萱草花芽分化过程中内源激素的动态变化

李志娟，贾民隆，吕英民，王云山，曹冬梅

（1.山西农业大学园艺学院，山西太原 030031；2.北京林业大学园林学院，北京 100083）

花芽分化是萱草成花的关键时期，直接影响其花蕾的产量和品质。花芽分化过程由环境因子和内源物质共同调控，其中，内源激素是影响植物花芽分化的重要因素[1-2]。庞夫花等[3]研究发现，在宁玉草莓花芽分化过程中，细胞分裂素（ZR）含量增加，赤霉素（GA3）和脱落酸（ABA）含量降低有利于花芽分化。段九菊等[4]研究发现，高含量的ZR 和低含量的GA3有利于丹尼斯凤梨花芽分化。郭辰等[5]通过酶联免疫吸附法测定了东兴金花茶花果期不同组织中内源激素含量，研究认为生产中提高ZR 和ABA含量，降低吲哚乙酸（IAA）和GA3含量可促进东兴金花茶的花芽分化。此外，激素间平衡也起到促进成花或抑制成花的重要调控作用[6-7]。大量研究结果显示，ABA/IAA、ABA/GA3值降低和GA3/IAA值升高，利于花芽从营养生长向生殖生长转变[8-10]，ZR/GA3值升高可促进花芽形态分化[10]和花粉粒的形成[11]，（IAA＋ZR）/GA3和（GA3＋IAA＋ZR）/ABA值增大有利于小花原基的形成和发育[12-13]。目前在内源激素对萱草花芽分化的影响研究方面，仲文晶等[14]测定了萱草栽培种金娃娃花芽分化前期内源激素含量及比值的变化，但关于野生萱草花芽分化不同时期的相关研究鲜见报道。基于此，本研究以自然条件下生长的野生萱草黎城7 号为试验材料，通过测定植株花芽分化期茎尖中ABA、IAA、ZR 和GA3的含量，分析这4 种内源激素含量及比值的变化规律，为萱草花期调控提供科学依据。

1 材料和方法

1.1 试验材料

供试材料为种植5 a 的野生萱草黎城7 号（Hemerocallis lilioasphodelus sp.）分株苗，采自山西省黎城县南蛟山（36°34′53′′N，113°15′55′′E）[15]，种植在山西农业大学园艺学院萱草种质资源圃中，全年常规露地管理。选苗时，要求植株长势一致、无病虫害。

1.2 样品采集

笔者前期通过解剖结构研究明确了野生萱草黎城7 号的花芽形态分化过程，将其划分为5 个时期（图1），即营养生长期（Ⅰ，图1-a）、生理分化期（Ⅱ，图1-b）、花序原基分化期（Ⅲ，图1-c）、花原基分化期（Ⅳ，图1-d）和花器官原基分化期（V，图1-e）。本试验于2017 年6-10 月、2018 年3-4 月进行。期间每隔7～10 d 随机选取植株3 株，通过观测花芽形态特征确定采样时间。5 个时期样本的采集时间为Ⅰ（2017-06-18），Ⅱ（2017-07-10），Ⅲ（2017-07-27），Ⅳ（2017-09-06），V（2018-4-10）。各时期随机选取6 株材料，采集后清洗植株表面尘土并擦净，解剖观察并分离植株茎尖。称量茎尖组织3 份，各0.2 g，液氮速冻30 min 后研磨成粉末，放入-80 ℃冰箱中保存待测。

1.3 测定项目及方法

采用酶联免疫法（ELISA）测定样品内ABA、IAA、ZR 和GA3的含量（鲜质量），具体操作：向0.2 g待测样品中分次加入4 mL 的80%预冷甲醇（内含1 mmol/L BHT），冰浴研磨成匀浆后4 ℃下提取4 h，3 000 r/min 离心20 min，分离上清液。将上清液过C18 固相萃取柱用于纯化激素，纯化后的激素采用酶联免疫吸附试剂盒进行样品测定，使用酶标仪在490 nm 波长下测定吸光值，试验重复3 次[16-17]。酶联免疫吸附试剂盒由中国农业大学提供。

