不同夜温对薄皮甜瓜内源激素的影响

不同夜温对薄皮甜瓜内源激素的影响

0不适宜温度对薄皮甜瓜生产及内源激素含量的影响[研究意义]中盛甜皮生物的栽培往往存在不适合温度的状况，其中，由于水果在夜间不合适温度下生长。因此,弄清夜间不适宜温度对薄皮甜瓜果实生长发育影响的相关机理,进而制定调控不适宜温度胁迫下薄皮甜瓜果实发育的措施,对于提高设施薄皮甜瓜产量和品质具有重要意义。【前人研究进展】一些研究已表明,不适宜温度胁迫对果实生长发育及品质的影响,主要是通过对植物光合物质生产、分配、积累和代谢以及物质吸收等的影响而引起的,其中植物内源激素是调节植物光合物质生产、分配、积累和代谢以及物质吸收的重要物质,与果实发育密切相关,而且,果实的生长发育及成熟是多种激素综合作用的结果。有关不适宜温度对植物内源激素影响的研究,目前在番茄、黄瓜等作物上已有一些研究报道,但这些研究报道未能说明植物内源激素与果实生长发育间的关系。【本研究切入点】有关不适宜温度对薄皮甜瓜果实中内源激素含量的影响方面鲜见研究报道。【拟解决的关键问题】本研究通过分析果实膨大期夜间不同温度对薄皮甜瓜果实内源激素含量的影响,探讨薄皮甜瓜果实内源激素对夜间不适宜温度胁迫的应答及其与果实生长间的关系,以期为制定不适宜温度条件下设施薄皮甜瓜栽培技术措施提供依据。1材料和方法1.1供试品种及处理试验于2007年2-6月在沈阳农业大学工厂化高效农业技术研究中心科研基地日光温室内进行。供试薄皮甜瓜(CucumismeloL.)品种为‘玉美人’,2007年2月5日播种,穴盘育苗,4月4日分苗至25cm×25cm的塑料桶中,定量浇水,单干整枝,12~14节位留瓜,1株留1个瓜,21节位去生长点。开花后7d移入人工气候室进行夜间9、12、15、18℃处理,处理天数为18d,昼温为26℃。人工气候室夜温处理方式和其它环境条件见下表。1.2微生物用量对果实内源激素含量测定的影响取样时期为夜间低温处理的0、3、6、9、12、15和18d,取样部位为不同夜间温度处理条件下大小一致的甜瓜果实中果肉5g,液氮速冻,超低温冰箱-80℃保存备用,用于果实内源激素含量的测定。采用单株取样为1次重复,共3次重复。1.2.1浸提液的制备用10倍样品质量的80%冰冻甲醇提取。提取时样品放入预冷研钵中,分3次加30ml80%的冰冻甲醇研磨至匀浆,完全转入小烧杯中,黑暗条件下(0~4℃)冷藏14h以上浸提。之后用漏斗滤纸过滤,清洗残渣,合并滤液,上清液转入冻干瓶中,减压蒸干至5ml(真空冻干系统,型号MAXIdryLyo),然后用2ml80%甲醇冲洗,提取液中加入等量石油醚萃取脱色后再过C18小柱滤除色素,之后转入蒸发皿中蒸干,用1ml甲醇溶解后,用0.45µm滤膜过滤,冷冻待测定。1.2.2回收率、标样与标样的制备采用Waters高效液相色谱系统(包括高压输液泵、紫外检测器、自动进样器和系统控制工作站)测定,利用外标法定量。参考方能虎等的方法并加以改进,工作条件如下:色谱柱为C18反相柱(5.0µm×250mm,5µm,Water公司生产),C18Sep-pak小柱(ClassicalWater公司生产),波长为260nm,流动相为甲醇﹕3%乙酸=45﹕55,流速1ml·min-1,柱温35℃,进样量20µl。激素标样均为Sigma公司生产的HPLC级试剂。另外,除甲醇为色谱纯,水为超纯水外,其它试剂均为分析纯。将配制的混合标样(含IAA、GA3、ZT、ABA)经过上述纯化分离过程测定回收率,以回收率对样品测定结果进行校正。通过标样计算样品中激素浓度,并计算单位质量鲜样中的含量。数据采用DPS软件、Origin及Excel进行分析。2结果与分析2.1夜间温度对薄皮南瓜果实内源素的含量的影响2.1.1夜间温度对薄皮南瓜果实红霉素含量的影响2.1.2夜温处理对玉米素含量的影响从薄皮甜瓜果实玉米素含量变化看(图1-B),各夜温处理均在果实膨大前期玉米素含量最高,随后迅速下降,在果实膨大后期又出现一个高峰,且夜间9℃和12℃下峰值出现在处理后15d,而夜间15℃和18℃下峰值出现在处理后12d。