促控劑對草莓成花過程中鈣、鈣調素及同化物含量的影響

促控劑對草莓成花過程中鈣、鈣調素及同化物含量的影響

隨著鈣（ca）和鈣（cm）在植物中的發(fā)現(xiàn)，植物生物科學家非常重視鈣（ca）和鈣（cm）的研究。結果表明，ca作為植物細胞偶爾聯(lián)系細胞的外部信息和細胞內生理生化反應的第二個信息因素，隨著光線、溫度、重力、風、生長和物質因素的刺激，植物濃度增加，一系列目標酶和非酶蛋白被激活，這些酶和超青酮被結合起來激活。這些重要的細胞反應觸發(fā)許多重要的細胞反應，調節(jié)植物的生命代謝和遺傳表達?，F(xiàn)在，至少有15種能夠參與植物代謝的酶的ca2-或ca2-cm系統(tǒng)的調整。根據(jù)一些報道，ca和cm可以參與一些植物花芽分化過程。在這項工作中，我們以祖母為試材，探討了不同添加劑對草坪花芽分化中ca2-cm和乳化物質含量變化的影響，并闡明了ca2-cm在草坪花芽分化中的作用機制。1材料和方法1.1試材的選擇供試材料為草莓品種寶交早生(FragariaananassaDuchcv.Hokowase).在專用苗圃中選擇帶有很多新根和無病蟲害的當年生子苗作為試材.1.2測試方法(1)河砂、營養(yǎng)液與砂料所有供試材料均采用塑料缽栽植,培養(yǎng)基質選用河砂,參考毛達如方法進行河砂處理.營養(yǎng)液選用HonglandandAron配方,試驗期間每d澆施營養(yǎng)液1次.(2)siga產(chǎn)品試驗于2003年9月10日至10月20日進行,供試植株共計400株,平均分成4組分別進行如下處理:①清水處理(對照);②10mmol/LEGTA(sigma產(chǎn)品);③5mmol/LTFP(sigma產(chǎn)品);④2μmol/LA23187(sigma產(chǎn)品).各處理均采用全株葉面噴布法,對各組試材分別于9月20日、9月30日和10月10日處理3次.處理前各試材采樣1次,此后自處理日起每3d采樣1次,全試驗每處理共計采樣9次.每處理每次采芽樣10個,葉樣25片.芽樣采回后,任取3個進行FAA液固定,余下芽樣進行分化程度觀察后,再于液氮中速凍3min,然后放入-20℃冰箱中備用.葉樣采回后,經(jīng)過系列洗滌處理后,隨機取8片葉樣先于液氮中速凍3min,再置于-20℃冰箱中貯藏備用.余下的葉樣再進行如下處理:105℃殺青20min→70℃烘干至恒重→粉碎→干燥器內貯藏備用.1.3花芽分化過程的觀察花芽分化進程觀察采用徒手切片和石蠟切片,鏡檢并統(tǒng)計其分化程度.1.4理化指標、淀粉的測定Ca2+的測定:依照原子吸收法.CaM的測定:參見羅充等.可溶性蛋白質的測定:考斯亮藍G-250比色法.可溶性糖的測定:參照改良蒽酮法比色測定.還原糖的測定:取上述可溶性糖的提取液0.5ml,依照Somogyi法進行測定.淀粉的測定:參照改良蒽酮法比色測定.2結果與分析2.1在自然光和溫度條件下，不同促進過程中的各種添加劑對花過程中ca2+和cm含量的影響(1)ca2+和最佳促控劑tfp對草莓植株葉片ca2+含量的影響由圖1可見,在試驗期間,葉片的Ca2+含量在0.70～1.40%.作為對照(清水噴布),在試驗早期有一個Ca2+積累的過程,并于第9d達到高峰,隨后降至1.05%,第15d時再度上升至1.21%的峰值,此后Ca2+含量回落形成低谷,第24d時回升至(第一花序分化及第二花序原始體出現(xiàn))較高水平.自然適花條件下,不同Ca2+和CaM的促控劑處理對草莓植株葉片Ca2+含量的動態(tài)變化影響不同.噴布2μmol/LA23187后,植株葉片Ca2+含量變化曲線與對照相似.但A23187處理使葉片Ca2+含量的第一峰提前3d,并且使Ca2+的第二峰上升幅度增大(增幅0.31%、對照為0.16%),為對照的1.94倍;而TFP處理使2次Ca2+峰分別提前6d和3d;而EGTA則降低Ca2+含量.