1.4 数据分析

采用Microsoft Excel 2013 进行数据处理；SPSS 19.0 进行单因素方差分析（One-way ANOVA）、Scheffe 比较（P＜0.05）和主成分分析；Origin pro 8.0作图。

2 结果与分析

2.1 花芽分化期茎尖内源激素含量的变化

内源激素脱落酸（ABA）、吲哚乙酸（IAA）、细胞分裂素（ZR）和赤霉酸（GA3）的含量测定结果显示，在萱草花芽分化期，茎尖内ABA、IAA、ZR 和GA3含量差异显著，ABA 含量显著高于其他3 种内源激素的含量。

ABA 含量在花器官形成前总体呈下降的变化趋势。由营养生长期（Ⅰ）进入生理分化期（Ⅱ）后ABA 含量持续显著下降（P＜0.05），花原基分化期（Ⅳ）下降至15.25 ng/g，显著低于其他时期（P＜0.05），较营养期降低了78.82%；而花器官原基分化期（V）ABA 含量小幅上升（图2）。

IAA 含量在营养生长期处于较高水平，花芽生理分化启动后，IAA 含量显著下降（P＜0.05），至花序原基分化期降到最低点，为21.94 ng/g，与营养生长期相比，降低了27.45%；在花原基分化期IAA 含量上升，与生理分化期含量相比无显著差异，随后在花器官原基分化期IAA 含量再次小幅下降（图3）。

同ABA 和IAA 相比，ZR 在营养生长期含量最低，为1.99 ng/g。在生理分化期ZR 含量增加到一个峰值，为营养生长期含量的2.76 倍；在花序原基分化期和花原基分化期ZR 含量处于较低水平；花器官原基分化期ZR 含量再次显著上升并达到最高峰，为营养生长期含量的5.85 倍，显著高于其他时期（P＜0.05）（图4）。

从图5 可以看出，GA3含量变化呈先上升、后下降、再上升的波动趋势。在营养生长期向生理分化期转变的过程中GA3 含量上升，生理分化期GA3含量为营养生长期含量的1.14 倍。随后，GA3含量逐渐下降，至花原基分化期降低至峰谷，为3.39 ng/g，与生理分化期相比，降低了40.74%；在花器官原基分化期GA3含量又显著增加（P＜0.05），是花原基分化期含量的1.57 倍。

2.2 花芽分化期茎尖内源激素含量比值的变化

植物花芽分化进程受多种内源激素的共同影响。从图6 可以看出，在萱草花芽分化期，ABA/IAA与ABA/GA3值的变化趋势相似。营养生长期两者均处于较高水平，进入生理分化期二者比值均开始下降，至花原基分化期比值均降到最低。在花器官原基分化期ABA/IAA 值上升，而ABA/GA3值在花芽分化期总体呈下降趋势。

从图6 可以看出，GA3/IAA 值呈先升高、后降低、再升高的波动趋势。在生理分化期GA3/IAA 值达到最大，进入生殖生长后比值逐渐下降，至花原基分化期降低到最低水平，显著低于其他时期（P＜0.05）。随后，GA3/IAA 值急剧上升，在花器官原基分化期再次达到峰值，此时与生理分化期比值间无显著差异。（GA3＋IAA＋ZR）/ABA 值在花芽分化初期保持低水平，进入花序原基分化期后显著增加，花原基分化期达到最高，为营养生长期的4.04 倍。在花器官原基分化期比值下降，但仍显著高于分化前期各阶段（P＜0.05）。

ZR/GA3值在花芽过程中整体呈上升趋势，在营养生长期比值最低，进入生理分化期后比值增加并保持稳定。从花序原基分化期到花器官原基分化期ZR/GA3值大幅上升，花器官原基分化期达到最高，显著高于其他时期（P＜0.05）。（IAA＋ZR）/GA3值在花原基分化期以前较低，花原基分化期比值增大至最高，在花器官原基分化期比值减小。

2.3 花芽分化期茎尖内源激素的主成分分析

为进一步明确萱草花芽分化期4 种内源激素的调控作用，本研究对茎尖中4 种内源激素进行了主成分分析。结果显示，主成分1 主要包括ABA 和IAA，主成分2 主要包括ZR 和GA3，二者的累积贡献率为88.945%（表1、2）。

