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棉花果枝节间长短性状内源激素的差异以及外施激素对其影响

更新时间:2009-03-28

棉花是我国重要的经济和战略物资,但是随着我国工业化进程的不断加快,棉花生产过程中劳动力日渐紧缺,造成国内棉花种植面积逐渐减少。保证棉花产业稳定健康发展的关键是提高棉花生产机械化水平,特别是棉花采收的机械化水平[1-2]。合理的株型在棉花机械化采收过程中具有重要作用,同时也能促进合理密植,提高棉花的产量。作物株型是植株的形态结构及其生理和生态独具的特殊功能等方面的综合体现。棉花的株型包括棉花生长结构和棉花植株的结铃形式。目前我国的棉花品种“多杂乱”,果枝的节间亦有节稀、节长,并且果枝伸展多为平伸,果枝角度比较大,导致棉花株型不紧凑,松散且棉株高大,进而导致棉花的种植稀疏,不适合进行机械化采收,投入和风险增大且品质和产量下降。果枝节间长短对棉花株型具有很大的影响,果枝节间短会使植株株型变得紧凑,适合高密度种植和机械采收,同时还可以提高产量。因此对影响棉花株型的果枝节间长短性状进行研究具有重要的意义和价值。

植物內源激素是指植物体在受到特定环境信号诱导下自身代谢产生的有机物质,只要微小剂量即可使植物产生明显的生理反应[3]。植物激素在细胞分裂和伸长、组织与器官分化、休眠与萌发、开花与结果、成熟与衰老以及离体培养等方面,以相互促进或者相互拮抗的方式来调节植物体的分化、发育和生长[4],并且这种调节具有多向性和灵活性,可以通过喷施不同配比和浓度的外源激素或者人工合成的植物生长调节剂来改变植物内源激素的水平及平衡性来实现。植物激素在调节控制植物生长发育方面主要的生理作用具有两重性,即当植物激素浓度比较高时,会抑制植物的生长发育;当植物激素浓度比较低时,会促进植物的生长发育[5]。植物激素对植物株型具有极其重要的影响。目前,对植物激素与植物株型的相关关系已有广泛的相关研究。李鹏程等[6]研究表明外源激素处理导致棉花主茎的纵向生长速度比对照生长缓慢,而主茎比对照粗壮,各种浓度的生长素和赤霉素都能调节棉花的营养生长和生殖生长,并且可以促进花蕾的发育生长。程建平等[7]研究发现在水稻的不同时期喷施不同浓度的赤霉素,能对水稻穗层整齐度产生明显的影响。 王丽芳等[8]用 300 mg·L-1的 GA3浸泡彩色马蹄莲种球4 h,可以使马蹄莲生长和开花效果达到最佳。

本文通过对棉花果枝节间长度不同的材料内源激素IAA、GA3和ABA的测定和对其喷施外源激素IAA、GA3和ABA来探索3种激素对棉花果枝节间长度的影响,同时对该材料进行细胞水平的切片观察,为棉花果枝节间长短性状的相关研究提供参考。

1 材料与方法

1.1 植物材料

中2549和中5081均由中国农业科学院棉花研究所培育和提供,材料来源于中751213与新海21杂交后代中的2个株系。两个株系均为零式果枝类型,且在中国农业科学院棉花研究所安阳试验基地和海南三亚基地连续自交8代,除了果枝节间长度不同外,其他的如株高、果枝始节、生育期等性状都基本一致。果枝节间长的中2549,平均果枝节间长度为13.65 cm;果枝节间短的中5081,平均果枝节间长度为2.89 cm。

  

图1 中2549和中5081Fig.1 Zhong 2549 and Zhong 5081

 

红色边框内为果枝节间。Those in red frame are the fruiting branch internode.

1.2 化学试剂

无水乙醇、甲醛、冰醋酸、二甲苯、石蜡等;番红、固绿、吲哚乙酸(IAA)、赤霉素(GA3)、脱落酸(ABA)和三碘苯甲酸(2,3,5-Triiodobenzoic acid)均购自Solarbio公司。

2.3 两组患者心功能指标改善效果对比 治疗前,两组患者 SV、LVEF、LVESD、LVEDD对比,差异均无统计学意义(P>0.05);治疗后,两组患者SV、LVEF均明显升高,LVESD、LVEDD均明显下降,且观察组SV、LVEF明显高于对照组,LVESD、LVEDD明显低于对照组,治疗后组间及各组组内比较,差异均有统计学意义(P<0.05)。见表3。

独立设课后的实验教学,必须以特色突出、科学规范、可操作性强、吸引力强的实验教学教科书为基本保障。在内容和篇章结构上应主要由“导论篇”和“指导篇”两部分构成。

1.3 内源激素测定

由图3A可知,中2549的果枝节间内源激素GA3在倒1、倒2、倒3节位的含量分别是中5081相应果枝节间内含量的2.62倍(显著差异)、4.13倍(显著极差异)和1.97倍(显著不差异);由图3B可知,中2549的果枝节间内源激素IAA在倒1、倒2、倒3节位的含量分别是中5081相应果枝节间内含量的1.29倍、1.12倍和6.00倍,倒1、倒2果枝差异不显著、倒3果枝达到了极显著差异水平;由图3C可知,中2549果枝节间内源激素ABA在倒1、倒2、倒3节位的含量分别是中5081相应果枝节间含量的1.98倍、2.63倍和2.35倍,都达到了极显著差异水平。

  

图2 取样示意图Fig.2 Sampling schematic

 

L表示中2549果节;S表示中5081果节。L and S representative the internode of Zhong2549 and Zhong5081,respectively.

