空心莲子草不定根与贮藏根中六种内源激素含量比较

陈中义+李华成

摘要：研究了入侵植物空心莲子草（Alternanthera philoxeroides）未膨大的不定根和膨大的贮藏根之间6种内源激素含量的差异，以及从贮藏根顶端到末端内源激素含量的分布情况。结果表明，无论不定根还是贮藏根，ABA在6种内源激素中含量最高，其次为IAA，其余4种内源激素（BR，GA，JA，ZR）含量较低， ABA和IAA是空心莲子草根系中两种重要的内源激素；贮藏根中ABA和BR的含量极显著高于不定根（P≤0.01），ABA和BR可能在空心莲子草不定根膨大过程中具有重要作用；IAA、GA、JA、ZR 4种内源激素在不定根和贮藏根中的含量差异不显著（P≥0.05）。在空心莲子草贮藏根中，BR表现出明显的从顶端向末端递减规律，IAA在贮藏根中部的含量最高，ABA、GA、JA、ZR 4种内源激素在贮藏根顶部、中部、尾部的含量差异不显著（P≥0.05），分布比较均匀。

关键词：空心莲子草（Alternanthera philoxeroides）；不定根；贮藏根；内源激素含量

中图分类号：S45，S482.8 文献标识码：B 文章编号：0439-8114（2016）23-6144-03

DOI：10.14088/j.cnki.issn0439-8114.2016.23.035

Abstract： Differences of six endogenous hormone contents between smooth adventitious root and swollen storage root of Alternanthera philoxeroides were studied， and the distribution of endogenous hormones contents from the top to the end of storage root was also examined. The results showed that， whether in adventitious root or in storage root， the content of ABA was the highest in 6 endogenous hormones， followed by IAA， and the contents of other four endogenous hormones（BR，GA，JA，ZR）were low， which indicated that ABA and IAA were two important endogenous hormones in the roots of Alternanthera philoxeroides. The contents of ABA and BR in storage root were significantly higher than that in adventitious root（P≤0.01）， so ABA and BR might play an important role in the swollen process of adventitious root. The contents of other four endogenous hormones（IAA， GA， JA， ZR） between adventitious roots and storage root had no significant difference（P≥0.05）. In the storage root of Alternanthera philoxeroides， BR showed obvious diminishing trend from the top towards the end， the highest content of IAA was in the middle part in the storage root of Alternanthera philoxeroides， and the contents of ABA，GA，JA，ZR among the top， middle， and end of storage root had no significant difference（P≥0.05）， showed an uniform distribution.

Key words： alligator weed（Alternanthera philoxeroides）； adventitious root； storage root； endogenous hormone content

植物内源激素作为植物体内的痕量信号分子，对于调节植物各种生长发育过程和环境的应答具有十分重要的意义[1]。研究内源激素含量变化和作用机理是探讨植物不定根膨大机理的重要方面。近年来，越来越多的研究表明，在植物的不定根转化为贮藏根的过程中，内源激素具有重要的调节作用。王慶美等[2]在研究甘薯（Ipomoea batatas）内源激素变化与块根形成膨大的关系后指出，ZR（玉米素核苷）、DHZR（二氢玉米素核苷）、ABA（脱落酸）和IAA（生长素）含量的高低，在决定不定根能否转化形成块根及其块根的膨大速率方面起着关键性作用。李先恩等[3]在研究地黄（Rehmannia glutinosa）栽培种与野生种内源激素含量的差异时指出，IAA和ZR是块根起始分化关键激素，决定了块根的形成，GA（赤霉素）、ABA在地黄块根的发育与膨大中起着更重要的作用。此外，茉莉酸及其甲酯普遍存在于高等植物中。茉莉酸类化合物能够显著地促进离体马铃薯（Solanum tuberosum）、薯蓣（Dioscorea opposita）、菊芋（Helianthus tuberosus）的块茎形成和甘薯的块根以及大蒜（Allium sativum）、洋葱（A. cepa）的鳞茎形成[4]。

