全 文 ：园 艺 学 报 2003，30(3)：291—295
Acta Hortieulatme Siniea
抑制脂氧合酶对马铃薯试管块茎形成及膨大的影响
马崇坚 柳 俊2 谢从华
( 华中农业大学园艺林学学院，武汉 430070； 华中农业大学生命科学技术学院，武汉 430070)
摘 要：采用 LOX活性抑制剂对马铃薯试管苗进行处理 ，探讨 LOX对块茎发生的影响。结果显示，经
抑制剂处理的试管苗，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。试验分析显示，匍匐茎中的 IDX活性及内源 JA含量最高，证
明 IDX在马铃薯块茎形成及膨大中起着重要作用，其作用途径可能是通过影响 JA的生物合成来对块茎的
发生及生长进行调控。
关键词：马铃薯 ；试管块茎形成 ；脂氧合酶；茉莉酸
中图分类号 ：S 532 文献标识码：A 文章编号：0513—353X (2003)03—0291—05
众多研究发现，植物中普遍存在脂氧合酶 (1ip0xgenase，I_DX)，但不同植物或同一植物的不同器
官间存在差异，成熟果实中的 I_DX高于未成熟果实，随着叶的发育其 I_DX活性呈下降趋势u J。近年
来的研究表明，IDX在植物生长发育、成熟衰老及抵御机械创伤和病虫害侵染等胁迫过程中起重要作
用[2,33。由 LOX催化产生 的一 系列产物 ，如茉莉酸 (jasmonic acid，JA)、茉莉酸 甲酯 (me~y1
．ias．
monte)以及块茎酮酸 (tuberonic acid)等在马铃薯块茎形成中扮演着重要的角色L4 7J。这些茉莉酸类
物质 (iasmonates，JAs)在微管重排 、细胞扩大、块茎膨大中发挥着重要作用，而 LOX作为茉莉酸生
物合成的关键酶，可能同样参与了块茎的形成过程【8 。Kolomiets等uoj发现 I_DX的转录跟匍匐茎的
形成以及块茎的发生、发展等密切相关。原位杂交显示，其转录积累在匍匐茎顶端和亚顶端区域，尤
其是在块茎膨大期间，细胞生长最为活跃的薄壁组织的液泡中积累最多。他们还发现，I_DX活性被抑
制可能导致块茎产量减少 、块茎体积变小以及块茎形成受阻。Kolomiets等ulj还研究发现在块茎形成
前期能检测到 IX)X的大量积累，但在叶片、花、茎段 、茎尖以及腋芽中检测不到 LOX的转录积累。
至于 LOX是通过调控 JA的生物合成或是通过其它途径来参与块茎的形成 ，至今仍无明确的试验证
据。作者采用 LOX的抑制剂处理马铃薯试管苗单节段，研究其对试管块茎形成和 JA生物合成的影
响，从而进一步探讨 LOX在块茎形成过程中的作用与机制。
1 材料与方法
以栽培品种 ‘鄂马铃薯 1号’及 ‘米拉’脱毒试管苗为材料，取试管苗中部 (去顶端及基部)单
节段进行接种培养。试验分两组：一组将两品种单节段接种在含 8％蔗糖的20 mL MSu J液体培养基
中，另一组将单节段接种于含有 50 tnnol·L 的 IDX抑制剂水杨苷异羟肟酸 (salicylhydroxamic acid，
sHAM)和 8％蔗糖的 MS液体培养基中。每瓶 25节，置于 16 h／d光照、温度为 (20±1)℃条件下预
培养 28 d(由于 28 d后米拉已开始形成块茎，而21 d各处理未普遍形成块茎，故 JA和 I_DX的测定取
样为 21 d)，再转入 (20±1)oC、8 h／d光照块茎诱导条件下培养 56 d。每处理中每品种各选 10瓶用
于观察生长情况及接种培养 84 d后调查试管块茎数量和称量质量 ，1O瓶用于检测 IDX的活性以及内
源 JA的含量。试验时将试管块茎及摘去块茎的试管苗植株进行单独取样并检测。
收稿 日期：2oo2—08—16；修回日期：2003—01—23
基金项目：国家自然科学基金资助项目 (39970464)
*通讯作者。E-mail：Xiech@public．wh．1ab．cn
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LCIX提取及活性检测参照罗云波等[ ]的方法进行。参照 Liu等[ 3]的方法提取茉莉酸。根据试管苗本
身特点，去除了聚乙烯吡咯烷酮 (polyvinypyrolidone，PVP)去杂步骤。同时参照 Liu等 l3 及谈锋[14 的
方法加以改进，用 Waters公司2010型高效液相色谱系统在210 nln检测JA含量，色谱柱为N0va．pak cl8柱
(Waters 3．9 mnq ID．×150 mnq，10 psn P．S．)，浓度梯度洗脱，流速为O．8 mL·m．in～。样品高速离心后取上
清液进样，进样量为 1O 。样品内源激素含量以内标法定性，以外标法峰面积定量。
2 结果与分析
2．1 抑制剂处理对 LOX活性的影响
各处理接种后第 21、56、84天 (分别代表块茎形成前、大量形成和成熟阶段)的 LOX活性分析
示于图 1 由图 1可见，在接种培养后第21天各处理 (除对照 ‘米拉’外)均处于未开始形成块茎时
期，其试管苗植株内 LOX活性较低，其中添加 LOX抑制剂 SHAM的两处理要明显比两品种对照低。
前两者的 LOX活性仅在 1O△ ·m．in ·g 左右，而后两者则均高于30△A236·min一 ·g一 。米拉
此时已开始形成块茎，其 LOX活性最高达 56．6△A236·man -g- 。
在接种培养后第 56天各处理均已开始大量形成块茎时，摘去块茎的试管苗植株中的 LOX活性均
比第 21天时高，此时块茎中的 LOX活性均低于试管苗植株。不管是在试管苗还是试管块茎中，添加
