低温诱导下烟株顶芽发育及激素含量的变化

低温诱导下烟株顶芽发育及激素含量的变化

香烟的早熟开花是一种常见的生产现象。根据不同的地理位置，不同的年发生程度不同。在严重的情况下，每株植物可以减少5.6片树叶，减少10%20%。据调查和研究表明,我国生产上烟草栽培品种多为中性或近短日性品种,对光周期的反应不敏感,而与每年的反常气候关系密切,其中低温是引起早花的重要因子之一。而有关诱导烟草早花机理的系统研究尚未见报道。本文针对低温这一诱导因素,探讨低温诱导期间烟草顶芽内几种激素的变化,为研究生产上出现烟草早花现象的机理及其防止提供理论依据。1材料和方法1.1种子消毒和催芽供试烤烟(Nicotianatabacμm)品种为K326。0.1%CuSO4溶液进行种子消毒20min,之后用流水冲洗干净,在40℃温水中浸种30min,再用冷水浸种24h,之后在人工气候箱内28℃下催芽。采用格盘育苗,选萌发一致的种子播于经甲醛消毒的基质内,于人工气候箱内28℃下育苗,4片真叶出现后开始处理。1.2该项目的内部设计1.3试剂与试剂盒激素的测定:采用ELISA酶联免疫法测定玉米素核苷(ZRs)、赤霉素(GA3)、生长素(IAA)、脱落酸(ABA),试剂盒由中国农业大学化控中心提供。组织镜检:OLYMPUS体视显微镜对顶芽进行解剖观察,FAA固定液固定。2结果与分析2.1组织特征对比从4叶到10叶每一叶龄进行的解剖观察发现,各处理的顶端分生组织都处于营养分生组织阶段,没有明显的组织特征差异。各处理后期的现蕾情况见表2。结果表明幼苗的低温诱导可明显促进顶芽发育,引起烤烟早花,4～7叶低温诱导的处理叶片减少2～8片、4～8叶、4～9叶低温诱导的处理叶片减少3～8片,4～10叶低温诱导的处理叶片减少最多,达9～14片。2.2烟苗对低温诱导的反应规律由表3的数据可知,烟草苗期顶芽内ZRs含量很低,对照只在10叶期检测到ZRs含量,而其他低温诱导处理在6、7、8、9叶期已可测到较低的数值,由此初步推测烟苗对低温诱导从6叶期才有反应,但ZRs含量很低,规律不明显。ZRs只是细胞分裂素的一种,而其他种类的细胞分裂素如异戊烯基腺嘌呤(iPA)、脱氢玉米素核苷(DHZRs),本文没有测定,所以哪一类细胞分裂素对烟苗发育的作用更大或是总量的作用,还有待进一步研究。2.3低温对烟苗顶芽内iaa含量的影响图1为不同处理顶芽内IAA含量测定结果,结果表明常温处理T1烟苗顶芽内IAA含量前期变化比较平稳,到10叶期才大幅升高。T2处理顶芽内IAA的变化趋势与T1基本相似。T3、T4、T5、T6、T7处理在低温诱导期间,顶芽内IAA含量低于对照,而在7叶期出现一个含量高峰,远远高于此期对照的含量,低温诱导结束转入常温下后顶芽内IAA含量有大幅升高,这与苗相表现一致,低温下生长的烟苗生长缓慢,苗株低,叶片浓绿肥厚,顶端优势较弱;常温之下的烟苗生长快,苗高、叶色黄绿,叶片大而薄。由以上分析看出烟苗6叶之前对低温不敏感,6叶时已开始有所反应,7叶是最敏感时期,表现为顶芽内IAA含量迅速升高,之后又快速下降,推测7叶期峰值的出现可能与烟苗顶芽生长发育状态的转变有一定关系,而低温下较低的IAA含量抑制了烟苗营养生长,这与Bernier提出的低浓度生长素是花发生所必需的论点相一致。由图1还可看出各个处理在10叶期时顶芽内IAA含量都大幅度升高,因此10叶期可能是烟苗转向快速生长的关键时期,但不是低温敏感时期。2.4低温诱导的控制不同处理顶芽内GA3含量的测定结果表明(图2),T1、T2、T3烟苗顶芽内GA3含量在6叶期出现峰值,之后下降至8叶期又回升,T3处理的峰值高于对照。