林业科学  2001, Vol. 37 Issue (5): 64-67   PDF    
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宋金耀, 何文林, 李松波, 刘永军, 孙艳军.
Song Jinyao, He Wenlin, Li Songbo, Liu Yongjun, Sun Yanjun.
毛白杨嵌合体扦插生根相关理化特性分析
ANALYSIS OF PHYSIOLOGICAL AND BIOCHEMICAL CHARACTERISTICS RELATED TO CUTTING AND ROOTING OF CHIMERA IN POPULUS TOMENTOSA CARR.
林业科学, 2001, 37(5): 64-67.
Scientia Silvae Sinicae, 2001, 37(5): 64-67.

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收稿日期:1998-01-04
修回日期:2000-11-20

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宋金耀
何文林
李松波
刘永军
孙艳军

毛白杨嵌合体扦插生根相关理化特性分析
宋金耀 , 何文林 , 李松波 , 刘永军 , 孙艳军     
河北农业技术师范学院园艺系 昌黎 066600
摘要: 对自宁晋县获得的毛白杨嵌合体扦插生根过程的动态跟踪分析表明,嵌合体过氧化物酶活性在扦插初期呈上升趋势,第5 d升至高峰,之后下降,第7 d至低谷,第17 d又出现一高峰,而毛白杨没有此规律,并且前期与此恰好相反;酚类、黄酮类物质与过氧化物酶活性变化相似,也有两个高峰,毛白杨中变化与嵌合体相反,且含量高于嵌合体;吲哚乙酸氧化酶活性变化规律与过氧化物酶刚好相反。试验证明嵌合体易生根与过氧化物酶活性、吲哚乙酸氧化酶活性及酚类、黄酮类含量密切相关,是协同作用的综合结果,而毛白杨不易生根也恰是不能满足这些要求。
关键词: 毛白杨    嵌合体    生根机制    
ANALYSIS OF PHYSIOLOGICAL AND BIOCHEMICAL CHARACTERISTICS RELATED TO CUTTING AND ROOTING OF CHIMERA IN POPULUS TOMENTOSA CARR.
Song Jinyao, He Wenlin, Li Songbo, Liu Yongjun, Sun Yanjun     
Dept. Horticulture, Hebei Vocation-Technical Teachers College Changli 066600
Abstract: In this paper the relationships between the rooting of the cutting of the chimera of Chinese white poplar (Populus tomentosa Carr.) and the activities of peroxidase, indoleacetate oxidase and the contents of phenol, flavoid materials were analyzed. In the stages of cutting rooting of the chimera of Populus tomentosa, the activity of peroxidase increased after cutting and got to the first peak at the 5th day, and followed to decrease and got to minimum at the 7th day, the second peak appeared at the 17th day. The change curve found in normal Populus tomentosa was reverse to the chimera at first 7 days. The indoleacetate oxidase activity was contrary to peroxidase. The changes in contents of phenol and flavoid were accordant in the uptrend, and were similar to the activity of peroxidase, that of normal Chinese white poplar were reverse to the chimera. As a conclusion, the chimera rooting phase were related to the activities of peroxidase and indoleacetate oxidase as well as the contents of phenol and flavoid materials.Normal Chinese white poplar did not easily root because it could not satisfy the relative conditions.
Key words: Populus tomentosa Carr.    Chimera    Rooting mechanism    

毛白杨(Populus tomentosa Carr.)繁殖一直是其生产的难点,因为毛白杨为雌雄异株,而且雌株较少,种子不易获得,主要靠营养繁殖,如扦插、埋条、嫁接等(中国树木志编委会,1983)。但毛白杨的营养繁殖也有一定困难,尤其是扦插不易生根,成苗率极低,而埋条、嫁接又费时费工,不能满足生产的需求(梁玉堂等,1989)。我们自河北省宁晋县获得了1个特殊的毛白杨株系,其枝条扦插极易成活,而且由此繁育的毛白杨林木无论从质量、生长势及其它生长发育指标均明显优于用其他方法繁殖的毛白杨。经初步鉴定为毛白杨与小叶杨的嵌合体(宋金耀等,1998)。有关植物离体枝条扦插生根的研究在国外报道很多,尤其是对某些植物中存在的促进生根和抑制生根物质的分析报告再是屡见不鲜(Berthon et al.,1993橘高义郎等,1951哈特曼等,1985)。但是,像该嵌合体这样遗传背景基本相同而生根习性完全不同的试验材料实属难得,对其进行深入的研究具有重要的实践意义和理论价值。

