譚長龍，李思雅琦，錢 澄，王 昊，年洪娟，李昆志

(昆明理工大學 生命科學與技術(shù)學院,云南 昆明 650500)

魔芋(Amorphophallus)是藥食兩用的草本類單子葉植物[1]，已有2 000余年的種植歷史，最早見于《本草綱目》《開寶本草》等古代典籍，由其球莖提取的葡甘聚糖在食品、醫(yī)療、化工等領(lǐng)域被廣泛應用[2]。魔芋主產(chǎn)于中國的云南、貴州、四川、湖南、廣西等省(自治區(qū))，日本、泰國、緬甸、印度、斯里蘭卡等國家也均有分布[3-4]。魔芋現(xiàn)有記載品種200余種，在中國大范圍推廣種植的魔芋主要包括白魔芋(Amorphophallusalbus)、花魔芋(Amorphophalluskonjac)和珠芽魔芋(Amorphophallusbulbifer)3大類及其引種馴化品種[1]。其中珠芽魔芋泛指葉面生長氣生珠芽的一類魔芋，其植株高大、抗病害能力強、繁殖系數(shù)高，其球莖一般2年生長即可成熟，是中國云南等高溫多雨地區(qū)大力推廣種植品種[5]，極具科學研究和應用價值。與1年僅著生1片復葉的花魔芋相比，珠芽魔芋1年可連續(xù)生長4～7片葉，多葉生長導致其生長期延長，光合面積和光合時間增加，生長年限縮短[6-7]。

前人發(fā)現(xiàn)，魔芋多葉生長現(xiàn)象時有發(fā)生，例如張東華等[6]種植引自東南亞地區(qū)的珠芽魔芋品種發(fā)現(xiàn)，多數(shù)珠芽魔芋能自然生長2～3片葉，少數(shù)能萌生4片葉；李琳等[8]在云南臨滄海拔1 200 m種植珠芽魔芋，發(fā)現(xiàn)種球能普遍長出5～7片葉。石新龍等[9]利用低溫存儲白魔芋球莖后出現(xiàn)多葉著生現(xiàn)象；劉海利等[10]使用不同濃度激素處理后能夠促進花魔芋球莖生發(fā)多片側(cè)葉；陸紅葉[11]發(fā)現(xiàn)，不同濃度配比的外源激素能夠調(diào)控珠芽魔芋葉片生長。前人通過研究模式植物擬南芥?zhèn)妊可L發(fā)現(xiàn)，調(diào)節(jié)植株葡萄糖含量變化可以控制生長素的運輸而影響幼苗側(cè)枝萌發(fā)生長[12]；調(diào)控擬南芥細胞分裂素水平上升以及使用生長素抑制劑均可促進側(cè)芽大量形成[13]?？蒲泄ぷ髡邔δв蟪霈F(xiàn)多葉生長現(xiàn)象一直頗感興趣，但對于珠芽魔芋多葉形成機制目前尚未見詳細報道。

本研究通過分析珠芽魔芋實生種子自然萌發(fā)幼苗各時期各器官還原性多糖、淀粉和吲哚乙酸(IAA)、玉米素(ZT)、赤霉素(GA3)、脫落酸(ABA) 4種植物內(nèi)源激素含量的變化，以及外施ZT和IAA處理珠芽魔芋幼苗各時期激素含量的變化，以期闡明糖分和激素含量變化與珠芽魔芋多葉生長的關(guān)系，揭示珠芽魔芋多葉形成的機制，為魔芋的栽培提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 栽培管理

試驗材料為本實驗室自繁珠芽魔芋(A.bulbifer)種子，對照(CK)為自繁花魔芋(A.konjac)種子，盆栽于昆明理工大學溫室大棚(102°51′51″E,24°50′52″N，海拔1 907 m)，盆栽土壤為第四紀紅壤。