空心莲子草（Alternanthera philoxeroides）是世界性恶性杂草，在其入侵过程中，贮藏根的形成具有重要作用[5-7]，其贮藏根是由不定根膨大形成[8]，调控机制尚不清楚。本研究对空心莲子草不定根膨大前后6种重要内源激素的含量变化进行了初步探讨，以便了解空心莲子草不定根和膨大贮藏根中内源激素的含量水平，为进一步剖析其贮藏根膨大的生理调节机理，加强防控提供理论参考。

1 材料与方法

1.1 试验材料

于2014年6月30日在荆州市西郊田间沟渠采集生长健壮的空心莲子草地上茎，剪取直径约0.3～0.4 cm，长度4 cm地上茎段（带有一节，以节为中心，两边长度各2 cm）若干。在底部带孔的塑料杯（上内径9 cm，下内径5.5 cm，高度14.5 cm）中装入沙壤土（沙土∶壤土=1∶1），把准备好的空心莲子草茎段斜插入沙壤土中，每个塑料杯种植一段，共插植30个塑料杯，置于温室大棚棚架上，保持湿润。50 d后（8月19日），用相同方法再插植空心莲子草30个塑料杯。两个不同日期插植的空心莲子草生长20 d后于9月8日取根样。根据陈燕丽等[9]的研究和取样观察，6月30日插植的空心莲子草至取样时已生长70 d，此时不定根已膨大为贮藏根；8月19日插植的空心莲子草至取样时，已生长20 d，不定根没有膨大为贮藏根。

1.2 数据测定与分析方法

用游标卡尺（精度0.01 mm）测量空心莲子草未膨大的不定根和膨大的贮藏根的根直径和根长，重复10次。用去离子水冲洗，再用干净的卫生纸把空心莲子草根部水吸干，将贮藏根按长度比例1∶1∶1，从根的顶端到末端依次分为顶部、中部、尾部3部分（如图1），放入-80 ℃超低温冰箱保存，用于测定内源激素。将3个不同部位的内源激素含量的平均值作为该膨大贮藏根内源激素含量。由于生长20 d的不定根直径短小，且组织鲜嫩，易受损伤，因此整段测量。测定的内源激素包括：生长素（Indoleacetic acid，IAA）、赤霉素（Gibberellin，GA）、脱落酸（Abscisic acid，ABA）、玉米素核苷（Zeatin riboside，ZR）、茉莉酸（Jasmonic acid，JA）、油菜素内酯（Brassinolide，BR），试验采用中国农业大学植物激素酶联免疫吸附测定法进行测定。试验样品于2014年10月18日送中国农业大学实验室测定，重复3次，共测样3+3×3=12个。

用SPSS软件对数据进行统计分析，利用单因素方差分析（one-way ANOVA）检测空心莲子草贮藏根不同部位内源激素含量是否存在显著差异，采用LSD法进行多重比较。利用t-检验方法（Independent samples test）比较未膨大的不定根和膨大的贮藏根之间的内源激素含量是否存在显著差异。

2 结果与分析

2.1 空心莲子草两种不同形态根的内源激素含量比较

2.1.1 不定根和贮藏根的形态比较 空心莲子草生长20 d时，根系由不定根组成，根直径平均为0.34 mm，处于根膨大前期；生长70 d时，进入贮藏根膨大期，根直径达到4.27 mm，与未膨大的不定根比较，差异极显著（P<0.01）。贮藏根根长显著大于不定根（P<0.05）（表1）。