本文对这一毛白杨嵌合体的生根机制及毛白杨不易生根的原因进行了分析,初步阐明了根的发生与过氧化物酶、吲哚乙酸氧化酶活性及酚类、黄酮类物质含量之间的关系。

1 材料与方法 1.1 材料

以嵌合体扦插作处理、毛白杨扦插作对照进行试验,种条均采自宁晋县。每年秋季落叶后采健壮、生长一致、无病虫害的1 a生苗干,冬季沙藏。第2 a夏初扦插。实验地点在河北农业技术师范学院果树试验站,插穗长15~20 cm,直径1.5~2.0 cm,株行距20 cm×40 cm,土壤为中性沙壤土,管理水平中等,条件一致。于插后第3 d每隔2 d采样1次,共采样10次。采样后洗净吸干,先观察其生根情况,然后取插穗基部1/3的皮层分别测定其过氧化物酶和吲哚乙酸氧化酶活性及酚类和黄酮含量。本试验1996~1997年重复2次,1999年第3次重复。

1.2 方法

过氧化物酶活性测定采用醋酸联苯胺法(孙文全,1985);吲哚乙酸氧化酶活性用比色方法(张志良,1990);酚含量测定用Folin试剂法(刘福岭等,1987);黄酮含量测定用AlCl3显色法(沙世炎等,1982)。

2 结果与分析 2.1 生根特性比较

4种插条的生根情况列入表 1。可以看出,嵌合体与分离小叶杨在第11 d切口出现愈伤组织的同时,表皮开始出现凸起,第15 d凸起破裂,长出新根,第19 d切口愈伤组织上出现不定根。而普通毛白杨和分离毛白杨在第13 d切口处出现愈伤组织,但直到3周以后仍维持这种状态,不能分化出根。

表 1 几种杨树扦插生根进程及特性 Tab.1 The rooting course and characteristics of some poplars
2.2 过氧化物酶(POD)

过氧化物酶与植物离体生根关系密切,Garspar等(1992)将其视为生根标志之一。从本试验的结果(图 1)可以看出,嵌合体插条的皮层中过氧化物酶活性在第5 d和第17 d各有一个明显的高峰,且在第11~13 d处有一峰肩,而毛白杨在前13 d与嵌合体恰好相反,在第5 d和第13 d各出现一个低谷。

图 1 扦插过程中过氧化物酶活性的变化 Fig. 1 The activity of peroxidase of Chinese white poplar and chimera —◆—嵌合体Chimera;—□—毛白杨White poplar.

Pacheco等(1995)在蓝桉离体枝条生根试验中也发现有两个高峰,一个在组织培养的第1 d,他认为这一高峰与根的诱导有关;第2个高峰在第10 d左右,此时根已突破表皮。Calderon-Baltierra(1994)Moncousin(1986)分别在蓝桉和葡萄中得出类似的结论,即过氧化物酶与生根的诱导及表达密切相关。本试验扦插第5 d出现的第1个高峰应是参与了根的诱导过程,而第13 d的峰肩与表达有关,因为在此期之后根即突破表皮,出现了新根。Moncousin认为表达期是在一个高峰之后,但其中的碱性过氧化物酶活性是下降的。本试验中第13d出现的峰肩可能即是此原因。

2.3 吲哚乙酸氧化酶(IAAO)

吲哚乙酸氧化酶是分解吲哚乙酸(IAA)的专一性酶,有人认为它属于过氧化物酶同工酶的一种,该酶利用O2对IAA进行氧化,而非利用H2O2进行过氧化作用,过氧化物酶正好具有这种二重性表现(Gaspar et al.,1982)。经测定,嵌合体吲哚乙酸氧化酶活性是先升(第5 d)后降(第9 d)、再升(第13 d)再降(第15 d)的趋势,而毛白杨前期恰与之相反。如图 2Gaspar等(1992)试验表明,离体生根过程中,高活性的吲哚乙酸氧化酶使内源IAA水平降低是生根诱导期的特点之一,低浓度的IAA有利于生根。之后在表达期要求较高浓度的IAA以促进根的生长,吲哚乙酸氧化酶表现活性降低。很多试验支持这一观点(Pacheco et al.,1995Calderon-Baltierra,1994Moncousin,1986),本试验的结果也与此相一致。关于吲哚乙酸氧化酶,有人认为它是碱性过氧化物酶的一种,并注意到此酶在生根过程中发生了变化(Moncousin,1986)。本文结果表明嵌合体过氧化物酶活性变化与吲哚乙酸氧化酶相似,且有一条过氧化物酶同工酶发生了规律性的变化。该同工酶是否也具有吲哚乙酸氧化酶的活性,尚待进一步研究。