珠芽魔芋種子于2020年4月1日按照陸紅葉[11]的方法浸種催芽，20 d后播種。每盆點播發(fā)芽種子6粒，共72盆，盆高30 cm，盆底直徑35 cm，頂部直徑50 cm，每5 d灑水1次濕潤土壤。出苗后每3 d澆水1次，除播種前施入適量底肥外，整個生長期均不追肥，并保持盆栽表面無雜草。珠芽魔芋幼苗6月中旬開始出土生長第1葉，隨后長出第2葉，于7月中旬第1葉完全展開，之后平均每30 d長成1片新葉。2020年盆栽試驗中幼苗最多長出4片葉，至同年11月底幼苗老葉開始枯黃，至次年1月中旬幼苗植株開始倒伏。對照為栽種的24盆花魔芋，按照珠芽魔芋幼苗同等條件栽培管理?；в笥酌?月中旬出土生長，至同年12月初開始枯萎倒伏，生長期間未見多葉分化。分別于7月15日、8月15日、9月15日、10月15日采集珠芽魔芋1葉期、2葉期、3葉期、4葉期植株和對照同時期植株樣品，用純水快速洗凈，吸水紙擦干表面后取葉片、葉柄、球莖和根部樣，并迅速置入液氮中，在30 min內(nèi)轉(zhuǎn)移至-80 ℃冰箱儲藏，用于測定不同器官內(nèi)源激素含量。同時統(tǒng)計出葉數(shù)、葉柄長(株高)、球莖鮮質(zhì)量和根長。每處理重復取樣3次。

2021年4月1日將同品系珠芽魔芋種子按照2020年的試驗步驟催芽播種。每盆播種2行，每行3粒，共72盆，采用與2020年試驗相同的措施栽培管理。根據(jù)2020年激素檢測結(jié)果，確定外源噴施激素分別為20 μg/L ZT溶液和40 μg/L IAA溶液。2021年6月20日開始對魔芋噴施外源激素，上午08:00澆水1次，并在澆水1 h后對其中24盆幼苗噴施清水(H2O)作為對照(CK)，剩余48盆幼苗分兩列分別噴施20 μg/L ZT和40 μg/L IAA，每隔10 d再噴施1次，連續(xù)處理3次。噴施激素后，水分管理為每3 d澆水1次，直至珠芽魔芋幼苗枯萎倒伏。分別于1葉期、2葉期、3葉期、4葉期，觀察不同激素處理和CK珠芽魔芋新葉出土時間。1葉期至4葉期，當各處理和CK幼苗新葉展開后，及時取嫩葉部分并儲藏于-80 ℃冰箱，用于測定內(nèi)源激素含量。

1.2 魔芋幼苗糖分含量的測定

1.3 魔芋幼苗內(nèi)源激素含量的測定

1.4 數(shù)據(jù)處理與分析

采用Microsoft Office Excel 2007整理試驗數(shù)據(jù)；采用SPSS Statistics 17.0進行單因素方差分析，顯著水平α=0.05；采用GraphPad Prism 8軟件繪圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 自然生長珠芽魔芋幼苗生長情況

2020年自然生長過程中，珠芽魔芋各生長時期葉片生長情況如圖1所示,葉柄長、球莖鮮質(zhì)量、根長的變化如圖2所示。由圖2可以看出，1葉期，自然生長過程中珠芽魔芋第1片葉葉柄長與對照差異不大，均較低；2葉期，第2片葉葉柄長高于第1片葉，但二者差異不顯著；3葉期，第2片葉葉柄長顯著高于第1片葉；4葉期，第3片葉葉柄長最大，其次為第2片葉，均顯著高于第1片葉。對照(花魔芋)整個生長期僅著生1片葉，隨著時間的增加，葉柄長顯著增加。隨著珠芽魔芋幼苗長出第2、3和4片葉，葉面積不斷增加，光合作用增強，4葉期魔芋球莖鮮質(zhì)量和根長較前3個時期均顯著增加。