2.1.2 空心莲子草不定根和贮藏根的内源激素含量比较 由表2可知，无论是未膨大的不定根还是膨大的贮藏根，ABA在6种内源激素含量中最高，其次为IAA，其他几种内源激素（BR，GA，JA，ZR）含量较低，表明ABA和IAA是空心莲子草根系中两种重要的内源激素。在鲜重情况下，比较空心莲子草两种不同形态根的内源激素含量，其中贮藏根中ABA和BR的含量极显著高于不定根（P<0.01），表明从不定根膨大到贮藏根，两种激素可能起着重要作用。IAA、GA、JA、ZR 4种内源激素在未膨大的不定根和膨大的贮藏根中的差异不显著（P>0.05）。

2.1.3 空心莲子草贮藏根不同部位内源激素含量比较 空心莲子草贮藏根不同部位内源激素含量比较见表3。由表3可知，空心莲子草贮藏根ABA、GA、JA、ZR含量在根的頂部、中部、尾部差异不显著（P>0.05），说明这4种内源激素虽然绝对含量水平不一样，但在根中的不同部位分布均匀。

空心莲子草贮藏根中部的IAA含量最高，达到55.512 ng/g，极显著高于顶部和尾部（P<0.01），尾部的IAA含量显著高于顶部（P<0.05）。

贮藏根中的BR含量从形态学顶端向末端递减，顶部的BR含量最高，为9.775 ng/g，显著高于中部和尾部（P<0.05），中部的BR含量显著高于尾部（P<0.05）。

3 小结与讨论

ABA是一种促进衰老和脱落的激素，能够抑制植物生长，但近年来在许多块根作物中研究发现，ABA在植物体内物质运输过程中起着重要作用，主要与块根形成后的膨大和物质积累有关[10-12]。本试验结果表明，在空心莲子草两种不同形态根的6种植物内源激素中，ABA和IAA的含量最高，其他4种内源激素的含量比较低。贮藏根是空心莲子草重要的营养繁殖器官，不定根的膨大是贮藏根中营养物质积累的过程，贮藏根中较高的ABA含量对空心莲子草根的膨大具有重要意义。IAA的主要生理作用是能促进细胞扩长[13，14]，高含量的IAA对于空心莲子草不定根和贮藏根的伸长生长均具有重要作用。BR能促使细胞壁松弛，使细胞体积扩大，摄入水分和养分，并促进细胞伸长和细胞分裂、促进根的横向发育[15]。本试验发现，膨大的贮藏根中ABA与BR的含量显著高于未膨大的不定根，其他4种内源激素在两者之间并没有表现出显著差异。因此可以推测，ABA与BR可能是空心莲子草不定根膨大的两种关键内源激素。

JA可以通过增加细胞的伸展性，诱导细胞膨大[4]，GA和ZR也具有与IAA和BR相似的生理功能，对细胞伸长生长和细胞的分裂具有促进作用，ZR还与初始形成的发育有关[16-19]。JA、GA和ZR 3种内源激素在空心莲子草的不定根和贮藏根中的含量虽然差异不大，但对于不定根的膨大仍可能起到一定的促进作用。

王庆美等[2]研究认为，甘薯块根中内源激素的分布具有顶端优势，IAA、ZR、ABA等激素含量呈顶部最高，中部次之，尾部最少的分布情况[2]。而在空心莲子草贮藏根中，除BR含量表现出明显的从顶端向末端递减规律外，其他内源激素含量并没有表现出类似的分布规律。其中，IAA含量在贮藏根中部的含量最高，ABA、GA、JA、ZR 4种内源激素的含量在贮藏根顶、中、尾3部分之间没有显著性差异，分布比较均匀。首先，GA、ABA、ZR等植物激素的运输不存在极性，例如在菜豆叶柄切断中，14C-脱落酸向基部运输的速度是向顶部运输的2～3倍[1]。因此，根顶部的内源激素含量并不一定多于尾部。其次，IAA虽为极性运输，但同时生长素也主要集中在幼嫩、正在生长的部位[1]。空心蓮子草不定根膨大并不是均匀膨大，膨大的贮藏根往往会出现中部的膨大程度大于两端或者某一部位膨大程度明显大于其他部位的现象，因此不排除IAA分布的随机性。

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