脫毒苗和植物生長(zhǎng)調(diào)節(jié)劑對(duì)甘薯內(nèi)源激素含量及塊根產(chǎn)量的影響

脫毒苗和植物生長(zhǎng)調(diào)節(jié)劑對(duì)甘薯內(nèi)源激素含量及塊根產(chǎn)量的影響

0內(nèi)源激素對(duì)甘薯塊根產(chǎn)量的調(diào)控【研究意義】植物生長(zhǎng)發(fā)育過程及其物質(zhì)和能量的變化受到植物內(nèi)源素系統(tǒng)的控制。植物的根是植物激素的“來源”，也是土壤產(chǎn)生并被運(yùn)輸?shù)膬?nèi)源素的“庫(kù)”。因此，根系可以調(diào)節(jié)輸出或輸入激素的水平，從而影響地上部分激素的含量，協(xié)調(diào)土壤和地下根的發(fā)育，對(duì)協(xié)調(diào)土壤和地下根的發(fā)育起到重要作用。甘薯塊的根產(chǎn)量的形成和提高受到許多因素的限制，其中內(nèi)源植物激素是影響因素之一?！厩叭搜芯窟M(jìn)展】國(guó)內(nèi)外諸多研究結(jié)果表明,甘薯塊根的形成和膨大是細(xì)胞分裂素(CTKs)、脫落酸(ABA)、生長(zhǎng)素(IAA)、赤霉素(GAA)等多種內(nèi)源激素協(xié)同作用的結(jié)果。其中CTKs和ABA含量的高低,在不定根能否轉(zhuǎn)化形成塊根和塊根膨大的速率方面起著關(guān)鍵的作用,與塊根產(chǎn)量間存在顯著正相關(guān)關(guān)系。玉米素和玉米素核苷(Z+ZR)、二氫玉米素和二氫玉米素核苷(DHZ+DHZR)等是細(xì)胞分裂素的主要組分,其影響塊根形成和膨大的作用機(jī)理主要是促進(jìn)細(xì)胞分裂,抑制細(xì)胞伸長(zhǎng),促進(jìn)細(xì)胞擴(kuò)展。而ABA的主要作用是促進(jìn)碳水化合物向塊根內(nèi)的運(yùn)轉(zhuǎn)和積累。因此,在塊根發(fā)育的不同階段,通過一定的技術(shù)手段調(diào)控甘薯內(nèi)源激素,是促進(jìn)塊根膨大,提高產(chǎn)量的有效途徑。脫毒苗利用及合理施用植物生長(zhǎng)調(diào)節(jié)劑是提高甘薯塊根產(chǎn)量的重要栽培措施。國(guó)內(nèi)外已有大量的試驗(yàn)和研究表明,種植無病毒種苗可大幅度提高產(chǎn)量,改善品質(zhì)。而植物生長(zhǎng)調(diào)節(jié)劑如乙烯利、多效唑、ABT生根粉5號(hào)、氯化膽堿(CC)、縮節(jié)安(DPC)、壯豐安等可有效地協(xié)調(diào)甘薯地上部莖葉生長(zhǎng)和地下部塊根膨大,促進(jìn)塊根產(chǎn)量顯著提高。但前人的研究主要集中在栽培措施本身如施用劑量、施用時(shí)間及產(chǎn)量提高的幅度、產(chǎn)量提高的生理指標(biāo)等方面?！颈狙芯壳腥朦c(diǎn)】本試驗(yàn)首次從內(nèi)源激素角度探討脫毒和植物生長(zhǎng)調(diào)節(jié)劑處理對(duì)甘薯內(nèi)源激素系統(tǒng)的調(diào)節(jié)效應(yīng)及對(duì)塊根產(chǎn)量的影響。【擬解決的關(guān)鍵問題】闡明上述問題,對(duì)于進(jìn)一步揭示甘薯塊根形成及膨大的激素生理作用機(jī)制,促進(jìn)塊根發(fā)育,提高塊根產(chǎn)量,指導(dǎo)甘薯高產(chǎn)栽培,具有十分重要的理論和實(shí)踐意義。