圖1 珠芽魔芋各時期幼苗葉片生長情況Fig.1 Leaves of Amorphophallus bulbifer seedlings at different stages

圖柱上標不同小寫字母表示差異顯著(P<0.05)。圖3～8同 Different lowercase letters indicate significant differences (P<0.05).The same forFig.3-8圖2 各時期珠芽魔芋幼苗自然生長情況Fig.2 Natural growth of Amorphophallus bulbifer seedlings in different stages

2.2 自然生長珠芽魔芋幼苗糖分含量的變化

2020年，各時期自然生長珠芽魔芋幼苗不同器官還原性多糖和淀粉含量測定結(jié)果見圖3和圖4。由圖3可以看出，與花魔芋相比，4個時期珠芽魔芋的葉片、葉柄、球莖和根中的還原性多糖含量均較高。由于光合作用旺盛且代謝緩慢，各時期珠芽魔芋第1葉停滯生長后，其葉片和葉柄中還原性多糖含量比同時期其他葉片高。各時期珠芽魔芋球莖還原性多糖含量較根中偏高，且兩者還原性多糖含量隨時間推移而增加。相較于老葉，各時期珠芽魔芋新葉(各時期最嫩葉片)還原性多糖含量均明顯降低。這說明葉片光合作用合成的糖分通過葉柄運輸至球莖并積累，促進球莖生長發(fā)育，老葉生長量低，還原性多糖含量較高，新葉生長量高，還原性多糖含量偏低。

橫坐標中的‘1’表示1葉期，‘2’表示2葉期，‘3’表示3葉期，‘4’表示4葉期 。圖4～8同 ‘1’ represents 1 leaf stage,‘2’ represents 2 leaves stage,‘3’ represents 3 leaves stage and ‘4’ represents 4 leaves stage.The same forFig.4-8圖3 各時期珠芽魔芋幼苗自然生長狀態(tài)下葉片、葉柄、球莖和根中還原性多糖含量的變化Fig.3 Changes of reducing polysaccharide content in leaf,petiole,corm and root of Amorphophallus bulbifer seedlings at different stages under natural growth state

圖4 各時期珠芽魔芋幼苗自然生長狀態(tài)下葉片、葉柄、球莖和根中淀粉含量的變化Fig.4 Changes of starch content in leaf,petiole,corm and root of Amorphophallus bulbifer seedlings at different stages under natural growth state

由圖4可以看出，在同一時期，自然生長的珠芽魔芋幼苗球莖中淀粉含量最高，其次是葉片和葉柄，根的最低。葉片、葉柄和根部淀粉含量均偏低，說明植株整體生長代謝旺盛，光合作用合成養(yǎng)分主要用于植株生長而不是積累儲存。隨著珠芽魔芋幼苗側(cè)葉形成，整株光合作用合成糖分速率提高，導致各時期第1葉合成糖分開始累積并逐漸轉(zhuǎn)化為淀粉，各時期第1片葉葉片和葉柄淀粉含量相較同時期其他葉片、葉柄高。在同一時期，相較于老葉，新葉淀粉含量均明顯降低。這是因為側(cè)芽萌發(fā)生長需要消耗大量糖分，當?shù)?、3片葉長大并進行光合作用后，第1、2片葉中糖分運輸減少，還原性多糖積累并開始轉(zhuǎn)化為淀粉存儲，相較新葉，老葉淀粉含量均明顯上升。

2.3 自然生長珠芽魔芋幼苗激素含量的變化

采用高效液相色譜法檢測各時期珠芽魔芋幼苗不同器官4種激素含量變化如圖5～8所示。由圖5可以看出，2020年，各時期自然生長珠芽魔芋幼苗葉片和根的ZT含量較高，而葉柄和球莖ZT含量較低，在同一時期葉片中，第1片葉ZT含量最高，且顯著高于其他葉片?？芍噍^于老葉，各時期新葉ZT含量均明顯降低。隨著葉片數(shù)的增加，各時期葉柄和球莖的ZT含量總體降低，而根的ZT含量明顯增加。隨著生長期的延長，對照花魔芋葉片ZT含量明顯增加，而葉柄、球莖、根的ZT含量無顯著變化。

