（园林植物与观赏园艺专业论文）唐菖蒲籽球形态发生及其生理机制的研究.pdf

摘要 本论文对唐菖蒲中花品种r o s es u p r e m e 和晚花品种a d v a n c e dr e d ，田间栽培条件下 籽球生长发育期间，籽球形态发生及其生理机制进行了研究，结果如f ： 籽球生长发育表现出阶段性，第一个阶段为籽球形态建成初期对应于地上部4 叶龄期至盛 花期，以匍匐茎生长发育为主，形成籽球数量少，籽球重量增长缓慢；第二个阶段为籽球快速膨 大期，对应地上部盛花期至半枯期，籽球大量形成，籽球重量迅速增加，该阶段末期籽球逐渐成 熟，生长发育进程减缓。 籽球不同生长发育阶段，内部生理指标变化不同。籽球形态建成初期，新球内源z r 含量急 速下降，籽球略有下降；籽球g a 3 含量持续快速下降；a b a 维持较低水平；i a a 含量变化规律 不明显。内源激素间比值的变化与单个激素含量变化相对应。籽球形态建成初期，新球内源g a 3 与i a a 比值整体表现为上升，新球和籽球i a a 相对z r 含量较低，a b a 与g a 3 、z r 和i a a 比 值较低。 同时期地上部逐渐进入花期，新球内可溶性糖含量一定程度下降，蔗糖含量上升缓慢，但籽 球内可溶性糖和蔗糖含量快速升高，还原糖含量增长较慢，淀粉积累缓慢，总淀粉酶活性较高。 籽球内可溶性蛋白含量快速上升。 进入籽球快速膨大期，新球z r 含量呈缓慢下降趋势，籽球z r 含量上升至花后第3 w 开始下 降；i a a 含量迅速升高后又快速下降；g a 3 含量出现强烈的波动，随着半桔期的临近，g a 3 降至 低水平；花后第6 w 新球和籽球a b a 含量开始迅速升高。内源激素间比值变化与单个激素变化相 吻合。进入籽球快速膨大期，新球和籽球内源i a a 含量相对z r 快速升降，g a 3 与i a a 比值波动 性下降。花后第6 w 开始随着籽球的逐渐成熟，新球和籽球a b a 含量相对g a 3 、z r 、i a a 快速 升高。 同时期籽球内碳水化合物代谢极为旺盛，籽球内可溶性糖、蔗糖和还原糖含量继续快速上升， 至花后第6 7 w 达到最人值，此后随着籽球的成熟，可溶性糖、蔗糖和还原糖含量不同程度下降， 内部碳水化合物代谢趋于缓慢。淀粉积累速度加快，随着半枯期的f 自近，积累速度减慢。该时期 淀粉酶活性迅速下降，总淀粉酶中b - 淀粉酶活性占主导，其活性整体高于a 淀粉酶。盛花期后籽 球内可溶性蛋白含量下降荠维持l 3 w 相对稳定，之后再次快速升高，至半枯期达到峰值。 蛋白 关键词：唐菖蒲；籽球；形态发生；生长发育；内源激素；碳水化合物；可溶性 a b s t r a c t i nt h i sp a p e r , s t u d i e so nm o r p h o g a n e s i sa n di t sp h y s i o l o g i c a lm e c h a n i s mo fg l a d i o l u sc o r m e lw e r e c o n d u c t e dw i t ht w ov a r i e t i e s m e d i u mf l o w e r i n g r o s es u p r e m e a n dl a t ef l o w e r i n g a d v a n c e dr e d ， d u r i n gt h ep e r i o do fg r o w t ha n dd e v e l o p m e n to fc o r m e l si n t h ef i e l d - t h er e s u l t so b t a i n e da r c s u m m a r i z e da sf o i l o w s ： t h eg r o w t ha n dd e v e l o p m e n to fc o r m e ic a nb ed i v i d e di n t ot w os t a g e s i nt h ef i r s ts t a g e ，t h ei n i t i a l o fm o r p h o l o g i z a t i o no fc o r m e lh a p p e n e d ，c o r r e s p o n d i n gw i t ht h ep e r i o df r o m4l e a ft of u l l - b l o w n ，t h e g r o w t ha n dd e v e l o p m e n to fs t o l o nm a i n l yo c c u r e d w h i l et h en u m b e ro fe o r m e lw a saf e wa n di t s w e i g h ts l o w l yi n c r e a s e d c o r m e le x p a n d e dq u i c k l yi nt h es e c o n ds t a g e ，c o r r e s p o n d i n gw