韋靖杰,潘曉芳,覃 鎮(zhèn),楊秋容
(廣西大學(xué) 林學(xué)院,廣西 南寧 530004)
油茶是指山茶科Theaceae 山茶屬Camellia植物中種子油脂含量高且具有一定經(jīng)濟(jì)價值的植物總稱[1],包括普通油茶Camellia oleifera、攸縣油茶C.uosienensis、廣寧紅花油茶C.semiserrata、陸川油茶C.νietnamensis等樹種[2]。陸川油茶又叫越南油茶、高州油茶,主要分布于廣西和廣東南部,是廣西山茶科木本食用油料樹種中的主要栽培種之一[3]。
內(nèi)源激素是植物體內(nèi)重要的活性物質(zhì),對植物生長、開花結(jié)實和休眠等過程都有重要的調(diào)控作用[4-6]。有關(guān)植物激素的研究也是植物科學(xué)研究領(lǐng)域中的前沿和熱點之一[7]。有關(guān)研究者發(fā)現(xiàn):‘岑軟3 號’油茶通過調(diào)節(jié)內(nèi)源激素的動態(tài)平衡,在重度缺水的情況下仍能保持較緩慢的生長狀態(tài)[8];脫落酸(ABA)含量的增加能提高‘長林4 號’油茶葉片的保水性,增強(qiáng)其對干旱的抵御能力[9];‘長林4 號’油茶種子成熟和油脂積累過程中ABA 起了重要作用[10];吲哚-3-乙酸(IAA)、赤霉素(GA)和細(xì)胞分裂素(CTK)分別是影響‘長林53 號’花提前開放和產(chǎn)量的關(guān)鍵因子[11];果皮中赤霉素(GA3)含量的不同是引起‘閩43’和‘閩60’油茶果實縱徑差異較大的原因[12]。
目前,對陸川油茶的研究集中在光合蒸騰特性[13]及果實性狀的遺傳變異特征[14]等方面,而對其內(nèi)源激素的研究還未見諸報道。為給陸川油茶的花期調(diào)控提供理論依據(jù),對陸川油茶現(xiàn)蕾期至謝花期主要器官中內(nèi)源激素的含量及比值的變化情況進(jìn)行了測定和分析,現(xiàn)將研究結(jié)果分析報道如下。
試驗地位于廣西壯族自治區(qū)林業(yè)科學(xué)研究院油茶種質(zhì)資源收集庫(108°21′E,22°56′N)。屬濕潤的亞熱帶季風(fēng)氣候,年均降水量達(dá)1 304.2 mm,平均相對濕度為79%,年平均氣溫為20~21 ℃,1月平均氣溫在11.8 ℃以上,7月平均氣溫27.6 ℃。地貌為丘陵,海拔90~100 m。土壤種類為由砂巖發(fā)育而成的赤紅壤,土層厚度在100 cm以上[15]。
供試的陸川油茶樹于2012年1月采用實生苗造林。其株行距為1.0 m×3.0 m,平均樹高2.5~3.5 m,冠幅1.5 m×2.5 m。
選擇長勢一致、無病蟲害的7年生陸川油茶樹10 株,掛牌標(biāo)記。2019年7月15日至2020年1月15日,每隔15 d 采樣1 次。從樹冠中上部和外圍分別采集1年生枝條(指去除花蕾、葉芽、頂芽、葉片后枝條的上部分)及枝條上部的功能葉,并采集花蕾與葉芽,其中枝條10 枝、功能葉20 片、花蕾20 個、葉芽30 個,按器官分別組成混合樣品,3 次重復(fù)。采樣后用衛(wèi)生紙將樣品擦拭干凈,放入自封袋中并立即放入冰盒內(nèi)帶回實驗室,置于-80 ℃的超低溫冰箱中速凍20 min,然后保存于-20 ℃的冰箱中以備用。
采用酶聯(lián)免疫吸附法(Enzyme linked immunosorbent assay),委托北京北農(nóng)天一生物技術(shù)有限公司測定各器官中吲哚-3-乙酸(IAA)、赤霉素(GA3)、玉米素核苷(ZR)、脫落酸(ABA)的含量。