圖6 各時期珠芽魔芋幼苗自然生長狀態(tài)下葉片、葉柄、球莖和根中GA3含量的變化Fig.6 Changes of GA3 content in leaf,petiole,corm and root of Amorphophallus bulbifer seedlings at different stages under natural growth state

由圖6可以看出，自然生長狀態(tài)下珠芽魔芋幼苗各時期GA3含量以葉片中最高，其次是根，球莖中GA3含量最低。在各時期葉片中,第1片葉的GA3含量最低，其后新長出葉片的GA3含量均較高；葉柄的GA3含量變化與葉片的一致，即各時期新葉葉柄GA3含量較老葉均有所升高；各時期球莖和根的GA3含量之間無顯著差異。花魔芋幼苗各時期不同器官GA3含量均顯著低于珠芽魔芋，且各時期之間無顯著差異。

由圖7可以看出，各時期自然生長狀態(tài)下珠芽魔芋幼苗IAA含量以根中最高，均明顯高于葉片、葉柄和球莖。在葉片中，珠芽魔芋3葉期和4葉期的第3葉IAA含量顯著高于同一時期的其他葉片；在葉柄和球莖中，各時期IAA含量差異變化不顯著；4葉期根中IAA含量顯著高于1葉期、2葉期和3葉期，而1葉期至3葉期之間IAA含量無顯著差異。各時期葉片IAA含量差異顯著，各時期花魔芋幼苗不同器官IAA含量均明顯低于珠芽魔芋。

由圖8可以看出，珠芽魔芋幼苗葉片、葉柄、球莖和根中ABA含量前期較低，后期較高，其中以4葉期的第4葉片、葉柄及其球莖和根的ABA含量最高。隨著生長期的延長，花魔芋各器官的ABA含量無顯著變化，且總體上低于珠芽魔芋。

圖7 各時期珠芽魔芋幼苗自然生長狀態(tài)下葉片、葉柄、球莖和根中IAA含量的變化Fig.7 Changes of IAA content in leaf,petiole,corm and root of Amorphophallus bulbifer seedlings at different stages under natural growth state

圖8 各時期珠芽魔芋幼苗自然生長狀態(tài)下葉片、葉柄、球莖和根中ABA含量的變化Fig.8 Changes of ABA content in leaf,petiole,corm and root of Amorphophallus bulbifer seedlings at different stages under natural growth state

2.4 外施激素處理珠芽魔芋幼苗嫩葉激素含量的變化

依據(jù)2020年研究結(jié)果，可知各時期珠芽魔芋不同器官ZT和IAA含量變化差異較大，為此選擇ZT和IAA作為外施激素處理珠芽魔芋幼苗。由表1可以看出，2021年， ZT處理和CK分別于8月28日和9月16日開始長出第4片葉，之后再無新的側(cè)葉萌發(fā)；IAA處理最多只著生3片葉，相較CK和ZT處理出葉數(shù)減少。與CK比較，外施ZT能促進珠芽魔芋幼苗側(cè)芽萌發(fā)速度；外施IAA推遲幼苗側(cè)葉形成，抑制幼苗側(cè)葉萌發(fā)。

表1 2021年不同激素處理珠芽魔芋新葉出土時間Table 1 Unearthed time of new leaf of Amorphophallus bulbifer with different hormone treatments in 2021

由圖9可以看出，ZT處理幼苗各時期的ZT含量均明顯高于CK和IAA處理，IAA處理幼苗各時期ZT含量均低于CK。相較CK，IAA和ZT處理的珠芽魔芋幼苗GA3含量均較高，且IAA處理的幼苗GA3含量高于ZT處理。IAA處理的珠芽魔芋幼苗各時期IAA含量均明顯高于CK和ZT處理，ZT處理的的珠芽魔芋幼苗IAA含量與CK變化趨于一致。IAA處理的的珠芽魔芋幼苗各時期ABA含量均高于CK和ZT處理。

