全 文 ：园 艺 学 报 2002, 29 ( 6) : 537~ 541
Acta Horticulturae Sinica
收稿日期: 2001- 09- 17; 修回日期: 2002- 01- 08
基金项目: 国家自然科学基金资助项目 (39370486)
* 现工作单位: 北京市园林局颐和园管理处。
马铃薯试管薯形成过程中几种内源激素的变化
连 勇 邹 颖* 东惠茹 金黎平 林 桓
(中国农业科学院蔬菜花卉研究所, 北京 100081)
摘 要: 以马铃薯早熟品种 费乌瑞它 脱毒试管苗为材料, 在试管薯形成过程中, 研究其 GA3、
IAA、6- 呋喃氨基嘌呤 ( KT)、6- 苄氨基嘌呤 ( BAP)、ABA含量的变化。结果表明: 无论是换入试管薯诱
导培养基前的试管苗, 还是试管薯诱导形成过程中的母株试管苗, 根内各种内源激素含量始终高于茎叶。
随着诱导环境的改变, 以及匍匐茎、试管薯的形成和发育, 各种内源激素含量发生明显变化。转入诱导培
养基后的试管苗在光照培养条件下, 茎叶内 GA3、IAA、KT、BAP和根内 ABA 含量均有不同程度的增加;
黑暗培养3 d 匍匐茎形成时, GA3、KT、BAP 及茎叶内 IAA含量下降; 黑暗培养 7 d 匍匐茎顶端开始膨大
时, 茎叶内GA3、KT、BAP含量再次增高, 而根内GA3、BA 含量继续下降, IAA、ABA 含量无明显变化; 黑
暗培养14 d试管块茎基本形成时, IAA、BAP含量缓慢上升, 根内 GA3含量下降, 茎叶 GA3 含量处于相对稳
定状态。
关键词: 马铃薯; 试管薯; 内源激素
中图分类号: S 532; Q 943 文献标识码 : A 文章编号: 0513353X ( 2002) 06053705
马铃薯试管薯的形成及发育, 受多种因素的制约!1∀, 光强、光周期、温度、外源诱导剂、矿质营
养等外源因素多是通过调节内源激素平衡起作用!2∀。在众多的植物激素中 GA3 在马铃薯块茎形成中
起着非常重要的作用, GA3 与 IAA的适宜配合可以促进匍匐茎的形成和生长, 同样可以肯定的是 GA3
对块茎的形成有很强的抑制作用, 甚至使试管块茎不能形成!3∀。目前还不能证明生长素在块茎形成中
的作用, 高浓度的 IAA ( 5 mol/ L) 抑制诱导插条形成块茎!4∀, IAA能促进试管薯的数量和质量的增
加!5∀, 但没有诱导试管薯形成的作用!6∀。细胞分裂素能促进马铃薯块茎的形成, 对试管薯形成的影响
呈抛物线形变化, 其作用的效应大小为 BAP ( 6- 苄氨基嘌呤) > KT ( 6- 呋喃氨基嘌呤) > ZT (玉
米素)!5∀。ABA在短日照下能促进块茎的形成, 在离体条件下不能诱导块茎的形成并对 BAP 促进块茎
形成有抑制作用!4∀。马铃薯块茎的形成是一个极为复杂的生理过程, 从目前的研究结果来看, 用任何
单一激素的作用都不能解释清楚。因此, 块茎形成和发育过程中的内源激素含量的变化及各种内源激
素的相互协调, 特别是茎叶与根部内源激素的协调关系, 是长期以来研究马铃薯块茎发育机理的重
点。本试验着重研究试管薯形成过程中各发育阶段母体试管苗茎叶和根内内源激素的变化, 探讨内源
激素的平衡与试管薯形成和发育的关系, 为进一步阐明块茎形成机理提供依据。
1 材料与方法
1. 1 母株培养
试验材料采用早熟品种 费乌瑞它 继代 1年的脱毒试管苗, 去掉顶芽及基部 2个芽的中部芽
段, 每段带有 1个芽节。将诱导试管薯的母株试管苗采用浅层液体静止培养。将带有 1个叶片的茎
段, 接在装有 30 mL 壮苗培养基的 250 mL 三角瓶中, 使之悬浮于培养基表面, 每瓶 25个茎段。3周
后每个茎段生长成 1株带有 5~ 6个节的健壮试管苗, 做为诱导试管薯的母株。培养基为MS基本培养
基, 附加食用白糖 3%, pH 5. 8。培养温度 ( 25 # 1) ∃ , 光照 16 h/ d, 光强 2 000 lx。
1. 2 试管薯诱导
