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Changes of Endogenous Hormones in Adventitious Root Forma tion in Soft-wood Cuttings of Autotetraplo id Grape Muscat Hamburg

同源四倍体玫瑰香葡萄嫩枝扦插不定根发生过程中内源激素的变化



全 文 :园  艺  学  报  2009, 36 (4) : 565 - 570
Acta Horticulturae Sinica
收稿日期 : 2008 - 11 - 21; 修回日期 : 2009 - 03 - 023 通讯作者 Author for correspondence ( E2mail: zzhgy@ tom1com)
同源四倍体玫瑰香葡萄嫩枝扦插不定根发生过程中
内源激素的变化
齐永顺 1, 2 , 张志华 13 , 王同坤 2 , 杜国强 1 , 张京政 2
(1 河北农业大学园艺学院 , 河北保定 071001; 2 河北科技师范学院园艺园林系 , 河北昌黎 066600)
摘  要 : 以葡萄同源四倍体玫瑰香和其二倍体玫瑰香母株的嫩枝插条为试材 , 研究了扦插生根过程中
(0~18 d) 生根部位皮层的内源激素含量变化。结果表明 : 玫瑰香葡萄同源加倍以后 , 不仅改变了不同时
期插条生根部位皮层的内源激素水平 , 也改变了该部位对外施 NAA的反应。在不定根诱导期 ( 0~3 d) ,
促进生根的生长素水平下降 , 抑制生根的脱落酸和赤霉素含量上升 , 生长素与脱落酸和赤霉素的比值下降 ;
应用 NAA处理以后 , 在根原基诱导期 (0~3 d) , 赤霉素、玉米素和玉米素核苷含量不降反升 , 改变了内
源激素的整体变化态势。分析认为 , 同源加倍后嫩枝插条生根部位内源激素的代谢变化是造成其生根能力
降低的主要原因之一。
关键词 : 葡萄 ; 同源四倍体 ; 嫩枝扦插 ; 内源激素 ; 不定根
中图分类号 : S 66311  文献标识码 : A  文章编号 : 05132353X (2009) 0420565206
Changes of Endogenous Horm ones in Adven titious Root Forma tion in Soft2
wood Cuttings of Autotetraplo id Grape M usca t Ham burg
Q I Yong2shun1, 2 , ZHANG Zhi2hua13 , WANG Tong2kun2 , DU Guo2qiang1 , and ZHANG J ing2zheng2
(1D epartm ent of Horticu lture, A gricu ltura l U niversity of Hebei, B aod ing, Hebei 071001, China; 2D epartm en t of Horticulture &
Landscape A rch itecture, Hebei N orm al U niversity of Science & Technology, Chang li, Hebei 066600, China)
Abstract: The changes of endogenous hormones in adventitious root formation in softwood cuttings of au2
totetrap loid grape Muscat Hamburg were studied. The results showed that endogenous hormones levels of cortex
in rooting portions were not only changed, but also the response to exogenous NAA was changed afterMuscat
Hamburg was doubled. It showed as follows: In adventitious root induction period (0 - 3 d) , the auxin levels
which can p romote rooting were decreased, the abscisic acid and gibberellin which can inhibit rooting were in2
creased, then the ratio of auxin / abscisic acid and gibberellin decreased. In root p rimary period, a rising of the
content of gibberellin, zeatin and zeatin riboside instead of decreasing after exogenous auxin app lied. The
overall change of endogenous hormones was changed. In conclusion, it was one of the main reasons for the
decreased rooting ability of softwood cuttings of grape Muscat Hamburg that homologous doubling changed the
metabolism of endogenous hormones in rooting portions.
