锁阳种子萌发及吸器形成与内源激素关系的研究

锁阳种子萌发及吸器形成与内源激素关系的研究

许多寄生植物是农业的大灾害。例如，山羊寄生和独甲金对耕地的入侵程度为100%。考虑到收获的重要性，人们通常关注水生植物的研究。关于水生植物种子发芽的科学研究有许多报道。一些报道认为，一些外源植物激素可以刺激寄生虫植物种子的萌发，但在锁阳种子发芽实验中观察到的外源植物激素没有显著。植物激素对生物吸收器的发育也有一定的作用。本文所选植物材料锁阳(CynomoriumsongaricumRupr.)是寄生于白刺属(Nitraria)植物根部的多年生肉质草本植物,分布于我国西北部的阿拉善盟、伊克昭盟等地,具有重要的药用价值.本室研究人员对锁阳的生长发育、生殖过程等课题已进行过长期的研究,并已获得许多成果.从前人的研究结果看,寄生植物的种子萌发及吸器形成的首要条件是寄主根部的某种种子萌发诱发物质及吸器形成的诱发物质.那么在这些诱发物质存在的条件下,种子萌发前后及吸器形成过程中锁阳种子内内源激素的动态如何?内源激素的水平与形态发生之间有何关系?全寄生植物种子萌发及吸器形成过程中内源激素动态与非寄生植物的有何异同?这些问题就是本文所研究的内容.除内源ABA、IAA外,由于条件所限,CTK及GA中仅对iPAS、ZRS及GA3进行了测定.1不同种子和试剂锁阳(CynomoriumsongaricumRupr.)种子为1994年采于内蒙古伊克昭盟杭锦旗什拉召苏木试验基地.莜麦(AvenachinensisMetag.)种子为1999年内蒙古农科院提供.1.1去果皮消毒种子的制备将锁阳小坚果浸泡于乙醚中约半小时后取出,待乙醚完全挥发后,浸泡于自来水中,再在冰箱中放置半个月左右,使果皮软化.取部分浸泡处理的带果皮种子,用水砂纸磨去其果皮,获得去果皮种子.再用1%NaClO溶液消毒10min,获得去果皮消毒种子.1.2发酵温度的确定称取白刺根韧皮部15g,加蒸馏水200ml,浸泡24h,然后用4层纱布过滤并挤出滤汁,将滤汁分装于垫有二层滤纸的不同培养皿上,将去果皮消毒种子均匀放入培养皿内,培养皿用黑纸包住,然后在恒温箱中黑暗下萌发,白天温度为32～34℃,晚上15～20℃.1.3as、zrs的动态变化用间接酶联免疫吸附法(ELISA)测定锁阳种子与莜麦种子萌发过程中内源ABA、GA3、IAA、iPAS、ZRS的动态变化.iPAS、ZRS、GA3、IAA、ABA标准品均购自sigma公司.鸡卵清蛋白(OVA)为结晶纯,购自中科院上海生化所东风生化技术公司,其余均为分析纯试剂.ELISA试剂盒购自中国农业大学作物化控室;用DG3022A型酶联免疫检测仪测定.植物激素的提取与纯化采用冷冻离心法.2结果与分析实验结果见表1.2.1胚根中ga3含量的变化锁阳种子萌发过程中GA3含量比萌发前一直趋于下降.而在莜麦中GA3含量刚萌发时有所下降,当胚根突破胚根鞘时含量达到最高点,而后有所下降.2.2未萌发锁阳种子萌发过程中aba含量的变化锁阳种子萌发过程中ABA含量基本上一直在下降,刚萌发时ABA含量急剧下降,到吸器发生时ABA含量下降到最低点,是未萌发时ABA含量的1/3.在莜麦种子萌发过程中ABA动态与锁阳相似,也为下降趋势.未萌发锁阳种子中ABA含量明显高于未萌发莜麦种子,是后者的4倍左右,刚萌发时,锁阳种子中ABA含量下降值是莜麦的10倍,由此不难看出锁阳种子深度休眠的原因.这与锁阳种子中存在萌发抑制物质ABA的报道一致.2.3种子萌发过程中iaa含量的变化锁阳种子萌发过程中内源IAA含量有明显变化,刚萌发时IAA含量急剧升高,随着吸器的发生与吸器的形成IAA含量又趋于下降.而莜麦种子刚萌发时IAA含量反而下降,直到长出侧根时才有所升高.锁阳未萌发种子中IAA含量并不象内源GA3、ABA一样远高于莜麦种子而是几乎相同,然而到种子萌发时,锁阳中IAA含量却已达到莜麦的5倍多.2.4内源ipas+zrs的动态变化锁阳种子整个萌发过程中,内源iPAs+ZRs含量一直在升高,表现为刚萌发时迅速升高,随后继续缓慢升高.说明锁阳种子萌发及吸器形成需要高浓度的细胞分裂素.这与前人的研究结果CTK与吸器发生密切相关的报道一致.而莜麦种子萌发过程中内源iPAs+ZRs动态变化恰与锁阳相反,呈下降趋势.从表一中可看到ZRs、iPAs分别在不同时期有所合成,但总量仍是下降的.有可能未萌发种子中贮存了萌发过程中所需的CTK.从而导致萌发后反而下降的结果.锁阳与莜麦种子萌发过程中内源iPAs+ZRs的动态变化完全相反,前者CTK含量的高峰在吸器完全形成时,而后者却在萌发前.3讨论3.1不同种子萌发过程中ga3与aba的动态自然界中许多种子存在休眠现象,它是由种皮特性、储藏物质的组成和动员、激素水平或它们之间的相互作用等引起.80年代以后,人们利用GA3与ABA缺失或不敏感突变体做了大量工作,认为ABA在初生休眠的发生中起着原初作用,而GA3涉及萌发,ABA的作用可被GA3所拮抗.这些理论主要是从非寄生植物种子萌发过程中植物激素的调控作用的研究中获得的.本文结果表明在寄生植物锁阳中ABA在种子深度休眠中的作用是显而易见的.ABA在萌发初期大幅度下降,似乎成为萌发启动的信号.而从锁阳种子萌发过程中GA3的动态来看,GA3并不单独启动萌发,而同ABA协同作用才启动萌发.图5显示锁阳与莜麦种子萌发过程中GA3与ABA比值的动态,二者的动态模式基本相似.在种子萌发过程中,锁阳从刚萌发到吸器刚形成,GA3/ABA比值一直在上升,到吸器完全形成时稍有下降;莜麦种子中也一直呈上升趋势.由此可以认为二者种子萌发是由GA3/ABA比值上升来启动的.3.2锁阳种子萌发与吸器形成过程中激素水平的动态变化锁阳种子萌发过程中内源CTK/IAA比值呈“V”字型,即刚萌发时CTK/IAA比值下降,可能是低浓度的CTK/IAA比值有利于吸器的发生,随着吸器发生到吸器完全形成时CTK/IAA比值上升,但比萌发前低.莜麦种子刚萌发时,CTK/IAA比值都高于未萌发时,而到长出一对侧根时才稍有下降,其比值和萌发前相近.据文献报道CTK/IAA比值低有利于根的分化,莜麦胚根鞘突破种皮之前有低比值的CTK/IAA,可能有利于胚根鞘突破种皮(即萌发).锁阳吸器发生前与莜麦胚根分化前都有低比值的CTK/IAA,这可能由于激素水平的变化要早于形态变化所致.许多报道及对锁阳的研究中可知,寄生植物的吸器实际上是变态根.因此可