1材料和方法1.1徐薯18苗種安全性評(píng)價(jià)試驗(yàn)于2002-2003年兩個(gè)生長(zhǎng)季節(jié)在山東省農(nóng)業(yè)科學(xué)院作物研究所試驗(yàn)田進(jìn)行。試驗(yàn)田為中壤土,肥力中等。供試品種為北方薯區(qū)主栽的高產(chǎn)淀粉型品種徐薯18(Xushu18)。試驗(yàn)設(shè)置脫毒和非脫毒2組,一組為徐薯18脫毒原種苗(VF);另一組為未脫毒的徐薯18苗進(jìn)行不同的處理:氯化膽堿(LH)浸根,即未脫毒的徐薯18苗栽植前用200×10-6mg·L-1氯化膽堿浸根6h;葉面噴灑壯豐安(ZFA),由于壯豐安為生長(zhǎng)抑制劑,預(yù)試驗(yàn)結(jié)果表明生長(zhǎng)中后期噴施效果明顯,因此本試驗(yàn)未脫毒的徐薯18栽后75d用150×10-6mg·L-1壯豐安750kg·ha-1葉面噴灑;對(duì)照為未脫毒徐薯18苗(CK)。采用隨機(jī)區(qū)組設(shè)計(jì),重復(fù)3次,小區(qū)面積22.5m2(壟長(zhǎng)5m、壟寬0.75m),6行區(qū)。試驗(yàn)分別于2002年5月28號(hào)及2003年6月2號(hào)栽插,栽插選取大小、苗質(zhì)均勻的薯苗,栽植密度6.0萬株/ha左右,田間管理同一般大田。1.2干物率、干物重的測(cè)定自薯苗栽插后30d始,每隔10d每處理選取10株,稱量地上部葉片、葉柄、莖及地下部根系和塊根的鮮重,烘干后計(jì)算干物率、干物重;T/R值測(cè)定為自栽插后25d始,間隔10d;取光合能力最強(qiáng)頂端第4片展開葉及有代表性的塊根液氮速凍及低溫冷凍保存,用于內(nèi)源激素測(cè)定。1.3激素的提取效果植物激素用間接酶聯(lián)免疫吸附法(ELISA)測(cè)定,按何鐘佩方法,略有改動(dòng),試劑盒由中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)作物化學(xué)控制研究室提供,抗體與抗源之間存在高度專一性,故測(cè)定時(shí)各種激素之間不存在干擾現(xiàn)象。測(cè)定時(shí)把一定量的激素標(biāo)樣加入樣品,與樣品同步提取,計(jì)算回收率,結(jié)果均在88%以上,表明測(cè)定結(jié)果是可信的。樣品處理方法為,將甘薯樣品1.0g于液氮中速凍,用80%甲醇溶液(含二叔丁基對(duì)甲苯酚(BHT)1mmol·L-1)勻漿,4℃提取8h,4000r·min-1離心15min,沉淀用80%甲醇重復(fù)提取3次,合并上清液,氮?dú)獯蹈?PBSTG溶解定容,用于ELISA測(cè)定。1.4數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)分析方法數(shù)據(jù)處理及作圖采用MirosoftExcel2000進(jìn)行,用SPSS統(tǒng)計(jì)分析系統(tǒng)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行方差分析和顯著性檢驗(yàn)。2結(jié)果與分析2.1徐薯18產(chǎn)量變化表1結(jié)果表明,塊根產(chǎn)量提高的主要原因是單株薯塊干重的提高,不同處理均可提高甘薯塊根產(chǎn)量。