全 文 ：园 　艺 　学 　报 　2008, 35 (5) : 707 - 714
Acta Horticulturae Sinica
收稿日期 : 2007 - 12 - 18; 修回日期 : 2008 - 02 - 25
基金项目 : 国家自然科学基金项目 (30471221)3 通讯作者 Author for correspondence ( E2mail: ymfang@cau1edu1cn)
水杨苷异羟肟酸和茉莉酸甲酯对唐菖蒲试管结球的
影响
何秀丽 1 , 张智乾 1 , 石立委 2 , 苑智华 1 , 徐　哲 1 , 义鸣放 13
(1 中国农业大学观赏园艺与园林系 , 北京 100094; 2 山东省乳山市农业局 , 山东乳山 264500)
摘 　要 : 为探讨水杨苷异羟肟酸 ( SHAM ) 和茉莉酸甲酯 (MJ) 对唐菖蒲试管结球的影响 , 以 ‘Rose
Sup reme’的籽球为外植体 , 研究了不同处理球茎内可溶性蛋白、内源 MJ、碳水化合物 (蔗糖、淀粉和纤
维素 ) 含量、脂氧合酶 (LOX21)、抗氧化酶 ( SOD、CAT、POD和 APX) 活性和 LOX同工酶变化与试管
结球之间的关系。结果表明 : 与对照相比 , SHAM处理使结球时间明显推迟 , 结球率、球茎鲜样质量和直
径降低 ; 可溶性蛋白含量、LOX21活性和 MJ含量显著降低 , LOX同工酶谱带变弱 , 并有 2条同工酶带逐
渐消失 ; 抗氧化酶活性和碳水化合物含量降低。而 MJ处理后上述指标均不同程度上调 , 015 mmol·L - 1为
测试浓度范围内促进唐菖蒲试管结球的最佳浓度。以上试验结果说明 SHAM对唐菖蒲试管结球起抑制作
用 , 而 MJ有明显的促进作用 , 可能通过外施 MJ提高了 LOX活性及内源 MJ含量 , 调动碳水化合物的积
累 , 增加抗氧化酶的活性 , 从而对球茎的发生和生长进行调控。
关键词 : 唐菖蒲 ; 球茎 ; 脂氧合酶 ; 水杨苷异羟肟酸 ; 茉莉酸甲酯 ; 抗氧化酶 ; 碳水化合物
中图分类号 : S 68212 + 4　　文献标识码 : A　　文章编号 : 05132353X (2008) 0520707208
Effects of Sa licylhydroxam ic Ac id ( SHAM ) and M ethyl Ja sm ona te (M J) on
in V itro Corm Forma tion of G ladiolus hybridus
HE Xiu2li1 , ZHANG Zhi2qian1 , SH IL i2wei2 , YUAN Zhi2hua1 , XU Zhe1 , and YIM ing2fang13
(1D epartm ent of O rnam ental Horticulture and Landscape A rchitecture, China A gricultural U niversity, B eijing 100094, China;
2A griculture B ureau of R ushan, Rushan, Shandong 264500, Ch ina)
Abstract: To investigate the effects of SHAM and MJ in vitro on corm formation in Glad iolus hybridus
‘Rose Sup reme’, the contents of total soluble p rotein, endogenous methyl jasmonate (MJ) and carbohydrates
as well as the activities of LOX21 and antioxidant enzymes were exam ined under different treatments. LOX
isozymes were also analysized. The results showed that, under the SHAM treatment, corm formation was obvi2
ously delayed and reduced in term s of frequency and corm fresh mass and diameter and that the concentrations
of total p rotein, MJ and carbohydrates, and the activities of antioxidant enzymes and LOX21 were all reduced
compared to the control. The activities of LOX isozymes became weaker with two isozyme bands disappeared.
In contrast, these physiological and biochem ical indexes were increased under MJ treatments, in which, 015
mmol·L - 1 was the op timal concentration for p romoting corm formation in Glad iolus. These results suggested
that corm formation could be imp roved by MJ but supp ressed by SHAM through regulating the LOX activity,
resulting in carbohydrate accumulation and increase of antioxidant enzymes activities in Glad iolus hybridus.