图 2 扦插过程中吲哚乙酸氧化酶活性的变化 Fig. 2 Changes in indoacetate oxidase activity of Chinese white poplar and chimera during cuttage —◆—嵌合体Chimera;—□—毛白杨White poplar.
2.4 酚

有关酚类物质在成根中的作用,已有大量的文献报道。Bouillenne和Bouillenne-Walrand(张宇和,1984)1955年即提出邻苯二酚可与生长素复合成“生根素”,认为酚类物质是生根辅助因子。目前已被认定的有氯原酸(Hess,1965)、儿茶酚(Hess,1962)、香豆酸(Lee,1980)等,并一致认为酚可通过多酚氧化酶或过氧化物酶的作用而与IAA结合发挥促根作用。

我们的结果(如图 3)表明,嵌合体扦插初期的酚含量较毛白杨为低,在前期(7 d)呈上升态势,而后下降;之后变化不大。毛白杨扦插初期酚含量较高,而后下降,至第5 d为一低谷;此后与嵌合体变化基本一致,但第13 d之后大幅度提高。二者相比,初期的酚含量之差可能直接影响根的诱导。前人的试验(Smith et al.,1977)亦表明如将外源酚类物质加在诱导期则抑制生根,但如加在表达期则促进生根。这一点在本试验中也得到了初步证明,嵌合体在第7 d的较高含量可能是促其生根的原因之一。Donobo等(1962)认为酚类化合物的这一作用可能是或至少部分是由于酚保护了自然存在的生根素(IAA)免受吲哚乙酸氧化酶破坏的缘故。毛白杨的酚类物质变化与此不同。

图 3 扦插过程中酚类物质含量的变化 Fig. 3 Changes in content of phenolic material in Chinese white poplar and chimera during cuttage —◆—嵌合体Chimera;—□—毛白杨White poplar.
2.5 黄酮类物质含量

有关资料表明植物离体生根行为与其组织中的黄酮类化合物含量有关(Berthon et al.,1993Pacheco et al.,1995Curir et al.,1992),Berthon等在松树离体组织培养中发现,若将芦丁加在诱导期对生根有抑制作用,若加在表达期则有促进作用。本试验的结果如图 4。嵌合体开始呈下降趋势,第5 d降至低谷,而此时毛白杨已迅速升到第1个高峰;第7 d嵌合体回升,毛白杨则降至最低点;第11 d两种试材均升至高峰,之后变异不大。这与Berthon等的结果是基本一致的。Pacheco等(1995)认为黄酮含量的变化与过氧化物酶活性变化有关,过氧化物酶活性的高峰总是伴随着黄酮含量的急剧下降,这在本试验中也得到了验证。嵌合体POD的活性最大值出现在第5~7 d,而黄酮含量此时也最低,毛白杨的情况与此正好相反。Surholt和Hoesel(1978)证明黄酮类物质在发挥作用之前先要转化为某种中间物质,再与IAA(或其氧化物质)结合起到促根的作用。他们认为对黄酮苷类而言主要是β-糖苷类。

图 4 嵌合体和毛白杨扦插生根过程中黄酮化合物含量的变化 Fig. 4 Changes in content of flavonoids in Chinese white poplar and chimera during cuttage —◆—嵌合体Chimera;—□—毛白杨White poplar.
3 结论