據(jù)2019年對試驗林的觀察結(jié)果,陸川油茶開花物候期可分為現(xiàn)蕾期(7月中旬—10月下旬)、初花期(10月下旬—11月中旬)、盛花期(11月中旬—12月中旬)、謝花期(12月中旬—翌年1月中旬)。不同開花物候期測定的陸川油茶花蕾、葉芽、枝條、功能葉中不同種類內(nèi)源激素的含量見表1。
表1 現(xiàn)蕾期至謝花期不同器官中各種內(nèi)源激素含量的測定結(jié)果?Table 1 Determination of endogenous hormones in different organs from budding stage to flowering stage ng/g
續(xù)表1Continuation of table 1
2.1.1 花蕾中各種內(nèi)源激素的含量變化趨勢
由表1可知,在整個開花物候期間,陸川油茶花蕾中IAA 的含量變化范圍為29.94~155.96 ng/g,其含量總體呈下降趨勢?,F(xiàn)蕾期中期(8月15日),其含量達(dá)到最高值,為155.96 ng/g;謝花期后期(1月15日),其含量最低,為29.94 ng/g。8月30日前,其IAA 含量均顯著高于其他種類內(nèi)源激素的含量。
花蕾中GA3的含量變化范圍為3.44~7.91 ng/g,其含量的總體變幅相對較小?,F(xiàn)蕾期中期(8月30日),其含量最高,為7.91 ng/g;謝花期前期(12月15日),其含量最低,為3.44 ng/g。其GA3含量極顯著低于其IAA 與ABA 的含量。
花蕾中ZR 的含量變化范圍為2.84~7.24 ng/g,其含量的總體變幅與GA3的總體變幅相似?,F(xiàn)蕾期前期(7月15日),其含量最低,為2.84 ng/g;7月15日—8月30日,其含量持續(xù)極顯著地上升,至現(xiàn)蕾期中期(8月30日),其含量達(dá)到最高值,為7.24 ng/g。
花蕾中ABA 的含量變化范圍為29.56~213.39 ng/g,其含量總體呈“上升—下降”的變化趨勢?,F(xiàn)蕾期(7月15日—8月30日)其含量無顯著變化,8月30日—10月15日其含量極顯著上升,現(xiàn)蕾期后期(10月15日)達(dá)到最高值(213.39 ng/g);謝花期前期(12月15日),其含量最低,為29.56 ng/g。9月15日后,其ABA含量均高于其他種類內(nèi)源激素的含量。
2.1.2 葉芽中各種內(nèi)源激素的含量變化趨勢
在整個開花物候期間,陸川油茶葉芽中IAA的含量變化范圍為14.95~72.07 ng/g,其含量總體呈“上升—下降”的變化趨勢。7月15日—9月15日其含量持續(xù)極顯著地上升,現(xiàn)蕾期中期(9月15日)其含量最高,為72.07 ng/g;謝花期后期(1月15日),其含量最低,為14.95 ng/g。
葉芽中GA3的含量變化范圍為2.76~4.31 ng/g,其含量的總體變幅相對較小。現(xiàn)蕾期后期(10月15日)其含量最高,為4.31 ng/g;10月15日—11月15日其含量持續(xù)極顯著地下降,初花期后期(11月15日)其含量最低,為2.76 ng/g。
葉芽中ZR 的含量變化范圍為2.96~6.46 ng/g,其含量總體呈“下降—上升”的變化趨勢?,F(xiàn)蕾期前期(7月15日)其含量達(dá)到最高值,為6.46 ng/g;現(xiàn)蕾期中期(9月15日)其含量最低,為2.96 ng/g。