将培养母株三角瓶内的壮苗换入不同处理的诱导培养基, 于 16 h/ d 光照下培养 48 h, 再转入全
黑暗条件诱导试管薯。诱导温度 18 ∃ , 诱导培养基MS+ 蔗糖 8% , pH 5. 8。
1. 3 内源激素测定
在试管薯诱导过程中, 根据培养和环境改变的时间, 以及试管苗、匍匐茎、试管薯形成和发育的
时期, 分 5次采样, 即转入诱导培养基前、转入诱导培养基后光照培养 2 d和暗培养 3、7、14 d, 分
别对母株试管苗的茎叶和根进行取样。试验 3次重复, 每重复随机取 3瓶试管苗, 将茎叶与根分离并
分别切碎混合, 每次取鲜样质量 5 g。鲜样用 8%甲醇研磨提取 %减压 40 ∃ , 蒸馏去甲醇 %乙酸乙酯
萃取%去水相%减压 40 ∃ 蒸馏、蒸干 %溶于 1 mL 8%甲醇待测。内源激素测定采用吴秀英等!7∀报道
的方法, 采用 Shimadzu SLC6A高压液相色谱仪, Hibar Lichtosorb RP18 ( 10 m) 250 mm柱, Spp6AV
紫外监测器, 波长 254 nm。
2 结果与分析
2. 1 茎叶与根内源激素含量的比较
从整体的测试数据中可以看到这样的趋势, 在试管苗培养时期以及试管薯形成和发育各个阶段,
试管苗根的各种内源激素含量均高于茎叶。根 GA3 的含量高于茎叶百倍或几百倍, 其它几种激素也
高几倍或几十倍 (表 1)。这可能是由于离体培养过程中, 植株和试管薯形成发育所需的全部营养,
均需从培养基中获取, 根内生理代谢活动远大于茎叶造成的。在试管薯诱导过程中各种激素在茎叶内
含量的变化, 与根内含量的变化也不尽相同, 说明随着培养环境的改变, 植株的代谢活动中心在不断
地变化, 试管薯形成和发育的不同阶段所需的激素种类和数量不同。
表 1 不同诱导时期马铃薯试管苗茎叶与根内源激素含量
Table 1 Endogenous phytohormones content in plantlets ( g/ g FM)
茎叶或根
Shoot or root
激素
Phytohormones
时期 Stage
1 2 3 4 5
茎叶 Shoot GA 3 33. 86 94. 80 40. 85 143. 34 138. 70
IAA 18. 13 22. 64 10. 20 9. 66 14. 54
KT 8. 26 90. 60 10. 22 107. 10 52. 04
BAP 0. 24 5. 39 0. 53 4. 71 11. 34
ABA 2. 45 2. 43 1. 48 2. 89 2. 93
根 Root GA 3 1950. 40 5663. 67 4270. 56 4020. 36 1398. 04
IAA 54. 91 80. 27 94. 75 90. 70 209. 62
KT 174. 67 368. 89 182. 15 172. 32 190. 68
BAP 75. 90 159. 81 66. 93 4. 64 126. 98
ABA 2. 23 4. 30
注: 1. 转入诱导培养基前的母株试管苗; 2. 转入诱导培养基后于光照下培养 2 d; 3. 转入黑暗培养 3 d; 4. 转入黑暗培养 7 d;
5. 转入黑暗培养 14 d。
Note: 1. the plant lets at the stage of platelet culture; 2. the plantlet s after transfering to induction medium and under light condit ions for 2 days; 3.
the plant lets under dark conditions for 3 days; 4. the plant lets under dark conditions for 7 days; 5. the plantlets under dark conditions for 14 days.