Key words: Glad iolus hybridus; corm; lipoxygenase; salicylhydroxam ic acid; methyl jasmonate; antioxi2
dant enzymes; carbohydrate
在植物体中 , 脂氧合酶 (LOX) 主要以亚油酸和亚麻酸为底物 , 生成茉莉酸类化合物 ( JA s) ,
园 　　艺 　　学 　　报 35卷
故可通过调控 LOX活性来控制 JA s的生物合成 , 从而调节植物的许多生理过程 ( Feussner et al. ,
2001)。JA s对离体马铃薯、薯蓣、菊芋的块茎形成和甘薯的块根以及大蒜、洋葱的鳞茎形成具有显
著的促进效应 (甘立军 等 , 2001) , 而 LOX作为 JA s合成的关键酶 , 可能同样参与了块茎的形成过
程 ( Fujino et al. , 1995; Royo et al. , 1996; Feussner et al. , 2001)。
水杨苷异羟肟酸 ( SHAM ) 是 LOX的一种抑制剂 , 经 SHAM处理的马铃薯试管苗 , 其植株及块
茎内的 LOX活性以及内源 JA含量明显下降 , 同时块茎形成株率、单株块茎形成数及平均块茎质量皆
明显降低 (马崇坚 等 , 2003)。但是 SHAM和 JA s对球根花卉地下变态器官形成的作用 , 尤其对唐
菖蒲球茎形成的影响未见报道。
露地条件下 , 唐菖蒲球茎发生的模式为新球膨大 —匍匐茎形成 —匍匐茎顶端膨大形成籽球。离体
条件下籽球的形成需要同样的过程 , 只是匍匐茎的形成和伸长没有露地条件下明显易见 , 所以新球是
籽球形成的必要前提。一些唐菖蒲离体培养的报道称外植体直接形成 “籽球 ”, 确切讲是 “小球茎 ”。
作者通过在培养基中添加 SHAM和茉莉酸甲酯 (MJ) , 研究其对唐菖蒲试管结球的影响 , 为进一步探
明 LOX对唐菖蒲球茎形成的作用打下基础 , 为实际生产中球茎发生、诱导及优质种球生产提供理论
依据 , 并为进一步从分子水平上深入研究唐菖蒲球茎形成的机理奠定基础。
1　材料与方法
111　试验材料
以唐菖蒲品种 ‘Rose Sup reme’的籽球 (直径 016～110 cm ) 为外植体。2006年在中国农业大学
科学园种植 , 11月初收获 , 分离、挑选后在 4 ℃冰箱中贮存 , 打破休眠。
112　初代培养
外植体经常规消毒后在 MS + 015 mg·L - 1 NAA + 210 mg·L - 1 62BA + 60 g·L - 1蔗糖的初代培
养基上培养 4周。培养基 pH 518, 培养温度 (25 ±2) ℃, 光照强度 3 000 lx, 光照时间 12 h·d - 1。
共接种 60瓶 , 每瓶接 2个籽球。
113　继代培养
在 MS继代培养基上进行 4周壮苗培养。
114　结球诱导
从继代培养的组培苗中挑选长势比较一致的组培苗进行结球诱导。基本培养基均为 MS + 60 g·
L - 1蔗糖 , 分别添加 SHAM 015、110和 115 mmol·L - 1 , 以及 MJ 015、0175和 110 mmol·L - 1。以基
本培养基为对照。共 7个处理 , 每个处理 9瓶。3次重复。
115　生理生化指标的测定
从结球诱导 30 d开始每 10 d记录 1次结球率 , 到 70 d收获球茎 , 称量鲜样质量和直径 , 然后进
行混合取样用于生理生化指标的测定。
酶液提取 : 称取 015 g唐菖蒲试管球茎 , 加入 2 mL 011 mol·L - 1 PBS (pH 710) 提取缓冲液 (内
含 1 mmol·L - 1 EDTA, 015% Tween220, 215%甘油 ) 和 0103 g PVPP, 12 000 ×g 4 ℃下离心 20 m in,
上清液为酶提取液。
测定 LOX21活性 (N ishiba et al. , 1995) 和 LOX同工酶 (Devi et al. , 2000) , 蛋白质含量测定采
用考马斯亮蓝 G2250法 , SOD、CAT、POD和 APX活性参照 Rao等 (1998) 的方法测定 , MJ含量采
用间接 EL ISA法 (何钟佩 , 1993) 测定 , 蔗糖含量采用磷钼蓝分光光度法 (李利军 等 , 2003) 测
定 , 淀粉和纤维素含量采用蒽酮 —浓硫酸比色法 (李合生 , 2000) 测定。各项指标均重复 3次 , 所得
数据均采用 Excel进行分析并作图。
807