初步试验表明,嵌合体插条容易生根和毛白杨不易生根的原因关键在于发育前期的过氧化物酶、吲哚乙酸氧化酶活性及酚类、黄酮类物质含量的变化不一致,多数情况为恰好相反。

有关扦插生根机制的研究,国外报道较多,国内文献较少。我们的试验结果与国外的研究基本一致。初略地可将扦插培育的前半段分为两期:诱导期和表达期。诱导期要求高活性的过氧化物酶和吲哚乙酸氧化酶及低浓度的酚类和黄酮类,以消除过多的内源IAA,促进根原基的诱导;而在表达期则与诱导期相反,要求低活性的过氧化物酶和吲哚乙酸氧化酶及高浓度的酚类、黄酮类物质,以保护IAA免受IAA氧化酶的分解破坏,促进根的萌发与生长。

参考文献(References)
哈特曼H T, 凯斯特D E (郑开文等译).植物繁殖原理与技术.北京: 中国林业出版社, 1985, 220~363
橘高义郎, 大山浪雄.发根に有害なきし穗内の物质.日本林学会大会讲演集.1951, 59~62
梁玉堂, 龙庄如. 1989. 树木营养繁殖原理与技术. 北京: 中国林业出版社, 116-120.
刘福岭, 戴行钧. 1987. 食品物理与化学分析方法. 北京: 轻工业出版社, 433-436.
沙世炎, 等. 1982. 中草药有效成分分析法(下册). 北京: 人民卫生出版社, 69-71.
宋金耀, 李松波, 刘永军, 等. 1998. 毛白杨嵌合体的研究Ⅰ.毛白杨嵌合体的认证及生物学研究. 河北职业技术师范学院学报, 12(3): 5-9.
孙文全. 1985. 联苯胺比色法测定果树过氧化物酶活性的研究. 果树科学, (3): 105-108.
张宇和. 1984. 果树繁殖. 上海: 上海科学技术出版社, 76-78.
张志良. 1990. 植物生理学实验指导. 北京: 高等教育出版社, 210-213.
中国树木志编委会主编.中国主要树种造林技术.北京: 中国林业出版社, 1983, 314~323
Berthon J Y, et al. 1993. Early tests using phenolic compounds and peroxidase activity to improve in vitro rooting of Sequoiadendon giganteum (Lind1.). Saussurea, (24): 7-13.
Calderon-Baltierra X V. 1994. Changes in peroxidase activity during root formation by Eucalyptus globulus shoots raised in vitro. Plant Perox. New slett,, (4): 27-29.
Curir P, et al. 1992. Flavonoid accumulation is correlated with adventitious roots formation in Eucalyptus gunnii Hook micropropagated through axillary bud stimulation. Plant Physiol: 1148-1153.
Donobo C W, et al. 1962. Enzymatic destruction of C14-labelled indoleacetic acid and naphthalene-acetic acid by developing apple and peach seeds. Proc. Amer. Soc. Hort. Sci., (80): 43-49.
Gaspar T, et al. 1992. Practical uses of peroxidase activity as a predictive marker of rooting performance of micropropagated shoot. Agronomic, (12): 757-765.
Gaspar T et al., Peroxidases 1970~1980. A Survey of Their Biochemical and Physiological Roles inHigher Plants. University of Geneva, Geneva, 1982, 25~32
Hess C E. 1965. Phenolic compounds as stimulators of root initiation. Plant Physiol.(Suppl.), 40: XLV.
Hess C E. Physiological analysis of root initiation in easy and difficult to root cuttings. Proc. 16th Int. Hort. Cong, 1962, 375~381
Lee T T. 1980. Effects of phenolic substances on metabolism of exogenous indole-3-acetic acid in maize stems. Physiol.Plant, (50): 107-112.
Moncousin Ch. Peroxidase as a marker for rooting improvement of clones of Vitis cultured in vitro. IN: Molecular and Physiological Aspects of Plant Peroxidases. (H Greppin et al. Eds.) University of Geneva, Geneva. 1986, 379~385
Pacheco P, et al. 1995. Flavonoids as regulators and markers of root formation by shoots of Eucalyptus globulus raised in vitro. Plant Perox. New slett., (5): 9-12.
Smith D R, Thorpe T A. 1977. Root initiation in cuttings of Pinus radiatia seedlings: effects of aromatic amino acids and simple phenylpropanoids. Bot. Gaz, (138): 434-437.
Surholt E, Hoesel W. 1978. Screening for flavonol 3-glycoside specific β-glycosidase in plants using a spectrometric enzymatic assay. Phytochemistry, (17): 873-877.