其中VF處理2年分別使徐薯18產(chǎn)量提高19.1%和22.8%,平均為21.0%,LH處理2年分別使徐薯18產(chǎn)量提高23.9%和24.6%,平均為24.2%,與對(duì)照間產(chǎn)量差異均達(dá)極顯著水平;ZFA處理2年分別使徐薯18產(chǎn)量提高3.1%和7.4%,平均為5.2%,與對(duì)照間產(chǎn)量差異不顯著。2.2對(duì)對(duì)照差異總率的分析VF、LH和ZFA等處理均可不同程度的提高塊根膨大高峰期(栽植后55-85d)的日鮮重增長(zhǎng)速率(圖1),各處理與對(duì)照間的差異均達(dá)顯著水平。在甘薯生長(zhǎng)的初期(栽植后35d內(nèi))和后期(收獲前15d)各處理的塊根日鮮重增長(zhǎng)速率與對(duì)照間差異不明顯。不同處理日鮮重增長(zhǎng)速率增長(zhǎng)幅度不同,LH處理>VF處理>ZFA處理,故LH處理塊根產(chǎn)量提高最顯著,VF處理次之,ZFA處理增幅最低。2.3vf和lh處理的t/r值變化VF、LH和ZFA等處理均可促進(jìn)徐薯18的T/R值向有利于產(chǎn)量形成的方向發(fā)展(表2)。生長(zhǎng)前、中期VF和LH處理的T/R值明顯低于對(duì)照,移栽后35d、65d和95d,VF處理的T/R值比對(duì)照分別降低了2.26、2.07和0.46,LH處理的T/R值分別比對(duì)照降低了4.86、3.46和0.58,表明VF和LH處理后使前中期T/R值下降速度加快,有利于塊根的早形成、早膨大。收獲時(shí)VF、LH、ZFA處理的T/R比值分別為0.41、0.39和0.44,對(duì)照為0.40,處理與對(duì)照間差異不顯著。2.4不同處理對(duì)徐薯葉片ctsk-1和3h-1的影響由圖2可見,各處理葉片IAA、CTKs和GA4含量變化趨勢(shì)相同,均為前、中期高后期低。VF和LH處理葉片IAA及GA4含量在全生育期內(nèi)均不同程度高于對(duì)照。栽植后75d內(nèi)葉片IAA含量及栽植后60d內(nèi)葉片GA4含量提高顯著,生長(zhǎng)中后期葉片IAA含量及GA4含量提高不顯著;ZFA處理則使生長(zhǎng)中、后期葉片的GA4含量顯著低于對(duì)照,而IAA含量顯著高于對(duì)照;VF、LH和ZFA處理可使葉片的CTKs含量均有不同程度的提高,但未達(dá)顯著水平。不同處理徐薯18葉片ABA含量動(dòng)態(tài)變化是逐步升高的趨勢(shì)。VF和LH處理均降低了生長(zhǎng)前、中期葉片的ABA含量,尤其是LH處理使生長(zhǎng)前、中期葉片的ABA含量降低顯著,但后期葉片的ABA含量反而高于對(duì)照,ZFA處理則使后期葉片的ABA含量顯著低于對(duì)照。圖3分別是不同處理CTKs各組份ZR、DHZR和iPA的含量變化情況。VF和LH處理降低了葉片的ZR含量(生長(zhǎng)中期下降達(dá)顯著水平),顯著提高了全生育期葉片的iPA含量及生長(zhǎng)前期的DHZR含量,但對(duì)中后期(栽植75d后)葉片的DHZR含量影響不顯著。ZFA處理主要是顯著提高了生長(zhǎng)后期葉片的DHZR含量,對(duì)葉片ZR含量和iPA含量的影響不顯著。上述結(jié)果表明不同處理可調(diào)節(jié)葉片的內(nèi)源激素含量。VF和LH處理均可不同程度提高葉片的IAA含量、CTKs含量和GA4含量,降低ABA含量。2.5塊根激素含量的變化VF、LH和ZFA等處理均可提高塊根的CTKs、ABA和IAA的含量(圖4),其中CTKs含量的提高最顯著。甘薯膨大高峰期(栽植后60-90d)CTKs、ABA和IAA等3種激素提高幅度較大,與日鮮重增長(zhǎng)速率的顯著提高(圖1)相吻合。