　5期 何秀丽等 : 水杨苷异羟肟酸和茉莉酸甲酯对唐菖蒲试管结球的影响 　
2　结果与分析
211　SHAM 和 M J对唐菖蒲试管结球率的影响
从表 1可以看出 , 添加不同浓度 SHAM后 , 与对照相比唐菖蒲试管结球的时间明显推迟 , 结球
率、平均鲜样质量和直径降低。对照在 30 d时形成球茎 , 结球率为 1111% , 到 70 d时结球率达
7018% , 而且生长较快 , 显著好于添加 SHAM的。
不同浓度 MJ处理后与对照比较 , 唐菖蒲试管结球率明显增加。浓度为 015 mmol·L - 1的培养基
表现最佳 , 30 d时开始形成球茎 , 结球率为 1711% , 70 d时结球率高达 8819% , 平均鲜样质量和直
径也比对照高。但随着 MJ浓度的增加 , 结球时间推迟 10 d, 结球率有所降低 , 70 d时结球率仍显著
高于对照 , 浓度为 0175 mmol·L - 1和 1100 mmol·L - 1的培养基结球率分别为 8313%和 7718%。
表 1　SHAM 和 M J处理的唐菖蒲结球率、平均鲜样质量和直径
Table 1　The percen tage of corm forma tion, average fresh ma ss and d iam eter of G ladio lus corm under
SHAM or M J trea tm en ts a t d ifferen t concen tra tion s
处理 / (mmol·L - 1 )
Treatment
SHAM MJ
结球率 /%
Percentage of corm formation
30 d 40 d 50 d 60 d 70 d
平均鲜样质量 / g
Average fresh mass
平均直径 / cm
Average diameter
015 0 010c 516e 1111d 3819e 6613e 014e 019c
110 0 010c 010f 516e 1617f 6111f 013f 018cd
115 0 010c 010f 516e 1111g 3517g 012g 017d
0 0150 1711a 3513a 5010a 7212a 8819a 019a 114a
0 0175 010c 2718b 3819b 6617b 8313b 017b 112b
0 1100 010c 2212d 3313c 5516c 7718c 016c 111b
0 0 1111b 2313c 3313c 5010d 7018d 015d 110b
　　注 : 小写字母为 0105水平上的差异显著性分析。
Note: The different letters rep resent significance at 0105 level in the same column.
212　SHAM 和 M J对唐菖蒲球茎可溶性蛋白含量、LO X21活性、M J含量和 LO X同工酶的影响
从图 1、图 2和图 3可以看出 , 与对照相比 , 经 SHAM处理后 , 唐菖蒲球茎中可溶性蛋白含量、
LOX21活性和 MJ含量均显著降低 , 而且随其浓度升高 , 降低程度增加。经 MJ处理后 , 可溶性蛋白
含量、LOX21活性和 MJ含量则显著升高 , 且低浓度 015 mmol·L - 1时三者最高 , 后随浓度增加反而
下降。其中 MJ对 LOX21活性的影响最为明显 , 015 mmol·L - 1时其活性分别为对照和 SHAM 015
mmol·L - 1时的 114倍和 119倍。
图 1　SHAM 和 M J对唐菖蒲球茎蛋白质含量的影响
F ig. 1　Effects of SHAM and M J on the prote in con ten t in G ladiolus corm
907
园 　　艺 　　学 　　报 35卷
　　图 4表明 , 未经处理的唐菖蒲球茎中的 LOX同工酶谱带数为 8条 , 经 SHAM处理后 , 同工酶谱
带变弱 , 并有 2条逐渐消失。经 MJ处理后 , 同工酶谱带数没有发生变化 , 但是低浓度 015 mmol·
L - 1处理的 , 同工酶谱带比对照的亮 , 之后随浓度增加谱带反而变弱。
图 4　SHAM 和 M J对唐菖蒲球茎 LO X同工酶的影响
F ig. 4　Effects of SHAM and M J on the LO X isozym es in G ladio lus corm
017