i t ht h ep e r i o d f r o mf u l l - b l o w nt oh a l f w i t h e r e d ，c o r m e ll a r g e l yf o r m e d ，t h ew e i g h tp r o m p t l yw e n tu p a tt h ea n do f t h e s e c o n ds t a g e ，c o r m e lg r a d u a l l ym a t u r e d ，t h eg r o w t ha n dd e v e l o p m e n ts l o w e dd o w n i nt h et w os t a g e so fg r o w t ha n dd e v e l o p m e n to fc o r m e l ，t h ec h a n g e so fi n n e rp h y s i o l o g i c a l p a r a m e t e r sd i f f e r e d i nt h ef i r s to n e ，t h ec o n t e n to f e n d o g e n e s i sz ri nn e w c o r a ls h a r p l yd e c l i n e d ，w h i l e i nc o r m e li ts l i g h t l yw e n td o w n c o n t e n to fg a 3i nc o r m e lc o n t i n u o u s l yw e n td o w n t h eo m i s eo f a b a k e p ti nal o wl e v e l ，c h a n g eo fc o n t e n to f a ad i d n ts h o wo b v i o u sl a w t h ec h a n g eo fr a t i oo f e n d o g e n e s i sh o r m o n e sc o r r e s p o n d e dw i t ht h ec h a n g eo f s i n g l ee n d o g e n e s i sh o r m o n e 。i nt h ef i r s ts t a g e ， t h er a t i oo fe n d o g e n e s i sg a 3t oi a ai nn e wc o r mr i s e d0 nt h ew h o l e ，t h er a t i oo f1 a at oz ri nn e w c o r ma n dc o r m e lw a sr a t h e rl o w , t h ec a s eo f a b at og a3 ，z ra n di a aw a sq u i t es h o r t i nt h es a r n es t a g e ，t h ep a r ta b o v et h eg r o u n dg r a d u a l l ye n t e r e da n t h e s i ss t a g e ，t h ec o n t e n to fs o l u b l e s u g a ri nn e we o i t f lr e d u c e dt oac e r t a i ne x t e n t ，w i t hs u c r o s er i s i n gs l o w l y , w h i l et h ec o n t e n t so fs o l u b l e s u g a ra n ds u c r o s ei nc o r m e lr a p i d l yi n c r e a s e d ，r e d u c i n gs u g a ri n c r e a s e ds l o w l y , s t a r c ha c c u m u l a t e d s l o w l y , a c t i v i t yo f t o t a la m y l a s ew a sq u i t eh i g h c o n t e n to f s o l u b l ep r o t e i ni nc o r m e lf l e e t l yw e n tu p w h e nt h ec o r m e lw e n ti n t ot h es e c o n ds t a g e ，t h ec o n t e n to fz ri nn e wc o r mw a sp r o n et os l o w d e c l i n e ，i nc o r m e i tr i s e dt i l l3w e e k sa f t e ra n t h e s i s ，t h e ns t a r t e dt og od o w n c o n t e n to fi a ap r o m p t l y i n c r e a