2. 2 不同发育阶段茎叶和根内源激素含量的变化
由表 1可见, 在马铃薯试管薯诱导过程中, 不同诱导阶段内源激素含量不同。试管苗转入诱导培
养基, 光照 16 h/ d, 48 h 后基部腋芽生长点细胞开始活跃, 此时无论茎叶还是根, GA3、IAA、KT、
BAP的含量较试管苗培养阶段都有不同程度的提高, 茎叶内 ABA的含量几乎没有变化, 根内 ABA含
量略有升高。由于培养基内蔗糖浓度的增高, 渗透压加大, 试管苗叶片呈深绿色, 下部腋芽有凸起出
现, 这些凸起大部分为匍匐茎生长点。由于匍匐茎的开始形成, 且于长光照条件下, 无论茎叶或根部
538 园 艺 学 报 29卷
的合成和代谢活动都在增强, 从而促进了内源激素含量的增加。
转入黑暗第 3天, 试管苗下部形成1~ 2根匍匐茎, 少数匍匐茎顶部开始膨大此时由于处于暗培
养条件下, 母株顶部停止生长, 叶片呈绿色, 内源GA3、KT、BAP 和茎叶内的 IAA含量降低, ABA及
根内的 IAA含量变化不大。这种现象可能与匍匐茎基本形成, 试管薯开始膨大有关。
暗培养第 7天时, 已形成的匍匐茎顶部开始膨大, GA3 含量趋于平稳, 根内 GA3 含量继续下降。
KT、IAA、BAP含量包括茎叶和根内缓慢上升, ABA 及根内 KT 含量变化不明显。这可能与试管薯内
细胞膨大和分裂有关。
暗培养第 14天时, 试管块茎继续膨大, IAA、BAP 含量缓慢上升, 根内 GA3 含量下降, 茎叶 GA3
含量处于稳定状态。
2. 3 发育过程中茎叶和根各种内源激素含量的变化
2. 3. 1 GA3 内源 GA3 在茎叶中的含量变化与根内变化明显不同, 在换入诱导培养基光照培养 2 d
时, 达 5 663. 67 g/ gFM。从内源 GA3 在整个试管薯形成和发育过程中的变化看, 茎叶内含量为升高
趋势, 根内含量逐渐降低。转入黑暗培养 3 d后大部分植株基部已有匍匐茎形成, 茎叶中 GA3 含量随
诱导培养时间的延长渐渐升高, 这与试管苗腋芽不断有新茎点 (匍匐茎或侧枝) 发生有关, 虽然许多
新生的匍匐茎最终因植株的衰老不能形成试管薯, 但形成点分生组织将体内的 GA3 调集到匍匐茎形
成点的分生组织上。从根内GA3含量变化可明显看出, 从试管块茎形成开始, GA3 含量明显降低, 随
着块茎的不断膨大, 核心的块茎陆续形成, 内源 GA3 含量逐渐降低。然而, 在试管薯诱导过程中根
部始终是整个植株的活动中心, 因此内源GA3含量也一直大大高于茎叶。
2. 3. 2 IAA 当试管苗换入新鲜诱导培养基后, 在光照培养条件下茎叶中 IAA 含量略有上升, 转入
黑暗培养后含量开始下降, 从黑暗培养 2 d, 即块茎开始形成时一直处于相对稳定的低水平, 后期略
有上生。根内 IAA含量始终处于缓慢上升的趋势, 后期升幅较快, 这可能与不断有新的匍匐茎和块茎
形成有关。
2. 3. 3 KT 母株试管苗内源 KT 的平均含量, 特别是根内含量仅低于 GA3 的含量, 根内最高达
368. 89g/ gFM。同样是根内含量高于茎叶内含量。在整个诱导过程内源KT 含量变化很大, 转入诱导
培养基后的光照培养期和暗培养 7 d时, 茎叶内源 KT 含量出现两次高峰, 黑暗培养 3 d时曾回到试
管苗培养时期的水平。根内的内源 KT 含量在光照培养期达到最大值, 进入黑暗培养后又降回到原来
水平并基本稳定。
2. 3. 4 BAP 试管苗的内源 BAP 含量低于 KT 的含量, 茎叶内 BAP 含量最高时也只有 11. 34 g/ g
FM。在整个发育过程中, 与KT 一样, 内源 BAP 含量的变化亦很大, 在光照培养下无论茎叶还是根
内的 BAP 含量均有一个高峰值出现。茎叶内 BAP 含量的低谷出现在黑暗培养的第 3天, 随后逐渐升
高。根内 BAP含量则从暗培养开始一直下降, 黑暗培养的第 7天时达到最低点, 仅有 4. 64 g/g FM,
然后随着已形成块茎的膨大和新块茎的不断形成快速上升。
2. 3. 5 ABA 在试管薯诱导过程中内源ABA含量一直很少, 当试管苗转入黑暗培养后根内已测不到
ABA。茎叶内ABA含量除在黑暗培养开始时, 即黑暗培养 3 d有一很小的低谷出现外, 基本没有太大
变化。
3 讨论