LOX抑制剂的处理 LOX活性明显低于对照。
第 84天时，LOX活性在植株和块茎中均进一步上升，但植株与块茎间的差异并不显著。与前期
结果相似，加入抑制剂的处理，其 LOX活性均显著低于对照。
2．2 不同植株部位 LOX活性差异
试验发现米拉试管苗植株不同部位的 LOX活性亦存在着较大差异 (图2)。匍匐茎中 LOX活性达
115．6△A236。min ·g ，显著高于植株的其它部位，叶片次之。刚形成的小块茎 (直径<2 Im)中
米j 立】 ir I 工
L
羞
一
至
；；；； 羞
；；；； 至
；i；；；
广 !；； 蓦 薹
21 56 84 56 84 21 56 84 56 84
抑制LOx 对照
Inhibit L0X Control
处理和接种后天数
Treatments and days after
single node inoculation(d1
图 1 不同处理间 LOX活性的差异
№ ．1 TheLOX activity 0fplanlets endm-岫
图2 ‘米拉’品种接种 56 d后试管苗不同
部位的LOX活性及内源 JA含量
1．茎尖；2．叶片；3．匍匐茎；4．直径 <2ⅡⅡn
的试管块茎；5．茎段；6．腋芽；7．试管苗植株
№ ．2 The adi~ty 0fLOX end m lration 0fmdo~eous
JA in diferent p日 0fiflanflets 0f ‘~fira’cultiva~ in
the ei tll week ILl[~r商l nod e~ooflafion in vima
1．Sho0t tips；2．I_eaves；3．Stolons；4．Tubers of diamete~<2 IBm；
5．Stem segments；6． Axillary buds；7．Planflets
一=d1_暑． Ⅱl目-， 3)(0一 一= _暑．望一
∞∞∞ 加 ∞∞柏∞ 加m 0∞∞ 加 ∞ ∞∞ ∞加 m 0
一= l_暑．．Ⅱ!阜 cvq一)(0一 一= l_暑．1_Ⅱ 阜 cvq一)(0一
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3期 马崇坚等 ：抑制脂氧合酶对马铃薯试管块茎形成及膨大的影响 293
亦较高 ，但与茎尖的差异不显著；而茎段 、腋芽
及试管苗植株中相对较低。这一结果表明，块茎
形成部位的LOX活性高于其它部位。植株不同部
位的内源 JA含量与 L()X的活性的分布基本一致，
即匍匐茎及叶片中最高，两者都明显高于植株的
其它部位或器官 (图 2)。同样，小块茎中的内源
JA含量亦较高，而茎段、腋芽等中则最低。
2．3 LOX抑制剂处理对 JA合成的影响
与 Lox活性表现较为相似的是，添加 Lox抑
制剂的处理，内源 JA含量亦明显比对照低，而米
拉品种的内源 JA含量亦比鄂马铃薯 1号略高，随
着试管苗的衰老，其内源 JA含量亦上升 (图 3)。
综合分析 Lox活性变化与 JA含量的变化，
可看出两者间存在着极显著的直线相关 (图 4)。
内源 JA含量的升降与 Lox活性的强弱一致 ，证
明 LOX的活性直接调控着 JA的生物合成。
2．4 LOX活性对试管块茎形成数量和块茎质量
的影响
试验中观察到，培养基中加有 Lox抑制剂的
处理，其试管苗块茎形成明显延迟 ，块茎形成能
力明显降低 (表 1)。鄂马铃薯 1号和米拉加抑制
剂的 试 管 苗 块 茎 形 成 株 率 分 别 为 68．3％ 和
75．4％，其单株块茎形成数亦在 0．8个／株以下，
均显著低于对照。鄂马铃薯 1号加抑制剂处理的
平均块茎质量 66 Ing，明显低于对照的 91 Ing，而
米拉加抑制剂处理与对照差异不明显 ，但添加抑
制剂的处理的有效块茎率 (质量 >50 rag的块茎
数占块茎总数的比例)显著低于对照。结果还表
明，品种间的块茎形成数和块茎大小具有明显差
异，且与 LOx活性所表现的差异一致。相对于对
照其试管苗的伸长较快，植株较细，节间距较长。
苫
望
一
一
一
苫
。
望
一
抑制 L0X 对照
Inhibit LOX Control
处理和接种后天数
TrealinehiS and days after
single node inoculalion(d)
图3 试管苗不同处理间JA含量的差异
ng．3 1l content di髓er矗-o瞄 of JA in plantlets
120
100
羞 80
。
∞ 60
∞
3 40
≤ 20
0
LOX活性
LOX(AA2~6．rainq．g。FM)
图4 试管苗内源 JA含量与其 LOX活性的相互关系
(◆表示不同处理试管苗 LOX活性及 JA含量关系。数据来 自
图 l及 3；●表示植株不同部位两者关系。数据来 自图2)
ng．4 The relationship betwem the endogenousj日 咖 ic acid
(JA J and LOX activity in the plantlets
(◆Data~tere derivedfromfig．1 tofig．3，and diferent parts of
the plantlets。●Data were deftvedfromfig．2)
表 1 不同处理块茎形成株率、单株块茎形成数、平均块茎质量等经济性状统计
Table 1 Nmnber， nms$ofmicro~ under diferent conditions in vitro
品种
Caltivar
处理
Treato~nt
结薯天数(接种后天数) 块茎形成株率 单株块茎形成数 平均块茎质量 有效块茎率