葉芽中ABA 的含量變化范圍為31.90~113.15 ng/g,其含量總體變化呈“下降—上升”的變化趨勢。7月15日—9月30日其含量持續(xù)極顯著地下降,現(xiàn)蕾期后期(9月30日)其含量最低,為31.90 ng/g;9月30日至翌年1月15日其含量持續(xù)極顯著地上升,謝花期后期(1月15日)其含量達(dá)到最高值,為113.15 ng/g。
2.1.3 枝條中各種內(nèi)源激素的含量變化趨勢
陸川油茶枝條中IAA 的含量變化范圍為17.33~35.53 ng/g,在整個開花物候期間,其含量的總體變幅相對較小。謝花期前期(12月15日)其含量最高,為35.53 ng/g;12月15日至翌年1月15日其含量極顯著地下降,謝花期后期(1月15日)其含量最低,為17.33 ng/g。
枝條中GA3的含量變化范圍為2.53~5.03 ng/g,其含量的總體變幅相對較小?,F(xiàn)蕾期前期(7月15日)其含量最低,為2.53 ng/g;現(xiàn)蕾期中期(8月30日)其含量達(dá)到最高值(5.03 ng/g)。
枝條中ZR 的含量變化范圍為6.77~9.57 ng/g,其含量的總體變幅相對較小?,F(xiàn)蕾期前期(7月15日)其含量最低,為6.77 ng/g;盛花期中期(11月30日)其含量達(dá)到最高值(9.57 ng/g)。
枝條中ABA 的含量變化范圍為49.70~110.41 ng/g,其含量總體呈“上升—下降”的變化趨勢。現(xiàn)蕾期前期(7月30日)其含量最低,為49.70 ng/g;7月30日—10月15日其含量持續(xù)極顯著地上升,現(xiàn)蕾期后期(10月15日)達(dá)到最高值(110.41 ng/g)。
2.1.4 功能葉中各種內(nèi)源激素的含量變化趨勢
陸川油茶功能葉中IAA 的含量變化范圍為17.65~32.58 ng/g,在整個開花物候期間,其含量總體呈“上升—下降”的變化趨勢?,F(xiàn)蕾期前期(8月15日)其含量最低,為17.65 ng/g;8月15日—10月15日其含量平緩上升,10月15日—30日其含量極顯著地上升,初花期前期(10月30日)其含量達(dá)到最高值(32.58 ng/g)。
功能葉中GA3的含量變化范圍為2.98~4.26 ng/g,其含量的總體變幅相對較小?,F(xiàn)蕾期中期(9月15日)其含量達(dá)到最高值(4.26 ng/g);謝花期后期(1月15日)其含量最低,為2.98 ng/g。
功能葉中ZR 的含量變化范圍為4.62~12.22 ng/g,其含量的總體變幅相對較小。7月15日—10月15日其含量持續(xù)極顯著地上升,現(xiàn)蕾期后期(10月15日)其含量達(dá)到最高值(12.22 ng/g);10月15日—11月15日其含量持續(xù)極顯著地下降,初花期后期(11月15日)其含量最低,為4.62 ng/g。
功能葉中ABA 的含量變化范圍為19.71~34.98 ng/g,其含量總體呈“升—降—升—降”的“雙峰”變化趨勢?,F(xiàn)蕾期前期(7月15日)其含量最低,為19.71 ng/g;謝花期中期(12月30日)其含量達(dá)到最高值(34.98 ng/g)。
觀測中發(fā)現(xiàn),相同日期測定的陸川油茶花蕾、葉芽、枝條、功能葉中IAA 和ABA 的含量均顯著高于其GA3和ZR 含量,且其含量變化均無明顯的規(guī)律性。
