不同夜溫對薄皮甜瓜內(nèi)源激素的影響

不同夜溫對薄皮甜瓜內(nèi)源激素的影響

0不適宜溫度對薄皮甜瓜生產(chǎn)及內(nèi)源激素含量的影響[研究意義]中盛甜皮生物的栽培往往存在不適合溫度的狀況，其中，由于水果在夜間不合適溫度下生長。因此,弄清夜間不適宜溫度對薄皮甜瓜果實生長發(fā)育影響的相關機理,進而制定調控不適宜溫度脅迫下薄皮甜瓜果實發(fā)育的措施,對于提高設施薄皮甜瓜產(chǎn)量和品質具有重要意義?！厩叭搜芯窟M展】一些研究已表明,不適宜溫度脅迫對果實生長發(fā)育及品質的影響,主要是通過對植物光合物質生產(chǎn)、分配、積累和代謝以及物質吸收等的影響而引起的,其中植物內(nèi)源激素是調節(jié)植物光合物質生產(chǎn)、分配、積累和代謝以及物質吸收的重要物質,與果實發(fā)育密切相關,而且,果實的生長發(fā)育及成熟是多種激素綜合作用的結果。有關不適宜溫度對植物內(nèi)源激素影響的研究,目前在番茄、黃瓜等作物上已有一些研究報道,但這些研究報道未能說明植物內(nèi)源激素與果實生長發(fā)育間的關系?！颈狙芯壳腥朦c】有關不適宜溫度對薄皮甜瓜果實中內(nèi)源激素含量的影響方面鮮見研究報道?！緮M解決的關鍵問題】本研究通過分析果實膨大期夜間不同溫度對薄皮甜瓜果實內(nèi)源激素含量的影響,探討薄皮甜瓜果實內(nèi)源激素對夜間不適宜溫度脅迫的應答及其與果實生長間的關系,以期為制定不適宜溫度條件下設施薄皮甜瓜栽培技術措施提供依據(jù)。1材料和方法1.1供試品種及處理試驗于2007年2-6月在沈陽農(nóng)業(yè)大學工廠化高效農(nóng)業(yè)技術研究中心科研基地日光溫室內(nèi)進行。供試薄皮甜瓜(CucumismeloL.)品種為‘玉美人’,2007年2月5日播種,穴盤育苗,4月4日分苗至25cm×25cm的塑料桶中,定量澆水,單干整枝,12~14節(jié)位留瓜,1株留1個瓜,21節(jié)位去生長點。開花后7d移入人工氣候室進行夜間9、12、15、18℃處理,處理天數(shù)為18d,晝溫為26℃。人工氣候室夜溫處理方式和其它環(huán)境條件見下表。1.2微生物用量對果實內(nèi)源激素含量測定的影響取樣時期為夜間低溫處理的0、3、6、9、12、15和18d,取樣部位為不同夜間溫度處理條件下大小一致的甜瓜果實中果肉5g,液氮速凍,超低溫冰箱-80℃保存?zhèn)溆?用于果實內(nèi)源激素含量的測定。采用單株取樣為1次重復,共3次重復。1.2.1浸提液的制備用10倍樣品質量的80%冰凍甲醇提取。提取時樣品放入預冷研缽中,分3次加30ml80%的冰凍甲醇研磨至勻漿,完全轉入小燒杯中,黑暗條件下(0~4℃)冷藏14h以上浸提。之后用漏斗濾紙過濾,清洗殘渣,合并濾液,上清液轉入凍干瓶中,減壓蒸干至5ml(真空凍干系統(tǒng),型號MAXIdryLyo),然后用2ml80%甲醇沖洗,提取液中加入等量石油醚萃取脫色后再過C18小柱濾除色素,之后轉入蒸發(fā)皿中蒸干,用1ml甲醇溶解后,用0.45μm濾膜過濾,冷凍待測定。1.2.2回收率、標樣與標樣的制備采用Waters高效液相色譜系統(tǒng)(包括高壓輸液泵、紫外檢測器、自動進樣器和系統(tǒng)控制工作站)測定,利用外標法定量。