从各夜温处理间玉米素含量的差异看,前期夜间15℃处理显著高于夜间18℃和9℃处理,而夜间18℃与9℃处理间无显著差异。后期夜间12℃处理后玉米素含量显著高于其它处理。说明果实发育前期夜间15℃和后期夜间12℃可提高薄皮甜瓜果实玉米素含量,而夜间18℃和9℃会影响其积累,并且较低的夜间温度会使延迟后期玉米素小峰值的出现。2.1.3夜温处理对黑恶意菌细胞腐烂的影响从图1-C可以看出,各夜温处理的果实内生长素含量的变化趋势基本相同。在果实膨大前期,生长素含量稍有下降,随后在2.01µg·g-1左右平稳一段时间后,在果实膨大后期,生长素迅速升高,出现一个高峰,之后又急剧下降。说明生长素可能与细胞膨大存在密切关系。夜温处理的后期,不同夜温处理间存在显著差异(F15d=32.33),其中夜间12℃处理极显著高于其它各处理,夜间9℃处理又极显著低于其它各处理,夜间18℃与15℃处理差异不显著。说明12℃夜温有利于薄皮甜瓜果实膨大后期生长素的积累,而夜间9℃大大降低了生长素的合成能力。2.1.4夜温处理时果实内脱落酸含量的变化从图1-D可以看出,在果实生长过程中脱落酸含量一直处于较低水平,初期脱落酸含量稍微增加,之后基本保持不变,约为0.80µg·g-1。各夜温处理的前期果实内脱落酸含量几乎没有变化,但处理15d后变化比较明显,其中夜间9℃处理后果实内脱落酸含量大幅度增加,而其它处理无明显变化。说明9℃夜温诱导了果实发育后期脱落酸的合成。2.1.5夜温处理对果实中ga3和zt含量的影响和ZT/ABA的影响GA3/ABA和ZT/ABA的变化可反映促进生长的激素和抑制生长的激素之间的相对平衡状态。由图2可知,各夜温条件下,GA3/ABA和ZT/ABA的变化规律分别与果实中内源GA3和ZT含量的变化趋势一致。在夜温处理的前6d,各处理间GA3/ABA变化较明显,其中夜间15℃和12℃显著高于夜间9℃和18℃处理,夜间18℃又显著高于9℃处理,而夜间15℃和12℃处理之间几乎无变化。在果实膨大的后期,夜间9℃处理极显著低于其它各处理,而其它各处理间差异不显著。从不同夜温对ZT/ABA的影响来看,在夜温处理的前6d,夜间15℃处理后ZT/ABA最大,夜间9℃处理极显著低于夜间15℃处理,其它各处理间差异不显著。在果实膨大后期,夜间9℃处理显著低于其它各处理,而其它各处理间差异不显著。2.2夜间及夜间对ga3/aba生长的影响不同夜温处理后,GA3/ABA与单果重增长率均达到极显著正相关(图3-A),其中夜间9℃处理后,GA3/ABA与单果重增长率的相关系数最大,高达0.982,夜间12℃处理后相关系数最小。从图3-A还可以看出,夜间9℃处理后,GA3/ABA与单果重增长率线性关系的斜率明显低于其它处理,说明夜间9℃条件下果实的生长需要更大的GA3/ABA。然而,除夜间15℃和18℃条件下ZT/ABA与单果重增长率达到极显著正相关外,其它夜温处理后ZT/ABA与单果重增长率的相关性均不显著,夜间12℃处理后相关系数最小,仅为0.658(图3-B)。3高温、夜温处理对薄皮甜瓜果实生长和激素含量的影响已有研究表明,不适宜温度会对果实生长产生不同程度的抑制,本文也得出类似的结论,即薄皮甜瓜果实生长的最适宜夜温为15℃,夜间9℃和18℃会明显抑制果实的生长,最终导致单果重下降。与夜间15℃相比,夜间12℃条件下,单果重前期下降但最终相近(数据未列出)。不同夜温对果实发育的影响是复杂的,其中植物激素参与了低夜温对果实发育胁迫的调控。植物组织中激素含量甚微,但对低温胁迫非常敏感。一些研究资料表明,低温条件下植物组织中ABA含量增加,GA3、ZT、IAA含量减少,抗寒性提高。本文研究结果表明,与其它夜间温度处理相比,夜间9℃处理后薄皮甜瓜果实发育前期IAA含量无明显变化,后期明显减少,ABA含量大量增加,GA3、ZT含量减少,果实内ABA/GA3提高,从而提高了抗寒力,得以适应低温的环境。冬季日光温室黄瓜和辣椒中的研究也得到了类似的结论。高温也会影响植物体中内源激素的积累。