0 . 1、0 . 5、1、2、24 和
48 h后换用大豆营养液培养, 第 3天测量上下胚轴
长度, 第 6天测量不定根数目, 确定最佳处理时间。
用以上试验得到的最适浓度蕨藻红素以最佳
处理时间处理大豆插条后换用大豆培养液培养, 同
时以空白大豆培养液培养相同时间作对照, 在不同
时间点(以插条离体后开始计时) , 即 0、2、12、
24、36、48、60 和 72 h 收集插条下胚轴(长 4 cm)
各约1 g。分别用比色法测试过氧化物酶(peroxidase,
POD) (李忠光和龚明 2008; 李玲 2009)、过氧化
氢酶(catalase, CAT)(刘家豪 1957; 王春台等 1987)
和吲哚乙酸氧化酶(IAA oxidase, IAAox) (李玲2009)
的活性; 用考马斯亮蓝G-250法测定提取液总蛋白
质的含量。
POD以1 min内OD值减少0.01的酶量为1个
酶活性单位(U), POD 活性[U·mg-1 (蛋白)·min-1]=
(ΔA470×VT)/(W0×Vs×0.01×t), 其中 ΔA470 为反应时间
内吸光值的变化, VT 为提取液体积(mL), Vs 为测定
时取用酶液体积(mL), W0 为酶反应的蛋白质重量
(mg), t 为反应时间(min), 下同。CAT活性[OD·mg-1
(蛋白)·min-1]=(ΔA240×V)/(W0×Vs×t), 其中 ΔA240 为反
应时间内吸光度的变化。IAAox 活性[mg·g-1 (蛋
白)·min-1]= (C2-C1)×V1/(1/VT×V×W×t), 其中C1 为反
应液中残留的IAA值, C2为无酶提取液中IAA值, V
为反应液中初提取液体积(mL), V1 为反应液体积
( mL)。
对蕨藻红素不同浓度和不同处理时间的不定
根数目、根长、生根范围长度(定义为下胚轴形
态学下端至上端的生根区域长度)及酶活性数据等
用SAS6.2软件作单因素方差分析的Duncan法多重
比较, 所有试验均重复 3 次。
结果与讨论
1 蕨藻红素促进大豆插条不定根的形成
用0~1 μmol·L-1蕨藻红素处理大豆下胚轴插条
2 d 后继续用大豆培养液培养 4 d。试验发现蕨藻
红素在 0.01~0.5 μmol·L-1 浓度范围内, 促进大豆插
条不定根形成; 随着蕨藻红素浓度的增加, 不定根
数增加; 当浓度为 0.5 μmol·L-1 时, 不定根数量显著
增多, 和未处理相比, 增加 97.3%; 当浓度达到 1.0
μmol·L-1 时插条萎缩, 不定根数目为 0 (图 2)。表明
蕨藻红素促进不定根形成的效果取决于浓度, 浓度
过高, 对插条造成伤害。
从表1可见, 不同浓度蕨藻红素对大豆生根范
围长度影响不明显; 和未作处理相比, 0.01~0.50
植物生理学通讯 第 46 卷 第 9 期, 2010 年 9 月 897
表 1 蕨藻红素对大豆插条生根范围长度及上下胚轴长度的影响
Table 1 Effect of caulerpin on adventitious rooting range and hypocotyl length in soybean hypocotyl cuttings
蕨藻红素浓度 /μmol·L-1 生根范围长度 /mm 插条上胚轴长度 /cm 插条下胚轴长度 /cm
0 0.99±0.236 6a 4.03±0.423 3ab 6.83±0.123 6a
0.01 0.90±0.163 1a 4.58±0.399 6a 6.50±0.177 2a
0.05 1.08±0.390 0a 4.43±0.587 1a 6.66±0.120 3a
0.10 0.71±0.117 3a 4.06±0.426 6ab 6.54±0.118 0a
0.25 0.84±0.158 7a 2.96±0.609 4ab 6.76±0.160 8a
0.50 1.25±0.210 6a 2.54±0.656 8b 6.49±0.123 0a
　　表中数据为 3 次重复实验的平均数和标准误, 不同小写字母表示处理间差异显著(P<0.05), 下表同。
图 2 蕨藻红素对大豆插条不定根形成的影响
Fig.2 Effect of caulerpin on adventitious rooting in soybean hypocotyl cuttings
