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糖和植物生长调节剂对万寿菊花色素苷合成的影响



全 文 :第37卷第3期
2 0 1 6年6月
衡阳师范学院学报
Journal of Hengyang Normal University
No.3Vol.37
Jun.2 0 1 6
糖和植物生长调节剂对万寿菊花色素苷合成的影响
刘健晖,王志新,曹丽敏,王芳宇
(衡阳师范学院 生命科学与环境学院,湖南 衡阳 421008)
摘 要:该文探讨了不同浓度糖和植物生长调节剂对万寿菊 (Tagetes erecta)花瓣着色的影响。试验以P2期舌
状花序为材料,分别在含有不同浓度蔗糖、葡萄糖和生长素、细胞分裂素的固体培养基 (MS)上进行培养。第
9天取样,利用紫外分光光度计法测定培养花瓣花色素苷积累的含量。结果显示,不同浓度的糖对万寿菊花色素
苷的合成都有促进作用,其中,3%葡萄糖和3%蔗糖对花色素苷作用最明显 (F0.05<F<F0.01);植物生长调节
剂对万寿菊花色素苷的合成也有促进作用,但在生长素NAA和细胞分裂素6-BA共同作用下,花色素苷积累高
于单一植物生长调节剂的作用,0.2mg·L-1的NAA和1.0mg·L-1的6-BA对花色素苷合成的作用最显著。
关键词:万寿菊;花色素苷;糖;植物生长调节剂
中图分类号:S681.903 文献标志码:A 文章编号:1673-0313(2016)03-0128-04
收稿日期:2016-04-06
基金项目:国家自然科学基金项目(31201750);功能金属有机材料湖南省普通高校重点实验室开放基金资助项目(13K08);衡
阳师范学院自然科学产学研合作类项目(14CXYY04)
作者简介:刘健晖(1979-),男,湖南衡阳人,讲师,硕士,主要从事植物生理生态学研究.
  花色素苷是植物中最主要的一类色素,是由花青素和糖
结合形成的配糖体,属于类黄酮物质,是花色的主要决定物
质[1-3]。花色素苷具多种的生理作用,其提取物在医疗、工业
等许多方面也有重要作用[2-3]。研究表明,大多开花植物中
花色素的形成是植物花正常发育过程中所必需的,花瓣的生
长同时往往都伴随着色素的合成肯和积累。另外,一些彩叶
植物在夏季在高温或湿度上升等不利环境条件的影响,会出
现叶色暗淡或失色,甚至返青的现象,使得原有的景观价值
大大下降[4]。因此,研究如何提高花色素苷的合成量和增强
其稳定性,怎样适当的提早或延长彩色叶的呈色时间等都有
一定的实际意义。
万寿菊(Tagetes erecta)为多年生草本植物,喜温暖湿润
和阳光充足环境,耐干旱,花色艳丽,花大且繁多,花色鲜艳,
花期又长,是提取花色素的理想原料[5]。本试验利用不同种
类的糖和植物生长调节剂分别处理万寿菊花序,研究万寿菊
花色素苷的含量变化,为以后进一步研究万寿菊发育过程中
花色素苷合成酶相关基因的表达和调控打下基础。
1 材料与方法
1.1 材料
  选取适宜的万寿菊种子,在实验室萌发后,置于花盆中
培养。在本试验中,把万寿菊花期分为6个时期(图1),P1
期:只具有花苞;P2期:舌状花即将开放;P3期:第一轮花序
完全开放;P4期:第二轮花序完全开放;P5期:有一半花序
开放;P6期:花序完全开放。试验选择的植株树势中庸、花
序大小一致且处于P2期的万寿菊花为材料,剪取花序和花
柄总长度为8cm,建立P2期花序的离体培养体系。
1.2 不同浓度糖培养
以无糖 MS为基础培养基,分别添加0,1%,2%,3%,
4%的葡萄糖、蔗糖进行培养。每种浓度设3次重复。将离
体P2花序用1%的 NaClO消毒10min后,培养在培养瓶
中,每个培养基中一个P2期万寿菊花序。对培养材料进行
相同时间光照处理,第9天取样,进行花色素苷含量测定。
1.3 不同浓度植物生长调节剂培养
以 MS为基础培养基,分别添加0mg·L-1,0.1mg·
L-1,0.2mg·L-1,0.3mg·L-1,0.4mg·L-1的生长素
NAA与0mg·L-1,0.5mg·L-1,1.0mg·L-1,1.5mg·
L-1,2.0mg·L-1的细胞分裂素6-BA进行培养。每种浓度
设3次重复。将离体P2花序用1%的 NaClO消毒10min
后,培养在培养瓶中,每个培养基中一个P2期万寿菊花序。
对培养材料进行相同时间光照处理,第9天取样,进行花色
DOI:10.13914/j.cnki.cn43-1453/z.2016.03.028
2016年第3期 刘健晖,王志新,曹丽敏,等:糖和植物生长调节剂对万寿菊花色素苷合成的影响 129 
图1 万寿菊P1-P6期
素苷含量测定。
1.4 不同浓度植物生长调节剂组合培养
以 MS为基础培养基,添加不同浓度生长素 NAA与细
胞分裂素6-BA组合进行培养。每种浓度组合设3次重复。
将离体P2花序用1%的NaClO消毒10min后,培养在培养