s e d ，t h e nr a p i d l yf e l l c o n t e n to f g a sa p p e a r e di n t e n s ef l u c t u a n t ，a tt h ea p p r o a c ho f h a l f w i t h e r e d ， c o n t e n to f g a s d e c l i n e dt oa1 0 wl e v e l 6w e e k sa f t e ra n t h e s i s c o n t e n to f a b ai nn e wc o r ma n de o r m e l q u i c k l ys t a r t e dt og ou p c h a n g eo fr a t i oo f e n d o g e n e s i sh o r m o n e sc o r r e s p o n d e dt ot h ec h a n g eo f s i n g l e e n d o g e n e s i sh o r m o n e a f t e re n t e r i n gt h es e c o n ds t a g e t h er a t i oo f e n d o g e n e s i si a at oz ri nn e wc o r m a n dc o r m e ls h a r p l yr i s e da n df e l l ，t h er a t i oo fg a 3t oi a af l u c t u a n t l yw e n td o w n b e g i n n i n gf r o m6 w e e k sa f t e ra n t h e s i s ，a st h ec o r m e lg r a d u a l l ym a t u r e d ，c o n t e n to f a b aq u i c k l yw e n tu p ，c o m p a r i n gw i t h g a 3 z ra n d i a a i nt h es a m es t a g e ，m e t a b o l i s mo fc a r b o h y d r a t ei nc o r m e lw a sv e r yb l o o m i n g c o n t e n to fs o l u b l e s u g a r , s u c r o s ea n dr e d u c i n gs u g a rs u c c e s s i v e l yw e n tu pq u i c k l y , t i l l6t o7w e e k sa f t e ra n t h e s i s , t h e m a x i m u mv a l u ew a sa c h i e v e d ，a f t e rt h i st i m e ，a st h ec o r m e lg r a d u a l l yd e v e l o p e dm a t u r e l y , c o n t e n to f s o l u b l es u g a r , s u c r o s ea n dr e d u c i n gs u g a rd e c l i n e da td i f f e r e n ts p e e d ，a n dm e t a b o l i s mo fi n n e r c a r b o h y d r a t ew a sp r o n et os l o w n e s s t h es p e e do fs t a r c ha c c u m u l a t i o nq u i c k e n e d ，a tt h ea p p r o a c ho f i i h a l fw i t h e r e d ，s p e e do fa c c u m u l a t i o ns l o w e dd o w n a c t i v i t yo fa m y l a s ep r o m p t l yf e l l ，a c t i v i t yo fb 。a m y l a s ew a sd o m i n a n ti nt h ea c t i v i t yo ft o t a la m y l a s e ，w h i c hw a sh i g h e rt h a nt h a to f - a m y l a s eo n t h ew h o l e a f t e rf u l l b l o w ns t a g e ，c o n t e n to fs o l u b l ep r o t e i ni nc o n n e ld e p r e s s e da n dk e p tr e l a t i v e l y s t a b l ef o r1t o3w e e k s ，t h e ni ts h a r p l ya