不同小写字母表示差异显著(P<0.05), 下图同。
表 2 蕨藻红素对大豆切条不定根鲜重和干重的影响
Table 2 Effect of caulerpin on fresh and dry weight of
adventitious roots in soybean hypocotyl cuttings
蕨藻红素浓度 / 不定根鲜重 / 不定根干重 /
μmol·L-1 mg·(插条)-1 mg·(插条)-1
0 102.5±2.500 0d 58.0±1.322 9d
0.01 137.5±3.818 8a 75.6±0.288 7a
0.05 135.0±2.886 7a 67.0±1.181 5c
0.10 140.8±0.833 3a 70.8±1.010 4b
0.25 107.5±1.443 4c 57.4±0.982 5d
0.50 117.5±5.204 2b 58.0±1.607 3d
理的大豆插条, 不定根鲜重均明显增加, 浓度为
0.01、0.05 和 0.10 μmol·L-1 时增加最明显; 0.01、
0.05 和 0.10 μmol·L-1 蕨藻红素处理明显促进不定
根干重, 但处理浓度过高不能显著提高干重。
2 0.50 μmol·L-1 蕨藻红素处理不同时间对大豆插
条生根效果的影响
由于0.50 μmol·L-1蕨藻红素促进大豆插条不定
根形成效果最好。所以用 0.50 μmol·L-1 蕨藻红素
分别处理大豆插条不同时间, 观察促进作用与处理
时间的相关性。结果表明, 0.50 μmol·L-1 的蕨藻红
素处理大豆, 短时间处理(0.1、0.5 和 1 h)促进生
根的效果不明显; 而长时间处理(2 h 和 48 h)均促
进不定根的形成, 和对照比差异显著, 其适宜处理
时间为 48 h (图 3)。
对不定根总长度分析(图 4)表明, 当蕨藻红素
处理时间为 2 h 时, 不定根总长度最大, 和未作处
理相比, 促进率达 58.3%, 其他处理也明显增加插
μmol·L-1 蕨藻红素对插条上胚轴生长影响不明显(差
异未达显著水平) ; 和未作处理相比, 0.01~0.50
μmol·L-1蕨藻红素对大豆插条下胚轴生长影响不明
显(差异不显著)。
对插条不定根鲜重和干重分析(表 2)可知, 和
不作处理的相比, 0.01~0.50 μmol·L-1的蕨藻红素处
植物生理学通讯 第 46 卷 第 9 期, 2010 年 9 月898
条不定根总长度; 和未作处理相比, 不同时间蕨藻
红素处理明显增加不定根总面积。综合考虑不定
根数目、不定根总长度和面积(图 3 和图 4), 蕨藻
红素处理大豆插条最适时间为 48 h。
图 3 0.50 μmol·L-1 蕨藻红素处理不同时间对不定根形成的影响
Fig.3 Effect of 0.50 μmol·L-1 caulerpin treatment at different time periods on adventitious root formation
图 4 0.50 μmol·L-1 蕨藻红素处理不同时间对不定根总长度和总面积的影响
Fig.4 Effect of 0.50 μmol·L-1 caulerpin treatment at different time periods on total length and
area of adventitious roots in soybean cuttings
3 0.50 μmol·L-1 蕨藻红素处理大豆插条对 POD、
CAT和 IAAox活性的影响
已有研究表明: POD、CAT 和 IAAox 与不定
根的形成有密切关系(Pan 和 Tian 1999; 王金祥等
2005; Li 等 2007); IAAox 与内源 IAA 的代谢有关,
CAT与POD可调节植物体内H2O2的水平; POD活
性高的植物插条生根快(Fekete 等 2002)。H2O2 是
生长素诱导幼苗外植体不定根形成过程中的信号因
子, 可能作为下游信号参与生长素诱导的不定根形
成(李建华等 2006)。因此为了探究蕨藻红素促进
大豆插条不定根形成的生理基础, 测定了蕨藻红素
对大豆插条 POD、CAT 和 IAAox 活性的影响。
从图 5 可知, 在插条切后 0~60 h, 未作处理和