VF處理可提高全生育期內(nèi)塊根的CTKs、ABA和IAA的含量,其中膨大高峰期塊根的CTKs含量比對(duì)照提高了13.0%,差異顯著,ABA和IAA含量的提高未達(dá)顯著水平;LH處理主要提高了生長(zhǎng)前、中期塊根的CTKs、ABA及IAA含量,使3種激素高峰期出現(xiàn)比對(duì)照提早3-4周,其中膨大高峰期塊根的CTKs含量提高顯著,ABA和IAA含量的提高未達(dá)顯著水平,對(duì)后期塊根激素含量影響則較小;ZFA處理主要提高了生長(zhǎng)后期(收獲前30d)塊根的CTKs、ABA及IAA含量,但均未達(dá)顯著水平。塊根的GA4含量受上述處理影響較小,處理與對(duì)照間GA4含量沒有明顯差異,表明GA4在塊根的膨大過程中的作用可能很小。塊根CTKs各組份ZR、DHZR和iPA含量變化動(dòng)態(tài)見圖5。VF處理使塊根ZR和DHZR含量在全生育期均有顯著提高,尤其是塊根膨大高峰期比對(duì)照分別提高了23.6%和12.2%;LH處理主要使前、中期塊根的ZR及DHZR含量顯著提高,栽植后30-90d塊根ZR含量比對(duì)照平均提高15.0%,DHZR含量平均比對(duì)照提高了16.5%;ZFA處理主要是提高了后期塊根的ZR和DHZR含量,栽后90-120d處理比同期對(duì)照分別提高了9.1%和14.9%。各處理塊根的iPA含量含量呈現(xiàn)略有提高的趨勢(shì)。上述結(jié)果表明,VF、LH和ZFA處理可顯著提高膨大高峰期甘薯塊根CTKS的含量,其中主要是顯著提高了ZR及DHZR的含量,ABA和IAA含量提高雖未達(dá)顯著水平,但高峰期比對(duì)照提前出現(xiàn)2-3周,因而顯著提高了塊根日鮮重增長(zhǎng)速率,最終使塊根產(chǎn)量顯著提高。3討論3.1ctsk影響葉片發(fā)育,生長(zhǎng)和發(fā)育甘薯塊根產(chǎn)量取決于干物質(zhì)總產(chǎn)及其分配到塊根中的比例,干物質(zhì)生產(chǎn)的源是葉片,庫(kù)則是積累干物質(zhì)的塊根。甘薯要獲得高產(chǎn)不僅要求源器官(葉片)利用光能的效率高,庫(kù)器官(塊根)接受同化物質(zhì)的容量大,更要求源器官向根部分配同化物質(zhì)(流)的能力強(qiáng),甘薯源、流、庫(kù)關(guān)系協(xié)調(diào)是甘薯獲得高產(chǎn)的關(guān)鍵。葉片內(nèi)源激素系統(tǒng)是影響葉片生長(zhǎng)、發(fā)育和生理功能提高的主要內(nèi)在原因。段留生等報(bào)道,CTKs可顯著延緩葉片衰老,并可能是作為一種導(dǎo)引同化物移動(dòng)的重要信號(hào),誘導(dǎo)營(yíng)養(yǎng)物向其移動(dòng),維持或改變植物源庫(kù)關(guān)系。趙春江等研究表明,CTKs及GAs均抑制衰老,ABA具有明顯促進(jìn)衰老作用,IAA則具有雙重功效,可能前期促進(jìn)生長(zhǎng),后期加速衰老。本研究中,脫毒、氯化膽堿浸根和壯豐安葉面噴灑等處理雖未改變甘薯葉片內(nèi)源激素含量的變化趨勢(shì),但脫毒和氯化膽堿浸根處理均不同程度的提高了葉片的IAA含量、CTKs含量和GA4含量,降低ABA含量,ZFA處理提高了CTKs含量和IAA含量,顯著降低了中后期葉片的GA4含量,因而可促進(jìn)葉片的生長(zhǎng),延長(zhǎng)葉片功能期,有效延緩葉片的衰老,一定程度上提高制造光合產(chǎn)物的“源”的強(qiáng)度,有效控制甘薯地上部的群體并防止莖葉的徒長(zhǎng),使地上部莖葉的生長(zhǎng)與地下部塊根的膨大更為協(xié)調(diào)。