圖例中‘IAA’和‘ZT’表示外施激素處理 ‘IAA’ and ‘ZT’ represent external hormone treatments圖9 外源激素處理珠芽魔芋幼苗不同時期嫩葉激素含量的變化Fig.9 Changes of hormone content in young leaf of Amorphophallus bulbifer seedlings treated with exogenous hormones at different stages

3 討 論

3.1 糖分對珠芽魔芋多葉形成的影響

植物的生長過程離不開糖分的調(diào)節(jié)，作為魔芋生長代謝的能量源泉，還原性多糖和淀粉在珠芽魔芋多葉形成過程中有著不可替代的作用。糖分是調(diào)控植株側(cè)枝生長的一種重要信號物質(zhì)[18]，也是促進側(cè)芽形成的重要因子，植株生長出現(xiàn)頂端優(yōu)勢一個重要因素就包括頂芽生長需要大量糖分并限制糖分轉(zhuǎn)運到側(cè)芽[19]。Stokes等[12]通過調(diào)節(jié)糖濃度誘導IAA運輸及信號轉(zhuǎn)導來調(diào)控擬南芥?zhèn)戎Φ拿劝l(fā)與生長。本研究發(fā)現(xiàn)，珠芽魔芋幼苗各個時期第2葉相較第3葉更容易萌發(fā)出芽，第3片葉相較第4葉更易出芽生長；隨著生長期的延長，珠芽魔芋葉片和葉柄中還原性多糖含量逐漸升高，但各時期新葉葉片和葉柄中的還原性多糖含量低于老葉，說明較高的還原性多糖含量有利于植株生長壯大并促進側(cè)葉萌發(fā)與生長。

作為植物光合作用累積合成的最終產(chǎn)物，淀粉含量變化是植株生長過程中一個重要指標。植株側(cè)芽生長，需要消耗大量淀粉等物質(zhì)[20]。本研究中，珠芽魔芋幼苗生長主要靠葉片光合作用提供養(yǎng)分，幼苗生長前期葉面積小，光合作用弱，合成有機物少，不足以轉(zhuǎn)化成淀粉儲存；隨著珠芽魔芋側(cè)葉生長，葉面積增大，光合作用增強，合成的有機物除了滿足幼苗生長需求之外，盈余的有機物轉(zhuǎn)化成淀粉儲存于葉片和球莖中，且各時期老葉葉片和葉柄中的淀粉含量明顯高于新葉。隨著珠芽魔芋4葉期幼苗停止萌發(fā)生長新的側(cè)芽，葉片光合產(chǎn)物大量累積并轉(zhuǎn)化為淀粉，4葉期幼苗球莖中淀粉含量顯著高于前3個時期，說明珠芽魔芋幼苗停止萌發(fā)側(cè)芽前，植株不會大量合成淀粉儲存。

3.2 激素對珠芽魔芋多葉形成的影響

內(nèi)源激素是自然條件下植物生長發(fā)育的重要調(diào)節(jié)物質(zhì)，其種類和數(shù)量的變化在珠芽魔芋多葉形成過程中起著重要作用。前人研究表明，側(cè)芽ZT含量受植株頂芽控制[21]，去除頂芽或施用生長素抑制劑能夠上調(diào)異戊烯基轉(zhuǎn)移酶(IPT)基因的表達，提高細胞分裂素含量，促進植物側(cè)芽生長[22]。外施ZT可以增加植株側(cè)芽數(shù)并促進側(cè)枝生長[23]。本研究中，自然生長狀態(tài)下珠芽魔芋幼苗各時期葉片和葉柄中ZT含量均以第1片葉和葉柄最高。各時期新葉ZT含量均顯著低于老葉。與CK相比，外施ZT后，珠芽魔芋幼苗中ZT含量升高，側(cè)芽萌發(fā)數(shù)量沒有增加，但側(cè)芽形成速度明顯提高?？芍馐┻m量ZT能促進珠芽魔芋ZT含量上升并促進側(cè)葉的萌發(fā)和生長，說明珠芽魔芋中較高含量的ZT有利于側(cè)葉萌發(fā)生長。