T4、T5、T6、T7处理都在6～7叶出现稳定的峰值,且高于对照,之后就处于下降趋势,8叶以后GA3含量都低于对照。由此可见6叶以前烟苗对低温不敏感,6叶以后低温诱导峰值加大,各低温诱导处理的烟苗GA3峰值出现的时期与对照一致,诱导时间的长短影响较大的是峰值的高低,峰值稳定时间及峰值后的GA3含量,其中T2基本对诱导无反应,T3只是加大了6叶期峰值但不稳定,变化趋势与对照相似;而T4、T5、T6、T7都是在6～7叶有一高而平稳的波峰,之后下降。所以6叶期以前短期的低温诱导并不稳定,而4～7叶间的低温诱导就能有效保持下去,这说明:一是7叶期是低温诱导的关键时期,二是低温诱导必需有一定的时间保证。6～7叶顶芽内较高的GA3含量和随之较低的含量可能与烟苗顶端分生组织的生长转化有关,促进顶芽发育。2.5顶芽aba含量对不同处理烟苗顶芽内ABA含量测定结果表明(图3),顶芽内ABA含量随着烟苗的生长逐渐升高,在8叶期有一峰值。低温诱导使烟苗顶芽内ABA含量升高,其中T2处理由于诱导时期早和时间短的关系,顶芽内ABA含量的变化并不大,变化趋势与对照接近;T3处理在6叶期ABA含量大幅度提高,但随后转入常温生长停止低温诱导,ABA含量的变化恢复于对照的水平;T4、T5、T6、T7处理顶芽ABA含量在6叶期开始大幅度提高,直到9叶期都明显高于对照。这个结果同样表明,烟苗到6叶期对低温才有反应,但此时短期的低温诱导不能影响烟苗的生长发育,只有最少诱导到7叶期,低温的诱导作用才能稳定保持下去,之后转入常温下生长不会发生逆转。3苗期低温诱导对烟苗顶芽的影响据多年的调查统计分析发现,早春低温年份常常发生烟草的早花现象,而苗期低温冷害对烟草开花的影响报道并不一致。顶芽茎尖是低温诱导的感受器官,也是生长转换的中心部位,不同叶龄的不同低温处理下顶芽内几种激素含量的变化可在一定程度上反映出低温对烟苗生长发育的影响,为初步探讨烟草的低温敏感性和低温感受期及成花决定态建立提供一些理论依据。本文研究结果表明,烤烟(K326)6片真叶之前对低温不敏感,6叶之后才能感受低温,这与骆启章的报道一致。试验还表明烟苗进入低温敏感期后,低温处理必需持续一定时间,持续到7叶后才能保持低温诱导的结果,否则6叶后即停止低温诱导,其诱导结果难于维持,随后发生逆转。苗期(4～10叶)低温诱导在组织解剖上没有明显的特征差异,主要表现在激素含量的变化上。从上一世纪起,国内外对低温诱导植物开花的现象就做了大量研究。Sedgley、李秉真、李秀菊、田如男等的研究指出细胞分裂素促进花芽分化,在几种激素中起重要作用。而烟草苗期顶芽内ZRs含量很低,低温诱导下ZRs的变化以及与烟草发育的关系有待研究。低温诱导期间,顶芽内IAA含量低于对照,抑制营养生长,这与较低浓度IAA利于花芽分化的报道一致;而低温诱导到7叶及7叶以后的各处理的烟苗顶芽内IAA含量在7叶期出现一显著高峰,这一峰值可能与顶芽组织细胞生长状态的转变有关。Altamura等人研究指出,IAA在烟草薄层组织花芽分化过程中的作用是促进成花决定态的表达,未确定与成花决定态建立的关系。赤霉素在大多植物中参与成花转变的信号转导过程,但其具体作用因植物而异,多种情况下可加速成花转变。McDaniel报道赤霉素对毒麦成花转变的作用可能只是触发成花决定态的表达,而与成花决定态的建立无关。本试验表明低温诱导下烟草顶芽内GA3含量8叶以前高于对照,之后低于对照,因此赤霉素在烟草成花上的作用需进一步探讨。谷本静史认为中性植物的成花主要受ABA控制,Tsao发现典型的水生短日植物微青萍的开花需高水平的ABA和低水平的GA