由图5K和5O可知,中2549的纵切面木质部细胞比中5081的纵切面木质部细胞较长,但细胞数量比中5081的较少;由图5L和5P可知,与中5081比,中2549的横切面皮层细胞较大,但细胞数量较少;由图5M和5Q可知,中2549的横切面内皮层细胞比中5081的细胞较大,但细胞数量比中5081的较少;由图5N和5R可知,与中5081比,中2549的横切面木质部细胞较大,但细胞数量较少。

1.4 外源喷施激素处理

为了使棉花整个植株的果枝尽可能受到相同浓度的激素处理,在中2549的苗期、蕾期和花期3个时期分别喷施20 mg·L-1的 ABA和100 mg·L-1的 TIBA(IAA 极性运输抑制剂),每 3 行1个处理,1行对照;在中5081的苗期、蕾期和花期3个时期分别喷施 20 mg·L-1的 GA3和5 mg·L-1的IAA,每3行1个处理、1行对照。

1.5 石蜡切片

果枝节间长度对棉花的株型结构有巨大的影响,但对单个棉花果枝节间长度的研究鲜有报道。本文首次使用零式果枝材料 (中2549和中5081)对果枝节间长度与激素之间的关系进行研究。中2549和中5081来源于中751213与新海21杂交后代中的2个株系,2个株系经过连续8代自交纯化,且其果枝均只有1个果节,避免了同一果枝的节间过多会对节间长度的分类和测量等产生较大影响的问题,且此两种材料成熟后其整株的果枝长度较为一致,极大地减小了分类、测量和取样等的试验误差。

1.6 数据处理

本试验对每个喷施过激素和对照的棉花单株成熟的倒4、倒5、倒6、倒7和倒8节位的果枝节间进行长度测量,最终用每个单株的平均果枝节间长度进行数据分析。由图4A可知,中2549在喷施了ABA之后,其果枝节间长度明显变长,平均增加52.74%,达到了极显著的差异;由图4B可知中2549在喷施了TIBA之后,其果枝节间长度明显变短,平均缩短20.63%(差异极显著);由4C可知中5081在喷施了IAA之后,其果枝节间长度明显变长,平均变长10.15%(差异极显著);由图4D可知,中5081在喷施了GA3之后,其果枝节间长度明显变长,平均增加11.45%(差异极显著)。由此表明,ABA、IAA和GA3都可能对果枝节间长度的伸长起到一定的促进作用,TIBA可能对果枝节间长度的伸长起到一定的抑制作用。

2 结果与分析

2.1 果枝节间长度不同材料内源激素的测定

1.3.1 取样。在中2549和中5081开花时期对其倒1(棉花植株最上面叶子刚展平时,此果枝记为倒1)、倒2和倒3节位的果枝节间进行取样,倒1、倒2和倒3各3个重复,测定其吲哚乙酸(IAA)、赤霉素(GA3)和脱落酸(ABA)。

  

图3 不同果枝节间长度材料内源激素含量Fig.3 The endogenous hormone differences of different fruiting branch internode length

2.2 喷施外源激素后棉花果枝节间长度变化

采用本试验数据使用SPSS 19.0进行分析,“**”表示差异极显著(P≤0.01),“*”表示差异显著(P≤0.05)。使用SigmaPlot 12.5进行制图。

2.3 石蜡切片观察果枝节间长度不同材料之间细胞形态的变化

1.3.2 激素提取。激素提取方法采用液质联用法(HPLC-MS/MS)[9]

  

图4 喷施不同外源激素果枝节间长度变化Fig.4 Changes of internode after spraying exogenous hormone

  

图5 不同材料果枝节间组织切片观察Fig.5 Section of different fruiting branch internode length

 

A,B:中2549和中5081的倒4果枝节间;C,D:中2549倒4果枝节间组织的纵切和横切,显微镜4×;E,F:中5081倒 4 果枝节间组织的纵切和横切,显微镜 4×;G,H,I,J:分别为 C,D,E,F 方框内的放大图,显微镜 10×;K,L,M,N,O,P,Q,R:分别为 G,H,I,J方框内的放大区,显微镜 20×。A,B:the inverse 4 branch internodes of Zhong2549 and Zhong5081;C,D:longitudinal and transection of Zhong2549,microscope 4×;E,F:longitudinal and transection of Zhong5081,microscope 4×;G,H,I,J:amplification of the black square area in C,D,E,F,microscope 10×;K,L,M,N,O,P,Q,R:amplification of the black square area in C,D,E,F,microscope 20×.