GA3作為一種常見的植物內(nèi)源激素，在植株的生長過程中可以促進側(cè)枝生長[24]，并間接起到促進頂端優(yōu)勢的作用[25-26]。本研究中，隨著生長期的延長，珠芽魔芋各時期葉片、葉柄、球莖和根部中GA3含量均逐漸上升，同時側(cè)芽形成速度降低并逐漸停止萌發(fā)側(cè)芽。

IAA作為最早被報道能維持植株頂端優(yōu)勢的激素，對植物側(cè)枝萌發(fā)生長有著重要的調(diào)節(jié)作用[27]。前人研究發(fā)現(xiàn)，IAA的主要合成部位為頂芽和幼嫩的葉片[28]，在植株頂芽去除部位外施IAA可以抑制側(cè)芽生長[29]。對植株發(fā)芽原基施加生長素轉(zhuǎn)運抑制劑N-1-萘基鄰苯二甲酸 (NPA)和 2,3,5-三碘二苯甲酸 (TIBA) ，能引起生長素氧化基因雙加氧酶(DAO)的上調(diào)，導致生長素水平迅速降低而誘導側(cè)芽萌發(fā)[30]。本研究中，IAA處理珠芽魔芋IAA和GA3含量較CK和ZT處理均明顯升高，但幼苗側(cè)葉萌發(fā)形成速率降低，說明較高含量IAA和GA3不利于珠芽魔芋萌發(fā)側(cè)芽。在自然生長狀態(tài)下，珠芽魔芋幼苗期的葉片、葉柄、球莖中IAA含量長期處于較低水平，有利于側(cè)葉形成，這是珠芽魔芋出現(xiàn)多葉生長現(xiàn)象的一個重要的因素。

ABA作為植物成熟和凋亡的重要調(diào)節(jié)激素，在植株側(cè)枝形成過程中起著重要的調(diào)控作用。植株中ABA含量隨側(cè)芽的生長過程而發(fā)生變化[20]，噴施ABA可以抑制側(cè)芽生長[31]。在本研究中，隨著生長期的延長，自然生長狀態(tài)下珠芽魔芋各時期葉片、葉柄、球莖和根中ABA含量均逐漸上升，且各時期新葉ABA含量總體高于老葉。說明幼苗生長前期低含量ABA有利于珠芽魔芋萌發(fā)形成側(cè)芽，較高含量的ABA抑制側(cè)芽萌發(fā)并促進植株成熟。

4 結(jié) 論

隨著生長期的延長，珠芽魔芋葉柄長、球莖鮮質(zhì)量、根長總體呈增加趨勢。珠芽魔芋糖分和內(nèi)源激素含量隨幼苗側(cè)葉形成過程及其側(cè)葉數(shù)量不同而發(fā)生了動態(tài)變化。在側(cè)葉數(shù)量較少的幼苗初期，老葉中還原性多糖、淀粉和ZT含量較新葉均偏高。珠芽魔芋幼苗各器官中GA3、IAA和ABA含量均隨著生長期的延長而逐漸升高。外施ZT能明顯提高珠芽魔芋幼苗側(cè)葉萌發(fā)速度，外施IAA明顯抑制了珠芽魔芋幼苗側(cè)葉萌發(fā)。較高含量糖分和ZT有利于珠芽魔芋側(cè)葉萌發(fā)生長，較高含量GA3、IAA和ABA不利于珠芽魔芋側(cè)葉萌發(fā)生長。