(2)頂芽中最佳ca含量的變化對照葉片的CaM含量在試驗早期較為穩(wěn)定(圖2),第6d以后葉片CaM含量迅速上升,平均每3d增幅為618μg/gFW,至第15d(花芽分化始期)達到2250μg/gFW并繼續(xù)上升至高峰,隨后稍下降,并保持較高的含量水平.A23187處理提高試驗早中期的葉片CaM含量;而TFP處理雖在試驗前期對葉片CaM含量影響不明顯,但卻降低了后期葉片的CaM含量.EGTA處理則提高早期葉片CaM含量,而降低后期的含量.(3)頂芽中CaM含量的變化:與葉片中高CaM含量相比,頂芽中的CaM含量明顯偏低,在120～1500μg/gFW范圍內變動(如圖3).進入自然適花條件后,對照植株頂芽中的CaM含量即增加至799μg/gFW,并在隨后幾天維持在685μg/gFW左右,此后降低至最低點,第15d時,頂芽中CaM含量達到高峰1074μg/gFW;隨后緩慢下降,試驗末期則稍回升.A23187處理植株后,其頂芽的CaM含量在試驗期間的變化情況明顯與對照不同.A23187提高試驗中期及后期的頂芽CaM含量,而TFP處理則降低試驗期間,特別是試驗中后期頂芽的CaM含量;EGTA在整個處理期間頂芽CaM含量水平變化不大,沒有明顯的差異.2.2在自然光和溫度條件下，不同的促生處理對覆盆過程中葉片蛋白質和養(yǎng)分含量的影響(1)tfp處理對草莓葉片蛋白質含量的影響在自然適花條件下,不同促控處理對植株葉片蛋白質含量隨時間的推移而有所不同(圖4).試驗早期時,對照植株葉片的蛋白質含量在較高水平上(46.54～48.34mg/gDW)處于相對穩(wěn)定狀態(tài),第6d后開始下降,第9d時降至低谷,隨后逐漸上升,在15d(花芽分化始期)時達到一峰值48.07mg/gDW,以后隨時間的延長,再次逐漸下降.A23187處理,植株葉片蛋白質在40.58～49.17mg/gDW之間變動.試驗早期,葉片中蛋白質含量變動與頂芽中CaM含量變動相對應,亦是先降低然后上升,第9d時(花芽分化始期)形成峰值,隨后蛋白質降至低谷.隨著葉片Ca2+含量及頂芽中CaM含量達到第二高峰,第18d時蛋白質再度積累形成高峰,試驗末期逐漸降低.TFP處理,對于植株葉片蛋白質含量影響不大,整個試驗期間,蛋白質含量相對穩(wěn)定,中期蛋白質含量略有上升,維持在45.00mg/gDW左右,與A23187具有相反的趨勢.噴布EGTA后,植株葉片蛋白變動曲線與A23187處理基本一致,但EGTA處理葉片蛋白質含量較低,在34.89～45.79mg/gDW之間波動.由以上結果可知,在草莓花原始體出現(xiàn)時,存在著一個蛋白質峰值,隨后逐漸降低.(2)可溶性糖含量變化草莓對照葉片的可溶性糖含量在自然適花條件下,試驗早期含量較高.隨著時間的延長,可溶性糖逐漸降低,至第15d時(花芽分化始期)降至8.01%,此后逐漸積累,末期時則下降至較低水平(如圖5).由圖5可見,與對照的可溶性糖含量變化相一致,試驗早期,A23187處理植株葉片可溶性糖處于較低水平,隨后迅速上升至11.11%,在第9d時(花芽分化始期)則下降,并且持續(xù)降低,第15d時(花序分化期)降至最低點,后期則逐漸積累并形成高峰后再度降低.在適花條件下,噴布TFP使得草莓植株葉片可溶性糖含量急劇變化,其變化幅度與速度均較其他處理大.試驗早期,處理植株葉片迅速從9.48%升至13.08%,之后又急劇地降低,以后再度迅速積累于末期前形成高峰,最后再度下降.EGTA處理其植株葉片可溶性糖,與對照及A23187處理一樣,在同一含量水平范圍內變動.試驗早期可溶性糖穩(wěn)定在11.00%左右變動,中期降低并維持在8.75%以上,15d后則高低起伏曲折波動.(3)復配前后草莓葉片淀粉含量的變化如圖6所示,在自然適花條件下,草莓植株葉片的淀粉含量在試驗早期急劇變動,而后期則穩(wěn)定積累.其變動趨勢為:試驗早期植株葉片淀粉含量僅4.50%,隨試驗期的延長,淀粉含量先行下降后迅速積累,此后再下降、積累,在第6d和第12d時形成峰值,第12d后,淀粉含量再度下降至4.63%,此后以0.15%的增幅遞增至試驗結束.與對照相似,A23187噴布植株后,其葉片淀粉含量變動情況與對照一致,不同的是A23187處理后,葉片淀粉含量在末期稍下降.