Key words: grape; autotetrap loid; softwood cuttings; endogenous hormone; adventitious root
同源四倍体玫瑰香葡萄是河北农业大学与河北科技师范学院合作 , 于 1984年利用秋水仙素进行
玫瑰香茎尖诱变获得的四倍体新品种 (罗耀武 等 , 1997)。该品种果实大 , 成熟早 (提早 10 d左
右 ) , 具有玫瑰香风味 , 生长旺盛。但研究发现 , 同源四倍体玫瑰香在生根特性上发生了较大变化 ,
表现为嫩枝插条不定根数量少 , 根系长度短 , 生根率低等 (齐永顺 等 , 2008)。
内源激素在扦插生根过程中具有重要作用 , 围绕内源植物激素与生根的关系 , 已有了大量的研究
园   艺   学   报 36卷
工作 (郑均宝 等 , 1991; 刘桂丰 等 , 2001; 敖红 等 , 2002; 李亦凡和曹福亮 , 2004; 张芹 等 ,
2007) , 但同源四倍体葡萄嫩枝扦插过程中的内源激素变化尚未见报道。本试验中以同源四倍体玫瑰
香和其二倍体玫瑰香母株的嫩枝插条为试材 , 测定了扦插生根过程中生根部位皮层的内源激素变化 ,
以及对外源植物生长调节剂的应答反应 , 旨在为探讨同源四倍体玫瑰香葡萄的生根生理机制提供参考。
1 材料与方法
111 材料
试验于 2007年 7月 7—25日在河北科技师范学院实习基地的全光照自动喷雾扦插育苗床进行。
材料为同源四倍体玫瑰香葡萄和其同龄的二倍体玫瑰香母株上采集的半木质化嫩枝插条。选择健壮、
粗细一致、无病虫害的枝段作插穗 , 将其剪截成两个芽段的插条 , 疏除下部的叶片并将上部的叶片剪
掉 1 /4~1 /3叶面积。
112 方法
试验设 4个处理 , 即同源四倍体玫瑰香和二倍体玫瑰香插条直接扦插 , 用 1 000 mg·kg- 1萘乙酸
速蘸同源四倍体玫瑰香和二倍体玫瑰香插条基部 (0~5 cm处 ) 3 s, 晾干后扦插。采用洁净过筛的
细河砂为基质 , 扦插前用清水洗净并用 800倍的多菌灵消毒。扦插深度 5 cm, 每插箱 (小区 ) 30个
插条 , 重复 3次 , 随机排列。为满足设计 7次采样的要求 , 每个处理扦插 21箱 , 共计 84箱。
从扦插当天开始 , 每 3 d取 1次样品 , 剪取扦插基质内的插条基部茎段 , 用蒸馏水洗净 , 剥取该
部分韧皮部 , 充分剪碎、混匀 , 保存于 - 60 ℃低温冷柜中备用。
称取 2 g左右的样品放入小瓶中 , 放入真空冷冻干燥机内冷冻干燥 48 h, 取出样品粉碎、研磨成
粉末状并过筛 , 称 50 mg放入 10 mL离心管中 , 加入 80%甲醇 (含 1%的冰醋酸 ) , 在 4 ℃冰箱中浸
提 12 h, 取出震荡 015 m in, 4 ℃、12 000 r·m in - 1、离心 10 m in, 取出上清液 1 mL加 7 mL蒸馏水 ,
过已经用含 1%冰醋酸 (体积比 ) 的异丙醇 (3 mL) , 100%甲醇 (3 mL) , 含 1%冰醋酸的 10%甲醇
(体积比 3 mL) 活化、稀释好的 18 C柱 , 用含 1%冰醋酸的 10%甲醇 (体积比 ) 清洗杂质 , 含 1%冰
醋酸的 80%甲醇 (体积比 1 mL) 洗脱 , 用 115 mL离心管收集洗脱液 , 上机测试。测定条件 : 流速
017 mL·m in - 1 ; 波长 254 nm; 柱温 30 ℃。
试验数据采用 DPS软件分析。
2 结果与分析
211 同源四倍体玫瑰香和二倍体玫瑰香扦插生根的情况
形态观察结果显示 : 在扦插 18 d时 , 同源四倍体玫瑰香嫩枝扦插不定根率仅为 5114% , 平均每