s c e n d e da g a i n t i l lh a l f w i t h e r e dm a x i m u mw a sr e a c h e d e d k e y w o r d s ：g l a d i o l u s ；c o r m e l ；m o r p h o g e n e s i s ；g r o w t ha n dd e v e l o p m e n t ；e n d o g e n e s i s h o r m o n e s ；c a r b o h y d r a t es o l u b l ep r o t e i n 缩写词 i a a n a a g a b a a b a c t k z r j a c c c p p 3 3 3 s a m e j a t d z e l i s a b h t p v p 缩略词表 中文名 吲哚乙酸 蔡乙酸 赤霉素 苄基腺嘌呤 脱落酸 细胞分裂素 玉米素核苷 茉莉酸 矮壮素 多效唑 水杨酸 茉莉酸甲酯 苯基噻二唑基脲 酶联免疫吸附分析法 二叔丁基对甲苯酚 聚乙烯毗咯烷酮 独创性声明 本人声明所呈交的论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成 果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发 表或撰写过的研究成果，也不包含为获得中国农业大学或其它教育机构的学位或证书 而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明 确的说明并表示了谢意。 研究生签名 铉枷牡 时间：洲年z 月，( p 日 关于论文使用授权的说明 本人完全了解中国农业大学有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权保留 送交论文的复印件和磁盘，允许论文被查阅和借阅，可以采用影印、缩印或扫描等复 制手段保存、汇编学位论文。同意中国农业大学可以用不同方式在不同媒体上发表、 传播学位论文的全部或部分内容。 ( 保密的学位论文在解密后应遵守此协议) 研究生签名：鹰象批 时间：驯年 彳月归 导师签名：时间：y 彤年么剧驴日 中国农业火学碳 一学位论文第一章国内外研究进展综述 第一章国内外研究进展综述 唐菖蒲( g t a d i o l h y b r i d u s ) 为鸢尾科( 1 r i d a c e a e ) 唐菖蒲属植物，花色丰富、花型美观， 是世界著名四大切花之一，在我国广泛栽培。但实际生产中种性退化问题突出，严重制约了生产 切花的品质。唐菖蒲人部分种类都可以形成或大或小的球茎，自然条件下匍匐茎顶端产生的小籽 球种性退化程度低，是目前唐菖蒲种球的唯一商品化繁殖材料。 庸菖蒲籽球发生特性除了受品种自身遗传背景影响外，环境条件和外源诱导因子也具有极大 的影响，甚至是限制作用。然而，在唐菖蒲籽球形成机理方面的研究相对滞后，相关的研究报导 十分有限，为此，本章围绕唐菖蒲籽球形态发生的特点，结合块茎、鳞茎及其它球茎植物地下变 态器官的形成机制，综述了这一领域国内外的研究进展。 1 1 唐菖蒲地下茎发生的形态学研究 完整唐菖蒲植株的地下茎由母球、新球、匍匐茎及籽球共同组成，生产上常用的栽培品种都 可以清楚的区分和识别这些器官。 1 1 1 母球 母球是植株头一年形成的新球。在植株生长到4 5 叶期前，其生长发育所需的营养物质部 分由植株光合作用合成，其余由母球提供；4 5 叶期后，母球内养分逐渐耗尽1 1 1 。因此，母球是 唐莴蒲前期生长发育的基础，其生理状态影响后期新球和籽球的品质和产量。 1 1 2 新球 新球由母球顶芽萌发的植株基部的短缩茎膨大而来。一般有6 7 个茎节，节数与最后的2 枚鞘叶和最初的4 5 片叶相对应。 在适宜的生育期内，新球鲜重呈“慢一快一慢”的增长趋势”。在花后新球鲜重有两次快速增 加，第次发生在花后2 0 d 之内，第二次快速生长伴随着收缩根的萎缩和叶片的枯黄，而新球直 径在花后只有一次快速增加【3 】。 1 1 3 匍匐茎和籽球 匍匐茎是唐菖蒲一种水平生长的地+ f 茎，由新球基部鞘叶叶腋间的腋芽发育而来口i 。目前生 产上普遍应用的栽培品种的匍匐茎较短，多在1 4 c m 之间。匍匐茎可以产生分枝，分枝数量的 多少，与籽球的产量密切相关。 新球基部形成的腋芽排列方式为并生和叠生，数目在3 或3 个以上，其中正芽位于中间，体 积较大，发育优势明显，其两侧有多个较小的副芽，副芽随机发生。匍匐茎分层排布 t f a d e r h o r n 和a d v a n c e dr e d 有6 个茎节可以形成匍匐茎，基部1 2 茎节匍匐茎最先形成， 随后3 、4 、5 、6 节顺次出现。相对基部和项部茎节，新球中部茎节匍匐茎基数和分枝数蛀多， 中国农业大学硕士学位论文第一章国内外研究进展综述 ! ! ! ! ! ! 曼! ! ，_ i i 一 生长势最好。其数量整体呈“慢一快一慢”的增长趋势，快速增长期滞后于新球”1 。 腋芽基数与匍匐茎的分枝数量构成匍匐茎的总数量。