參考方能虎等的方法并加以改進,工作條件如下:色譜柱為C18反相柱(5.0μm×250mm,5μm,Water公司生產(chǎn)),C18Sep-pak小柱(ClassicalWater公司生產(chǎn)),波長為260nm,流動相為甲醇﹕3%乙酸=45﹕55,流速1ml·min-1,柱溫35℃,進樣量20μl。激素標樣均為Sigma公司生產(chǎn)的HPLC級試劑。另外,除甲醇為色譜純,水為超純水外,其它試劑均為分析純。將配制的混合標樣(含IAA、GA3、ZT、ABA)經(jīng)過上述純化分離過程測定回收率,以回收率對樣品測定結果進行校正。通過標樣計算樣品中激素濃度,并計算單位質量鮮樣中的含量。數(shù)據(jù)采用DPS軟件、Origin及Excel進行分析。2結果與分析2.1夜間溫度對薄皮南瓜果實內(nèi)源素的含量的影響2.1.1夜間溫度對薄皮南瓜果實紅霉素含量的影響2.1.2夜溫處理對玉米素含量的影響從薄皮甜瓜果實玉米素含量變化看(圖1-B),各夜溫處理均在果實膨大前期玉米素含量最高,隨后迅速下降,在果實膨大后期又出現(xiàn)一個高峰,且夜間9℃和12℃下峰值出現(xiàn)在處理后15d,而夜間15℃和18℃下峰值出現(xiàn)在處理后12d。從各夜溫處理間玉米素含量的差異看,前期夜間15℃處理顯著高于夜間18℃和9℃處理,而夜間18℃與9℃處理間無顯著差異。后期夜間12℃處理后玉米素含量顯著高于其它處理。說明果實發(fā)育前期夜間15℃和后期夜間12℃可提高薄皮甜瓜果實玉米素含量,而夜間18℃和9℃會影響其積累,并且較低的夜間溫度會使延遲后期玉米素小峰值的出現(xiàn)。2.1.3夜溫處理對黑惡意菌細胞腐爛的影響從圖1-C可以看出,各夜溫處理的果實內(nèi)生長素含量的變化趨勢基本相同。在果實膨大前期,生長素含量稍有下降,隨后在2.01μg·g-1左右平穩(wěn)一段時間后,在果實膨大后期,生長素迅速升高,出現(xiàn)一個高峰,之后又急劇下降。說明生長素可能與細胞膨大存在密切關系。夜溫處理的后期,不同夜溫處理間存在顯著差異(F15d=32.33),其中夜間12℃處理極顯著高于其它各處理,夜間9℃處理又極顯著低于其它各處理,夜間18℃與15℃處理差異不顯著。說明12℃夜溫有利于薄皮甜瓜果實膨大后期生長素的積累,而夜間9℃大大降低了生長素的合成能力。2.1.4夜溫處理時果實內(nèi)脫落酸含量的變化從圖1-D可以看出,在果實生長過程中脫落酸含量一直處于較低水平,初期脫落酸含量稍微增加,之后基本保持不變,約為0.80μg·g-1。各夜溫處理的前期果實內(nèi)脫落酸含量幾乎沒有變化,但處理15d后變化比較明顯,其中夜間9℃處理后果實內(nèi)脫落酸含量大幅度增加,而其它處理無明顯變化。說明9℃夜溫誘導了果實發(fā)育后期脫落酸的合成。2.1.5夜溫處理對果實中ga3和zt含量的影響和ZT/ABA的影響GA3/ABA和ZT/ABA的變化可反映促進生長的激素和抑制生長的激素之間的相對平衡狀態(tài)。由圖2可知,各夜溫條件下,GA3/ABA和ZT/ABA的變化規(guī)律分別與果實中內(nèi)源GA3和ZT含量的變化趨勢一致。在夜溫處理的前6d,各處理間GA3/ABA變化較明顯,其中夜間15℃和12℃顯著高于夜間9℃和18℃處理,夜間18℃又顯著高于9℃處理,而夜間15℃和12℃處理之間幾乎無變化。