3 讨论与结论

对棉花果枝节间组织进行石蜡切片,以观察棉花果枝节间组织细胞形态变化。石蜡切片的固定、脱水、透明、浸蜡、包埋、切片、粘片、展片、脱蜡、复水、染色、透明和封片等试验步骤参考几种常规切片方法[10-12]。切片制好后,用奥林巴斯(Olympus)BH-2型显微镜观察,并进行拍照。

2)树体萌芽期及时使用杀菌剂(推荐使用菌毒清、噻霉酮等,不能使用腐蚀性强的杀菌剂,以免影响愈伤组织形成)涂抹保护受冻部位,防止其他病害侵染。

Hamano等[13]研究发现赤霉素可以使得卷心菜的茎伸长。季兰等[14]研究发现高浓度的赤霉素可以使长穗颈水稻最上节间剧烈伸长。本研究测定果枝节间长的中2549和果枝节间短的中5081果枝节间的内源激素GA3,倒1节位时中2549果枝节间内含量显著高于中5081果枝节间内含量,倒2节位时其含量差异极显著;同时外源喷施GA3极显著地导致果枝节间变长,2个试验的结果相一致,由此表明激素GA3对果枝节间的长度可能起到一定的促进作用。测定中2549和中5081果枝节间的内源激素IAA,倒3节位时中2549的含量极显著高于中5081;外源喷施激素IAA时,果枝节间极显著变长,外源喷施TIBA(IAA极性运输抑制剂),若IAA运输受到抑制,则果枝节间内IAA含量就会减少,进而其生长受到抑制导致果枝节间极显著变短,且有研究表明TIBA对根的生长有抑制作用[15]。由此表明激素IAA也可能对果枝节间的长度起到一定的促进作用[16]。Zhang等[17]等研究表明ABA可以通过活性氧ROS促进苜蓿根的伸长。McAdam等[18]研究发现在水分胁迫条件下ABA可以促进根的纵向伸长,同时抑制根的横向生长。Antoni等[19]研究发现在水胁迫条件下ABA在促进生长过程中起着关键作用。Ondzighi-Assoume等[20]研究发现拟南芥根尖中硝酸盐信号刺激使非活性储存形式ABA葡萄糖酯(ABA-GE)释放生物活性ABA,进而调节拟南芥根的伸长。本研究测定中2549和中5081果枝节间的内源激素ABA,3个节位的含量都是中2549的含量极显著高于中5081;外源喷施激素ABA时,也会导致果枝节间极显著变长。且有研究表明ABA有利于棉花叶片合成的蔗糖向库端输送[21],而本试验材料均为零式果枝,故可能是从叶片输送来的蔗糖代谢促进棉花果枝节间变得更长,亦有研究表明一定浓度的ABA对紫球藻的生长有促进作用[22]

由切片试验可知中2549的果枝节间组织细胞要比中5081的果枝节间组织细胞大且排列松散,但细胞数量要比中5081的少,可能是由于激素IAA可以使植物组织细胞壁的环境酸化、水解酶的活性增加,进而使得植物组织细胞壁的结构松弛、可塑性增加,最终使得组织细胞的体积增大[23]。且本研究测定中2549内源激素ABA的含量要极显著高于中5081的ABA含量,有研究表明ABA也有利于植物组织细胞体积的增大[24]。ABA对棉花果枝节间长度可能具有一定的促进作用,但是其机理尚未清楚,有待进一步深入研究。本研究内源激素测定结果表明中2549果枝节间内源激素GA3含量比中5081的高,且有研究发现水稻最上节间内赤霉素含量下降会导致其细胞数量减少和抑制细胞伸长[25],因此GA3可能使中2549的果枝节间细胞变长进而使得果枝伸长。综上表明植物体内源激素之间是相互作用的,彼此之间协同作用于植物体,使之有一定的表型[26]

试验结果表明,复方阿胶浆药渣可以替代粗饲料饲喂驴;复方阿胶浆药渣通过提高脏器指数、机体代谢酶、血液生化参数和抗氧化能力等改善机体机能。

此外,由于产业是“具有同种属性的企业经济活动的集合”,当产业风险发生时,同一产业内的企业都会受到影响,这容易引发大规模的风险损失,且存在着风险随产业链传导下去的可能性。因此,加强和健全产业风险评价体系的建设对提高我国商业银行风险管理工作有效性有着非常重要的意义。

综上,内源激素的测定和外源激素的喷施试验结果表明GA3、IAA和ABA三种激素均对棉花果枝节间长度有一定的促进作用,首次发现3种激素在棉花果枝节间伸长过程中存在协同作用;同时切片试验结果显示中5081的果枝节间细胞紧密度较中2549的大,细胞大小较中2549的小。

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栗战帅,魏恒玲,庞朝友,王寒涛,马启峰,宿俊吉,陈全家,曲延英,范术丽,喻树迅
《棉花学报》 2018年第03期
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