唐菖蒲匍匐茎具有合轴分枝的习性，其 发育模式为，腋芽形成匍匐茎主茎，主茎顶端膨大形成若干一级分枝，一级分枝继续伸长生长， 一定阶段后部分顶端膨人的一级分枝形成二级分枝，如此继续下去。t r a d e r h o m 和a d v a n c e d r e d 的匍匐茎可以形成三级分枝 4 1 。 匍匐茎伸长至一定长度后顶端膨大形成籽球i ”。在进入匍匐茎快速增长期后，匍匐蓬顶端开 始膨大产生籽球。籽球的发生是一个渐进的过程，籽球的形成分为籽球出现和籽球快速形成两个 阶段。籽球和匍匐茎外有多层皮膜包被。籽球数量几乎呈线性增长。在经过现营前的缓慢生长后， 匍匐茎和籽球鲜重进入快速增长阶段，且增长趋势持续至地上部分枯黄时期。在匍匐茎与籽球生 长的前期和中期，其鲜重增长一直滞后于新球，生长发育后期超过并快于新球。籽球直径主要集 中在0 6 1 0 c m 之间，大于1 0 e r a 和小t0 6 c m 数量较少”j 。 1 2 环境信号的刺激和传导 1 2 1 环境信号的刺激 从匍匐茎的产生到出现籽球，是唐菖蒲植株对内部和外部信号刺激做出应答的结果。植物对 信号刺激的应答反应是由植物自身的发育年龄、先前的环境状况进行调节。关于匍匐茎和籽球形 成时间、环境条件的研究，目前已得出一些结论。唐菖蒲种植后第1 1 w 以前，长日照和较高的温 度为植株光合形态建成以及花芽分化的完成提供了必要的外部环境条件。第l l w 开始出现匍匐 茎，第1 4 1 7 w 植株感受的外部日照时间逐渐缩短，昼夜温度日趋降低，开始诱导形成籽球p j 。 研究发现，籽球形成期环境短日照和较低温度对其发育有利1 2 j ，不同播期唐菖蒲籽球形成时期和 数量有明显的差异，5 月底种植相对4 月中旬和5 月上旬更有利于籽球形成和数量增加。8 1 0 h 的短日照可以增加籽球的数量，因为短日照条件促进腋芽的分枝i o j 。2 5 3 0 c 的培养温度有利于 离体条件下庸菖蒲籽球的形成，昼夜之间温差为0 更利于籽球的诱导1 7 l 。 近期研究发现，匍匐茎的形成始于地上部4 6 叶期，花芽分化已经完成，但尚未开始现蕾， 而籽球形成期主要集中在种植后1 2 0 1 5 0 d ( 即1 7 2 1 w ) 口j 。籽球形成时间差异可能因品种及 不同年份间气候条件不同所致。 新球的出现早于匍匐茎约3 4 w 。庸菖蒲新球的发育亦受光周期的影响。在花序抽出至开花 期，长日照环境抑制新球的生长，而短日照则使同化物更多的向新球转移”。 日照和温度条件的改变诱导或促进地下变态茎的形成已经在多种植物材料上得到证实。短日 照诱导促进马铃薯、薯蓣、菊芋块茎的形成。长臼照条件促进麝香百合鳞茎和马蹄莲块茎的形成。 只有在连续的长日照下，洋葱鳞苇才能完全形成。大蒜在短日照条件下继续分化新叶，不能形成 鳞茎p j 。光照条件对新铁炮百合鳞片扦插繁殖时籽球形态建成亦有明显影响，黑暗条件相对自然 光照条件下形成的籽球数量少，但个体大，且籽球上极少产生叶片l l 。低温条件( 1 3 2 1 2 ) 相对于高温( 2 4 。c 2 ) 可以显著促进小苍兰试管球茎的诱导】。80 c 低温促进百合试管小鳞茎 的形成【i “。对东方百合杂种系的c a s a b l a n c a 和亚洲百合杂种系的c o n n e c t i c u tk i n g 进行鳞片繁殖 发现。扦插基质温度为2 0 和2 50 c 时，小鳞茎的数量、重量、直径均大于基质温度为3 0 的处 2 中国农业大学硕士学位论文第一章国内外研究进展综述 _ 1 1i i i i ii 一 理f 1 3 , 1 4 ，但也有研究认为温度对小鳞茎鲜重无明显影响。离体条件下风信子鳞茎诱导需要8 w 的5 低温，无低温处理，鳞茎的形成受到抑制【”】。较低温度促进马铃薯块茎内干物质的积累， 昼夜变温更有利于块茎的形成m 】。离体条件下诱导荸荠球茎，相对2 4 和3 0 。c ，1 8 c 培养形成 的试管球茎数量更多，鲜重更大”】。菊芋块茎的形成需要2 0 左右的温度，昼夜温差大，是块 茎膨大的主要条件。 唐菖蒲籽球的形成是在新球发育到一定阶段产生匍匐茎后才开始出现，新球、匍匐茎和籽球 三者形成初期的环境特点，以及环境条件对三者生长发育的影响，目前的研究尚缺乏细分。研究 马铃薯发现，匍匐茎产生和块茎的膨大对光照的需求不完全一致，黑暗有利于匍匐茎的发生，光 照情况下匍匐茎会形成地上茎，而不能形成块茎。随后的短日照促使匍匐茎伸长生长的停止，有 利丁块茎的膨大”。 另有研究发现光质对变态茎的形成也有影响。荧光灯做光源比白炽灯更有利于块茎的形成 【1 9 j ，红光对块茎形成有显著的抑制作用，而蓝光则作用不明显 2 0 】。离体培养中，远红光促进了百 合小鳞茎数量的增加，与常规光照下形成的鳞茎相比，红光和远红光条件下形成的鳞茎处于休眠 状态的较多【2 “。在每天光照8 h 条件下，若补充以红光或绿光，洋葱植株只发生叶片。鳞茎不会 形成；若补充远红光则会加速鳞茎形成口。随着红光：远红光( r ：f r ) 值的降低，鳞茎形成加 速【2 3 】。 1 2 2 环境信号的传导 外部环境信号刺激被植物感受产生内部信号反应。