个插条的不定根数量仅为 413条 , 不定根总长度仅为 214 cm, 均显著低于其二倍体母株 ( 7918% ,
712条和 1914 cm) , 表现同源四倍体玫瑰香的生根能力较其二倍体母株显著下降。1 000 mg·kg- 1的
萘乙酸处理不同程度地提高了同源四倍体玫瑰香和原二倍体母株嫩枝扦插的生根能力 (齐永顺 等 ,
2008) ; 形态解剖结果显示 : 各处理不定根的发育时期均可划分为 3个时期 , 即根原基诱导期 (扦插
后 0~3 d) , 根原基发育期 (扦插后 6~9 d) 和不定根发育期 (扦插后 12~18 d)。
212 生根过程中的激素含量的变化
21211 生长素 ( IAA )  
如图 1, A所示 , 二倍体玫瑰香两个处理各时期的吲哚乙酸含量变化幅度较大。其中 , 生根最好
的二倍体玫瑰香加 NAA (2x +NAA) 处理峰值出现在扦插当天 , 生根较好的二倍体玫瑰香 (2x) 处
理峰值出现在扦插后 3 d (根原基发育期 ) ; 四倍体玫瑰香的两个处理各期含量变化幅度较小 , 没有
出现明显的高峰。
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 4期 齐永顺等 : 同源四倍体玫瑰香葡萄嫩枝扦插不定根发生过程中内源激素的变化  
  同时期各处理生长素含量比较 , 差异较大的
时期出现在扦插后 3 d ( F > F0101 , 根原基诱导
期 ) 和扦插后 15 d ( F > F0101 , 不定根发育期 )。
由此可见 , 根原基诱导期 (扦插后 0~3 d) 高水
平的吲哚乙酸含量可能利于生根。
21212 玉米素 ( ZT)  
生根最差的四倍体玫瑰香 (4x) 处理在根原
基诱导期、根原基发育期和不定根发育期 , 其玉
米素含量均表现缓慢上升的趋势 ; 生根性状较差
的四倍体玫瑰香加 NAA (4x +NAA ) 处理则围绕
4x的含量曲线上下波动 ; 生根性状较好的 2x处
理在扦插的 0~9 d含量缓慢上升 , 其后逐渐下
降 ; 生根最好的 2x +NAA处理在扦插后的 0~6 d
缓慢上升 , 其后逐渐下降。NAA处理降低了二倍
体玫瑰香嫩枝插条内的玉米素含量 , 且在扦插后
0~3 d改变了其含量的变化趋势 ; 但对四倍体玫
瑰香嫩枝扦插部位皮层内玉米素含量的影响则表
现提高和降低的交替现象 (图 1, B )。
21213 玉米素核苷 ( ZR)  
由图 1, C可见 , 未经萘乙酸处理的二倍体
玫瑰香和四倍体玫瑰香玉米素核苷含量的变化趋
势在扦插后 3~15 d基本相同 , 2x处理的含量水
平较低 ; 且在扦插后 0~3 d和 15~18 d二者的变
化趋势相反。
经 NAA处理后 , 降低了二倍体玫瑰香嫩枝扦
插部位皮层内的玉米素核苷含量 , 且扦插后 0~3
d的下降趋势明显 ; 但同源四倍体材料内的含量
表现与玉米素相似的趋势 , 即围绕 4x处理的曲线
上下交替变化。
同时期各处理之间 , 其含量有两个具有显著
差异的时期 : 一个是在根原基诱导期 (扦插后 3
d) , 4x处理极显著高于 2x + NAA 处理 ( F >
F0101 ) ; 一个是根原基发育期 (扦插后 9 d) , 4x
+NAA 处理极显著高于 2x + NAA 处理 ( F >
F0101 )。
21214 赤霉素 ( GA )  
在根原基诱导期 (扦插后 0~3 d) , 生根性能
最差的 4x处理和生根较差的 4x +NAA处理的赤霉
素含量上升 , 其变化趋势与生根较好的 2x和 2x +
NAA两个处理完全相反 , 生根最好的 2x +NAA处
图 1 同源四倍体玫瑰香 ( 4x) 和二倍体玫瑰香 ( 2x)
葡萄扦插生根过程中内源激素含量变化