在试管薯离体诱导过程中, 内源激素含量的变化受多种因素的影响。从本试验来看, 在离体试管
薯形成过程中, 随着培养环境的改变和匍匐茎、块茎的形成发育, 无论根内还是茎叶内的各种内源激
素含量的变化都是非常明显的。为分析内源激素的变化, 本试验在诱导培养基内没有加入任何外源激
素, 5个采样时期各种内源激素含量的变化, 与过去我们报道的由外源诱导剂参与同期测定的内源激
素含量的变化!8∀基本相同, 这说明在试管薯形成和发育过程中内源激素的变化有一定规律, 外源诱导
5396期 连 勇等: 马铃薯试管薯形成过程中几种内源激素的变化
剂对某个发育阶段内源激素含量有调节作用, 但只要最终能形成块茎, 则内源激素含量变化的总体趋
势不变。
马铃薯试管薯的形成和发育与多种植物激素有关, 外源诱导条件的作用均能在各种内源激素含量
的变化中反映出来。当试管苗转入诱导培养基后, 同样是 16 h/ d光照, 各种内源激素含量均升高,
这与诱导培养基内含有高浓度的蔗糖有关。高浓度的蔗糖 ( 6% ~ 10% ) 是试管薯诱导过程中必不可
少的条件!9∀, 培养基蔗糖浓度的改变促使植株基部腋芽萌动, 这些新启动的生长点将来无论是形成新
枝条 (继续在长日照光照条件下培养) 还是发育成匍匐茎 (转入短日照或黑暗培养) , 此时都可能引
起各种内源激素含量增加。
在所测定的 5种内源激素中, GA3、KT 和 BAP 的含量随着环境改变, 在匍匐茎、块茎的形成和
发育进程中变化较大, 这与前人用同类外源激素诱导试管薯的结果!2~ 5, 10, 11∀一致, 说明GA3和细胞分
裂素 (主要是 BAP和 KT) 在马铃薯块茎形成中起不可忽视的作用, 通过调节内源 GA3、IAA与细胞
分裂素平衡点, 可能寻求到最佳的试管薯诱导条件, 当然不能排除有其它特殊物质在块茎发育中起决
定性作用的可能。
GA3的作用是促进枝条的形成和生长, 芽是 GA3 合成的主要部位。在马铃薯离体培养中 GA3 与
IAA配合能促进匍匐茎发生, 试管苗转入含有GA3与 IAA的培养基后第 2天就有匍匐茎发生, 且发生
情况持续整个结薯期!12∀, 腋芽萌发后是发育成匍匐茎还是枝条, 与内源 GA3、IAA对细胞分裂素之间
的平衡密切相关。本试验中试管苗换入诱导培养基光照培养 2 d后, 茎叶和根内 GA3含量均出现峰
值, 形态观察也证实此时是匍匐茎发生期, 说明匍匐茎的形成需要 GA3的参加。GA3 对块茎的形成有
抑制作用!4∀, 转入黑暗培养后试管苗根内 GA3 含量逐渐降低, 这有利于块茎的形成和发育。茎叶内
的GA3 含量在黑暗培养 3 d后的再次增加, 可能是高蔗糖浓度和黑暗条件下, 上部腋芽不断有新的钩
状匍匐茎发生引起的。
许多试验已证实, 块茎的形成需要 BAP 或KT 的存在, 但是从本试验的结果看, 在形态观察有大
量块茎发生的黑暗培养 3 d时, BAP 和KT 在茎叶及根内含量都处于低谷, 随着黑暗培养时间的延长
其含量增加。Jameson和 Koda对细胞分裂素活性测定结果表明, 块茎刚开始形成时匍匐茎内细胞分裂
素活性增高不大, 块茎进入膨大期时活性才迅速上升, 这与本试验结果相同。细胞分裂素能促进腋芽
的细胞分裂和扩展, 解除内源生长素对腋芽的抑制, 改变植物体生理代谢, 使营养向其所在部位运
输!13, 14∀。由此可以推测, 细胞分裂素对块茎形成的促进作用不在块茎形成时期, 而是在匍匐茎的发
育时期, 换言之, 它可能与新生腋芽的发育取向有关, 也与新形成块茎膨大有关。
以往有关植物生长素对马铃薯块茎形成的影响的研究报道不多。在本试验中, 茎叶内 IAA含量在
转入诱导培养基第 2天光照培养阶段 (正值匍匐茎形成时期) 有一个高峰值出现, 到黑暗培养 7d时
块茎进入膨大阶段, 根内的 IAA含量开始增加。这进一步证明了先前研究外源激素对块茎形成影响的
一些观点, IAA对匍匐茎的形成和生长有促进作用!12∀, 在高浓度蔗糖的配合下促进块茎膨大!5∀, 但
对试管薯的形成没有诱导作用!6∀。
在自然条件下块茎形成不一定需要 ABA参加!4∀。在试管薯诱导过程中测到的内源ABA含量一直
很少, 当试管苗转入黑暗培养后已从根内检测不到ABA, 说明ABA可能不直接参与试管薯的形成。
参考文献:
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14 增田芳雄. 植物生理学讲座 (第三卷) . 北京: 科学出版社, 1979. 103~ 121
The Changes of Several Endogenous Phytohormones during Microtuber Forma
tion in vitro in Solanum tuberosum L.
Lian Yong, Zou Ying, Dong Huiru, Jin Liping, and Lin Huan
( I nstitute of Vegetables and Flowers , Chinaese Academy of Agricultural Science, Beij ing 100081, China)
Abstract: Virus free platelets in vitro of potato cv. Favoritawere used for the experiments. The changes of en
dogenous phytohormones GA3, IAA, KT, BAP, ABA during microtuber formation in vitro were invest igated. The
results showed that ( 1) overall, endohormone content in roots was higher than that in shoots during the period from
platelets culture to microtuber formation; ( 2) Endohormone contents varied at all stages of microtuber format ion,
GA3, IAA, KT, BAP content in platelets and ABA content in the roots at initial stage of microtuber induction
( after transfering to inducation medium and under light conditions for 2 days) was higher than that at the stage of
platelet culture. GA3, IAA , KT, BAP content in the roots and IAA content in the shoots were reduced at the
stage of stoloniferous shoots development ( 3 days under dark condit ions) but ABA content and IAA content in the
root had no obvious changes. GA3, KT and BAP content in the shoots risen again and GA3 and BAP content in the
root continuously reduced at the stage of microtuber formation ( 7 days under dark conditions) . IAA and BAP con
tent increased gradually, BAP in the roots, KT in shoots reduced, KT in the roots and GA3 in the shoots were stable
at the stage of microtuber development ( 14 days under dark conditions) .
Key words: Potato ( Solanum tuberosum ) ; Microtuber; Endogenous phytohormones
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5416期 连 勇等: 马铃薯试管薯形成过程中几种内源激素的变化