高温处理后黄瓜3个品系茎尖中IAA含量显著降低,这种降低的趋势在整个生育期存在,表明IAA可能参与调节受高温胁迫植株的某些长期反应,GA3含量与未经高温处理的差异不显著。ABA被认为是一种逆境激素,同样它在高温逆境中也起着重要的调节作用。马德华对黄瓜的研究结果表明,经高温处理后,各品种的ABA含量均显著增加,表现为耐热性强的品种比耐热性弱的ABA含量高,因此认为高温胁迫后ABA含量和品种的耐热性呈正相关。IAA和GA3都被称为生长促进物质,GA3在细胞分裂G1期能促进DNA合成,促使更多的碳同化物向幼果转移,从而促进细胞分裂,IAA可以促进RNA和蛋白质的合成,为原生质体和细胞壁的合成提供原料,保持持久性生长,从而促进细胞体积的增大。ZT属于CTK中的一种,目前对于ZT与果实发育的研究较少,但已有研究证明CTK有促进细胞分裂的作用,在果实发育前期旺盛的细胞分裂与较高的CTK含量有密切关系。有关果实生长与内源激素的关系,已有一些报道。陆新华等和Hayashi等的研究发现,果实生长前期GA3和ZT含量均较高,这对于幼果细胞分裂,促进坐果方面起作用,也充分显示了GA3和ZT在促进前期果实快速生长中的作用。同时发现,随着果实发育,果实中GA3和ZT含量均有一定程度的减少,这可能是由果实体积迅速增长的“稀释作用”所致,本文也得到类似的结论。Moore-Gordon等研究结果表明ABA含量与果实生长呈负相关。在柑橘和荔枝果实生长过程中ABA含量极低,且变化趋势较小,说明低含量的生长抑制物ABA有利于幼果的细胞分裂。本试验研究表明,在果实膨大前期,GA3和ZT含量均较高,之后各种内源激素含量相对较低,且维持在相对稳定的水平,在果实膨大后期IAA含量出现高峰,GA3和ZT含量出现第2个小高峰。体现了GA3、ZT在促进前期果实快速生长方面起作用,也充分显示了IAA在促进后期细胞延长生长中的作用。因此可以推断,不适宜的夜间温度条件下薄皮甜瓜果实内源激素的变化虽然能提高植物的抗性,但同时也与果实的生长受到严重的抑制有关,可能是激素的变化减小了果实的库强,导致果实生长缓慢。在果实生长发育中,不同类型激素间的平衡状况比单独某一二种激素的作用更重要。薄皮甜瓜果实生长可能与各激素之间的平衡有关。不同夜温处理对GA3/ABA和ZT/ABA值的影响程度不同,并且GA3/ABA值与单果重增长率均呈极显著正相关,说明GA3/ABA值可能与薄皮甜瓜果实的生长关系密切,可能是其单果重发生变化的主要原因。同时,不同夜间温度条件下二者相关斜率不同,其中9℃夜温处理斜率最小。说明薄皮甜瓜果实中较大的GA3/ABA值可提高果实的膨大速率,而且GA3/ABA的作用受夜温影响,夜间15℃可增强GA3/ABA的作用。除夜间15℃和18℃条件下ZT/ABA与单果重增长率达到极显著正相关外,其它夜温处理后ZT/ABA与单果重增长率均无显著相关性。说明不适宜夜间温度条件下,ZT/ABA可能参与了植物体的其它生理反应来适应环境,而与单果重增长率关系不密切。总之,内源GA3、ZT、IAA和ABA之间的平衡,可能调节和控制着薄皮甜瓜的果实生长,在各个不同时期各激素又分别起不同的作用以及作用大小也不同。激素需要与受体或载体结合通过信号转导和传递方式的不同而控制不同的生理功能,但仍不知道这些激素在分子水平上通过何种途径来调控果实的生长,对内源激素影响薄皮甜瓜果实生长的作用机制还有待深入研究。但是,在不适宜温度条件下薄皮甜瓜的果实生长不仅与内源激素有关,其它调节物质或生理变化过程也会影响果实的生长。已有研究发现,植物激素可诱导或抑制多胺的积累,当用植物生长调节剂处理植物器官时,该器官内多胺含量将发生相应变化,表明植物激素的作用有可能通过多胺来实现或协同作用。笔者前期研究发现,夜间不同温度条件下薄皮甜瓜果实内源腐胺、亚精胺均与单果重增长率达到显著或极显著的正相关,并且在果实膨大前期其变化趋势与GA3的变化趋势相似,这也许是果实内源腐胺、亚精胺与GA3协同作用于不适宜夜间温度条件下薄皮甜瓜果实膨大前期的生长,还有待于结合外源施用多胺或激素来进一步研究。4夜温处理对薄皮甜瓜内源激素含量的影响不同夜间温度对果实内源激素含量的影响不同。与其它处理相比,夜温9℃条件