瓶中,每个培养基中一个P2期万寿菊花序。对培养材料进
行相同时间光照处理,第9天取样,进行花色素苷含量测定。
N1:0.1mg·L-1,N2:0.2mg·L-1,N3:0.3mg·
L-1,N4:0.4mg·L-1
B1:0.5mg·L-1,B2:1.0mg·L-1,B3:1.5mg·L-1,
B4:2.0mg·L-1
MS+N+B
a1组(MS+B1+N1),a2组(MS+B1+N2),a3组(MS
+B1+N3),a4组(MS+B1+N4)。
b1组(MS+B2+N1),b2组(MS+B2+N2),b3组(MS
+B2+N3),b4组(MS+B2+N4)。
c1组(MS+B3+N1),c2组(MS+B3+N2),c3组(MS
+B3+N3),c4组(MS+B3+N4)。
d1组(MS+B4+N1),d2组(MS+B4+N2),d3组(MS
+B4+N3),d4组(MS+B4+N4)。
1.5 花色素苷的提取和含量测定
依据 Weiss等[6]的方法进行花色素苷含量测定。准确
称取1g鲜花放入10mL的离心管中,加入1.0%盐酸甲醇5
mL,在4℃下浸提2h,然后离心取上清液,若浑浊还需继续
过滤或离心分离,重复3次。利用分光光度计测定上清液
530nm和657nm波长的 OD值,通过公式 A校=OD530-
0.25OD657得出A校,并以A校 表示每克鲜重(gFW)中花色素
苷的相对含量。那么,每片花中花色素苷产量可以以相对产
量表示,即:花色素苷相对产量(A校×gFW)=花色素苷相对
含量(A校)×每片花的鲜重(gFW)[7]。
2 结果与分析
2.1 糖对植物花色素苷合成的影响
  由图2可知,随着糖浓度的增加,花色素苷积累明显增
加,代谢性的蔗糖与葡萄糖都对花色素苷积累有显著促进作
用(F0.05<F<F0.01),但相同浓度的蔗糖和葡萄糖对花色素
苷积累差异不显著(F<F0.05),且3%葡萄糖和3%蔗糖对花
色素苷作用最明显。即无糖时,万寿菊为黄绿色;1%、4%蔗
糖和葡萄糖处理时,万寿菊为淡黄色;2%蔗糖和葡萄糖处理
时,万寿菊为淡黄色;3%蔗糖和葡萄糖处理时,万寿菊为鲜
黄色,这说明糖在一定范围内可以限制着色。本试验表明:
在培养基中加入糖类有机物质,可提高万寿菊的花色素苷合
成量,并且,不同种类糖对植物花色素苷积累影响不同。这
与孟祥春等[8]得出结论是一致的。糖在植物花色素苷合成
过程中的功能是多方面的,糖不仅作为花色素苷合成的必需
的反应底物,因此对花色素苷产量必定有影响[8];此外,糖还
作为一个信号分子,通过特异的信号转导途径调节花色素苷
合成相关酶基因的表达而影响植物着色[9-10]。Neta等[11]证
明,糖可以通过己糖激酶磷酸化相关的信号转导途径调节矮
牵牛花冠中花色素苷合成和相关酶基因的表达。
图2 糖对万寿菊花色素苷合成的影响
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2.2 植物生长调节剂对植物花色素苷合成的影响
由图3数据来看,在不同浓度生长素NAA作用下,花色
素苷的含量有变化,且随着生长素NAA浓度的增加,花色素
苷的含量逐渐增加。NAA对万寿菊花色素苷合成作用显著
(F0.05<F<F0.01),但万寿菊的颜色变化不太明显。当 NAA
浓度增加到0.3mg·L-1时,花色素苷合成的作用最大,花
色素苷积累最多,花色为鲜黄;增加至0.4mg·L-1的 NAA
时,花色素苷含量出现减少的趋势,此时花色素苷含量与
0.2mg·L-1的NAA作用相近,万寿菊花色为黄色。说明
一定浓度的NAA对花色素苷合成有促进作用。另外,生长
素促进乙烯生成可以促进花色素合成[12-13],是色素形成的关
键诱因[14]。
图3 生长素NAA对万寿菊花色素苷合成的影响
图4显示,随着细胞分裂素6-BA浓度的增加,花色素苷
的含量逐渐增加,即6-BA对万寿菊花色素苷合成作用显著
(F0.05<F<F0.01)。1mg·L-1的6-BA对花色素苷合成的
作用促进最大,花色素苷积累最多;1.5mg·L-1的6-BA次
之,万寿菊颜色为黄色;2mg·L-1的6-BA对花色素苷合成
效果较差,即万寿菊花色为淡黄色。0.5mg·L-1的6-BA
对花色素苷合成的作用最差,花色素苷积累最少,花色为黄
绿色。说明一定浓度的6-BA对花色素苷合成有促进作用。
有关细胞分裂素参与调控花色素苷合成的报道甚少。
图4 细胞分裂素6-BA对万寿菊花色素苷合成的影响
2.3 不同浓度组合植物生长调节剂对植物花色素苷合成的
影响
由图5可知,在生长素 NAA和细胞分裂素6-BA相互
作用下,相对于单一植物生长调节剂对花色素苷积累有一定
的促进作用。在b组当中促进作用最为明显,即6-BA浓度
为1.0mg·L-1。在0.2mg·L-1的NAA和1.0mg·L-1
的6-BA作用下,万寿菊花色素苷合成量最高,并且与其他生