Tuberinitiation Per~ntage ofplantiets No．oftubers Meantuber Percentage ofefective
(Days aftertransfer) formedtu~rs(％) per plantlet ma~(mg) tubers(>50mg)(％)
*邓肯氏新复极差测验，不同字母表示差异达显著水平 (P=0．05)。
*Mean valuefor replicatestest；the sar letterindicated rio si 访caIlce atthe 5％ level a8 determined byDuncan’sMultiple RangeTest
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294 园 艺 学 报 30卷
3 讨论
综合分析表 1及图 1的结果可以看出，抑制 LOX活性的处理，其块茎形成株率和单株块茎形成
数均低于对照，块茎形成时间亦推迟 4—7 d，同时还影响了块茎大小，证明 LOX活性与块茎的形态
发生和生长发育有密切的关系。
众多研究表明，LOX可能在植物生长发育过程中发挥重要作用u~3]。脂氧合酶作为 JA生物合成
的关键酶，在研究 JA对马铃薯形成的影响时亦逐渐被重视起来，许多研究指出 LOX在块茎形成的调
控中起到了较为重要的作用 ．J 0，¨]。从本试验结果看，通过对马铃薯试管苗单节段添加 LOX酶活性
抑制物 SHAN进行处理后，马铃薯植株及块茎中的 LOX活性都明显降低，同时其块茎形成株率、单
株块茎形成数、平均块茎质量 (米拉除外)以及有效块茎率等都表现出明显的下降。这与 Kolomiets
等uoJ通过反义基因抑制 LOX活性的结果较为一致 ，从而证明 LOX在马铃薯块茎形成中发挥着重要的
作用。
试验同时证明，LOX酶活性与 JA的生物合成呈极显著的直线相关关系。抑制 LOX活性 ，同时也
降低了内源JA的含量。且 LOX活性随植株部位和生长阶段的变化与内源JA生物合成的变化规律相
符，表明 LOX活性与 JA的生物合成有关。有研究证明，JA及其衍生物是块茎形成的诱导物质 ，
本试验还进一步观察到 LOX活性和 JA含量以块茎形成部位最高。因此可以推测，LOX对块茎形成和
生长的影响可能是通过调控 JA的生物合成来实现的，且这种调控还具有一定的组织特异性 川。因
此，在今后的研究中，可以利用生理生化或基因工程的方法提高 LOX酶活性进而增加内源 JA的积
累，从而达到促进试管块茎形成并提高其产量的目的。
本试验还证明，抑制 LOX活性会影响块茎大小，这与 LOX催化合成的 JA等化合物参与了植物组
织微管重排等过程有关 ．8’J J 。本试验中在植株不同部位和发育时期均检测到了LOX活性和JA的
生物合成，可见两者除在块茎形成及膨大方面具有一定作用外，还可能在植株生长发育中担负其它的
生理生化功能【l，3 ]。
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So／anum tuberosum L． in Vitro
Ma CIl0n商iaJ1 ，Liu Jun2，and Xie Conghua
(‘ ofHorticulture and ForestryHuazhongAgricultural University，Wuhan 430070，Ch／na； Colege ofUfe Science and Techno1．
ogy，HuazhongAgr／cu／tura／Un／vers／ty，Wuhan 430070，Ch／na)
Abstract：The single node segments of planflets of potato cultivars ‘Mim’ and ‘E-potato-1’were cultured
with salicylhydroxamic acid，the inhibitor of LOX，to identify the efects of LOX On tuberizafion in vitro．The re—
suits showed that activity of LOX in both the planflets and tubers as wel as the concentration ofjasmonic acid(JA)
were decreased markedly in the treatments with inhibitor， accompanying by the declines of percentage of tuber for-
marion by planflets． the number oftubers perplantlet an d nlean tuber nlass．The activity of LOX in stolons was the
highest．It indicated that LOX plays important roles in tuberization and tuber bulking of potatoes， possiblely
through the regulation of JA biosynthesis．
Key words：Potato；Microtuberization；Lipoxygenase；Jasmonic acid
穸 内
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