蕨藻红素处理的大豆插条POD活性总体都呈上升
趋势, 其中在2 h和12 h, 蕨藻红素处理的比未作处
理的略低, 但差异不显著; 而在 24~48 h, 蕨藻红素
处理的POD活性略高于未作处理的(差异未达显著
水平); 在 60 h蕨藻红素处理的POD活性略低于未
作处理的(差异未达显著水平); 72 h蕨藻红素处理
的与未处理的插条POD活性相当。插条离体后24
植物生理学通讯 第 46 卷 第 9 期, 2010 年 9 月 899
h内是不定根形成的诱导期, IAA诱导H2O2合成(李
建华等 2006), 此时高水平的活性氧有利于不定根
原基的启动。黄瓜插条离体后48 h, 高水平的POD
可促进木质素的合成, 加快细胞分裂和新细胞壁的
形成(董玉等 2007)。结果表明: 插条离体后 24~48
h期间, 尽管未达显著水平, 但蕨藻红素处理的POD
活性还是比未作处理的略高, 这可能是蕨藻红素处
理插条 2 d生根效果较好的原因之一; 大豆插条离
体后 72 h, 可观察到不定根原基突破表皮, 此时较
低水平的 POD 活性, 可能有利于不定根生长。
关于 CAT 活性影响不定根形成的报道较少。
从图 6可以看出, 蕨藻红素处理的大豆插条和未处
理的 CAT 活性变化趋势不相同。在 0~24 h, 都是
呈现短期下降随后上升的趋势, 但蕨藻红素处理的
CAT 活性较未处理的低, 特别是在 2 h 时, 差异达
到显著水平; 可能原因是主根切离插条对植物是伤
害, 而伤害可诱导合成H2O2作为第二信使物质启动
系列反应(Li 等 2007), 此时低水平的 CAT 有利于
图 5 0.50 μmol·L-1 蕨藻红素对大豆插条 POD 活性的影响
Fig.5 Effect of 0.50 μmol·L-1 caulerpin treatment on POD activity of soybean cuttings
图 6 0.50 μmol·L-1 蕨藻红素处理对大豆插条 CAT 活性的影响
Fig.6 Effect of 0.50 μmol·L-1 caulerpin treatment on CAT activity of soybean cuttings
植物生理学通讯 第 46 卷 第 9 期, 2010 年 9 月900
H2O2 产生而促进不定根原基的诱导。在 36~72 h
期间, 蕨藻红素处理的 CAT 水平高于未作处理的,
其中在 36、60 和 72 h, 蕨藻红素处理的 CAT 活
性均高于未作处理的, 差异达显著水平, 而在 48 h,
蕨藻红素处理的和未处理的差异不明显。以上结
果说明蕨藻红素可影响 CAT 活性, 插条离体后
36~72 h是不定根原基发育壮大并突破表皮阶段, 此
时高水平的H2O2可能不利于不定根生长发育, 而蕨
藻红素处理导致CAT活性在此阶段高可以促进不
定根的生长; 因此蕨藻红素处理的不定根数目和总
长度均比对照高(图 3 和图 4)。
不定根形成早期阶段需较高浓度的IAA(张昉
和郭素娟 2006)。从图 7 可知, 在 0~24 h, 未处理
的大豆插条IAAox活性变化不明显; 而蕨藻红素处
理的是先下降后上升, 但各时间点差异不明显。在
2 h 和 12 h, 未处理的 IAAox 活性略高于蕨藻红素
处理的, 表明此时低水平的 IAAox可能使内源 IAA
含量高, 从而促进早期的细胞分裂。在 24~72 h期
间, 未作处理的 IAAox 活性是下降的趋势, 而蕨藻
红素处理的是上升的趋势; 在 36、48 和 60 h, 蕨
藻红素处理的IAAox活性略高于未作处理的, 但差
异未达显著水平, 而在 72 h, 蕨藻红素处理的酶活
性显著高于对照的。推测可能原因是蕨藻红素处
理大豆插条后, 插条吸收蕨藻红素后在体内通过目
前还未知的代谢途径转化为 IAA, 从而增加内源
IAA的含量, 而过高的 IAA含量不利于不定根原基
的后期发育和生长, 后期高水平的IAAox活性可促
进 IAA 的降解; 插条离体后 72 h 是大豆不定根原
基突破表皮生长的阶段, 此时高水平IAAox活性可
能有利于维持插条体内低水平 IAA。
图 7 0.50 μmol·L-1 蕨藻红素处理对大豆插条 IAAox 活性的影响