2.2.1 不同器官中IAA 含量的比較分析
7月15日測定的陸川油茶花蕾、葉芽、枝條、功能葉中的IAA 含量存在極顯著差異?,F(xiàn)蕾期前期的7月15日至現(xiàn)蕾期中期的8月30日,花蕾中的IAA 含量始終維持在較高水平上,且極顯著高于葉芽、枝條、功能葉中的IAA 含量。8月30日—9月15日花蕾中的IAA 含量迅速下降,而葉芽中的IAA 含量則持續(xù)極顯著地上升,9月15日—9月30日葉芽中的IAA 含量略高于花蕾中的IAA 含量。初花期、盛花期、謝花期4 個器官中IAA 的含量變化均相對平緩。各器官中IAA 含量整體變幅的大小順序為:花蕾>葉芽>枝條>功能葉。多數(shù)情況下,花蕾中的IAA 含量高于其他器官中的IAA 含量。
2.2.2 不同器官中GA3 含量的比較分析
現(xiàn)蕾期前期的7月15日,花蕾、葉芽、功能葉中的GA3含量均極顯著高于枝條中的GA3含量。初花期的10月30日—11月15日,花蕾、葉芽中的GA3含量均下降,而枝條、功能葉中的GA3含量均上升。各器官中GA3含量整體變幅的大小順序為:為花蕾>枝條>葉芽>功能葉。多數(shù)情況下,花蕾中的GA3含量高于其他器官中的GA3含量。
2.2.3 不同器官中ZR 含量的比較分析
現(xiàn)蕾期前期的7月15日,葉芽、枝條、功能葉中的ZR 含量均極顯著高于花蕾中的ZR 含量。7月15日—8月30日,花蕾、枝條、功能葉中的ZR 含量有不同程度的上升,而葉芽中的ZR 含量則下降;初花期的10月30日—11月15日,功能葉中的ZR 含量迅速下降,而花蕾、葉芽、枝條中的ZR 含量均有不同程度的上升。各器官中ZR含量整體變幅的大小順序為:功能葉>花蕾>葉芽>枝條?;ɡ?、葉芽中的ZR 含量均低于枝條、功能葉中的ZR 含量,總體而言,4 個器官中ZR含量的變化規(guī)律均不明顯。
2.2.4 不同器官中ABA 含量的比較分析
葉芽中的ABA 含量先下降后上升總體呈“U”字形的變化趨勢;花蕾中的ABA 含量先上升后下降;枝條中的ABA 含量先上升后下降,其變幅相對較?。还δ苋~中的ABA 含量低于其他3 個器官中的ABA 含量,但其變幅不大?,F(xiàn)蕾期前期的7月15日,花蕾、葉芽、枝條中的ABA 含量均極顯著高于功能葉中的ABA 含量。現(xiàn)蕾期前期的7月15日至后期的9月30日,花蕾、枝條、功能葉中的ABA 含量均逐漸上升,而葉芽中的ABA含量卻逐漸下降。初花期前期的10月15日—10月30日,葉芽、枝條、功能葉中的ABA 含量均無明顯變化,而花蕾中的ABA 含量卻迅速下降。各器官中ABA 含量整體變幅的大小順序為:花蕾>葉芽>枝條>功能葉。
現(xiàn)蕾期至謝花期陸川油茶不同器官中各種內(nèi)源激素含量比值的測定結(jié)果見表2。由表2可知,花蕾、葉芽的GA3/ZR 值均極顯著高于枝條、功能葉的GA3/ZR 值,且其比值大致都呈現(xiàn)出“升—降—升—降”的“雙峰”變化趨勢。枝條、功能葉的GA3/ZR 值均無明顯變化規(guī)律,且其變幅均相對較小。各個器官的GA3/ZR 值整體變幅的大小順序為:花蕾>葉芽>功能葉>枝條。
表2 現(xiàn)蕾期至謝花期不同器官中各種內(nèi)源激素含量比值的測定結(jié)果?Table 2 Determination results of endogenous hormone content ratio in different organs from budding stage to flowering stage