　5期 何秀丽等 : 水杨苷异羟肟酸和茉莉酸甲酯对唐菖蒲试管结球的影响 　
213　SHAM 和 M J对唐菖蒲球茎抗氧化酶活性的影响
从图 5可以看出 , SHAM和 MJ处理对唐菖蒲球茎抗氧化酶 SOD、POD、CAT和 APX的活性有影
响 , 对 SOD、CAT和 POD活性影响较大 , APX活性变化不明显。
与对照相比 , 经 SHAM处理后 , 唐菖蒲球茎 SOD、POD、CAT活性显著降低 , 而且随其浓度升
高 , 降低程度增加 , 但不同的酶活性降低程度不同。
与对照相比 , 经 MJ处理后 , 唐菖蒲球茎 SOD、CAT和 POD活性显著升高 , APX活性升高幅度
较小 , 在 MJ浓度为 015 mmol·L - 1时 4种酶活性最高 , 后随着 MJ处理浓度的增加 4种酶活性下降 ,
但是仍然高于对照。
上述结果说明 SHAM对抗氧化酶的活性有抑制作用 , MJ起促进作用。
图 5　SHAM 和 M J对唐菖蒲球茎 SOD、CAT、POD和 APX活性的影响
F ig. 5　Effects of SHAM and M J on the SOD, CAT, POD and APX activ ities in G ladio lus corm
117
园 　　艺 　　学 　　报 35卷
214　SHAM 和 M J对唐菖蒲球茎碳水化合物含量的影响
唐菖蒲球茎形成过程中伴随着碳水化合物的大量积累 (钱树林 等 , 2007)。从图 6、图 7和图 8
可以看出 , 与对照相比 , 经 SHAM处理后 , 唐菖蒲球茎中蔗糖、淀粉和纤维素含量显著降低 , 但是
随其浓度增加 , 蔗糖和淀粉含量降低程度不明显 , 而纤维素含量则显著降低。经 MJ处理后 , 蔗糖、
淀粉和纤维素含量均显著升高 , 015 mmol·L - 1时三者含量最高 , 后随其浓度增加略有下降。217
　5期 何秀丽等 : 水杨苷异羟肟酸和茉莉酸甲酯对唐菖蒲试管结球的影响 　
3　结论与讨论
所有的 LOX属于一个基因家族 , 在植物体中主要有 LOX21、LOX22和 LOX23三种同工酶类型 ,
LOX21基因在块茎和根中特异性表达 , LOX22只在叶中 , LOX23在叶和根中 ( Kolom iets et al. , 2001;
Royo et al. , 1996)。
SHAM是 LOX的一种抑制剂 , JA s为 LOX的代谢产物。
本文研究结果表明 , 经 SHAM处理的唐菖蒲试管结球时间晚于对照 , 且结球时间随其浓度增加
进而推迟 , 结球率、球茎平均鲜样质量和直径降低。相反 , 经 MJ处理的唐菖蒲试管结球率、球茎平
均鲜重和直径均高于对照 , 在测试浓度范围内 , 015 mmol·L - 1为促进唐菖蒲品种 ‘Rose Sup reme’
试管结球的最佳浓度。这说明 SHAM对唐菖蒲试管结球具有一定的抑制作用 , 而 MJ则具有明显的促
进作用。这与其它地下变态器官植物上的研究结果相一致 , 经 SHAM处理的马铃薯试管苗 , 其植株
及块茎内的 LOX活性以及内源 JA含量明显下降 , 同时块茎形成株率、单株块茎形成数及平均块茎质
量等皆明显降低 (马崇坚 等 , 2003) , 而 JA s则能明显促进马铃薯、薯蓣、菊芋块茎 , 甘薯块根和
洋葱、大蒜鳞茎 (甘立军 等 , 2001) 形成。
与对照相比 , SHAM使唐菖蒲球茎中可溶性蛋白含量、LOX21活性和 MJ含量显著降低 , 而 MJ
作用则相反 , MJ 015 mmol·L - 1时作用最强 , 后随其浓度增加反而下降。同时 , SHAM使 LOX同工
酶谱带变弱 , 甚至部分消失。而 MJ处理后 , 同工酶谱带数没有发生变化 , 但是低浓度 015 mmol·
L - 1时 , 同工酶谱带变亮。另外 , SHAM处理后 , 唐菖蒲球茎中抗氧化酶 SOD、CAT和 POD活性显著
降低 , 而 MJ处理后 , 该酶活性则显著升高 , 015 mmol·L - 1时 3种酶活性均达到最高 , APX活性变
化较小。这与 JA s能促进植物某些蛋白质的合成和 SOD、CAT及 POD活性的研究结果 ( Kumari et
al. , 2006; Mohammad et al. , 2006) 相一致。
通常认为细胞膨大程度主要取决于两个因素 , 即细胞内膨压和细胞壁伸展性 , 后者与多糖合成密
切相关。
蔗糖是离体条件下最常用的碳源 , 唐菖蒲球茎的诱导率及长势显著受蔗糖浓度的影响 (B ruyn &