目前，在唐菖蒲籽球形态发育机制问题上 有关信号传导的研究还没有直接的文献报导，仅有球茎生长发育过程中内源激素含量变化分析和 施用外源生长调节剂对球茎形成影响的初步研究。在新球生长发育过程中，c t k 含量在新球快速 生长期有峰值山现，而g a 3 含量表现为低谷，a b a 含量与新球的生长没有明显的关系p j 。在增加唐 菖蒲新球和籽球数量、重量和大小上，旆用c c c 、乙烯利、b a 、g a l 、生长素类( i a a 、n a a 、 2 ，4 - d ) 均有一定的促进效果 2 4 - 2 9 】。离体培养条件下，p p 3 3 3 促进了唐菖蒲球茎形成 3 0 , 3 q ；b a 显 著促进了新球膨大和腋芽萌发，促进腋芽的大量生长，但若长时间在含b a 的培养基上培养，腋 芽均生长成为侧枝；p p 增加了籽球的形成和发育，闽值浓度在0 5 1 0 m g l 之间，最适浓度为 5 0m w l ”1 ，不添加p d 3 3 3 的培养基产生的籽球个体小田j ；a b a 抑制了籽球的形成，生长延缓剂 c c c ( 1 0 m g l ) 则促进了籽球的增殖和增大 “。 植物激素是植物体主要的胞间化学信号。植物器官的变态是一种遗传性状，但它的发生和发 育在很大程度上受内源激素水平的调节【3 ”。籽球的形成应是多种激素综合调控的结果。不同发育 阶段，激素调控模式可能存在差异。 马铃薯块茎的形成是匍匐茎发生和块茎膨大两个独立过程的总和，分别受不同模式激素综合 调节。通过分析内源激素含量变化发现，匍匐茎形成期，g a 和i a a 起促进作用，c t k 、a b a 、 乙烯则抑制匍匐茎的发育”“；块摹膨火期，g a 抑制和延迟块茎发生，c t k 则具有促进作用。 a b a 抵消g a 的活性，j a 促进块茎发生，p p 3 3 3 可以增加块茎的形成数量，并使块茎变大，而i a a 、 乙烯的作用还存在争议 3 5 o 添加g a 生物合成抑制剂降低马铃薯植株体内g a 水平和活性的同时， 促进块茎形成”w 。j a 及m e j a 均可以诱导离体条件下马铃薯块茎的形成和马铃薯髓部细胞的膨 中国农业大学硕士学位论文第一章国内外研究进展综述 大 3 7 1 。近年研究发现，l o x ( 脂氧合酶) 促进块茎发生，其作用途径可能是通过影响j a 的生物 合成来对块茎的发生及生长进行调控p 。 百合鳞茎膨大发育过程中内源a b a g a 的平衡是一个较为可靠的信号一j ，p p ”3 对百合离体 小鳞茎形成有促进作用i ”1 。以鳞片为外植体进行离体培养，在培养基中加入f l u r i d o n e ( a b a 合 成抑制剂) 抑制了鳞茎形成而促进了叶片发育；在培养基中加入a b a ，效果恰好相反，只有鳞 片形成】。外加p p 也能诱导鳞茎形成，但其可以被g a 劫抗i ”j 。0 5 - 1 0 m g l 的b a 和n a a 按( 5 1 0 ) ：1 的比例配合使用，对诱导百合试管小鳞茎增殖有明显的促进作用“。百合同一鳞 片基部分化小鳞茎的能力最强，中部次之，顶端最差。研究发现鳞片顶端含有较高的a b a 和较 低的c t k 及g a 3 ：中部a b a 含量较顶端明显降低，c t k 和g a 3 则有所增加；而基部c t k 及 g a ，含量更高，a b a 含量极低mj 。百合鳞茎形成初期，a b a 含量最低，随着鳞茎的发育膨大， a b a 含量显著升高，至半枯期达到最大值；伴随鳞茎的发育膨大，新鳞蔫g a 3 含摄里下降趋势， 而母鳞茎g a 3 含量却明显上升g a 3 与a b a 比值的变化与g a 3 相似，可见在鳞茎发育成熟过程 中，母鳞茎和新鳞摹的作用机制不同；现蕾期至半桔期，新鳞茎内源z r 处于较高水平，鳞茎充 实期，z r 含量开始下降；母鳞茎和新鳞茎的内源i a a 含量均在新鳞茎形成初期最高，此螽呈下 降趋势。 洋葱鳞茎形成过程中乙烯、c t k 起促进作用，g a 有不利影响，但是不能抑制鳞茎的形成， i a a 作用不大，而推测j a 可能直接参与了鳞茎的形成m j 。j a 、m e j a 可以诱导离体大蒜鳞茎形 成【4 ”，s a 在大蒜鳞茎膨大过程中起重要的作用h ”。风信子离体培养条件下，培养基中添加外源 a b a 促进了鳞茎的形成，在鳞茎形成过程中，内源a b a 含量上升，且上升趋势与鳞茎形成速度 相关j 。0 5 m m o l l 。1 的s a 能够显著提高芋试管球茎的重量，并且具有调节试管球茎同期发育的 作用，试管球茎大小分布集中”q 。t d z 是一种人工合成的苯基脲重氮噻唑取代衍生物，低浓度的 t d z 具有很强的细胞分裂素活性。与浓度为5 0 m g l 。的6 - b a 相比，浓度为o 2 m g l 1 的t d z 可 以显著提高4 个晶种芋的单瓶试管球茎的个数【5 0 】。薯蓣块茎的形成受j a 控制，伴随薯预植株的 生长进程，j a 含量增加；离体条件下，当外源j a 浓度高于1 0 _ 7 m o l l 时，均可诱导薯蓣的块茎 形成i ，“。菊芋植株生k 过程中水溶性j a 衍生物不断增加，在块茎膨大开始时达到最大值，外源 j a 有强烈的块茎诱导活性p “。 