續(xù)表2Continuation of table 2
除謝花期1月15日測定的含量比值外,枝條、功能葉的GA3/IAA 值均極顯著高于花蕾、葉芽的GA3/IAA 值,且其比值大致都呈現(xiàn)出“升—降—升”的變化趨勢。12月15日前,各器官的GA3/IAA值的變化規(guī)律均不明顯。謝花期,花蕾、葉芽、枝條的GA3/IAA 值均極顯著上升,而功能葉的GA3/IAA 值卻呈下降趨勢。各器官的GA3/IAA 值整體變幅的大小順序為:葉芽>花蕾>枝條>功能葉。
功能葉的GA3/ABA 值顯著高于其他3 個器官的GA3/ABA 值。葉芽、枝條的GA3/ABA 值總體均呈“升—降”的變化趨勢,但枝條的GA3/ABA高峰值的出現(xiàn)時間比葉芽的GA3/ABA 高峰值的出現(xiàn)時間提前了45 d,葉芽GA3/ABA 值的高峰值出現(xiàn)在現(xiàn)蕾期后期?;ɡ俚腉A3/ABA 值大體上呈“升—降—升”的變化趨勢。開花前的10月15日—10月30日,花蕾、枝條的GA3/ABA 值均上升,而葉芽、功能葉的GA3/ABA 值均下降。各器官的GA3/ABA 值整體變幅的大小順序為:花蕾>功能葉>葉芽>枝條。
8月30日前,花蕾的IAA/ABA 值極顯著高于其他3 個器官的IAA/ABA 值,也極顯著高于其他時期測定的花蕾的IAA/ABA 值;8月30日后,花蕾的IAA/ABA 值急速下降。在整個開花物候期間,葉芽的IAA/ABA 值呈先上升后下降的變化趨勢。枝條的IAA/ABA 值低于其他3 個器官的IAA/ABA值,且其變幅相對較小。功能葉的IAA/ABA 值的變化不明顯。
功能葉的ZR/ABA 值,在整個開花物候期間,一直極顯著高于其他器官的ZR/ABA 值?,F(xiàn)蕾期前期的7月15日至后期的9月30日,功能葉的ZR/ABA 值的變化平緩,9月30日后其比值呈現(xiàn)出“升—降—升—降—升”的“雙峰雙谷”的變化規(guī)律,10月15日其比值達(dá)到最高值。花蕾、葉芽、枝條的ZR/ABA 值的變化趨勢大體相似,而其變化規(guī)律均不明顯。各器官的ZR/ABA 值整體變幅的大小順序為:功能葉>花蕾>枝條>葉芽。
功能葉、枝條的ZR/IAA 值均極顯著高于花蕾、葉芽的ZR/IAA 值;10月15日,功能葉的ZR/IAA值達(dá)到最高值;枝條的ZR/IAA 值的變化規(guī)律不明顯。葉芽的ZR/IAA 值先下降后上升,謝花期后期達(dá)到最高值?;ɡ俚腪R/IAA 值總體呈上升趨勢,在謝花期后期也達(dá)到最高值。
1)陸川油茶現(xiàn)蕾期至謝花期間,其花蕾、葉芽、枝條、功能葉中各種內(nèi)源激素的含量不同,各器官中IAA 和ABA 的含量均極顯著高于GA3和ZR的含量。從內(nèi)源激素的功能和作用來看,陸川油茶器官生長和構(gòu)建不是受單種內(nèi)源激素的影響,而是各種激素共同作用的結(jié)果,IAA 與ABA 的比值高能夠促進(jìn)陸川油茶花蕾的形成和生長。
2)在花蕾生長定型前,同一時期花蕾中的IAA、GA3含量極顯著高于營養(yǎng)器官中的IAA、GA3含量;花蕾定型至謝花時,花蕾中的IAA、GA3含量也基本高于營養(yǎng)器官中的IAA、GA3含量。這一測定結(jié)果表明,IAA、GA3對陸川油茶花蕾的形成及開花都有明顯的促進(jìn)作用。
3)現(xiàn)蕾期至謝花期,各器官中的IAA 和ABA 均存在拮抗作用,當(dāng)IAA 含量升高時,ABA含量則下降。