Ferreira, 1992; El2Gendy et al. , 2001; Thakur et al. , 2005)。在马铃薯块茎发生和膨大的早期阶段 ,
发育中的匍匐茎需要大量的蔗糖作为块茎诱导的物质条件 , 淀粉的形成对块茎发生和膨大亦十分重要
(王翠松 等 , 2003)。
Sarkar等 (2006) 研究发现 JA s促进马铃薯块茎碳水化合物积累。JA s诱导的马铃薯细胞膨大增
加了细胞壁多糖的含量 , 包括纤维素、半纤维素和果胶。
本文研究结果表明 , 与对照相比 , 经 SHAM处理后 , 唐菖蒲球茎中蔗糖、淀粉和纤维素含量显
著降低 , 但是随其浓度增加 , 蔗糖和淀粉降低程度不明显 , 而纤维素则显著降低。经 MJ处理后 , 蔗
糖、淀粉和纤维素含量则显著升高 , 015 mmol·L - 1时效果最明显。以上试验结果说明 SHAM对唐菖
蒲试管结球起抑制作用 , 而 MJ有明显的促进作用 , 可能是外施 MJ提高了 LOX活性及内源 MJ含量 ,
调动碳水化合物的积累 , 增加抗氧化酶的活性 , 从而对球茎的发生和生长进行调控。
References
B ruyn M H De, Ferreira D. 1992. In vitro corm p roduction of Gladiolus dalen ii and G. tristis. Plant Cell Tissue and O rgan Culture, 31 ( 2) :
123 - 128.
Devi P U M, Reddy P S, Rani N R U, Reddy K J, ReddyM N, Reddanna P. 2000. L ipoxygenase metabolites of a2linolenic acid in the develop2
ment of resistance in p igeonpea, Cajanus cajan (L. ) M illsp, seedlings against Fusarium udum infection. European Journal of Plant Patholo2
gy, 106: 857 - 865.
El2Gendy S A, Hashim M E, Hosni A M. 2001. In vitro cormel formation of gladiolus cvs. ‘Jackson V ille’and‘Peter Pears’and their in vivo
317
园 　　艺 　　学 　　报 35卷
germ ination. Journal of Agriculture Science, 9 (2) : 867 - 887.
Feussner I, Kiihn H, W asternack C. 2001. L ipoxygenase2dependent degradation of storage lip ids. Trends Plant Sci, 6 (6) : 268 - 273.
Fujino K, Koda Y, Kikuta Y. 1995. Reorientation of cortical m icrotubules in the subap ical region during tuberization in single2node stem segments
of potato in culture. Plant Cell Physiol, 36: 891 - 895.
Gan L J, Zeng X C, Zhou Y. 2001. Possible involvement of jasmonates in the morphogenesis of underground storage organs in p lants. Chinese
Bulletin of Botany, 18 (5) : 546 - 553. ( in Chinese)
甘立军 , 曾晓春 , 周　燮. 2001. 茉莉酸类与植物地下贮藏器官的形成. 植物学通报 , 18 (5) : 546 - 553.
He Zhong2pei. 1993. The experimental instructor of corp chem istry control. Beijing: BeijingAgriculturalUniversity Press: 60 - 68. ( in Chinese)
何钟佩. 1993. 农作物化学控制实验指导. 北京 : 北京农业大学出版社 : 60 - 68.