在果實膨大的后期,夜間9℃處理極顯著低于其它各處理,而其它各處理間差異不顯著。從不同夜溫對ZT/ABA的影響來看,在夜溫處理的前6d,夜間15℃處理后ZT/ABA最大,夜間9℃處理極顯著低于夜間15℃處理,其它各處理間差異不顯著。在果實膨大后期,夜間9℃處理顯著低于其它各處理,而其它各處理間差異不顯著。2.2夜間及夜間對ga3/aba生長的影響不同夜溫處理后,GA3/ABA與單果重增長率均達到極顯著正相關(圖3-A),其中夜間9℃處理后,GA3/ABA與單果重增長率的相關系數(shù)最大,高達0.982,夜間12℃處理后相關系數(shù)最小。從圖3-A還可以看出,夜間9℃處理后,GA3/ABA與單果重增長率線性關系的斜率明顯低于其它處理,說明夜間9℃條件下果實的生長需要更大的GA3/ABA。然而,除夜間15℃和18℃條件下ZT/ABA與單果重增長率達到極顯著正相關外,其它夜溫處理后ZT/ABA與單果重增長率的相關性均不顯著,夜間12℃處理后相關系數(shù)最小,僅為0.658(圖3-B)。3高溫、夜溫處理對薄皮甜瓜果實生長和激素含量的影響已有研究表明,不適宜溫度會對果實生長產(chǎn)生不同程度的抑制,本文也得出類似的結論,即薄皮甜瓜果實生長的最適宜夜溫為15℃,夜間9℃和18℃會明顯抑制果實的生長,最終導致單果重下降。與夜間15℃相比,夜間12℃條件下,單果重前期下降但最終相近(數(shù)據(jù)未列出)。不同夜溫對果實發(fā)育的影響是復雜的,其中植物激素參與了低夜溫對果實發(fā)育脅迫的調控。植物組織中激素含量甚微,但對低溫脅迫非常敏感。一些研究資料表明,低溫條件下植物組織中ABA含量增加,GA3、ZT、IAA含量減少,抗寒性提高。本文研究結果表明,與其它夜間溫度處理相比,夜間9℃處理后薄皮甜瓜果實發(fā)育前期IAA含量無明顯變化,后期明顯減少,ABA含量大量增加,GA3、ZT含量減少,果實內(nèi)ABA/GA3提高,從而提高了抗寒力,得以適應低溫的環(huán)境。冬季日光溫室黃瓜和辣椒中的研究也得到了類似的結論。高溫也會影響植物體中內(nèi)源激素的積累。高溫處理后黃瓜3個品系莖尖中IAA含量顯著降低,這種降低的趨勢在整個生育期存在,表明IAA可能參與調節(jié)受高溫脅迫植株的某些長期反應,GA3含量與未經(jīng)高溫處理的差異不顯著。ABA被認為是一種逆境激素,同樣它在高溫逆境中也起著重要的調節(jié)作用。馬德華對黃瓜的研究結果表明,經(jīng)高溫處理后,各品種的ABA含量均顯著增加,表現(xiàn)為耐熱性強的品種比耐熱性弱的ABA含量高,因此認為高溫脅迫后ABA含量和品種的耐熱性呈正相關。IAA和GA3都被稱為生長促進物質,GA3在細胞分裂G1期能促進DNA合成,促使更多的碳同化物向幼果轉移,從而促進細胞分裂,IAA可以促進RNA和蛋白質的合成,為原生質體和細胞壁的合成提供原料,保持持久性生長,從而促進細胞體積的增大。ZT屬于CTK中的一種,目前對于ZT與果實發(fā)育的研究較少,但已有研究證明CTK有促進細胞分裂的作用,在果實發(fā)育前期旺盛的細胞分裂與較高的CTK含量有密切關系。有關果實生長與內(nèi)源激素的關系,已有一些報道。陸新華等和Hayashi等的研究發(fā)現(xiàn),果實生長前期GA3和ZT含量均較高,這對于幼果細胞分裂,促進坐果方面起作用,也充分顯示了GA3和ZT在促進前期果實快速生長中的作用。