3.2治療脫毒的效果李卓杰等的研究表明,IAA、GAs和CTks均有強(qiáng)化庫(kù)器官活性、定向誘導(dǎo)同化物向之運(yùn)輸?shù)淖饔谩Ｍ鯌c美等的研究結(jié)果,甘薯塊根的形成和膨大是ZR、DHZR、ABA、iPA和IAA等多種內(nèi)源激素協(xié)同作用的結(jié)果,其中ZR、DHZR、ABA含量的高低,在不定根能否轉(zhuǎn)化成塊根和塊根膨大的速率方面起著關(guān)鍵作用。何鐘佩研究表明,源于根系的內(nèi)源激素作為一種信息物質(zhì)使地上地下結(jié)合起來構(gòu)成一有機(jī)整體,不同時(shí)期對(duì)不同器官實(shí)施化學(xué)調(diào)控,都將對(duì)地上地下器官產(chǎn)生影響,最終影響作物的產(chǎn)量。本研究中氯化膽堿浸根處理可顯著提高塊根膨大過程中的CTKs和ABA含量,使ZR、DHZR和ABA高峰期提前出現(xiàn)3-4周,相應(yīng)的增大了產(chǎn)量器官的庫(kù)容和庫(kù)活性的效應(yīng),因而有利于塊根產(chǎn)量的顯著提高。壯豐安的使用在甘薯上尚未見報(bào)道,主要被應(yīng)用于小麥上,可延長(zhǎng)葉片功能期,降低株高,增加莖干抗倒伏能力,增加花后干物質(zhì)積累量,從而顯著提高產(chǎn)量。壯豐安在大豆、花生、馬鈴薯、甜菜上的顯著增產(chǎn)效果也見報(bào)道,本試驗(yàn)中葉面中期噴灑壯豐安增產(chǎn)效果未達(dá)顯著水平,主要原因可能是壯豐安處理雖然一定程度上提高了塊根膨大后期各種內(nèi)源激素的含量,但持續(xù)時(shí)間短,內(nèi)源激素提高幅度未達(dá)顯著水平,對(duì)塊根產(chǎn)量的影響相對(duì)較低。脫毒苗的顯著增產(chǎn)效果已得到許多專家學(xué)者的驗(yàn)證[10,11,12,13,14,15],并從生理生化方面對(duì)其增產(chǎn)機(jī)理進(jìn)行了探討,認(rèn)為脫毒增產(chǎn)的主要原因是,脫毒苗地上部生長(zhǎng)勢(shì)提高,還苗快,根系早發(fā),地上部葉片葉綠素含量提高、葉片光合速率提高、地下部塊根形成和膨大提前,最終產(chǎn)量顯著提高。本研究主要針對(duì)脫毒苗塊根內(nèi)源激素變化情況進(jìn)行探討,結(jié)果發(fā)現(xiàn),與未脫毒苗相比較,脫毒苗可以提高全生育期內(nèi)塊根的CTKs、ABA和IAA的含量,高峰出現(xiàn)早,保持時(shí)間長(zhǎng),因而有利于塊根產(chǎn)量的顯著提高。4結(jié)論4.1豐安處理對(duì)葉片ctsk、aba及iaa含量的影響脫毒苗和氯化膽堿浸根處理可不同程度地提高功能葉葉片的IAA含量、CTKs含量和GA4含量;壯豐安處理顯著降低了中后期葉片的GA4含量和ABA含量,一定程度上提高了葉片CTKs含量、IAA含量及生長(zhǎng)后期塊根的CTKs、ABA及IAA含量。上述處理有效延緩葉片的衰老,延長(zhǎng)葉片功能期,有效控制甘薯地上部的群體并防止莖葉的徒長(zhǎng),使地上部莖葉的生長(zhǎng)與地下部塊根的膨大更為協(xié)調(diào)。4.2zr和aba超期試驗(yàn)氯化膽