表1 茎尖4 种内源激素的主成分分析

表2 茎尖4 种内源激素的主成分因子负荷量

以主成分值1 和主成分值2 作为X 和Y 轴数据源，绘制萱草花芽分化期激素含量散点图[18]。从图7 可以看出，X 轴标值增大，ABA＋IAA 的含量增加；Y 轴标值增大，ZR＋GA3的含量增加。在营养生长期，ABA＋IAA 的含量较高；在花芽分化初期，ABA＋IAA 的含量大幅下降，表明较低的ABA＋IAA 含量有利于萱草由营养生长转向生殖生长。在花序原基分化期和花原基分化期，ABA＋IAA 和ZR＋GA3的含量均相应降低。进入花器官原基分化期后，ZR＋GA3的含量大幅上升，推测较高的ZR＋GA3含量有利于花器官原基的形成。

3 结论与讨论

3.1 萱草花芽分化与茎尖内源激素含量的关系

内源激素在植物成花和花序构建过程中起着重要作用[19]。对野生萱草花芽分化期茎尖内ABA、IAA、ZR 和GA3含量的测定结果显示，在花芽分化不同阶段各激素含量差异显著。ABA 在不同植物花芽分化中的作用还未统一，在西红花[8]、板栗[20]和Old Blush 月季[21]的花诱导和分化起始阶段，芽内ABA 含量持续降低有利于启动花芽分化；但在樱花[22]、陆地棉[23]和蒿柳[24]的花芽分化初期，芽内ABA含量持续升高有利于启动花芽分化。本研究中茎尖ABA 含量在花芽分化初期显著下降，推测ABA 含量低可能是野生萱草花芽分化启动的一个重要生理调控因子。内源激素IAA 在野生萱草营养期茎尖中大量积累，在花芽分化初期其含量快速下降，而在花芽分化后期含量上升，推测与IAA 在花芽分化不同阶段作用不同有关[22]。ZR 含量高能够促进陆地棉成花诱导[23]、大白菜抽薹[25]以及膏桐花梗、花柄和小花的伸长[13]，在野生萱草生理分化期和花器官原基期ZR 含量出现2 次显著积累，说明ZR 含量高有利于其成花诱导及花器官分生组织生长。GA3含量测定结果显示，GA3在生理分化期到花原基分化期含量呈持续显著下降的趋势，这与杏李[18]、大白菜[25]和藤本月季[26]的研究结果基本一致。在花器官原基分化期GA3含量快速上升，可能与野生萱草花芽的膨大密切相关[27]。

3.2 萱草花芽分化与茎尖内源激素平衡的关系

不同种类植物激素之间通过相互促进或相互拮抗达到一种动态平衡[28]，激素间形成的平衡关系也是调控植物花芽分化过程的重要因素[6]。本研究结果显示，ABA/IAA 与ABA/GA3值在营养生长期最高，进入花芽分化期后两者比值持续降低，在花原基分化期下降至最低，说明较高的ABA/IAA 和ABA/GA3值有助于野生萱草花芽维持营养生长状态，比值降低后有利于花芽分化，这与王桢等[8]对西红花和杜立言等[22]对樱花的研究结果相同；ZR/GA3值随着花芽分化进程整体呈上升趋势，（GA3＋IAA＋ZR）/ABA、（IAA＋ZR）/GA3和GA3/IAA 值在花原基分化期增加显著，可能与该野生萱草花器官原基的形态分化密切相关，也进一步说明多种内源激素通过相互间互作共同调控萱草花芽的分化过程。

综上，在野生萱草花芽分化过程中，（1）较低的ABA、IAA 和GA3含量，ABA/IAA、ABA/GA3和GA3/IAA 值有利于花芽分化启动；（2）花芽分化后期形态建成需要较高的IAA、GA3和ZR 含量，GA3/IAA、ZR/GA3、（GA3＋IAA＋ZR）/ABA 和（IAA＋ZR）/GA3值；（3）4 种内源激素及其相互间的比值是萱草花芽分化的重要生理调控因素。在未来萱草种植管理时，可根据需要外施激素影响萱草的花芽分化过程，从而达到调控花期的目的。