同時發(fā)現(xiàn),隨著果實發(fā)育,果實中GA3和ZT含量均有一定程度的減少,這可能是由果實體積迅速增長的“稀釋作用”所致,本文也得到類似的結論。Moore-Gordon等研究結果表明ABA含量與果實生長呈負相關。在柑橘和荔枝果實生長過程中ABA含量極低,且變化趨勢較小,說明低含量的生長抑制物ABA有利于幼果的細胞分裂。本試驗研究表明,在果實膨大前期,GA3和ZT含量均較高,之后各種內(nèi)源激素含量相對較低,且維持在相對穩(wěn)定的水平,在果實膨大后期IAA含量出現(xiàn)高峰,GA3和ZT含量出現(xiàn)第2個小高峰。體現(xiàn)了GA3、ZT在促進前期果實快速生長方面起作用,也充分顯示了IAA在促進后期細胞延長生長中的作用。因此可以推斷,不適宜的夜間溫度條件下薄皮甜瓜果實內(nèi)源激素的變化雖然能提高植物的抗性,但同時也與果實的生長受到嚴重的抑制有關,可能是激素的變化減小了果實的庫強,導致果實生長緩慢。在果實生長發(fā)育中,不同類型激素間的平衡狀況比單獨某一二種激素的作用更重要。薄皮甜瓜果實生長可能與各激素之間的平衡有關。不同夜溫處理對GA3/ABA和ZT/ABA值的影響程度不同,并且GA3/ABA值與單果重增長率均呈極顯著正相關,說明GA3/ABA值可能與薄皮甜瓜果實的生長關系密切,可能是其單果重發(fā)生變化的主要原因。同時,不同夜間溫度條件下二者相關斜率不同,其中9℃夜溫處理斜率最小。說明薄皮甜瓜果實中較大的GA3/ABA值可提高果實的膨大速率,而且GA3/ABA的作用受夜溫影響,夜間15℃可增強GA3/ABA的作用。除夜間15℃和18℃條件下ZT/ABA與單果重增長率達到極顯著正相關外,其它夜溫處理后ZT/ABA與單果重增長率均無顯著相關性。說明不適宜夜間溫度條件下,ZT/ABA可能參與了植物體的其它生理反應來適應環(huán)境,而與單果重增長率關系不密切?？傊?內(nèi)源GA3、ZT、IAA和ABA之間的平衡,可能調節(jié)和控制著薄皮甜瓜的果實生長,在各個不同時期各激素又分別起不同的作用以及作用大小也不同。激素需要與受體或載體結合通過信號轉導和傳遞方式的不同而控制不同的生理功能,但仍不知道這些激素在分子水平上通過何種途徑來調控果實的生長,對內(nèi)源激素影響薄皮甜瓜果實生長的作用機制還有待深入研究。但是,在不適宜溫度條件下薄皮甜瓜的果實生長不僅與內(nèi)源激素有關,其它調節(jié)物質或生理變化過程也會影響果實的生長。已有研究發(fā)現(xiàn),植物激素可誘導或抑制多胺的積累,當用植物生長調節(jié)劑處理植物器官時,該器官內(nèi)多胺含量將發(fā)生相應變化,表明植物激素的作用有可能通過多胺來實現(xiàn)或協(xié)同作用。筆者前期研究發(fā)現(xiàn),夜間不同溫度條件下薄皮甜瓜果實內(nèi)源腐胺、亞精胺均與單果重增長率達到顯著或極顯著的正相關,并且在果實膨大前期其變化趨勢與GA3的變化趨勢相似,這也許是果實內(nèi)源腐胺、亞精胺與GA3協(xié)同作用于不適宜夜間溫度條件下薄皮甜瓜果實膨大前期的生長,還有待于結合外源施用多胺或激素來進一步研究。4夜溫處理對薄皮甜瓜內(nèi)源激素含量的影響不同夜間溫度對果實內(nèi)源激素含量的影響不同。與其它處理相比,夜溫9℃條件