Kolom ietsM V, HannapeL D J, Chen H, Tymenson M, Gladon R J. 2001. L ipoxygenase is involved in the control of potato tuber development.
Plant Cell, 13: 613 - 626.
Kumari G J, Reddy A M, Naik S T, Kumar S G, Prasanthi J, Sriranganayakulu G, Reddy P C, Sudhakar C. 2006. Jasmonic acid induced chan2
ges in p rotein pattern, antioxidative enzyme activities and peroxidase isozymes in peanut seedlings. B iologia Plantarum, 50 (2) : 219 - 226.
L i He2sheng. 2000. The experimental theory and technique of p lant physiology and biochem istry. Beijing: H igher Education Press: 169 - 172.
( in Chinese)
李合生. 2000. 植物生理生化实验原理和技术. 北京 : 高等教育出版社 : 169 - 172.
L i L i2jun, Kong Hong2xing, He Yun, Lai Xue2zhai, Zhang J ia2ren. 2003. Spectrophotometric method for determ ination of sucrose content in sug2
arcane juice. Journal of Instrumental Analysis, 22 (4) : 51 - 54. ( in Chinese)
李利军 , 孔红星 , 何　云 , 赖学寨 , 张家仁. 2003. 蔗汁中蔗糖含量的分光光度法测定. 分析测试学报 , 22 (4) : 51 - 54.
Ma Chong2jian, L iu Jun, Xie Cong2hua. 2003. The effects of inhibiting lipoxygenase on m icrotuber formation and growth of Solanum tuberosum L.
in vitro. Acta Horticulturae Sinica, 30 (3) : 291 - 295. ( in Chinese)
马崇坚 , 柳　俊 , 谢从华. 2003. 抑制脂氧合酶对马铃薯试管块茎形成及膨大的影响. 园艺学报 , 30 (3) : 291 - 295.
Mohammad Babar A li, Kee2Won Yu, Eun2Joo Hahn, Kee2Yoeup Paek. 2006. Methyl jasmonate and salicylic acid elicitation induces ginsenosides
accumulation, enzymatic and non2enzymatic antioxidant in suspension culture Panax ginsengroots in bioreactors. Plant Cell Rep, 25: 613 -
620.
N ishiba Y, Furuta S, Hajika M, Igita K, Suda I. 1995. Hexanan accumulation and DETBA value in homogenate of soybean seeds lacking two or
three lipoxygenase isozymes. J Agric Food Chem, 43: 738 - 741.
Q ian Shu2lin, He Xiu2li, YiM ing2fang. 2007. Characteristics of growth and development of gladiolus cormels and its changes of carbohydrate me2
tabolism. Journal of China Agricultural University, 12 (2) : 34 - 39. ( in Chinese)
钱树林 , 何秀丽 , 义鸣放. 2007. 唐菖蒲籽球发育特点及其碳水化合物代谢变化. 中国农业大学学报 , 12 (2) : 34 - 39.
Rao M V, W atkins S K. 1998. Active oxygen speciesmetabolism in‘W hite Angel ’ בRome Beauty’app le selections resistant and suscep tible
to superficial scald. J American Science, 123: 299 - 304.
Royo J, Vancanneyt G, Perez A G, Sanz C, Siormann K, Rosahl S, Sanchez2Serrano J J. 1996. Characterization of three potato lipoxyenaseswith
distinct enzymatic activities and different organ2specific and wound2regulated exp ression patterns. J B iol Chem, 271: 21012 - 21019.
Sarkar D, Pandey S K, Sharma S. 2006. Cytokinins antagonize the jasmonates action on the regulation of potato (Solanum tuberosum ) tuber forma2
tion in vitro. Plant Cell, Tissue and O rgan Cult, 87: 285 - 295.
Thakur P S, Ghorade R B, Shilpa B , Ekta S. 2005. In vitro corm let formation to the culture p lants in Gladiolus. Annals of Plant Physiology, 19
(1) : 124.
W ang Cui2song, Zhang Hong2mei, L i Yun2feng. 2003. The effect factors during tuber development in potato. Chinese Potato, 17 (1) : 29 - 33.
( in Chinese)
王翠松 , 张红梅 , 李云峰. 2003. 马铃薯块茎发育过程中的影响因子. 中国马铃薯 , 17 (1) : 29 - 33.
417