长调节剂组合差异显著(F0.05<F<F0.01);0.3mg·L-1的
NAA和1.0mg·L-1的6-BA条件下次之,万寿菊颜色为淡
黄;0.1mg·L-1的NAA和2mg·L-1的6-BA对花色素苷
合成效果最不显著,万寿菊花色为黄绿色。因此,在一定范
围内,植物生长调节剂 NAA和6-BA具有促进花色素苷合
成和积 累 的 作 用,最 合 适 花 色 素 苷 合 成 的 浓 度 应 在
1.0mg·L-1的6-BA和0.2mg·L-1的 NAA附近。植物
生长调节剂可通过影响植物体内的代谢过程和植物基因的
表达来影响花色素苷的合成和积累。而影响基因表达又可
在转录、翻译和酶反应等不同水平上,即影响花色素苷合成
途径的两套基因表达[6]。
图5 细胞分裂素和生长素对万寿菊花色素苷合成的影响
3 讨 论
糖作为花色素苷合成必需反应物,其对花色素苷合成积
累有着十分重要的作用。研究得出,在矮牵牛花中,糖可通
过己糖激酶磷酸化相关的信号转导途径,调节花色素苷合成
和相关酶基因的表达[6],但糖作为信号分子的作用是否具有
普遍性,现在也不十分清楚。本试验,在添加外源糖培养过
程中,花色素苷的积累有显著的提高,并且万寿菊的花色也
明显变黄。说明添加外源糖有利于植物花色素苷的合成或
积累沉淀。对植物生长调节剂的研究,主要涉及其对花色素
苷合成基因表达的影响[4]。而对于植物激素是如何影响花
色素苷合成和积累的问题,尚不清楚。本试验中,一定浓度
的NAA和6-BA对万寿菊花色素苷合成和积累存在促进作
用,1.0mg/L的6-BA和0.2mg/L的NAA共同下,花色素
苷积累最多,花色也最鲜艳。
高等植物花的发育中,花的生长发育和花色素苷的生物
合成是两个重要过程[3],研究影响花开放和花色形成外界因
2016年第3期 刘健晖,王志新,曹丽敏,等:糖和植物生长调节剂对万寿菊花色素苷合成的影响 131 
素,有利于控制园艺植物特别是观赏价值高的植物花的开放
和花色,也可以创造某些花卉品种的非自然特异花色,丰富
种质资源。作为重要食用色素花色素苷还被广泛应用于食
品生产,因此研究和认识花色素苷的生物合成机制,提高植
物花中花色素苷的含量,有利于增加天然食用色素的产量和
提升经济效益。
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Effects of Sugars and Plant Growth Regulators on Anthocyanin
Synthesis in Tagetes erecta
LIU Jian-hui,WANG Zhi-xin,CAO Li-min,WANG Fang-yu
(Colege of Life Science and Environment,Hengyang Normal University,Hengyang Hunan 421008,China)
Abstract:Effects of sugars and hormones on Tagetes erecta pigmentation were investigated.Inflorescences or ray floret(rf)at
stage P2were detached and incubated on the medium(MS)under natural light.The ultraviolet spectrophotometer is used to de-
termine the harvesting of anthocyanin glucoside determination in rf petal pigments at the 9th day.The results showed that sug-
ars and hormones exposure induced anthocyanin accumulation.Effects of 3% glucose or 3%sucrose on anthocyanin was the
most obvious(F0.05<F<F0.01).Anthocyanin accumulation was significantly higher with auxin NAA and cytokinin 6-BA interac-
tion,than that of the function of single hormone,and 0.2mg·L-1 of NAA with 0.2mg·L-1 of 6-BA on flower pigment were
the most significant synthesis of anthocyanin.
Key words:tagetes erecta;anthocyanin;sugar;plant growth regulators