1 3 蛋白质的表达变化 籽球的出现应是唐菖蒲植株发育到特定阶段感受环境信号刺激，信号不断被扩大、转导至下 游引起转录和翻译水平变化的擐终结果，籽球的发生和发育可能受蛋白质水平的调节。唐菖蒲匍 匐茎形成至伸长阶段可溶性蛋白含量基本呈上升趋势，匍匐茎伸长至顶端膨大阶段，可溶性蛋白 含量呈平缓上升或下降趋势【4 】。种球形成过程中，母球中可溶性蛋白含量逐渐下降，而新球中可 溶性蛋白含鼍呈上升趋势p 。唐菖蒲不同部位蛋白条带表达特性不同，h a p p ye n d 不同规格大 小球茎蛋白表达特性亦存在差异。施用植物生长调节剂改变了新球中蛋白条带表达特性，施用 g a 3 ( 1 0 4 m ) 增强了2 2 和5 5 k d a 多肽的大量表达【5 3 】。离体条件下唐菖蒲不定芽形成过程中，c a t 、 p o x 活性增加，而s o d 活性降低。外源添加抗氧化荆，如谷光甘肽、m 生育酚、抗坏血酸刺激 4 中国农业大学硕士学位论文 第一章国内外研究遣基堡鎏 一 i ii _ 了芽的形成添加h 2 0 2 则起抑制作用”。 目前相关试验表明，变态器官的形成与一些特异性贮藏蛋白的出现直接相关联。期间，一些 重要酶类的活性和含量变化亦有相当的报导。 马铃薯块茎的形成伴随一些块摹特异蛋白( p a t a t i n ) 和蛋白酶抑制剂( p i n i i ) 出现，而正常 植株的茎叶中无法检测到其存在。p a t a t i n 和p i n i i 的含量约占块茎总可溶性蛋白含量的6 0 以上。 块茎发生过程中，分子量约为4 0 k d 的糖蛋白p a t a t i n 特异性地在匍匐茎顶端出现并逐渐累积；块 茎发生后，p i n i i 亦开始出现和累积。大量研究认为p a t a t i n 的出现是块茎发生和形成的生化标志。 然而，p a t a t i n 主要作用于块茎发育过程中的贮藏物质积累。另有研究报导，离体条件下p a t a l i n 并不与块茎产量呈显著正相关，块茎的形态建成可能更直接受其它一些蛋白质组分调控p ”。高浓 度蔗糖诱导块茎形成过程中特异基因的表达，促进块茎贮藏蛋白的积累p6 ，”j 。 s d s p a g e 研究芋侧球茎发生发育显示，腋芽组织中分子量小于1 4 k d 、约为1 4 k d 和2 0 k d 的3 组小分子罱蛋白质表达具有时空特异性，与腋芽膨大即侧球茎的发生有关，被初步视为球茎 发育期特异性蛋白”。甘薯块根形成期出现s p o r a m i n 一类特异表达的特殊贮藏蛋白一j 。 洋葱鳞茎形成过程，相同熟性的品种，鳞茎中可溶性蛋白含量和p o d 活性呈逐渐下降趋势 i 6 0 j 。百合鳞茎发育过程中，不同品种新鳞茎内可溶性蛋白含量变化存在差异i j 。兰州百合新鳞茎 蛋白含量在花后2 0 d 有所下降，而后上升；精粹百合新鳞茎发育初期蛋白含量增加，花后2 0 d 达 到最大值，花后4 0 d 与花后2 0 d 相比无明显变化，后期开始下降。离体诱导百合鳞片形成小鳞茎 的研究发现，小鳞茎出现前蛋白质含最发生特殊变化，既有蛋白质组分的变化，又有各组分含量 的变化。期间，过氧化物酶活性逐渐增强，其同工酶数量增多；脂酶同工酶数量亦增多：淀粉酶 同工酶数量逐渐增多，活力也逐渐增强1 6 “。新铁炮百合生长发育过程中，鳞蔫中多酚氧化酶 ( p p o ) 、过氧化物酶( p o d ) 活性随着营养生长的加速不断提高，但随着生殖生长的进程其酶活 性逐渐下降1 6 2 l 。 分析马铃薯离体块茎发育过程中影响因子的贡献程度发现，总可溶性蛋白含量是重要因素之 一，而质体m g ：+ - a t p 酶活性、质体c a 2 + _ a t p 酶活性、线粒体m 9 2 + a t p 酶活性等是关键因子， 并发现了一些可能与块茎发育相关的蛋白组分控制着块茎产量及形态建成p ”。 1 4 碳水化合物的代谢变化 籽球的发育包括形态建成和干物质积累，它同时涉及到细胞分化和贮藏物质的合成与运输， 这两个过程几乎同时发生，但是义相互独立。贮藏物质中碳水化合物占有很大的比例，而籽球的 形成伴随碳水化合物的转运和积累，其中淀粉和蔗糖是主要的积累形式，也是协调植物库源关系 的信号，许多基因和酶的表达受他们变化的响应，其代谢成为人们研究器官发生的突破口。蔗糖 合成酶、a d p g 焦磷酸化酶、淀粉合成酶等作为蔗糖、淀粉合成的限速酶，其活性的变化在改变 蔗糖、淀粉含量的同时，亦影响器官的发生，其酶学特性、表达规律及分子生物学已经在其它变 态茎植物材料上进行了较为深入和系统的研究 6 3 - 6 5 】。 蔗糖是离体培养条件下最常用的碳源。唐菖蒲新球在6 9 的糖浓度下诱导率可以得到提高 6 6 1 , 1 2 0 9 l 蔗糖相对9 0 9 l 和6 0 9 l 显著增加了唐菖蒲籽球诱导数量口”。蔗糖是新球膨大的决定 5 中国农业大学硕士学位论文第一章国内外研究进展黪述 性因素，在无糖培养基上新球不能膨大，但蔗糖对腋芽萌发无促进作用，必须与激素处理结合， 才能诱导腋芽萌发；当浓度高于6 时，蔗糖对继代材料的新球膨大和腋芽萌发有抑制作用”。 