喻雄等[16]研究發(fā)現(xiàn),低水平的IAA 能夠促使普通油茶‘鐵城1 號’開花,而高水平的IAA、ABA 卻能促使其花凋落。東興金花茶CamelliatunghinensisChang 開花前,結(jié)果枝葉片和花蕾中IAA 含量的下降有助于其花芽的孕育[17]。觀測中發(fā)現(xiàn),陸川油茶現(xiàn)蕾期前期花蕾中的IAA 含量達(dá)到最高值,此后持續(xù)下降,謝花期花蕾中的IAA含量降至最低值,說明高水平的IAA 有利于陸川油茶花蕾的形態(tài)構(gòu)建,而低水平的IAA 則促使其花凋落。這一結(jié)果與喻雄等[16]的研究結(jié)果不一致,其原因可能是,他們測定的是花瓣中的IAA 含量,而本研究測定的是花蕾中的IAA 含量;上述測定結(jié)果與郭辰等[17]對東興金花茶的研究結(jié)果也存在差異,他們研究的樹種不同可能是結(jié)果存在差異的主要原因。陸川油茶開花前,其花蕾中的IAA含量較低,而其ABA 含量則維持在較高水平上。這一結(jié)果與曹尚銀等[18]對蘋果Malus pumilaMill.的研究結(jié)果相似。研究期內(nèi),陸川油茶正處于抽生夏梢之時,此期其葉芽未萌動抽出新梢,這可能與其葉芽、枝條、功能葉均含有較高的ABA有關(guān)。
研究的器官包括了營養(yǎng)器官和生殖器官,但各器官中GA3、ZR 的含量均較低,且其變化均相對平緩。據(jù)此可以認(rèn)為,陸川油茶現(xiàn)蕾期至謝花期間,單因素的GA3、ZR 對其花蕾生長的作用均不明顯,也有可能因為其GA3、ZR 含量均較低,還不足以發(fā)揮其對各器官生長的促進(jìn)作用,至于GA3和ZR 含量達(dá)到何等水平才能促進(jìn)陸川油茶葉芽萌動及枝條生長,對此尚待進(jìn)一步研究。
植物體內(nèi)各種內(nèi)源激素的相互促進(jìn)與相互拮抗形成了一種動態(tài)平衡,這種平衡是促使植物順利開花的重要影響因素。本研究結(jié)果表明,陸川油茶各器官中ABA 和IAA 含量間大體上表現(xiàn)出相互消長的關(guān)系,尤其在現(xiàn)蕾期到花蕾定型時期,花蕾細(xì)胞數(shù)量增多、體積增大,IAA/ABA 值維持在較高水平上,在現(xiàn)蕾期后期葉芽的IAA/ABA 值也達(dá)到了最高值,說明高比值的IAA/ABA 能促進(jìn)陸川油茶花蕾的形態(tài)構(gòu)建,但I(xiàn)AA 與ABA 之間也存在著拮抗作用。曹尚銀等[18]研究發(fā)現(xiàn),在蘋果花芽生理分化期,其花芽中的IAA 與GAs 含量均急劇下降,而其ABA 含量卻急劇上升,這一結(jié)果說明,在蘋果成花的過程中不同激素間也存在著相互制約的作用。
研究期內(nèi),陸川油茶各個器官中不同種類的內(nèi)源激素其含量變化趨勢不同,但其變化規(guī)律均不明顯。內(nèi)源激素的合成及利用方式復(fù)雜而多變,本研究只初步探索了現(xiàn)蕾期至謝花期陸川油茶4 個器官中4 種內(nèi)源激素的含量及比值的變化規(guī)律,但并未研究4 種內(nèi)源激素對陸川油茶花芽分化的影響情況,同時,外部環(huán)境條件、營養(yǎng)物質(zhì)對陸川油茶的開花也都有重要的促進(jìn)作用,下一步的研究可系統(tǒng)探討陸川油茶花期內(nèi)源激素與環(huán)境條件及營養(yǎng)物質(zhì)間的作用機(jī)制。