F ig. 1 Changes of endogenous horm ones con ten t
in adven titious root forma tion in cuttings of
autotetraplo id M usca t Ham burg ( 4x) and
M usca t Ham burg ( 2x)
765
园   艺   学   报 36卷
理的含量极显著低于 4x和 4x + NAA 处理 ( F >
F0101 , 且各时期始终处于最低水平 ) ; 在根原基发
育前期 (扦插后 6 d) 最难生根的 4x处理显著高于
其余 3个处理 (含量相近 ) ; 在根原基发育后期
(扦插后 9 d) , 生根最好的 2x +NAA处理显著低于
其余各处理 (含量相近 ) ; 在不定根迅速生长后期
(扦插后 18 d) 各处理含量接近 (图 1, D)。
21215 脱落酸含量变化 (ABA)  
在扦插当天 , 4x处理和 4x + NAA 处理的
ABA含量较低 , 而 2x处理和 2x + NAA 处理的
ABA含量较高 , 同倍性不同处理之间差异不显
著 , 但两个倍性材料之间差异极显著 ; 到扦插第
3天 , 同源四倍体材料的 ABA含量迅速上升到高
水平状态 (4x处理提高了 12011% , 4x + NAA处
理提高了 9815% ) , 而二倍体材料含量则下降到
低水平状态 ( 2x处理下降了 7418% , 2x + NAA
处理下降了 2112% ) , 此期 , 两种倍性材料脱落
酸的变化趋势完全相反。在根原基发育期 (扦插
后 6~9 d) 和不定根发育期 (扦插后 12~18 d) ,
生根最差的 4x处理的 ABA含量始终处于较高水
平 (图 1, E)。
213 生根过程中激素的比值变化
21311 生长素与脱落酸  
在不定根发育的不同阶段 , 生长素与脱落酸
的比值不同。各处理比较有两个时期的差异最大 ,
一是在根原基诱导期 (扦插后 3 d) , 一个是不定
根快速发育期 (扦插后 18 d)。在扦插当天到根
原基发育开始期 , 2x处理和 2x + NAA 处理呈现
倒 “V”字型变化 , 4x处理和 4x +NAA处理则呈
现 “V”字型变化 ; 在不定根快速发育期 (扦插
后 15~18 d) 2x + NAA和 4x + NAA两个处理的
生长素与脱落酸比值迅速提高 , 并加大了与 2x处
理和 4x处理的差距 ; 在根原基发育前期 (扦插后
6 d) 到不定根形成初期 (扦插后 12 d) , 各处理
比值变化趋于平缓 , 但生根最差的 4x处理的变化
趋势与其余 3个处理的变化趋势相反 (图 2, A )。
21312 生长素与赤霉素  
在扦插后 0~6 d, 其变化与生长素与脱落酸
的比值变化相似 (图 2, B ) , 到扦插后 6 d各处
理比值趋同。生根最好的 2x +NAA处理始终处于
最高的水平。
图 2 同源四倍体玫瑰香 ( 4x) 与二倍体玫瑰香 ( 2x) 葡萄
扦插生根过程中激素比值的变化
F ig. 2 Ra tio changes of IAA /ABA, IAA /GA, IAA /ZT,
IAA /ZR and IAA / ( ZT + ZR) in adven titious root forma tion
in cuttings of autotetraplo id M usca t Ham burg ( 4x)
and M usca t Ham burg ( 2x)
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 4期 齐永顺等 : 同源四倍体玫瑰香葡萄嫩枝扦插不定根发生过程中内源激素的变化  