m s 培养基中4 0 5 0 9 ，l 蔗糖不能诱导唐菖蒲w h i t ef r i e n d s h i p 不定芽形成籽球，6 0 9 ，l 蔗糖诱 导形成的籽球小，发育不完全，只有当蔗糖浓度达到7 0 8 0 9 l 时，才能诱导出健壮、发育完全 的籽球【6 ”。籽球形成前后发生新球、匍匐茎和籽球之间源库关系的不断重新建立，伴随淀粉的大 量积累，匍匐茎形成至顶端膨大时期淀粉含量持续增长，尤以匍匐茎伸长至顶端膨大阶段，淀粉 含量快速增加【4 j 。唐菖蒲种球形成过程中，母球中的可溶性糖含量呈下降一上升一下降的趋势，而 新球中的可溶性糖含量早上升趋势 6 8 j 。 马铃薯块茎发生期间，大量碳水化合物在匍匐茎顶端积累，主要是淀粉。在块茎发生和膨大 的早期阶段，发育中的匍匐茎需要大量的蔗糖作为块茎诱导的最佳条件，淀粉的形成对块茎发生 和膨大亦十分重要，但不是必需 6 9 j 。块蔫启动形成初期。匍匐茎顶端蔗糖和淀粉含量急剧上升。 葡萄糖含量无明显变化，而果糖水平下降1 7o j ；块茎形成之后，块茎中淀粉沉积逐渐加快，而蔗糖 浓度则在一定时间内保持较稳定水平之后才缓慢下降，还原糖含量随生育进程继续逐渐减少口1 。 在块茎发生过程中，与蔗糖和淀粉合成相关的酶类活性也发生了相应的变化，块茎出现时，其含 量和活性皆达摄高水平，此后逐渐缓慢下降。 荸荠匍匐茎顶端开始膨大时，匍匐茎中淀粉积累减少，可溶性糖含量晟高。球茎膨大过程中， 干物质含量逐渐提高。球茎中蔗糖为主要的可溶性糖组分，还原糖含量较低，而匍匐茎中的还原 糖含量较高。球茎不同部位之间碳水化合物含量及淀粉酶、转化酶活性有差异。球茎基部相对顶 部淀粉含量偏高，淀粉酶活性亦偏大，而总糖含量和转化酶活性则偏小【7 ”。 郁金香花后的鳞摹膨大发育伴随鳞茎内可溶性糖含量急剧增加。蔗糖含量在初花期前增加缓 慢，盛花后迅速增加并在叶枯初期达到最高，叶枯期后变化趋于平缓。可溶性糖含量在初花期就 达到很高水平。淀粉含量则在叶枯期开始后快速增加。证实了郁金香鳞茎膨大发育存在一个后熟 过程【。 蔗糖浓度是百合试管鳞茎形成和发育的决定性因素【7 ”。新铁炮百合生长发育过程中，鳞茎中 的干物质、淀粉含量早上升趋势，可溶性糖含量下降。推澳6 淀粉和可溶性糖含量词时增加是百 合新鳞茎开始膨大的标志。新鳞茎从现蕾期即发育初期开始，淀粉含量迅速积累，至植株半枯期 达到最大值。从植株现蕾开始，新鳞茎的总糖含量呈增加趋势，花后2 0 4 0 d 达到最大值。蔗糖 是百合鳞茎中可溶性糖的主要形态，新鳞茎发育过程中蔗糖含量升高，在花后4 0 d 达到峰值。还 原糖含量明显低于蔗糖，但其变化体现了碳水化合物的供应及转化。兰州百合新鳞茎的还原糖含 量在现蕾到开花阶段下降，开花后上升，至植株半枯期达到最大值。精粹百合还原糖含量在新鳞 茎形成初期最高，现蕾到开花阶段急剧下降花后4 0 d 又有所升高。淀粉酶在百合鳞茎发育过程 中对调节和平衡碳水化合物的形态起重要作用，新鳞茎中淀粉酶活性，现蕾期最大，随着鳞茎发 育呈下降趋势1 7 6 】。 1 5 本试验研究目的和意义 唐菖蒲在我国栽培面积广泛，目前实际生产中广泛应用的是种球繁殖技术，种球生产是切花 6 中国农业大学硕士学位论文 第一章国内外研究媾展练蕉 生产的基础，而种球是由籽球形成。尽管通过组培可以实现脱毒，但操作复杂、成本高，限制了 在实际生产中的应用。由于实际生产中唐菖蒲种性退化问题严重，不同品种唐菖蒲籽球的繁殖率 有很大差异，因此，探明籽球形态发生机制，对我国唐菖蒲良种繁育和种球商品化生产有着重要 的理论和实践指导意义。 目前研究已经基本摸清露地栽培条件下匍匐茎和籽球的生长发育特性，并对离体条件下耔球 形成的影响因素，主要是糖和外源生长调节剂的影响得出部分结论，但对籽球形态发生的机制尚 缺乏全面系统的研究。鉴于国内外研究变态器官发生发育的方法本实验在田间栽培条件下籽球 形成期，观测籽球生长发育进程的同时，分析新球和籽球中内源激素、可溶性糖、蔗糖、还原糖、 淀粉、可溶性蛋白含量及n 一淀粉酶、b 一淀粉酶活性的变化规律，围绕内源激素平衡、碳水化合 物代谢、可溶性蛋白含量变化与籽球生长发育的关系，以期初步探明唐菖蒲籽球形态发生的生理 机制，为实际生产中籽球发生、诱导及籽球优质生产提供理论依据，并为进一步从分子水平上深 入研究籽球形成机理奠定基础。 7 第二章唐菖蒲籽球形态发生的研究 2 1 材料与方法 2 1 1 试验材料 以匍匐茎发生及籽球形成数量差异明显的唐菖蒲中花品种r o s es u p r e m e ( 以r s 表示) 和晚花品种a d v a n c e dr e d ( 以a r 表示) 为试材，种球周径1 0 - - 1 2 c m ，种球购自辽宁金 城园艺试验场。 2 1 2 试验方法 试验在中国农业大学科学园进行露地条件下播种。两品种各准备5 0 0 粒经过挑选、形状整 齐、无机械伤、无病虫害的种球，播种前种球用5 0 多菌灵5 0 0 倍液浸泡3 0 m i n 进行消毒。 试验地做成平畦( 1 5 m 4 m ) ，按照株行距1 0 c m 1 7 c m ，每畦约种1 7 0 头种球，种植深度 1 0 e m 。种植日期2 0 0 5 年4 月1 4 日。常规水肥管理，开花后保留两片茎生叶将其上部花序去除。 2 1 3 物候期观测 从匍匐茎开始形成至植