Fig.7 Effect of 0.50 μmol·L-1 caulerpin on IAAox activity of soybean cuttings
总之, 蕨藻红素是一种能从海藻中提取的次生
代谢物质, 本研究证明蕨藻红素能有效促进大豆不
定根的生长和发育, 且有效浓度很低。蕨藻红素促
进大豆离体插条生根的原因可能是: 外施蕨藻红素
降低插条离体后早期(0~24 h, 即不定根诱导阶段)
POD、CAT和 IAAox 活性以及提高后期(24~72 h)
CAT和IAAox活性, 尤其是蕨藻红素处理对CAT和
IAAox 活性影响较大; 插条离体后 0~2 h是一个关
键的时间窗口, 此时蕨藻红素处理的插条CAT活性
明显低于对照(图6); 试验提示蕨藻红素促进生根可
能是通过调节H2O2和IAA水平来实现的, 但很多细
节还需要深入研究。将来蕨藻红素可能作为生长
素的替代品而促进农作物根系发育, 在农业生产上
得到广泛应用。
参考文献
董玉, 孟宁, 李师翁(2007). H2O2 对黄瓜不定根形成中抗氧化酶活
性的影响. 兰州交通大学学报(自然科学版), 26 (6): 140~144
黄丽波, 岑颖洲, 徐石海, 李药兰, 许少玉, 伍秋明(2000). 海藻中
植物生理学通讯 第 46 卷 第 9 期, 2010 年 9 月 901
植物生长激素 Caulerpin 的研究进展. 天然产物研究与开发,
13 (2): 74~78
李玲(2009). 植物生理学模块实验指导. 北京: 科学出版社, 95~98
李建华, 刘银谦, 吕品, 李洋, 杜静, 陈玉玲(2006). H2O2 在黄瓜和
绿豆下胚轴不定根形成中的作用. 西北植物学报, 26 (12):
2506~2510
李忠光, 龚明(2008). 愈创木酚法测定植物过氧化物酶活性的改
进. 植物生理学通讯, 44 (2): 323~324
刘家豪(1957). 在测定过氧化氢酶活动度时, 对酶提取液和过氧
化氢液适当用量的确定. 植物生理学通讯, (6): 43~44
吕扬, 卢多, 郑启泰, 廉斌, 苏镜娱, 岑颖洲(1 99 4) . 蕨藻红素
(Caulerpin)的结构分析. 结构化学, 13 (6): 472~476
王春台, 徐同, 刘学群(1987). 紫外分光光度法测定过氧化氢酶的
活性. 华中农业大学学报, 6 (1): 77~81
王金祥, 严小龙, 潘瑞炽(2005). 不定根形成与植物激素的关系.
植物生理学通讯, 41 (2): 133~142
王乔春(1992). 植物激素与插条不定根的形成. 四川农业大学学
报, 10 (1): 33~39
杨宜婷, 岑颖洲, 肇静娴, 狄静芳(2002). 麒麟菜中蕨藻红素抗肿
瘤活性研究. 中国病理生理杂志, 18 (7): 851~852
张昉, 郭素娟(2006). 不定根发生机理的研究进展. 广东林业科
技, 22 (3): 91~95
Aguilar-Santos G, Doty MS (1968). Chemical studies on three
species of the marine algal genus Caulerpa. Drug Sea Trans
Symp, 173~176
Fekete S, Mandy A, Stefanovits-Banyai E (2002). Change of
peroxidase enzyme activities in annual cuttings during rooting.
Acta Biol Szeged, 46 (3-4): 29~31
Li SW, Xue LG, Xu SJ, Feng HY, An SZ (2007). Hydrogen peroxide
involvement in formation and development of adventitious
roots in cucumber. Plant Growth Regul, 52: 173~180
Pan RC, Tian XS (1999). Comparative effect of IBA, BSAA and
5,6-Cl2-IAA-Me on the rooting of hypocotyl in mung bean.
Plant Growth Regul, 27: 91~98