21313 生长素与玉米素  
各处理生长素与玉米素的比值在扦插当天相近 , 到扦插后 3 d出现明显差异 , 此时 4x + NAA处
理比值最小 , 其次为 4x处理 , 均显著低于 2x处理和 2x +NAA处理 ; 到根原基发育开始期 (扦插后 6
d) 各处理比值趋同 , 差异消失 ; 在根原基发育后期和不定根发育期差异又逐渐显现并加大。各处理
差异最大的时期出现在扦插后 15 d (图 2, C)。
21314 生长素与玉米素核苷  
生长素与玉米素核苷的比值变化如图 2, D所示。在扦插后 0~6 d, 4x处理和 4x + NAA处理呈
现先降后升的 “V”字型变化 , 且均在扦插后 3 d (根原基诱导期 ) 达到最低值 , 2x处理和 2x +NAA
处理则呈现先升后降的趋势 , 2x +NAA处理在扦插后 3 d达到第 1个高峰。到扦插后 6 d (根原基发
育初期 ) , 各处理差异消失 , 随后逐渐加大 ; 至根原基发育后期 (扦插后 9 d) 又出现显著差异 , 2x
+NAA处理达到第 2个高峰。
21315 生长素与玉米素和玉米素核苷 
生长素与将玉米素和玉米素核苷含量累加以后的比值变化如图 2, E所示。其变化趋势和差异情
况在扦插后 0~6 d与生长素和玉米素核苷比值变化相似。生根最好的 2x +NAA处理的比值始终高于
其他各处理。
3 讨论
生长素是促进生根的激素。对此有人认为 , 第一个根原细胞的分裂依赖于人工使用的或内源生长
素的存在 ; B runner (1978) 和 W eigel等 (1984) 提出 , 高浓度的生长素是形成根原基和不定根的有
利条件 ; Nag等 (2001) 指出 , 在绿豆下胚轴不定根诱导期出现第一个生长素高峰。本研究中 , 生根
较好的二倍体玫瑰香的两个处理在根原基诱导期分别出现了生长素的峰值 , 而生根性状较差的同源四
倍体玫瑰香没有明显的峰值出现。
除脱落酸是目前公认的生根抑制剂以外 , 赤霉素和细胞分裂素类物质在多种植物上对不定根的产
生具有抑制作用 ( Kato, 1958; B rian et al. , 1960; Humphries, 1960; Fernqvist, 1966; Erikaen,
1974; Hartung et al. , 1980; Fabijan et al. , 1981)。本研究中 , 同源四倍体玫瑰香嫩枝插条的扦插部
位皮层内在根原基诱导期脱落酸、赤霉素、玉米素和玉米素核苷含量明显高于二倍体 , 可能是导致其
生根能力下降的原因。期间 NAA处理后的四倍体玫瑰香玉米素和玉米素核苷含量出现的不规律现象 ,
其原因可能是试验误差 , 也可能是同源加倍以后材料对外源生长素的正常反应 , 有待进一步研究。
有关激素比例问题 , B rian和 Radly (1955) 与 Skoog和 M iller (1957) 认为高水平的生长素与分
裂素比例或低浓度的细胞分裂素和适宜生长素和细胞分裂素比值有利于不定根的产生 ( Skoog et al. ,
1973)。在根原基诱导期 , 同源加倍以后的二倍体玫瑰香嫩枝生根部位皮层内的生长素与脱落酸、赤
霉素以及细胞分裂素类的比值降低 , 可能是导致四倍体玫瑰香生根能力下降的又一原因。
本试验中发现 , 各种内源激素差异最大的时期有两个。一个是根原基诱导期 (0~3 d) , 一个是
不定根发育期 (12~18 d) ; 在根原基发育期 (6~9 d) 内源激素的差异较小。因此 , 可以认为 , 根
原基诱导期的内源激素水平对根原基的发生和后期不定根的发育具有重要作用。
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