草莓植株噴布TFP后,在適花條件下,隨著時間延長,其葉片淀粉含量變動總趨勢為逐漸下降,第15d降至低谷,隨后稍上升并維持在4.17%以上.而EGTA處理植株,其葉片在試驗期間處于頻繁變動之中,在第15d前變動幅度較大,其后變動趨于平緩,變幅降至0.50%,變動幅度下降2.82倍.由以上結果可以看出,在草莓成花前,植株的可溶性糖、淀粉均處于高水平,隨著成花的推進逐漸降低.3討論3.1花芽分化與草莓第一、二序形成期ca2+9月26日以后,武漢地區(qū)氣溫降至17.4～24.8℃,日照長度縮短至11.4～12h,這正是一季性草莓花芽分化所必需的條件.在此氣候條件下,草莓植株葉片及頂芽感受光、溫條件變化,從而植株的組織器官發(fā)生與之相關的系列生理生化變化.從對葉片及頂芽的Ca2+和CaM測定可以看出,草莓葉片在感受適花條件的光、溫變化以后,其Ca2+含量逐漸上升,在第15d時形成峰值而此時正是草莓芽開始分化成花芽,頂端生長點膨大、隆起的階段,以后隨著大量植株進入花芽分化,葉片中Ca2+降低.第21d時Ca2+又上升至較高水平.此期時正是草莓第一花序分化,第二花序原始體出現(xiàn)的時期.與葉片的Ca2+出現(xiàn)的峰相比較,葉中CaM的高峰與其同時出現(xiàn);在頂芽中,當CaM的高峰與葉片中的Ca2+峰同時出現(xiàn),而且成為相互的響應曲線時,頂芽開始發(fā)生轉變,花序原始體出現(xiàn).這似乎暗示,作為草莓感受光溫變化的器官,在感受適花條件的光、溫變化上,頂芽的敏感性可能比葉片的敏感性強,頂芽是草莓成花的重要感應器官.有關這一方面,有待于作進一步研究來探明.從結果可以看出,無論從化學測定的Ca2+含量,CaM含量,還是定位標記的Ca2+(研究結果另文報道),它們在草莓花的第一、二花序原始體出現(xiàn)之前或初期,均處于峰值或高水平上,這說明:Ca2+和CaM與草莓的花芽分化,更確切地說與草莓花序原始體的分化有關,這一點與彭抒昂在黃花梨上研究結果不完全相同,可能與所采用的試材在成花特性上存在差異有關.草莓的花芽分化與植物體內的營養(yǎng)狀況有關,Richer報道,草莓體內的碳水化合物含量在花芽分化前相當高;Greve[7.13]則提出:一季性草莓在9月份上旬積累的淀粉含量與花芽形成呈正相關.本研究試驗結果表明:寶交早生草莓花芽分化前后,在Ca2+和CaM含量變化的同時,植株體內營養(yǎng)物質代謝亦發(fā)生變化.在自然適花條件下,草莓植株在成花前可溶性糖、淀粉的含量均處于高水平,隨著頂芽轉入花芽分化狀態(tài),則大量消耗;第二花序分化前又升高,進入第二花序原始體大量分化時,則再次降低.對此相對應,在花原始體出現(xiàn)時,葉片的蛋白質均形成峰值,其后緩慢降低.這結果與前人研究相同,亦與許多果樹上的研究結果一致.碳水化合物與蛋白質的消長關系;則與碳水化合物作為結構物質和能源物質,在花芽分化時大量消耗,為蛋白質的合成提供碳架,以調控體內生理代謝有關.3.2ca2+與ca2+的關系通過試驗研究看到:在草莓適花的短日照、低溫條件下,與對照相比,噴施2μmol/LA23187可以促進草莓植株Ca2+和CaM峰的提前,并且可以增強Ca2+和CaM的第二高峰,導致成花和花序發(fā)育,而峰值的提前時間正好與觀察花芽分化出現(xiàn)提前時間相吻合,第二峰值時則可觀察到草莓進行花序分化和第二花序原始體出現(xiàn).但作為Ca2+載體A23187并未增加葉片內Ca2+的含量,可能是由于本試驗手段的局限,無法觀察到施A23187后明顯的Ca2+濃度上升,這到底是與施A23187植株生長健壯,葉片較大,其生長稀釋作用強于其他處理有關,還是與Ca2+本身在植物細胞內細胞器之后存在著釋放,運轉和積累,而導致分布不同有關,有待于作更進一步的研究.噴施10mol/LEGTA處理明顯降低草莓葉片的Ca2+的含量,而葉片和芽體的CaM含量,在試驗早期有所提高,但后期則劇烈變動,可能是EGTA作為Ca2+專一性螯合劑,螯合胞內的Ca2+從而降低了胞內Ca2+的濃度,當植株受到外界光、溫變化的刺激后,胞內Ca2+濃度變化無法引起生理生化反應,也就是說植物對光、溫敏感性降低,從而擾亂正